CN112726489A - 一种海洋漂浮藻类的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋漂浮藻类的控制方法，包括有步骤：1.现场监视人为刮落定生浒苔并获得浒苔的生物量，即为前置预测生物量；2.结合遥感数据得到浒苔在浅滩的潮沟中汇聚的位置；3.确定浒苔距离最合适的拦截位置之间的距离，并以此确定浒苔到达拦截位置所需的时间即前置打捞时间；4.在前置打捞时间内，根据步骤1确定的预订生物量规划具有合适捕捞力量的船队，调度船队前往拦截位置形成前置拦截线，用捕捞网对浒苔进行捕捞拦截；5.为在前置拦截线的后方设置后置拦截线，若到达前置拦截线的实际生物量大于预测生物量，超出预测生物量即为后置生物量，由后置拦截线拦截；6.为在安全潮沟内布置机动观察点，用以对安全潮沟内的水质状况、现有的绿藻数量进行监控。

Description

一种海洋漂浮藻类的控制方法

技术领域

本发明涉及针对海洋漂浮藻类的控制方法，尤其涉及漂浮浒苔的控制方法。

背景技术

海洋底栖大型藻在一定条件下，脱离其原有的附着基，形成漂浮群体，并在合适的环境条件下，快速生长，随着水流漂移聚集，形成漂浮大型藻藻华，如以浒苔为主的绿潮和由漂浮铜藻引起的金潮等。这些藻华对沿海养殖业、旅游景观等造成严重影响。底栖大型藻类一般营固着生活，其释放的孢子、配子等繁殖体需要附着在合适的附着基上，才能生长成成体；如果没有附着基，水体中的繁殖体难以直接萌发形成漂浮群体。因此，由底栖大型藻引起的藻华，往往具有一个或多个源头，即大型藻漂浮群体的发源地。而且，这些爆发藻华的藻类往往适应海面漂浮环境，在长距离漂移过程中，保持较高的光合作用速率，快速生长，从而使漂浮生物量迅速增加。因此，从源头控制漂浮大型藻藻华，生物量低、分布范围小，易于控制，可以大大节约其防控成本。

以黄海海域为例，黄海浒苔绿潮在我国黄海海域持续爆发十余年，对山东、江苏沿海城市和地区造成严重的经济损失和环境影响，每年山东省用于打捞和处置绿潮浒苔的经济投入达上亿元。研究表明浒苔绿潮是一种跨区域的海洋生态灾害，每年4月下旬至5月上旬首先出现于南黄海苏北浅滩近岸海域，然后在夏季季风的驱动下向北漂移，生物量快速增加，6月中上旬到达青岛近岸海域，形成大规模绿潮。浒苔绿潮出现早期生物量只有数千吨，在向北漂移过程中以每10天约增长10倍的速度快速增加，经过30～40天漂移到青岛近岸，生物量增加了上千倍，分布面积达数万平方公里，覆盖面积数百、甚至上千平方公里。目前的打捞防控模式多针对大规模绿潮形成后的漂浮生物量，实施范围广、耗费巨大的人力物力，且防控效率低。本绿潮早期防控方法针对源头区域漂浮浒苔，充分利用其规律性的汇聚漂移过程，研发适宜的打捞技术，大大缩小防控范围、降低早期漂浮生物量，达到事半功倍的效果，经济社会效益显著。

然而，目前为止，未有成熟的技术方法以指导绿潮早期打捞防控。苏北浅滩(绿潮源头区域)面积约12.67万公顷，什么时间，在哪里打捞，漂浮浒苔生物量有多少等问题，都是制约早期防控效率和效果的关键技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋漂浮藻类的控制方法，本方法是一种小范围内精确控制方法，主要采用捕捞作为控制的手段。所提供的技术方案如下：

步骤1.现场监视人为刮落定生浒苔并获得浒苔的生物量，即为前置预测生物量；

步骤2.结合遥感数据得到浒苔在浅滩的潮沟中汇聚的位置；

步骤3.确定浒苔距离最合适的拦截位置之间的距离，并以此确定浒苔到达拦截位置所需的时间即前置打捞时间；

步骤4.在前置打捞时间内，根据步骤1确定的预订生物量规划具有合适捕捞力量的船队，调度船队前往拦截位置形成前置拦截线，用捕捞网对浒苔进行捕捞拦截。

步骤1中的前置预测生物量计算公式为：

其中，B₁为每条潮沟位置所汇聚的漂浮浒苔生物量(单位为kg)，

为单位面积养殖筏架定生绿藻平均生物量(kg/m²)，S为该养殖公司的养殖面积(m²)，或网格化采样调查中该采样点所属网格的总养殖面积，P_prolifera为该养殖公司或采样点定生绿藻中浒苔所占的百分比，63％为浒苔的平均漂浮率；

