适用于近岸海水池塘养殖的渔业灾害风险评估方法与系统

1.本发明涉及海洋工程防灾减灾技术领域，具体而言是一种适用于近岸海水池塘养殖的海洋设施渔业灾害风险隐患评估方法与系统。


背景技术：

2.池塘抵御灾害能力差异大，行业整体技术水平较低，每年受海洋灾害影响损失破坏严重。行业内还没有一个完善的海洋设施渔业灾害风险隐患评估技术规程，致使每年海洋设施渔业受灾措施应对性和针对性并不强，进一步加剧了养殖户和养殖企业的经济损失。


技术实现要素：

[0003][0004]
发明目的：针对上述提出的技术问题，本发明目的在于提供一种适用于近岸海水池塘养殖的海洋设施渔业灾害风险隐患评估方法与系统，能够基于外海受灾因素和养殖池塘内部受灾因素，建立定量关系，开展海水池塘养殖设施受灾风险隐患评估。
[0005]
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
[0006]
一种适用于近岸海水池塘养殖的渔业灾害风险评估方法，所述方法基于外海水动力要素与风速并结合沿岸堤防对海水池塘养殖设施破坏风险开展评估，包括如下步骤：
[0007]
步骤1，获取评估对象区域范围、评估区域基础地理信息、外海堤防设计参数与养殖池塘几何尺寸与水深以及海洋预报信息；
[0008]
步骤2，进行水动力计算，包括外海水动力计算和养殖池塘内水动力计算，将风暴潮壅水高程+防潮堤波浪爬高作为外海水动力要素，将塘梗风浪壅水面高程+波浪爬高作为养殖池塘内水动力要素；
[0009]
步骤3，根据计算得到的外海水动力要素和养殖池塘内水动力要素，评估海洋设施渔业灾害风险隐患。
[0010]
作为优选，若评估区域的风暴潮预警级别小于外海防潮堤设计水位时，池塘养殖不受外海水动力过程影响，则不进行外海水动力计算；若评估区域风暴潮预警级别达到或超过其外海防潮堤设计水位时，则需计算评估区域外海的风暴潮壅水与防潮堤波浪爬高。
[0011]
作为优选，外海波浪和风暴潮壅水采用国家海洋环境预报中心发布的预报结果。
[0012]
作为优选，防潮堤上的波浪爬高和塘梗上的波浪爬高计算方式相同，具体计算为：
[0013]
(1)在风的直接作用下，正向来波在单一斜坡上的波浪爬高，按下列要求确定：
[0014]
当斜坡坡率m＝1.5～5.0、h/l≥0.025时，按下列公式计算：
[0015][0016]
m＝cotα
[0017]
其中：r
p
为累计频率为p的波浪爬高(m)；k
δ
为斜坡的糙率系数；kv为经验系数；k
p
为表示r
p
和平均爬高比值的爬高累计频率换算系数；α为斜坡坡脚(
°
)； h为堤前波浪的平均
波高(m)；l为堤前波浪的平均波长(m)；
[0018]
当m≤1.0、h/l≥0.025时，按下式计算：
[0019]rp
＝k
δ
kvk
p
r0h
[0020]
其中：r0为无风情况下，光滑不透水护面、h＝1m时的爬高值(m)；
[0021]
当1.0＜m＜1.5时，由m＝1.0和m＝1.5的计算值按内插法。此外，h/l＜0.025 时波浪爬高较小，忽略其灾害影响。
[0022]
(2)带有平台的复式斜坡堤的波浪爬高，先确定折算坡率me，再按坡率为 me的单坡确定其爬高，其中折算坡率me按下列公式计算：
[0023]
当δm＝(m
下-m
上
)＝0时：
[0024][0025][0026]
当δm＞0时：
[0027][0028]
当δm＜0时：
[0029][0030]
其中：m
上
为平台以上的斜坡坡率；m
下
为平台以下的斜坡坡率；dw为平台水深，当平台在静水位以下时取正值；平台在静水位以上时取负值；|dw|表示取平台水深绝对值(m)；b为平台宽度(m)。
[0031]
(3)来波波向线与堤轴线的法线成β角，按(1)或(2)计算出的波浪爬高应再乘以角度换算系数k
β
。
[0032]
作为优选，述养殖池塘内水动力计算还包括有效波高和有效周期：风作用下养殖池塘内的有效波高和有效周期按如下公式计算：
[0033]
有效波高：
[0034][0035]
有效周期：
[0036][0037]
其中：hs为有效波高(m)；g为重力加速度(m/s2)；u为海面上10m高度处的平均风速(m/s)；f为池塘长度(m)，d为池塘平均水深(m)；ts为有效波周期(s)。
[0038]
作为优选，池塘塘梗上的风浪壅水面高程按如下公式计算：
[0039]
[0040]
其中：e为风浪壅水面高程(m)；k为综合摩擦系数；g为重力加速度(m/s2)； u为海面上10m高度处的平均风速(m/s)；f为池塘长(m)；d为池塘平均水深 (m)。
[0041]
作为优选，根据步骤3计算结果确定如下评估风险等级：
