摘要：為了了解新型網(wǎng)箱擬投放舟山海域的流速情況，2011年4月～5月，項目組使用點式多普勒流速儀對新型網(wǎng)箱擬投放浙江舟山深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖海域流速進(jìn)行長時間測量，使用根據(jù)流速儀需要配置的電源進(jìn)行供電，使用相應(yīng)設(shè)計的固定支架固定測量探頭。測量海域為正規(guī)半日潮汐。最終測量結(jié)果流速呈顯著的周期性變化。在出現(xiàn)高潮的前后3～4h內(nèi)流速范圍為1.2～1.6m/s左右，而后流速迅速減小到0.2m/s左右，在低潮到來的時候，流速會小幅度上升到0.5m/s左右，在低潮過后又略下降，至新的高潮到來。基于對擬投放海域流速的測量結(jié)果為浙江舟山深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖海域網(wǎng)箱設(shè)計、投放、海上設(shè)置及錨泊等提供科學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：流速；潮汐；網(wǎng)箱

中圖分類號：TB937 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-0432（2012）-12-0034-2

基金項目：本項研究得到了中國水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費專項項目（2013A12、2012A13）、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費專項課題（2013A1201、2012A1301）、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所） 資助項目（2012M02）和國際合作項目（TEK1060）的資助。

為了了解新型網(wǎng)箱擬投放舟山海域的流速情況，2011年4月～5月，項目組使用點式多普勒流速儀對新型網(wǎng)箱擬投放浙江舟山深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖海域流速進(jìn)行長時間測量。

1 材料與方法

1.1 實驗設(shè)備

流速采用挪威Nortek AS公司推出的Vectrino小威龍三維點式多普勒流速儀（Nortek Vectrino Velocimeter）進(jìn)行測量。它采用聲學(xué)多普勒測量原理，是憑借聲波在流動液體中的多普勒頻移來測量流速，探頭尺寸較小，大大減少了探頭自身造成的阻流擾。儀器無活動部件，無摩擦和滯后現(xiàn)象，測量感應(yīng)時間快，測量數(shù)據(jù)精度高，與計算機(jī)連接可連續(xù)記錄流速數(shù)據(jù)。

Vectrino由兩個基本組件構(gòu)成：傳感器和探頭內(nèi)部的處理卡，40cm長的桿式4臂平視傳感器（平視固定測桿探頭）配12針插入式水密接頭（MCBH-12-FS bronze）和10m長的電纜通過USB至RS232轉(zhuǎn)接器與電腦流速儀自帶軟件Vectrino v1.13相連，用于參數(shù)儀器設(shè)定、文件命名、監(jiān)控和記錄流速隨時間的變化。

相關(guān)參數(shù)如表1所示。

1.2 設(shè)備安裝

流速儀測量需要兩方面的準(zhǔn)備：一方面是海上實驗用的電源，另一方面是配套用可拆卸式固定支架。

1.2.1 海上實驗用電源 電源方面由于流速儀本身功率僅為2.5w，記錄實驗數(shù)據(jù)的筆記本通過設(shè)置顯示器在記錄時自動關(guān)閉，運行功率估計為50w～80w。實驗要求一次充電后整個系統(tǒng)能夠工作時間不少于24h，所以整個系統(tǒng)的電源需求是小功率長時間不間斷供電，根據(jù)不同品牌蓄電池的放電電流和放電時間，結(jié)合實驗要求最終選定MT1000S不間斷電源和4塊山特100AH蓄電池搭配使用，保證了系統(tǒng)的正常運行，在實驗中發(fā)現(xiàn)電源的工作時間可以超過48h，在海況較差，不能及時取回蓄電池充電的情況下很好的保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

1.2.2 海上實驗配套用可拆卸式固定支架 實驗是在網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)（網(wǎng)箱網(wǎng)衣未放下，不會對流速有很大影響）進(jìn)行，實驗要求測量水下4m的流速情況，需要固定支架一方面固定在現(xiàn)有網(wǎng)箱框架上，另一方面穩(wěn)定地固定流速儀探頭，所以固定支架設(shè)計為角尺狀，固定在網(wǎng)箱框架上的長度為3m，考慮到運輸方便把整個框架設(shè)計為2部分，2部分長均為1.5m。第二部分附帶角尺拐角部分，垂直向下0.3m。由于網(wǎng)箱框架高1.1m，流速儀測桿長出固定支架0.4m，垂直部分高4.7m，設(shè)計為3部分，長分別為1.5m、1.5m、1.4m。