步骤3中前置打捞时间计算公式为：

其中T₁为潮沟内的漂浮浒苔条带到达前置拦截线的时间，即前置打捞时间，T₀为清理筏架后第一个高潮时间，D_0→1为筏架到前置拦截线的距离(km)，V_l为该潮沟流速(m/s)，通过实测得到，d_l为流拖曳系数，根据试验该区域流速对漂浮浒苔漂移速度影响较大，系数取值范围为1，V_f为海表风速，通过实测获得，θ为风向与该潮沟走向的夹角，实测获取，d_f为风拖曳系数，该区域取值范围0.004-0.011，平均为0.009，3.6为单位m到km、s到h的转换系数。

在上述技术方案的基础上，还包括有步骤5，步骤5为在前置拦截线的后方设置后置拦截线，若到达前置拦截线的实际生物量大于预测生物量，超出预测生物量即为后置生物量，由后置拦截线拦截。

在上述技术方案的基础上，后置生物量的计算公式为：

其中，B₂为在该潮沟内的后置拦截线位置上的漂浮浒苔生物量(kg)，B₁为前置拦截线的生物量(kg)，L₁为该前置拦截线的打捞量(kg)，由现场打捞提供，

为该位置漂浮浒苔平均生长率(一般取15％d^-1～30％d^-1)，D_1→2为前置拦截线到后置拦截线的距离(km)，由实测获得，V_l为该潮沟流速(m/s)，通过实测得到，d_l为流拖曳系数，系数取值范围一般为1，V_f为海表风速，通过实测获得，θ为风向与潮沟走向的夹角，实测获取，d_f为风拖曳系数，不同区域数值不同，取值范围0.004-0.011，平均值为0.009，86.4为m到km、s到d的转化系数。

在上述技术方案的基础上，后置打捞时间的计算公式为：

其中，T₂为潮沟中漂浮浒苔条带到达后置拦截线位置上的时间，即后置打捞时间，D_1→2为前置拦截线到后置连接线的距离(km)，其他参数同上，由于海面阻力小，因此后置拦截线上的风对漂浮浒苔的漂移速度高于上一区域，因此d_f取值约为0.009。

在上述技术方案的基础上，根据步骤1得到的前置预测生物量和步骤2中得到的浒苔在潮沟内汇聚的位置，确定浒苔量少或者没有成规模浒苔聚集的潮沟即安全潮沟，该安全潮沟潮沟内不布置前、后置拦截线。

在上述技术方案的基础上，还包括有步骤6，步骤6为在安全潮沟内布置机动观察点，用以对安全潮沟内的水质状况、现有的绿藻数量进行监控，机动观察点具有监控无人机，能够监控相邻的安全潮沟，当机动观察点监控到安全潮沟内水质状况突变为有利于绿藻大量繁殖的条件时该安全潮沟变为潜在问题潮沟，召唤附近处于闲置状态的后置拦截线船队前往该潜在问题潮沟，清理掉该潮沟内即将大规模繁殖的绿藻。

在上述技术方案的基础上，根据安全潮沟历年绿藻数量及历年水质状况数据，在多个安全潮沟内确定多个常年安全潮沟，在常年安全潮沟出口处布置海洋监测浮标，用以监测水质状况。

有益效果：提供了浅滩区早期浒苔漂浮条带精确定位方法、潮沟通道漂浮浒苔生物量估算方法，并在此基础上，研究设计绿潮早期潮沟打捞的关口、时间和打捞量估算。另外，针对未打捞而漂移出浅滩的浒苔，研发了后置打捞技术方案，包括如何估算该位置的漂浮浒苔生物量，如何根据通道位置、风速、流速计算和布设该拦截线上的具体打捞位置。

具体实施方式

实施例一

本实施例提供了针对现有黄海浒苔绿潮早期打捞防控位置时间不明确、没有生物量估算等问题的解决方案，提出了一种精确定位和定量黄海浒苔绿潮早期漂浮条带并对其进行控制的新方法。根据长期在浅滩观测到的绿潮早期漂浮条带汇聚通道，利用辐射沙洲这种最容易大规模出现浒苔的地形地貌，设置打捞拦截线，并根据潮水流速计算拦截时间，根据定生绿藻入海生物量和现场增长速度估算漂浮条带生物量，从而形成在绿潮生长早期时，在潮沟内的拦截打捞技术方案。具体方案如下：

