水下圆形重力式网箱缆绳张力对波、流的响应特性

通过模型试验研究了周长40 m、网高10 m的HDPE圆形升降式网箱沉降在水下时的缆绳张力。试验采用狄克逊准则,模型大比例尺λ=10和小比例尺λa=λd=2;网箱采用网格形式锚泊系统。试验时前主缆绳水平方向与波流夹角为0°,试验流速为0、5、10和15 cm/s,波浪周期范围1.3～2.2 s,波高范围10～30 cm。在各试验条件下对主缆绳和系框绳以及浮框绳张力进行了测试,以受力最大的缆绳为研究对象,分析了缆绳最大张力与波流因子之间的关系。结果显示:①在纯流作用下,前主缆绳受力最大;在纯波作用下,后侧主缆绳受力最大,最大张力随波高增大呈线性增长趋势,随周期变化的影响较小。②在波流作用下,高流速、低波高、高波周期条件时前主缆绳受力最大;在低流速、高波高、低波周期时后侧主缆绳受力最大;前主缆绳受水流作用影响较大,后侧主缆绳受波浪作用影响较大。③在波流作用下,各缆绳最大张力随波高、流速增大而增大,随周期增大而减小;后侧主缆绳最大张力无量纲量随波陡增大且基本呈线性增长趋势。     

波流作用下深水网箱受力及运动变形的数值模拟

基于已建立的浮架和网衣数学模型,对不同波况和流速共同作用条件下HDPE深水网箱所受的锚绳力、波流力、容积损失率以及浮架倾角进行数值计算,设计的波流要素值为:波高H=4～6 m,周期T=6.0～8.6 s,流速U=0.3～0.9 m/s.结果表明,网箱锚绳受力、波流力和容积损失率均与波高和流速成正比,与周期的关系不明显,且网箱系统所受的波流力约为网箱迎浪侧两根锚绳受力的合力.在波高H=4～6 m、流速U=0.75 m/s时,网箱容积损失率达到47%～56%,网箱变形较为严重,为此建议网箱养殖区域应选择流速小于0.75 m/s的海区较为适宜.周期对网箱容积损失率的影响很小,对浮架倾角的影响较为明显,波高和流速不变时,随着周期的增大,浮架倾角会有所减小.本研究旨在探讨波浪流对深水网箱受力及运动变形的影响,为高海况网箱养殖的风险评估提供参考依据.     

桩网连接方式对桩柱式围网网衣受力的影响

海洋围网养殖是一种新型且具有应用前景的生态养殖模式,主体由桩柱、网衣、纲绳等结构组成。网衣系统安全是决定围网养殖工程安全的关键所在。本研究主要采用集中质量点法建立围网网衣数值模型,利用StokesⅢ阶波波浪理论,研究波浪载荷作用下,桩网连接方式(桩网直接连接和桩网间接连接)对网衣最大偏移量、网线和纲绳最大受力、系缚点受力的影响。研究结果显示,网衣的形变呈不对称分布,在波高小于4 m时,2种连接方式的围网网衣最大偏移量几乎保持一致,当波高大于4 m时,2种连接方式的网衣波峰处位移最大,且波谷处偏移逐渐减小,总体上看桩网间接连接的桩柱式围网偏移量更大;2种连接方式的纲绳和网线受力随波高增加而增大;相同波高条件下,纲绳和网线的最大受力部位均在竖纲连接槽钢处,桩网间接连接方式的围网纲绳和网线受力要小于桩网直接连接的方式;系缚点的最大受力在水平面下0~1 m内,间接连接方式的系缚点最大受力小于直接连接方式。水平网线的受力随着波高的增加而增加,间接连接方式的网线受力要小于直接连接的方式。研究结果可为桩柱式围网网衣系统连接方式的选择与安全评估提供参考。     

