海洋论坛▏基于海底沉积层厚度分析的人工鱼礁选址初步研究 -人工鱼礁调查意义

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近年来，随着海洋生态环境友好型工程的发展，人工鱼礁建设日益增多，人工鱼礁选址关系到人工鱼礁建设的成败，人工鱼礁的投放受地形地貌、水文水质、海洋生物和社会环境等因素影响。科学合理地规划人工鱼礁选址，可充分发挥人工鱼礁生态功能，为海洋鱼类营造良好的栖息地，取得良好的经济、社会和生态效益。在选址过程中，应首先考虑拟选海区的地质结构，选择砂、砾等较坚硬的海底，确保鱼礁投放到海底不淤积和下陷。

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钢筋混凝土礁体投放到海底，图片来自海南省海洋与渔业科学院

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目前，对海底地质结构调查多采用多波束、侧扫声呐、电火花震源单道地震和海底钻探等。电火花震源单道地震相较于其他探测仪器具有地层剖面分辨率高、有效频带宽度丰富和采集效率高等特点。2020年5月采用电火花震源单道地震对大连市长海县大长山岛东北部海域海底浅地层进行勘测，得到沉积剖面结构，基于沉积层厚度对人工鱼礁的最适投礁区域进行分析。人工鱼礁投放后，利用潜水调查方式对投礁区域进行探测，对鱼礁位移及下陷程度等进行分析，验证基于沉积层厚度进行人工鱼礁选址是否可行。

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一、沉积层勘测与分析

⒈电火花震源单道地震

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电火花震源单道地震是一种基于水声原理的连续走航式海洋地质探测低频强功率声源仪器，其最大优点是操作安全、成本低廉、穿透能力强和分辨率高，最早应用于海洋地震方面勘探。

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电火花震源单道地震的工作原理是利用高电压贮能器中的电源进行放电，通过放电电缆和放电电极在水下释放，时序脉冲发生器触发脉冲信号，声波脉冲遇到声波阻抗界面发生反射，根据不同声波阻抗界面反射回来的脉冲信号输出海底浅地层的沉积剖面。本文使用法国SIG公司pulseM2电火花震源单道地震对海域进行浅地层勘测，SIG电火花系统是穿透深度与分辨率的很好结合，能量从100J到2000J，频率（1000Hz～1400Hz），穿透深度可以达到250m～400m，在少于30m的浅水环境中分辨率可以到60cm。

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⒉勘测范围与测线布置

研究海域为大连市长海县大长山岛东北部海域，海域面积1.67km2，中心点坐标122°44′10.828″E、39°19′44.578″N。根据海域范围布置相应的测线，本次勘测共完成11条测线，主测线8条，联络测线3条，测网间距为主测线400m×联络测线400m，勘测路线见图1。

图1 地质勘测路线示意图

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⒊数据处理

通过电火花震源单道地震扫测获取海域大量实测数据，数据采集和处理采用Sonarwiz7数据采集分析软件、GIS地理信息系统等，通过调整时变增益、去除水体和机械噪音等参数，在高频和低频下，获得理想的穿透深度和分辨率，获得地质现象明显的浅地层沉积剖面。由于项目海域海面存在浮筏养殖，因此，实际勘测路线较规划路线有所偏差。

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⒋结果分析

⑴浅地层剖面解释

一般而言，硬质海底严重制约声波穿透深度，限制仪器勘探的深度，部分被沉积层散射吸收，能探测到的有效深度较小，分辨率较弱。而泥质海底则有较深的反射，分辨率也较高。

大长山岛东北部海域海底面以下以粉砂质砂为主，反射波透射传递较为困难，因此图像反射强度较弱，多次波较弱，层间呈水平、平行反射结构，与下伏地层呈角度不整合接触，属于全新世晚期现代沉积。海域探测范围内，海底以下清晰可见沉积层为1层，即海底R0和第一反射层R1；穿透厚度7.1m～14m不等，沉积层厚度整体变化不大。由图像可知，该海域中部及北部（部分）沉积层相对较厚，海域西部、南部和东部沉积层厚度较薄，声学界面清楚连续，具有振幅强、高能量特征，全区可追踪，为本次划分识别的主要反射界面。

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图2 海底浅地层测量数据

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由于调查时海面风浪较大，产生一定的回波，会对数据质量清晰度造成影响。勘测过程中，未发现较明显地层变化，沉积层厚度随海底地形及水深变化均匀分布，总体表明，该海域浅地层分布较为均匀，地质结构稳定，适宜投放人工鱼礁。

图3 浅地层剖面特征分析图（局部）

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⑵沉积厚度平面分布

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根据全区声学剖面解释，划分出一个反射界面，沉积层总体厚度为海底和第二反射界面两者之差，即：沉积厚度H=R1-R0，地层厚度单位为m。

根据海域各地层沉积厚度分布，可以看出该海域西北侧和东北侧沉积厚度等值线密集，沉积厚度在10.5m～13.5m之间，表明此区域沉积厚度变化较为急剧，沉积厚度较大，不宜进行人工鱼礁投放。西南侧和东南侧海域沉积厚度等值线相对平缓，沉积厚度在8.0m～9.5m之间，表明此区沉积层分布较为均匀，沉积厚度良好，适宜进行人工鱼礁投放。

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图4 总体沉积层分布

二、人工鱼礁投放效果验证

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⒈人工鱼礁投放

人工鱼礁投放在不同沉积层厚度的海底会产生不同程度的下陷和位移等情况，为了验证基于沉积层厚度进行人工鱼礁选址的准确性，于2020年6月在所选海域内进行人工鱼礁投放。

在所选海域内共布设9个人工鱼礁投放站位，投放到规定范围之内，每个站位投放人工鱼礁单体礁5个，单体礁之间没有堆叠现象。

 图5 人工鱼礁投放站位

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⒉鱼礁沉降及位移情况

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人工鱼礁投放1年后，于2021年6月采用潜水调查方式对人工鱼礁海底状况进行测探，基于潜水调查勘测数据，对9个人工鱼礁投放站位人工鱼礁海底状态进行比较，见表1。

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表1 淤积厚度偏差统计

从表1可以看出，沉积层厚度大的区域，投放人工鱼礁的效果不理想，沉积层厚度小的区域，人工鱼礁投放后下陷和位移情况良好。

三、结论与讨论

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本文利用电火花震源单道地震对海域沉积层厚度进行勘测，探讨了基于沉积层厚度进行人工鱼礁最适选址是否合理，得到以下结论：

⑴电火花震源单道地震可作为人工鱼礁选址地质调查的一种勘测手段。

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⑵人工鱼礁适宜投放在沉积层厚度较浅的区域，不易下陷和位移。

⑶利用潜水调查的方式对已投人工鱼礁状态进行验证，证明了基于沉积层厚度进行人工鱼礁最适选址可行。此方法可应用于今后人工鱼礁选址工作中，为人工鱼礁科学选址提供理依据。

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【作者简介】文/赵德辉 刘敏 田涛 蒋欣燃 马成龙 单晨枫，分别来自长海县海洋与渔业综合行政执法队、大连海洋大学辽宁省海洋牧场工程技术研究中心、辽宁省海洋牧场工程技术有限公司。第一作者赵德辉，1971年出生，男，辽宁大连人，工程师，主要从事人工鱼礁方面工作；第二作者刘敏，1991年出生，男，辽宁大连人，工程师，主要从事海洋牧场方面工作。文章来自《陕西水利》（2023年第4期），参考文章略，用于学习与交流，版权归出版单位与作者所有，转载也请备注由“溪流之海洋人生”微信公众平台编辑与整理。

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