一、潮沟打捞位置设置

黄海绿潮是世界上规律最大的绿潮。大量研究表明，黄海绿潮起源于南黄海苏北浅滩海域，苏北浅滩紫菜养殖筏架上的定生绿藻是黄海绿潮漂浮生物量的最初源头。根据现场调查结果显示，苏北浅滩筏架定生绿藻被人为从筏架上刮落并丢弃于浅滩上，涨潮后，遗弃绿藻随潮水浮起，落潮时，漂浮绿藻随潮水汇聚于浅滩潮沟，并顺潮沟方向漂移。漂移出浅滩后，受春夏季季风和风生表层流影响向北漂移，并且生物量快速增加。现场和遥感数据显示，苏北浅滩区绿潮早期漂浮绿藻主要汇聚于浅滩的十几条潮沟内，形成漂浮条带，并通过这些潮沟往北和浅滩以外海域迁移，最终从潮沟出口进入广阔的黄海海域。据此，在该出现绿潮的潮沟的上游设置前置拦截线，该前置拦截线位于筏架养殖区外围比较狭窄的汇聚处。优选的，为了能更好的拦截绿潮漂浮条带，当绿潮漂浮条带数量过多而超过前置拦截线拦截能力时，在前置拦截线后方设置后置拦截线，该后置拦截线位于潮沟下游。前、后置拦截线之间可保持一定的距离，避免前置拦截线的拦截活动受到后置拦截线的干扰。所述的前置拦截线与后置拦截线均指的是拦截防线，并非实体线，该拦截防线是通过多艘捕捞船通过捕捞网实现。

二、绿潮早期汇聚通道漂浮浒苔生物量估算

在绿潮形成前，根据绿潮产生区域的实际情况预测生物量，称为前置预测生物量，由于该生物量可能尚未真正产生，故而仅是预估或者预测。前置预测生物量具体是根据浅滩地形利用Surfer软件包中的Watershed功能划分每条潮沟所覆盖的筏架区域，再由养殖公司提供所属筏架上单位面积养殖筏架定生绿藻平均生物量

将养殖筏架进行网格化划分和采样调查，调查单位面积筏架定生绿藻生物量

然后乘以养殖面积S和定生绿藻中浒苔的百分比含量P_prolifera，然后乘以浒苔的平均漂浮率。具体计算公式为：

其中，B₁为每条潮沟的前置拦截线位置所汇聚的漂浮浒苔生物量(单位为kg)，

为单位面积养殖筏架定生绿藻平均生物量(kg/m²)，S为该养殖公司的养殖面积(m²)，或网格化采样调查中该采样点所属网格的总养殖面积，

P_prolifera为该养殖公司或采样点定生绿藻中浒苔所占的百分比，63％为浒苔的平均漂浮率。

针对前置预测生物量数据，可将捕捞船队均衡的布置在需要设置前置拦截线的潮沟内，也可针对某一条或者某几条前置预测生物量较多的潮头进行加权布置捕捞船队。需要注意的是，该前置预测生物量为每一条浅滩潮沟内的生物量，潮沟是浒苔从浅滩进入广阔海面的唯一通道，因此为每一条潮沟计算前置预测生物量是能够精准控制漂浮生物的前提。

优选的，由于前置预测生物量为预估值，因此难免可能会产生误差，导致绿潮生物量超过前置拦截线的拦截能力，为更好的拦截绿潮漂浮条带，前置拦截线没能拦截的绿潮生物量作为后置生物量。后置生物量由前置预测生物量的生物量减去前置拦截线的打捞量，再乘以前置拦截线到后置拦截线之间距离内的浒苔生物增长量。具体计算公式为：

其中，B₂为该潮沟后置拦截线位置的漂浮浒苔生物量(kg)，B₁为前置拦截线的生物量(kg)，L₁为该潮沟前置拦截线的打捞量(kg)，由现场打捞提供，

为该位置漂浮浒苔平均生长率(根据文献一般取15％d^-1～30％d^-1)，

D_1→2为前置拦截线到后置拦截线的距离(km)，由实测获得，V_l为该潮沟流速(m/s)，通过实测得到，d_l为流拖曳系数，系数取值范围一般为1，V_f为海表风速，通过实测获得，θ为风向与潮沟走向夹角，实测获取，d_f为风拖曳系数，该区域取值范围0.004-0.011，平均值为0.009。86.4为m到km、s到d的转化系数。