[0042]
高风险区：外海壅水高程+波浪爬高超过外海防潮堤设计标准；
[0043]
中风险区：30亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程0.5m，或50 亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程0.6m，或100亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程0.8m，或300亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程1.2m；
[0044]
低风险区：30亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程0.23m，或50 亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程0.32m，或100亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程0.46m，或300亩的海水池塘塘梗壅水面+波浪爬高超过顶高程0.73m。
[0045]
作为优选，基于风险评估结果，划分海水池塘养殖受灾风险区，生成海水池塘养殖风险评估报告；评估报告的正文内容包括评估区域概况、海水池塘概况、水动力要素计算结果、海水池塘养殖受灾风险评估以及对策与建议。
[0046]
一种适用于近岸海水池塘养殖的渔业灾害风险评估系统，所述系统用于基于外海水动力要素与风速并结合沿岸堤防对海水池塘养殖设施破坏风险开展评估，包括：
[0047]
信息采集模块，用于获取评估对象区域范围、评估区域基础地理信息、外海堤防设计参数与养殖池塘几何尺寸与水深以及海洋预报信息；
[0048]
水动力计算模块，用于进行水动力计算，包括外海水动力计算和养殖池塘内水动力计算，将风暴潮壅水高程+防潮堤波浪爬高作为外海水动力要素，将塘梗风浪壅水面高程+波浪爬高作为养殖池塘内水动力要素；
[0049]
以及，评估模块，用于根据计算得到的外海水动力要素和养殖池塘内水动力要素，评估海洋设施渔业灾害风险隐患。
[0050]
一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的适用于近岸海水池塘养殖的渔业灾害风险评估方法。
[0051]
有益效果：本发明基于海水池塘养殖设施的受灾机制，综合考虑了外海水动力影响和养殖池塘内部水动力影响，开展海水池塘养殖的风险评估，具备科学性；所采用的资料及精度有明确说明，能够排除人为因素干扰；对所采用的技术方法进行了足够的验证，能保证其客观性。本发明提供的近岸海水池塘养殖设施受灾风险评估方法，能为海水池塘养殖的灾前安全评价、灾中风险预警、灾后受损评估提供依据，为养殖保险服务提供技术支撑。
附图说明
[0052]
图1为本发明实施例的总体流程图；
[0053]
图2为本发明实施例中水动力计算流程图。
具体实施方式
[0054]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，所描述的实施例只是本发明的一种实施例，并不是全部的实施例。
[0055]
本发明实施例公开的一种适用于近岸池塘养殖的渔业灾害风险评估方法，适用范围为近岸海水池塘养殖，具体地为海岸线向陆一侧10～15公里或地表高程小于平均潮位2米的海水池塘养殖区。如图1所示，本发明主要包括如下步骤：
[0056]
步骤1，获取评估对象区域范围、评估区域基础地理信息、外海堤防设计参数与养殖池塘几何尺寸与水深以及海洋预报信息(台风风暴潮或寒潮期间中国海洋预报网发布的波高、风暴潮增水、天文潮及风速资料等)。
[0057]
步骤2，进行水动力计算，包括外海水动力计算和养殖池塘内水动力计算，将风暴潮壅水高程+防潮堤波浪爬高作为外海水动力要素，将塘梗风浪壅水面高程+波浪爬高作为养殖池塘内水动力要素。
[0058]
步骤3，根据计算得到的外海水动力要素和养殖池塘内水动力要素，评估海洋设施渔业灾害风险隐患。
[0059]
步骤4，基于风险评估结果，划分海水池塘养殖受灾风险区，生成海水池塘养殖风险评估报告。
[0060]
在实施本发明方法之前，先进行评估对象调研和分析，进行风险等级确定。其中评估对象调研是根据风险评估对象，确定评估区域范围，收集和整理评估区域基础地理信息、养殖池塘情况、海防工程、水文气象要素及海洋灾害等。地理信息主要包括评估区域入海河流、地表高程、水深及岸线数据，比例尺不小于 1:1
×