基于FUNWAVE-TVD模型的离岸养殖围网内外波浪场数值模拟研究

本研究利用完全非线性Boussinesq数值模型FUNWAVE-TVD耦合多孔介质模型,建立了模拟围网波浪场的数值模型。将计算结果和实验数据进行对比分析,验证了该模型计算规则波在穿过网箱后传播过程的准确性。进一步研究了波高和周期等因素对围网内外波浪场特性的影响,探讨了围网波浪场特性与这些水动力因素的内在联系。结果显示,离岸养殖围网的存在使波浪场背浪侧出现衰减,波高衰减率受波浪周期影响较大,最大波高衰减达到93.3%。同时,较低频规则波的波高衰减区域呈辐射状趋势扩散,并随着波浪进一步传播,最大波高衰减位置开始向两侧扩散,围网背浪侧的波高衰减程度减小,波高有恢复趋势,而高频波浪的波高衰减区域则较为集中。本研究可为实际海域桩网围护的位置和构造提供分析依据。     

圆柱镂空型人工鱼礁波流水动力特性数值模拟

研究人工鱼礁在波流作用下的水动力特性,对于人工鱼礁的设计具有重要的意义。基于有限体积法,采用边界造波,利用自由表面捕捉法(VOF)捕捉自由水面,建立了可以分别模拟纯波、均匀流以及波流共同作用下人工鱼礁水动力特性的多功能三维数值波流水槽。基于该数值模型对不同波流工况作用下圆柱型镂空人工鱼礁水动力特性进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果显示,人工鱼礁数值模拟受力与模型试验结果吻合良好,人工鱼礁所受的波流力最大值随着波高、周期和水流流速的增大而增大;人工鱼礁处于波流场波峰正下方时,背涡流的面积随着水流流速的增大而增大,随着波高、周期增大而减小。对单独均匀流作用、单独波浪作用和波流联合作用下人工鱼礁的水动力特性对比研究表明,人工鱼礁所受的最大波流力比最大波浪力、水流力都大,波流联合作用下的流场效应最显著,在礁体的后部形成了较大规模的漩涡结构。     

小尺度方形网箱浮框在波浪中应变的研究

用新设计的小尺度方形网箱在波浪水槽中进行应变试验,测量网箱浮框上按一定规律选定的特殊点的应变.应用渔具模型实验和船舶结构测试技术的处理方法,得出网箱浮框上的最大应变点,以及应变与波浪要数间的关系.结果表明,框架变形周期与波浪的周期相同,正负应变呈不对称分布.试验时网箱最大变形出现在前端内圈浮管的转角侧面中点No.6和顺波向内圈浮管上侧的中点No.11.在同一波高情况下,存在着与网箱结构相关的一波浪周期的使得网箱变形最大.在选定的18个点中,6点在周期在所有周期中,正应变都较小.当周期0.99 s,波高16.7 cm时出现的负应变值最小,6点出现最大负向变形.第11点的变形非常明显,其最小变形出现在周期0.79 s,波长10 cm,最大变形出现在周期1.49 s,波高31 cm时.一般来说正应变随波高的增加而增加,负应变在一定周期内减小,当周期增大到一定值时,负应变随波高增加而增加.     

应用两种不同的波浪理论计算方形网箱水平波浪力

运用莫里森(Morison)和库兹涅佐夫(Kuznetsov)的计算方法对方形网箱及其构件受到的水平波浪力特性进行分析,分别依据正弦波和司托克斯二阶波理论,导出相应水平波浪力的迭加计算公式,并把计算结果与两种尺寸的网箱水槽试验进行对比验证。结果显示,正弦波理论计算值与试验值平均误差分别为11．19％和13．67％,二阶波计算平均误差分别为11．03％和13．87％,表明两者计算结论的差异性和计算方法的可行性。在波长、周期、波高和水深分别为150m、10．2s、10m、40m情况下模拟计算实物网箱水平波浪力,其二阶波受力峰值范围比正弦波的要窄、波谷值曲线要平坦,两者波浪力计算相差达8．70％,并且相差率与波高、波长成正比例关系,与水深成反比例关系,从而说明不同的波浪水域环境下应用不同波浪理论计算具有重要意义。     

