湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法技术

本发明专利技术提供一种湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，使用2个气象观测仪和1个波浪仪同步观测，并基于风速、风向同步观测数据，建立围网对风速衰减率随风速大小变化的定量关系；再利用波浪观测数据对SMB模式的计算结果进行误差分析；以及利用SMB模式计算围网对波高、波周期的衰减率。该方法针对浅水湖泊围网的减风阻流特征，采取原位观测与模型计算相结合的方法，能够定量评估围网的消浪作用，有利于科学指导退渔还湖和养殖规模管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及湖泊生态修复与湖泊养殖管理
，具体而言涉及一种湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法。
技术介绍
网围养殖是浅水湖泊渔业的一种重要养殖方式，我国水域面积大于1km2的湖泊有2700多个，其中约三分之二为浅水湖泊，而这些湖泊中，诸如太湖、洪泽湖、巢湖、滇池、洪湖、南四湖、隔湖、阳澄湖、骆马湖、高邮湖、抚仙湖、白洋淀、长荡湖、梁子湖、洱海、乌梁素海等湖泊均报道存在不同规模的网围养殖。国外湖泊中网围养殖在也是一种常见的养殖方式，诸如非洲Malawi湖、北美Huron湖、日本Kasumigaura湖、亚马逊平原湖泊等。然而，随着围网规模及强度的增加，其对环境的影响也被广泛关注，研究结果表明高强度网围养殖引起入湖氮、磷负荷增加，造成养殖区沉积速率加快、生物多样性降低、水生植物种类趋于单一化等，一定程度上对湖泊生态系统造成了破坏，加剧了湖泊的富营养化进程。针对网围养殖对湖泊水环境带来的负面影响，渔业管理部门对围网加强管理，并对养殖强度过高的湖泊进行围网拆除，实施退渔还湖工程。大面积围网的存在起到了减风阻流的作用，围网拆除之后必然对湖泊水动力环境造成一定的影响，而水动力作用影响着泥沙运动、光学的吸收衰减、营养盐输移等关键物理、化学、生物过程，因此需要科学评估围网拆除或规模发生变化对水动力尤其是波浪强度的影响。在湖泊中围网的阻流作用目前尚未查阅到相关报道，而在海洋渔业中，养殖网箱在水流及波浪作用下的受力及运动特性开展了较多的研究。Gui et al(2006)利用CCD影像技术研究养殖网箱在海流与波浪作用下的运动特征；Zhao et al(2007b)利用三维网箱变形模型研究了菱形、方形网孔的重力网箱在不同流速作用下的变形及受力特征，发现在海流作用下菱形网孔的网箱比方形网孔更易于变形，但随着流速增大两者之间差异缩小；桂福坤等(2007)通过物理模型试验研究了波浪条件下底圈重力式网箱锚绳受力特性；Moe et al(2010)建立了一种网箱结构分析方法，并利用有限元法计算了不同流速作用下网箱张量强度的分布特征；还有其他一些利用数学模型研究波浪、海流作用下网箱受力强度、运动特征及其与网箱结构关系的相关成果(Tsukrov I et al.,2003；Fredriksson et al.,2005；Zhao et al.,2007a；Huang et al.,2008；Lee et al.,2008；黄小华等,2009；Decew et al.,2010)。海洋网箱对于水动力的影响于近几年开始受到学者关注，Fredriksson et al(2003)在研究结果中提出今后的研究需要关注网箱对流场的影响，并在物理试验中发现网箱内流场存在空间差异性。Fredriksson et al(2007)研究大型网箱(220m×275m)在波流作用下受力时，考虑了网箱对水流的衰减作用，通过在现场网箱内、外布设声学多普勒流速剖面仪研究了网箱有/无附着污染物条件下对流速的影响，在此基础上结合数学模型对网箱张力分布就行了模拟分析。我国学者也开始关注海洋网箱对水动力环境的影响，Zhao et al(2007b)在研究结果提出今后进行网箱在波流作用下的水动力特性时，需考虑其自身对流场的影响。因海洋与浅水湖泊水动力环境特点存在显著差异，且海洋重力网箱与浅水湖泊围网在结构上不同，海洋研究方法及成果能否直接应用于浅水湖泊围网有待于进一步研究。另一方面，海洋网箱研究的目标主要集中在网箱的受力特征，而在浅水湖泊中，围网造成水动力变化所引起的环境效应更为突出，因此需要开展针对性的研究，寻求一种科学的观测、计算方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，针对浅水湖泊围网的减风阻流特征，采取原位观测与模型计算相结合的方法，能够定量评估围网的消浪作用，有利于科学指导退渔还湖和养殖规模管理。本专利技术的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。为达成上述目的，本专利技术提出一种湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，包括：提供2个气象观测仪，依主导风向分别布设于围网外侧的上风向和下风向，并固定在湖底上与围网的上沿平行，观测风速、风向数据；提供1个波浪仪，与下风向气象观测仪布设于相同位置的湖底处，并与气象观测仪进行同步观测；基于风速、风向同步观测数据，建立围网对风速衰减率随风速大小变化的定量关系；利用波浪观测数据对SMB模式计算结果进行误差分析；以及利用SMB模式计算经过围网对波高、波周期的衰减率。