在材料選擇上最初計劃使用316L角鋼，由于成本較高、安裝不便，另一方面實驗并非常年進(jìn)行，最后選擇鍍鋅鋼板（寬，厚）進(jìn)行加工。連接處考慮到保持固定支架的強(qiáng)度、防銹以及安裝的方便，采用了矩齒形咬合，鍍鋅鐵絲固定的方法。為了防止由于豎臂抖動造成的流速測量的不穩(wěn)，在固定支架的豎臂上加了一根長約4m、直徑5cm的鍍鋅鋼管進(jìn)行了加固。

1.3 實驗方法

在到達(dá)新型網(wǎng)箱擬投放目標(biāo)海域后，安裝固定支架，并牢固固定加固鋼管，通過指南針（Coleman，814C630T）測量固定支架的指向。在固定流速儀的時候注意使得流速儀的x軸指向，在安裝完畢后可以確定流速儀測量流速數(shù)據(jù)的x軸指向為北偏西30°。布置好蓄電池、UPS以及記錄電腦，并將UPS與記錄電腦放置在物流箱中，并且注意使用防震泡沫包裝布仔細(xì)裹住連接線在物流箱外沿部位，盡量減少實驗過程中連接線的磨損。

采樣率方面本次測量采用的是儀器的最佳采樣率（200Hz）。這雖然給后期的處理造成了一定的困難，但也最大程度上保證了數(shù)據(jù)采樣的質(zhì)量，為今后對波浪動力學(xué)、邊界層的水流研究、紊流研究、波浪和水流聯(lián)合監(jiān)測研究等方面保存了更好的研究樣本。

現(xiàn)有流速儀測量潮流和常流，要準(zhǔn)確的測量，就必須抑制干擾這兩種運動的“噪聲”即海水湍流與海浪的影響，選擇好觀測時間的持續(xù)時間長短，實際上就是用“時間濾波器”將“噪聲”濾掉。海洋中的水體運動可以分為三類，規(guī)律性的大尺度運動，可以獨立描述；極其無規(guī)則的小尺度渦旋運動，必須予以統(tǒng)計描述；各類運動（波浪、潮流），他們都具有某些周期性。海流的觀測結(jié)果要求其脈動“累加”平均值等于零，這就要求對一定時間間隔求平均值（函數(shù)時間平滑），由于海洋科表征為各種尺度運動都包括的寬頻譜，所以很難說什么樣的平滑尺度都滿足，但是如果平均周期取得不夠大，則平均值是不穩(wěn)定的，每次測量的平均值都會顯著不同[1]。一般來說從噪聲的產(chǎn)生來看，近海區(qū)短頻噪聲主要是來自熱噪聲和波浪噪聲，熱噪聲時間尺度一般在10s左右，波浪噪聲周期在大洋中不超過30s，在淺海中很少超過10s。本次試驗中采用的平均周期長為10min，針對流速較大的時間段，進(jìn)行30s的再次分析從理論上講，30秒鐘的積分時間是完全可以消除這些噪聲的。

2 結(jié)果與分析

從測量的結(jié)果來看，流速呈顯著的周期性變化。測量海域為正規(guī)半日潮汐[2]。在出現(xiàn)高潮的前后3h～4h內(nèi)流速最大，一般在1.2m/s～1.6m/s左右，而后流速迅速減小到0.2m/s左右，在低潮到來的時候，流速會有一個小幅度的上升到0.5m/s左右，在低潮過后又略下降，直到新的高潮到來。

關(guān)于流速的方向，高潮和退潮時流向一般是南向，有時略偏西，唯一的例外是在漲潮接近高潮時，流向為東北方向。這可能是由于外部海域向北的海流由測量點南部浙江第四大海域六橫島導(dǎo)入臺灣暖流入灣內(nèi)，使得測量點處的海流大多數(shù)時間流出灣外，但是在漲潮接近高潮時，由南向北的海流較大，以至于測量點處的海流也為流出灣外。

在試驗中還對不同深度的流速變化進(jìn)行初步測量，結(jié)果顯示表層水流較低1m～2m水深水流較表層水流大0.05m/s，2.5m～4m水深水流較1m～2m處的流速又大0.05m/s。不過由于本次測量采用的是多普勒點式流速儀進(jìn)行，所以對不同水深的流速情況只能通過上下移動流速儀的方法進(jìn)行。由于不是對所有水層進(jìn)行同時測量，所以不能得到很好的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