圆形网箱浮架系统的受力特性研究

运用线性波浪理论和刚体运动学原理,建立了波浪作用下网箱浮架系统的计算模型.在不同波高(H=4.2～7.0 m)和周期(T=7.2、8.6 s)条件下,采用计算机数值模拟方法,分别对浮架系统所受的锚绳力、波浪力以及合力矩进行了数值计算.通过计算结果的比较及分析表明,三者都随波高的增大而有所增大,其中迎浪侧锚绳力和水平波浪力与波高都有显著的正比关系.在各种不同波况下,迎浪侧锚绳力要大于背浪侧锚绳力,水平波浪力要大于垂直波浪力.     

船型桁架结构网箱单点系泊受力试验研究

安全高效的大型深海养殖网箱是引领深远海养殖发展的重要设施装备。该研究针对一种船型桁架结构的单点系泊深远海网箱开展了模型比尺为1∶40波浪流水池试验,比较分析了正常工况和失效工况2种不同单点系泊方式下网箱的系泊受力。在此基础上,分别围绕网衣、波浪和水流对网箱系泊受力的影响开展了试验研究。结果表明,相较于正常工况,失效工况的网箱系泊受力大幅增加,对网箱的安全性造成较大影响;在正常工况中,大浪条件网箱的受力随波高增加而增大,波高从12.5 cm增加到17.5 cm,网箱系泊受力增大3倍以上;在波流联合作用下,网箱系泊受力与流速变化呈正相关,与周期变化呈负相关;相较于无网衣,有网衣时网箱受力在纯波条件下增幅达1倍以上,波流联合作用下增幅为30%～60%。研究结果可为今后船型桁架结构网箱的系泊方案设计及海上安装提供理论依据和数据支撑。     

波浪作用下圆形网箱浮架系统的运动特性分析

作为深水养殖网箱的重要组成部分,浮架系统在网箱抗风浪性能中扮演着极为重要的角色,研究浮架系统在波浪作用下的运动特性是深入了解网箱抗风浪性能的关键。基于集中质量法将圆形浮架离散成众多微元,并运用线性波浪理论和刚体运动学原理,建立了波浪作用下网箱浮架系统的运动响应数学模型。针对圆形浮架的实际尺寸参数,在不同波高（H=4.2～7.0 m）和周期（T=7.2, 8.6 s）条件下,采用计算机数值模拟方法,对浮架前后点运动轨迹、浮架质心水平和垂直位移、浮架倾角进行了数值计算。通过对计算结果的比较及分析表明：（1）浮架垂直位移幅度大于水平位移幅度,波浪周期对浮架垂直位移的影响要小于对水平位移的影响;（2）浮架水平位移、垂直位移以及倾角都和波高具有显著的正比关系。在波高H=4.2～7.0 m范围内,周期T=7.2 s时,水平位移、垂直位移和倾角的增量分别为1.84 m、1.0 m和7.18°;周期T=8.6 s时,三者的增量分别为1.66 m、1.05 m和5.43°;（3）周期增大,浮架垂直位移增加,水平位移和倾角减小。     

等边三角型人工鱼礁礁体结构设计及其稳定性

在山东威海西港水产公司小石岛造礁工程投放的三角型礁的基础上,改良设计了等边三角型礁。礁体的尺寸为:等边三角型的边长2 m,宽3.3 m,重8.1 t。根据山东海区的波流状况,测量计算了礁体在8种波况和5种流速下所受到的最大作用力、抗漂移安全系数和抗翻滚安全系数。结果表明,该礁型在实际投放水深为15 m、波高为6 m时,可能失稳发生漂移,在其他波况下能较好地保持稳定;该礁型在投放水深15 m、流速达到1 m/s时,仍能保持稳定,无漂移和翻滚现象。此外,在计算的基础上,对礁体的稳定性进行了观察试验,观察结论与计算结果基本相符。     