106。养殖池塘情况包括养殖池塘的分布图、各池塘平面尺寸、池塘水深、塘梗的坡比及护坡等。海防工程包括海堤的堤线布置、堤身设计参数及设计标准等。水文气象资料包括评估区域附近的潮(水)位站、海洋观测站、浮标船舶报、卫星高度计及国家海洋局发布的预报结果等风暴潮过程的潮位、潮流、海浪及气象观测资料等。
[0061]
评估对象分析主要是要明确外海防潮堤的防护标准、养殖池塘平面布置以及塘梗坡比。明确外海防潮堤的防护标准包括确定外海防潮堤堤顶高程，有明确设计文档的外海防潮堤，其堤顶高程为设计水位+堤顶超高(壅水面+波浪爬高+安全超高)；未有详实设计材料的，可直接量测。明确养殖池塘平面布置包括：将池塘统一成长宽比为3:1的矩形，单池面积分别为30亩、50、100亩和300亩；池塘水深明确为d＝1.5m或d＝2.0m；池塘间塘梗为顶高程2.5m的梯形。对评估对象的调研和分析均写入评估报告中。
[0062]
本发明实施例中，依据海水池塘所遭受不同水动力威胁，确定风险等级表。风险等级表确定为三级：高风险区(i级)、中风险区(ii级)和低风险区(iii级)。判别标准及受灾情况如表1所示。
[0063]
表1海水池塘养殖风险等级表
[0064][0065][0066]
基于前期的调研与风险，本发明实施例中涉及的水动力包括外海和养殖池塘内。外海波浪和风暴潮壅水采用国家海洋环境预报中心发布的预报结果。具体分为两种情况：若评估区域的风暴潮预警级别小于外海防潮堤设计水位时，池塘养殖不受外海水动力过程影响，无需进行外海水动力计算；若评估区域风暴潮预警级别达到或超过其外海防潮堤设计水位时，需计算评估区域外海的风暴潮壅水与防潮堤波浪爬高。其中防潮堤上的波浪爬高具体计算为：
[0067]
(1)在风的直接作用下，正向来波在单一斜坡上的波浪爬高，按下列要求确定：
[0068]
1)当斜坡坡率m＝1.5～5.0、h/l≥0.025时，按下列公式计算：
[0069]
[0070]
m＝cotα
[0071]
其中：r
p
为累计频率为p的波浪爬高(m)；k
δ
为斜坡的糙率系数，根据护面类型按表2确定；kv为经验系数，可根据风速u(m/s)、堤前水深d(m)、重力加速度 g(m/s2)组成的无维量u/(gd)
1/2
，按表3确定；k
p
为表示r
p
和平均爬高比值 r
p
/的爬高累计频率换算系数，可按表4确定。对不允许越浪的堤防，爬高累计频率宜取2％；对允许越浪的堤防，应根据越浪量大小，采取相应的防护措施。 m为斜坡坡率；α为斜坡坡脚(
°
)；h为堤前波浪的平均波高(m)；l为堤前波浪的平均波长(m)。
[0072]
2)当m≤1.0、h/l≥0.025时，按下式计算：
[0073]rp
＝k
δ
kvk
p
r0h
[0074]
其中：r0为无风情况下，光滑不透水护面(k
δ
＝1)、h＝1m时的爬高值(m)，可按表5确定。
[0075]
3)当1.0＜m＜1.5时，可由m＝1.0和m＝1.5的计算值按内插法确定。此外， h/l＜0.025时波浪爬高较小，忽略其灾害影响。
[0076]
表2斜坡的糙率系数k
δ
[0077]
护面类型k
δ
光滑不透水护面(沥青混凝土、混凝土)1.0混凝土板0.95草皮0.90砌石0.80抛填两层块石(不透水堤心)0.60～0.65抛填两层石块(透水堤心)0.50～0.55
[0078]
注：m≤1.0，砌石护面取k
δ
＝1.0。
[0079]
表3经验系数kv[0080]
u/(gd)
1/2
≤11.522.533.54≥5kv11.021.081.161.221.251.281.30
[0081]
表4爬高累积频率换算系数k
p
[0082][0083]
表5r0值
[0084]
m＝cotα00.51.0r01.241.452.20
[0085]
(2)带有平台的复式斜坡堤的波浪爬高，可先确定该断面的折算坡率me，再按坡率为me的单坡断面确定其爬高。
[0086]
折算坡率me按下列公式计算：
[0087]
当δm＝(m
下-m
上
)＝0时：
[0088][0089][0090]
当δm＞0时：
[0091][0092]
当δm＜0时：
[0093][0094]
其中：m
上
为平台以上的斜坡坡率；m
下
为平台以下的斜坡坡率；dw为平台水深，当平台在静水位以下时取正值；平台在静水位以上时取负值；|dw|表示取平台水深绝对值(m)；b为平台宽度(m)。
[0095]
(3)来波波向线与堤轴线的法线成β角，按(1)或(2)计算出的波浪爬高应再乘以系数k
β
。当堤坡坡率m＜1时按β为0度角计算、即此时忽略斜向的影响；当m≥1时，k
β
按表6确定。
[0096]
表6系数k
β