本海域的海流情況主要受黑潮支流臺灣暖流的影響。全球第二大洋流黑潮，又稱日本暖流，自菲律賓開始，穿過臺灣東部海域，沿著日本往東北向流，在與親潮相遇后匯入東向的北太平洋洋流。黑潮的流速較快，沿著東亞島弧流動，因此，黑潮對島弧的影響也較大陸顯著。然黑潮的支流延深進(jìn)入東亞大陸的邊緣海，也對大陸區(qū)域造成一定影響。黑潮主流從與那國海峽進(jìn)入東海后，在釣魚臺附近分出一支，向西北流入浙江近海，稱為臺灣暖流。臺灣暖流沿閩浙海的槽狀凹地北上，一直可達(dá)長江口外，約北緯31度附近，洋流在舟山群島附近與長江入海經(jīng)流所形成的沿岸流相匯，形成明顯的鋒面[2]。由于測量所在的時間（4月～5月）未到汛期，而且受東北部島嶼的影響，測量區(qū)域受此影響可能較小。

3 發(fā)現(xiàn)的問題

3.1 溫度問題

在本次調(diào)查中使用的是蓄電池與UPS結(jié)合為整個系統(tǒng)供電，但是在密封的環(huán)境中容易造成整個系統(tǒng)過熱而停止工作，所以在以后的調(diào)查中必須結(jié)合天氣與當(dāng)時的環(huán)境做好透氣和降溫的準(zhǔn)備。

另一方面海上條件惡劣，最初嘗試在記錄系統(tǒng)上覆蓋帆布，但是這種做法沒有有效地消除下雨和海浪的影響，導(dǎo)致記錄電腦出現(xiàn)故障。后期采用在記錄系統(tǒng)上覆蓋較大的物流箱，較好的解決了防水的問題，但是這樣做的缺點是導(dǎo)致整個系統(tǒng)的通風(fēng)不良，UPS和記錄電腦在運行時又會不停地散發(fā)出熱量，在日照比較強(qiáng)烈的中午由于過熱而導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)，不過由于測量時間在氣溫較為適宜的四五月份，所以這個問題并不十分突出。

3.2 防水問題

在本次調(diào)查中最初采取的是在儲物箱上覆蓋帆布進(jìn)行防水，實踐證明效果非常差，滲入儲物箱的水使得電腦停機(jī)并產(chǎn)生了一定的損害，在維修后才繼續(xù)工作。后期使用兩個儲物箱進(jìn)行密封解決了這個問題，但是一方面散熱的問題還是有所影響，另一方面讀取數(shù)據(jù)與蓄電池更換時還是無法確保完全不受影響，所以應(yīng)當(dāng)使用尺寸合適的防水散熱箱。

3.3 儀器問題

Vectrino小威龍點式流速儀只能測量一點的流速，而且沒有內(nèi)置羅經(jīng)、傾斜儀，可以考慮在以后的調(diào)查中使用功能更強(qiáng)大的流速測量儀器。信號采樣方面由于本次測量采用的是多普勒點式流速儀進(jìn)行，所以只能對水下4m的一個點進(jìn)行長時間的觀測。

測量中需要每天乘浮筏或者小艇到測量平臺上讀取記錄數(shù)據(jù)、更換蓄電池，從安全方面考慮，只能選擇白天乘坐。另一方面浮筏或者小艇的存放碼頭只有在高潮左右時間段才能安全出行，而且大風(fēng)天氣特別是南風(fēng)天氣也不能出行，在一定程度上對測量的連續(xù)性造成了影響。

3.4 生物附著的影響

在一個月測量結(jié)束取回桿式平視傳感器時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)桿體表面已經(jīng)有一定的生物附著，如果測量時間更長，傳感器表面被生物附著之后會對測量結(jié)果造成一定的影響，所以在今后的測量中必須定期取出傳感器進(jìn)行清理，以本次實驗經(jīng)驗來看，每周清理一次較為合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 侍茂崇，高郭平，鮑獻(xiàn)文.海洋調(diào)查方法.中國海洋大學(xué)出版社，2000，95.

[2] 國家海洋局東海分局.東海區(qū)海洋站海洋水文氣候志.海洋出版社，1993-3-1，153，177.

作者簡介：陳帥（1985-），男，漢族，山東濟(jì)寧人，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所捕撈與漁業(yè)工程實驗室助理研究員，研究方向：魚類行為。

通訊作者：黃洪亮（1964-），男，研究員，研究方向：捕撈技術(shù)與漁業(yè)工程。