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。     

网衣波浪水动力特性的数值模拟初步研究

为研究网衣与波浪相互作用机理,以粘性不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,通过VOF方法追踪波面,采用推板造波的方式建立了数值波浪水槽。数值模拟过程中利用多孔介质模型模拟网衣,根据网衣受力的经验公式利用最小二乘法拟合得到相应的多孔介质模型参数。利用该数学模型研究了平面网衣对波浪形态影响及网衣受力情况,并与物理模型试验结果相比较。结果表明,计算获得的网衣受力和波浪透射系数与试验结果相一致,证明了该数值模型研究网衣波浪水动力特性的适用性。     

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.     

规则波作用下养殖网箱水动力特性分析

大型深远海养殖网箱是一种新型的养殖装备，网箱在波浪场作用下的水动力特性是考量其安全性的重要因素。网箱系统结构复杂，其水动力问题采用完全理论解析或数值模拟研究存在困难。本研究通过1∶100的网箱模型，试验研究了网箱的水动力特性。分析了不同波浪参数和吃水对网箱水动力的影响；引入当量直径分析了无量纲力与KC数之间的变化关系；使用网衣孔隙率对有网衣网箱受力结果进行修正，得到了考虑网衣的网箱框架波浪力无量纲经验公式。同时以莫里森(Morison)方程为基础对网箱框架和网衣进行数值计算并与试验结果进行对比。研究表明，网衣对网箱波浪力的影响可以使用网衣孔隙率来模化；该计算方法可以有效地计算网衣和网箱框架的波浪力。     

框架式浮鱼礁波浪水动力特性数值模拟研究

中国海洋牧场建设以投放人工鱼礁为主,人工鱼礁分为沉式鱼礁和浮鱼礁,而浮鱼礁能够较好地适应淤泥质近海养殖。以框架式浮鱼礁为研究对象,采用有限单元法和集中质量点法建立波浪作用下的水动力数值模型,模拟浮鱼礁在海水中实际运动情况。对比分析了不同波高(1.5、2、2.5和3 m)、水深(8、9、10、11和12 m)条件下的框架浮体运动轨迹、最大偏转角度以及锚绳受力特性,研究分析了浮鱼礁设计与实际应用时,目标海域潮位变化和波浪要素共同作用的影响。结果显示:框架浮体水平方向偏移、偏转角度、锚绳最大拉力均随波高增大而增大,近似于线性变化,且均随水深增大而减小,存在浮鱼礁不受波浪影响的临界水深,此时浮鱼礁上端至水面的距离与水深的比值约为0.5,当超过0.5时,水深变化对浮鱼礁水平位移、偏转角度和锚绳受力几乎没有影响。研究结果可为新型人工浮鱼礁的设计与投放提供参考。     

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。     

方型对角中连式礁体与方型对角板隔式礁体的稳定性

根据深圳杨梅坑人工鱼礁区海域的波流、水深等状况,对方型角板中连式礁体和方型对角板隔式礁体进行了不同海流速度下的受力、抗翻滚系数及抗滑移系数的计算.计算结果表明,2种方型礁体所受到的水流作用力随着水流速度的增加而增大,方型对角中连式礁体发生滑移的临界受力为25 123 N,发生翻滚的临界力矩为91 356 N·m;方型对角板隔式礁体发生滑移的临界受力为46 801 N,发生翻滚的临界力矩为170 186 N·m.研究结果显示,2种礁体的抗滑移、抗翻滚性能均较好,不会因为波流状况的突变而导致滑移、翻滚,投放后能长期维持其功能稳定不变.     

潮流作用下人工鱼礁山海域泥沙输运的数值模拟研究

为探究人工鱼礁投放后对海域底质的影响,实验基于海洋数值模型FVCOM (finite volume community ocean model)及其泥沙计算模块,对嵊泗马鞍列岛的人工鱼礁山的流场效应、悬沙和底床泥沙冲淤效果进行了数值模拟研究。数值模型中圆台型堆积人工鱼礁山设置为直径100 m、高度10 m,将人工鱼礁山部分简化为密闭空间并减去相应高度的水深,以体现潮流作用下鱼礁山周围的泥沙悬浮、底床冲淤效应。通过对大小潮期间涨急、落急时刻流场的分析,结果发现鱼礁山对流速的影响主要体现在鱼礁山附近,礁体上方及潮流主轴两侧的底层流速增加,背流面一侧流速大幅减弱。鱼礁山投放前后悬浮泥沙含量的差异与流场变化趋势比较接近,最大值不超过0.01 g/L。海床的泥沙冲淤结果在人工鱼礁山周围表现为沿涨、落潮主轴方向淤积,两侧冲刷,冲淤结果在±0.5 m左右,且水平影响范围在鱼礁山2倍直径,即约200 m以内,由人工鱼礁引起的泥沙输运过程是一个局部变化过程。研究表明,为避免局部过度冲刷,需对鱼礁山潮流椭圆短轴侧的附近海底使用特殊护底型礁体进行加固处理。潮流速度过大、且底质易严重冲淤的海域不适合建设人工鱼礁山。     