[0097]
β(
°
)≤15203040506090k
β
10.960.920.870.820.760.6
[0098]
养殖池塘内水动力计算包括：
[0099]
风作用下养殖池塘内的有效波高和有效周期按如下公式计算：
[0100]
有效波高：
[0101][0102]
有效周期：
[0103][0104]
其中：hs为有效波高(m)，其与平均波高间的关系为hs＝1.61h；g为重力加速度(m/s2)；u为海面上10m高度处的平均风速(m/s)；f为池塘长度(m)，d 为池塘平均水深(m)；ts为有效波周期(s)，其与平均周期间的关系为ts＝1.15t。
[0105]
池塘塘梗上的风浪壅水面高程按如下公式计算：
[0106][0107]
其中：e为风浪壅水面高程(m)；k为综合摩擦系数，可取3.6
×
10-6
；g为重力加速度(m/s2)；u为海面上10m高度处的平均风速(m/s)；f为池塘长(m)；d 为池塘平均水深(m)。
[0108]
池塘塘梗上的波高爬高按上述外海防潮堤波浪爬高计算方法计算。
[0109]
最后依据海水池塘养殖受灾风险等级表和水动力要素，评估评估区域的养殖风险。根据风险评估结果，划分海水池塘养殖受灾风险区，汇总评估资料，并编制海水池塘养殖风险评估报告。
[0110]
海水池塘养殖受灾风险区用红、橙、黄三色标识出评估区各面积单元等级大小。评估资料包括上述评估对象调研内容、评估对象分析内容、海水池塘养殖受灾风险等级及水动力要素等该评估过程中涉及的资料和计算结果。
[0111]
海水池塘养殖风险评估报告的主要图表及格式如下：
[0112]
a.封面
[0113]
封面书写内容包括：报告名称；委托单位名称；承担单位名称(盖章)；报告编制日期。
[0114]
b.封二
[0115]
封二应书写内容包指：承扣单位负责人；任务责任人；技术负责人；报告编写人员；主要参与人员；审核人员。
[0116]
c.目录
[0117]
报告应有目录页，重于前言之前。
[0118]
d.前言
[0119]
前言包括工作来源、背景、内容和主要成果等。
[0120]
e.正文
[0121]
海水池塘养殖风险评估报告正文编写内容大纲如下：
[0122]
第1章“评估区域概况”，内容包括自然地理环境概述、海水养殖概况、海洋灾害概况等。
[0123]
第2章“海水池塘概况”，内容包括主要海水池塘分布范围、海水池塘平面形状、塘梗的坡比及修筑材料情况、养殖活动、外海防潮堤堤线布置、堤身设计参数及设计标准。
[0124]
第3章“水动力要素计算”，内容包括天文潮最大潮位、最大流速、壅水高程、最大波高、波浪爬高及漫堤、漫滩范围，池塘内风浪波高、周期、塘梗上的壅水高程及波浪爬高；以图表形式给出最大潮位、最大流速、最大波高、波浪爬高及漫堤、漫滩范围。
[0125]
第4章“海水池塘养殖受灾风险评估”，内容包括评估区养殖受灾风险评估方法及评估结果；以图表形式给出评估区受灾风险等级。
[0126]
第5章“对策与建议”，内容包括根据评估区域养殖受灾风险评估等级结果阐述其具体影响，提出有针对性的对策建议。
[0127]
f.封底
[0128]
印刷版报告宜有封底。封底可放置任务承担单位的名称和地址或其他相关信息，也可为空白页。
[0129]
g.报告格式
[0130]
报告文本外形尺寸为a4(210mm
×
297mm)。
[0131]
基于相同的发明构思，本发明实施例公开的一种适用于近岸海水池塘养殖的渔业灾害风险评估系统，包括：信息采集模块，用于获取评估对象区域范围、评估区域基础地理信息、外海堤防设计参数与养殖池塘几何尺寸与水深以及海洋预报信息；水动力计算模块，用于进行水动力计算，包括外海水动力计算和养殖池塘内水动力计算，将风暴潮壅水高程+
防潮堤波浪爬高作为外海水动力要素，将塘梗风浪壅水面高程+波浪爬高作为养殖池塘内水动力要素；评估模块，用于根据计算得到的外海水动力要素和养殖池塘内水动力要素，评估海洋设施渔业灾害风险隐患；以及报告编制模块，用于基于风险评估结果，划分海水池塘养殖受灾风险区，生成海水池塘养殖风险评估报告。
[0132]
基于相同的发明构思，本发明实施例公开的一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的适用于近岸海水池塘养殖的渔业灾害风险评估方法。
[0133]
应说明的是：本发明上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因而，凡在本发明的实质精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。