由以上本专利技术的技术方案可知，根据本专利技术实施例的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，具有计算方法成熟可靠，现场风速与波浪观测方法简单、易于操作等优点，可以定量计算围网对波浪的衰减作用，科学评估湖泊围网面积扩增或缩减对波浪的影响。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是根据本专利技术实施例的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算的观测原理示意图。图2是根据本专利技术实施例的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法的仪器布置示意图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。下面参考图1和图2描述根据本专利技术实施例的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，该方法包括：提供2个气象观测仪，依主导风向分别布设于围网外侧的上风向和下风向，并固定在湖底上与围网的上沿平行，观测风速、风向数据；提供1个波浪仪，与气象观测仪布设于相同位置的湖底处，并与气象观测仪进行同步观测；基于风速、风向同步观测数据，建立围网对风速衰减率随风速大小变化的定量关系；利用波浪观测数据对SMB模式计算结果进行误差分析；以及利用SMB模式计算经围网衰减后的有效波的波高和波周期，并与围网衰减前的波高、波周期进行对比分析，获取围网对波高和波周期的衰减率。如图1和图2所示，根据本专利技术实施例的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法中，对围网1的观测过程需要配置2个气象观测仪2(1)以及2(2)、1个波浪仪3，其中波浪仪3放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，其特征在于，该方法包括：提供2个气象观测仪，依主导风向分别布设于围网外侧的上风向和下风向，并固定在湖底上与围网的上沿平行，观测风速、风向数据；提供1个波浪仪，与下风向气象观测仪布设于相同位置的湖底处，并与气象观测仪进行同步观测；基于风速、风向同步观测数据，建立围网对风速衰减率随风速大小变化的定量关系；利用波浪仪的波浪观测数据对SMB模式计算结果进行误差分析；以及利用SMB模式计算经过围网对波高、波周期的衰减率。

【技术特征摘要】
1.一种湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，其特征在于，该方法包括：提供2个气象观测仪，依主导风向分别布设于围网外侧的上风向和下风向，并固定在湖底上与围网的上沿平行，观测风速、风向数据；提供1个波浪仪，与下风向气象观测仪布设于相同位置的湖底处，并与气象观测仪进行同步观测；基于风速、风向同步观测数据，建立围网对风速衰减率随风速大小变化的定量关系；利用波浪仪的波浪观测数据对SMB模式计算结果进行误差分析；以及利用SMB模式计算经过围网对波高、波周期的衰减率。2.根据权利要求1所述的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，其特征在于，前述方法更加包含：设定所述气象观测仪的测频率设定为1次/分钟。3.根据权利要求1所述的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，其特征在于，前述方法更加包含：设定所述波浪仪的波面记录的时间间隔为0.125s，单个波浪过程样本的采集时间为20分钟。4.根据权利要求1所述的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，其特征在于，所述围网对风速衰减率随风速大小变化的定量关系表达为：y＝(1.437x+10.312)/100，式中y为衰减率，单位为％，x为风速，单位为m/s。5.根据权利要求1所述的湖泊中围网对波浪衰减作用的观测与计算方法，其特征在于，围网衰减前的波高和波周期根据下式计算： gH s 1 W 1 2 = 0.283 tanh [ 0.530 ( gD 1 W 1 2 ) 0.75 ] · tanh 0.0125 ( gx 1 W 1 2 ) 0.42 tanh ( 0.530 ( gD 1 W 1 2 ) 0.75 ) ]]> gT s 1 2 πW 1 = 1.20 tanh [ 0.833 ( gD 1 W 1 2 ) 0.375 ] · tanh 0.077 ( gx 1 W 1 2 ) 0.25 tanh ( 0.833 ( gD 1 W 1 2 ) 0.375 ) ]]>式中，Hs1和Ts1分别代表围网衰减前的有效波的波高及波周期，W1为气象观测仪记录的风速，x为风区长度，D为观测点水深，g为重力加速度，π为圆周率。经过围网衰减后的有效波高和波周期按下式计算： gH s 2 W 2 2 = 0.283 tanh [ 0.530 ( g D W 2 2 ) 0.75 ] · tanh 0.0125 ( g x ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金格，胡维平，
申请(专利权)人：中国科学院南京地理与湖泊研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32