三、绿潮早期汇聚通道打捞时间计算

前置打捞时间是捕捞船队建立前置拦截线的过程中所拥有的最多时间，前置打捞时间从清理筏架梗绳遗弃绿藻开始计算，清理筏架后第一个高潮时间为T₀，根据前置拦截线到筏架的距离，以及退潮流速、海表风速在通道方向的分量和拖曳力系数确定漂浮条带到达前置拦截线所需时间。捕捞船队必须在前置打捞时间之内完成集结并建立好前置拦截线。前置打捞时间具体计算公式为：

公式中，T₁为该潮沟前置拦截线位置漂浮浒苔条带到达时间，即前置打捞时间，T₀为清理筏架后第一个高潮时间，D_0→1为筏架到防线1的距离(km)，V_l为该潮沟流速(m/s)，通过实测得到，d_l为流拖曳系数，根据试验该区域流速对漂浮浒苔漂移速度影响较大，系数取值范围为1，V_f为海表风速，通过实测获得，θ为风向与潮沟走向的夹角，实测获取，d_f为风拖曳系数，该区域取值范围0.004-0.011，平均为0.009。3.6为单位m到km、s到h的转换系数。

优选的，由于前置预测生物量为预估值，因此难免可能会产生误差，导致绿潮生物量超过前置拦截线的拦截能力，为更好的拦截绿潮漂浮条带，前置拦截线没能拦截的绿潮生物量到达后置拦截线的时间称为后置打捞时间。同样，后置打捞时间由前置打捞时间和漂浮条带从前置拦截线漂移到后置拦截线所需的时间确定。后置打捞时间的具体计算公式为：

其中，T₂为该潮沟后置拦截线位置漂浮浒苔条带到达时间，即后置打捞时间，D_1→2为前置拦截线到后置拦截线的距离(km)，其他参数同上。该区域，风对漂浮浒苔的漂移速度高于上一区域，因此d_f取值约为0.009。相应的后置捕捞时间为形成后置拦截线所拥有的最多时间或最长时间，在此时间内必须形成后置拦截线。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上做出。

在步骤1-4的基础上，本实施例具有步骤5，步骤5根据步骤1得到的前置预测生物量和步骤2中得到的浒苔在潮沟内汇聚的位置，确定浒苔量少或者没有成规模浒苔聚集的潮沟即安全潮沟，该安全潮沟潮沟内不布置前、后置拦截线。

由于浅滩多形成在海湾或者河流入海口附近，是因为水流速变慢导致泥沙堆积或者河流携带泥沙入海形成三角洲浅滩，故而浅滩的地形地貌可能会随着时间的增加而存在变化，水产养殖业比较依赖这样的浅滩地貌进行生产，因此可能会存在部分潮沟出现时而通畅时而堵塞的情况，由此可能导致步骤1的前置预测生物量和步骤2的浒苔汇聚位置数据不存在或者不足以对海洋环境构成威胁。为降低浒苔捕捞作业的成本，针对预期浒苔量少的潮沟或者短期内没有浒苔聚集迹象的潮沟(即安全潮沟)可不设置前、后置拦截线，减少船队出船出工的数量，降低成本。

优选的，本实施例还具有步骤6，步骤6在步骤5的基础上实施。步骤6在安全潮沟内设置机动观察点，对安全潮沟内的水质状况、现有的绿藻数量进行监控，机动观察点具有监控无人机，能够监控相邻的安全潮沟，当机动观察点监控到安全潮沟内水质状况突变为有利于绿藻大量繁殖的条件时该安全潮沟变为潜在问题潮沟，召唤附近处于闲置状态的后置拦截线船队前往该潜在问题潮沟，清理掉该潮沟内即将大规模繁殖的绿藻。

优选的，为更好的实施步骤6，在现有存在的安全潮沟的基础上，再筛选出常年安全潮沟，常年安全潮沟的筛选依据是根据安全潮沟历年绿藻数量及历年浅滩养殖筏架分布数据和水质状况数据。水质数据和绿藻数量可通过海洋监测浮标监测得出，养殖分布可根据当地渔业部门的渔业统计年鉴或高分辨率遥感监测得出，由于水质数据对浒苔爆发具有一定的关系，收集水质数据对了解当地情况具有潜在的积极作用。

Claims (6)

1.一种海洋漂浮藻类的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.现场监视人为刮落定生浒苔并获得浒苔的生物量，即为前置预测生物量；