漂浮状态下重力式及碟形网箱锚绳受力特性的比较

深水网箱养殖是海洋牧场建设的重要手段之一,在其发展及应用过程中出现了多种结构形式,其中以重力式和碟形深水网箱应用最为普遍,国内外关于网箱的水动力特性已进行了不少研究,但结果存在较大差异。Colboume等曾对多种配重形式和锚碇形式的重力式网箱的水动力特性及运动特性进行试验,     

风浪中锚泊渔船的锚链系泊张力的分析研究↑（*）

渔船在风浪冲击下锚泊时,其锚链的动力负荷会受到影响。通过非线性方程的求解,着重分析二阶波浪力导致的高系泊力。结果证明,在不同水深及风、浪、流的作用下,电焊锚链和钢丝绳所能承受的系泊拉力相差较大,从而为渔船锚泊规范制订提供了理论基础。     

钢制四方台型人工鱼礁礁体设计及稳定性研究

针对台州大陈海域的波流状况、水深等设计了钢制四方台型礁体。礁体的基本尺寸为底座3.5m×3.5m×0.3m,顶面2.5m×2.5m,高3.5m,重7.19。t根据波流动力学理论对此礁体在实际投放海域所受到的最大作用力、抗漂移系数以及抗倾覆系数等进行了计算。结果表明,该钢制四方台型礁体在波流共同作用下的最大受力为32255N,作用力矩为48642 N.m,抗漂移系数和抗倾覆系数分别为1.44,2.23。与礁体受到的静摩擦力、重力矩相比,满足礁体稳定条件,即礁体在海底不会发生滑移或翻滚。     

掩护海水养殖网箱的浮式防波堤的消浪特性

为保障海水养殖网箱在风浪中的安全及良好的海水交换功能,采用浮式防波堤掩护是切实可行的工程措施.该防波堤具有轻便、机动、经济等优点.模型试验结果表明,浮式防波堤(箱式浮堤和筏式浮堤)对于深水短波具有良好的消波效果,当水深与波长比>0.5,不论何种浮堤方案均能得到较好的消波效果;当水深波长比<0.2,不论何种浮堤方案消波效果均较差;相比之下,轻型筏式浮堤具有良好的实用前景.     

Experimental study on the effect of waves on netting panels at a range of angles to the wave direction

The effect of horizontal waves on flexible netting panels placed at angles to the wave direction is studied with the aim of evaluating the testing method of pre-tensioned mooring and radial systems and flexible netting structures. The netting was hung on a frame at a specific hanging ratio for ten types of polyethylene panels. Regular waves were experimentally generated with a wave period varying from 0.8 to 2.0 s and wave height ranging from 50 to 250 mm. The force on the netting structure was recorded by a tension transducer and a digital signal recorder. The results showed that the horizontal wave force on the netting panel changed periodically and asymmetrically when it was back and left or right declinate to the wave direction; similar results were found for the surface wave elevation. The opposite results were obtained when the sloping angle declinated front to the wave direction, with two obvious crests during each period. The horizontal wave force was related to the height and width of the netting panel, wave height, wave length, twine diameter, bar length of the mesh, and sloping angle relative to the wave direction. Using dual series relations, the least square approximation, and multiple stepwise regression analysis, the formula for estimating the maximum value of the wave force on the netting was obtained.     

多维视角下的新时代水产养殖业发展

由于经济因素的驱动,我国水产养殖规模和集约化水平在快速扩大和提高,同时,土地、淡水和鱼粉等资源制约日趋明显,氮磷排放、碳足迹、生态足迹在迅速增大,因此,我国水产养殖业需要生态集约化发展。从多维和可持续发展的视角可以推知,内陆大水域未来仅适于发展不投饲的养殖种类或称净水渔业,近岸(10 m以浅、距岸2 km以内或有遮蔽的海域)可发展不投饵的贝、藻养殖和增殖,离岸(距岸2 km以外、水深10～50 m)应增殖、养殖并举,深远海养殖(50 m以深、高海况开放海域和12 n mile以外的专属经济区海域)大有可为,陆基池塘生态集约化改造和陆基循环水养殖的阳光工厂化改造任重道远。