步骤2.结合遥感数据得到浒苔在浅滩的潮沟中汇聚的位置；

步骤3.确定浒苔距离最合适的拦截位置之间的距离，并以此确定浒苔到达拦截位置所需的时间即前置打捞时间；

步骤4.在前置打捞时间内，根据步骤1确定的预订生物量规划具有合适捕捞力量的船队，调度船队前往拦截位置形成前置拦截线，用捕捞网对浒苔进行捕捞拦截。

步骤1中的前置预测生物量计算公式为：

其中，B₁为每条潮沟位置所汇聚的漂浮浒苔生物量(单位为kg)，

为单位面积养殖筏架定生绿藻平均生物量(kg/m²)，S为该养殖公司的养殖面积(m₂)，或网格化采样调查中该采样点所属网格的总养殖面积，P_prolifera为该养殖公司或采样点定生绿藻中浒苔所占的百分比，63％为浒苔的平均漂浮率；

步骤3中前置打捞时间计算公式为：

其中T₁为潮沟内的漂浮浒苔条带到达前置拦截线的时间，即前置打捞时间，T₀为清理筏架后第一个高潮时间，D_0→1为筏架到前置拦截线的距离(km)，V_l为该潮沟流速(m/s)，通过实测得到，d_l为流拖曳系数，根据试验该区域流速对漂浮浒苔漂移速度影响较大，系数取值范围为1，V_f为海表风速，通过实测获得，θ为风向与该潮沟走向的夹角，实测获取，d_f为风拖曳系数，该区域取值范围0.004-0.011，平均为0.009，3.6为单位m到km、s到h的转换系数。

2.如权利要求1所述的海洋漂浮藻类的控制方法，其特征在于，还包括有步骤5，步骤5为在前置拦截线的后方设置后置拦截线，若到达前置拦截线的实际生物量大于预测生物量，超出预测生物量即为后置生物量，由后置拦截线拦截。

在上述技术方案的基础上，后置生物量的计算公式为：

其中，B₂为在该潮沟内的后置拦截线位置上的漂浮浒苔生物量(kg)，B₁为前置拦截线的生物量(kg)，L₁为该前置拦截线的打捞量(kg)，由现场打捞提供,

为该位置漂浮浒苔平均生长率(一般取15％d^-1～30％d^-1)，D_1→2为前置拦截线到后置拦截线的距离(km)，由实测获得，V_l为该潮沟流速(m/s)，通过实测得到，d_l为流拖曳系数，系数取值范围一般为1，V_f为海表风速，通过实测获得，θ为风向与潮沟走向的夹角，实测获取，d_f为风拖曳系数，不同区域数值不同，取值范围0.004-0.011，平均值为0.009，86.4为m到km、s到d的转化系数。

3.如权利要求2所述的海洋漂浮藻类的控制方法，其特征在于，步骤5还包括有后置打捞时间，该后置打捞时间为漂浮浒苔条带到达后置拦截线位置上的时间，后置打捞时间的计算公式为：

其中，T₂为潮沟中漂浮浒苔条带到达后置拦截线位置上的时间，即后置打捞时间，D_1→2为前置拦截线到后置连接线的距离(km)，其他参数同上，由于海面阻力小，因此后置拦截线上的风对漂浮浒苔的漂移速度高于上一区域，因此d_f取值约为0.009。

4.如权利要求2或3所述的海洋漂浮藻类的控制方法，其特征在于，根据步骤1得到的前置预测生物量和步骤2中得到的浒苔在潮沟内汇聚的位置，确定浒苔量少或者没有成规模浒苔聚集的潮沟即安全潮沟，该安全潮沟潮沟内不布置前、后置拦截线。

5.如权利要求4所述的海洋漂浮藻类的控制方法，其特征在于，还包括有步骤6，步骤6为在安全潮沟内布置机动观察点，用以对安全潮沟内的水质状况、现有的绿藻数量进行监控，机动观察点具有监控无人机，能够监控相邻的安全潮沟，当机动观察点监控到安全潮沟内水质状况突变为有利于绿藻大量繁殖的条件时该安全潮沟变为潜在问题潮沟，召唤附近处于闲置状态的后置拦截线船队前往该潜在问题潮沟，清理掉该潮沟内即将大规模繁殖的绿藻。

6.如权利要求5所述的海洋漂浮藻类的控制方法，其特征在于，根据安全潮沟历年绿藻数量及历年水质状况数据，在多个安全潮沟内确定多个常年安全潮沟，在常年安全潮沟出口处布置海洋监测浮标，用以监测水质状况。