基于稳定同位素技术的天津大神堂海域人工鱼礁区食物网结构研究

本研究对2016年6月在天津大神堂3个礁区(2010年建成的鱼礁区;2012年建成的鱼礁区;2014年建成的鱼礁区)和对照区域采集的生物消费者及其食物源样品的碳、氮稳定同位素组成进行了分析,通过IsoSource模型计算不同区域生物的食物网基础,并利用氮稳定同位素数据计算消费者的营养级。结果显示,根据δ13C值可以将其食物源分为浮游植物、悬浮颗粒有机物(POM)和沉积相颗粒有机物(SOM)三类;浮游植物对消费者的碳源贡献率(67.2%~81.5%)最大,是大神堂海域的生物食物网的基础。不同区域同一食物源的δ13C和δ15N值没有显著性差异;礁区内滤食性贝类毛蚶(Arca subcrenata)、菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)和长牡蛎(Crassostrea gigas)的δ13C值显著高于对照区,作为潜在碳源的浮游植物对其的贡献率显著增加。消费者的δ15N值则介于7.70‰~14.34‰之间,消费者的营养级介于2.0~3.95级之间。游泳生物食性生物的δ15N和营养级在礁区内有所提高,礁区建成的年份越长,其营养级与对照区域的差别越显著。稳定同位素研究表明,人工鱼礁建设可能导致鱼礁区内滤食性生物的食物来源组成改变,并提高游泳生物食性生物的营养级。     

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。     

浅海围栏牧场中柱桩受力及波浪场分布试验

通过物理模型试验的方法,对浅海围栏牧场设施中柱桩的受力及内部波浪场进行了研究。试验模型整体采用1∶20比尺,试验波要素设定五个波高,原型分别为1、2、2.5、3、3.5m,五个波浪周期分别为5、6、7、8、9s,五个流速分别为0.5、0.76、1、1.25、1.57m/s。测量在不同波流组合以及不规则波单独作用和流单独作用下迎浪侧最前方单根桩柱的受力情况及围栏牧场内波浪场情况。试验结果显示,随着波高和流速的增加,桩柱所受到的波流力逐步增大,在计算柱桩受力时,需要考虑到网衣受力带来的影响。波高及周期越大,围栏设施内的波浪场分布规律越明显,沿着波浪传播方向呈逐渐减小趋势,小波高及短周期时波浪场分布规律不明显。     

超声波法制备高黏度的壳聚糖

以甲壳素为原料,用超声波法制备高黏度的壳聚糖。研究超声波的温度、超声的时间以及制备壳聚糖时浓碱的浓度3个不同条件对壳聚糖黏度的影响。结果表明,用超声波制备高黏度壳聚糖的最佳反应条件是:反应温度为50℃,反应时间为3 h,NaOH溶液的浓度为50%,可以得到黏度为2886.7mpa.s、脱乙酰度达97.17%的壳聚糖。将得到的高黏度壳聚糖制成膜,用于染料废水的处理,15 h后,壳聚糖膜对活性橙的脱色率就可达到99.5%。     

水下爆破对渔业生物影响的研究

本文根据2003年11月19日于洋山深水港航道工程进行的炸礁爆破试验,就渔业生物造成的影响进行了分析,研究了影响效应与水下冲击波的关系。结果表明冲击波的大小与生物致死率有一定的关系,爆破对生物的致死率随距爆破中心的距离的增大而逐渐减少,渔业生物的致死具有延时性。不同种类的生物其致死率因个体大小和种间的差异而有所不同。鱼类对爆破产生的效应最为敏感,其次为虾类,蟹类和贝类的敏感性最弱。     

用数值法计算圆形沉浮式深海网箱的下潜水深

应用一系列力学关系,给出了深海沉浮式养殖网箱的运动方程组,在网箱下潜深度的研究中采用绕射理论和Morison方程进行了波浪力分析,讨论了网箱的下潜深度随波浪的波高、波长及周期的变化情况,得出下潜水深比较小时深海网箱的波力变化快,当达到某一个下潜深度以后,波力的变化趋于平缓,从而为深海网箱选用最佳工况提供了一种参考方法。     

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.     

HDPE浮筏式消波堤消波效果观测与分析

福建省水产研究所设计的HDPE浮筏式消波堤,能在一定范围内有效削减海区波浪强度。为验证该型式消波堤的消波性能,笔者开展了罗源湾岗屿海域浮筏式消波堤内外的海浪现场调查及计算分析工作。结果表明：HDPE浮筏式防波堤具有一定的消波效果,消波效率达-33．33％～-42．86％。     

Characteristics of a Pacific herring Clupea pallasii spawning bed off Minedomari, Hokkaido, Japan

ABSTRACT:   The spawning bed selection of herring Clupea pallasii off Minedomari, Atsuta, on the west coast of Hokkaido, Japan, is discussed in relation to the topography of the rocky shore and wave conditions during the spawning season. From 1998 to 2003, herring have spawned their eggs mainly on the leaves of the seagrass Phyllospadix iwatensis Makino in almost the same site on the rocky shore off Minedomari in the Atsuta area. The site is connected to a valley-like feature offshore. Wave conditions were surveyed at Minedomari during the spawning season in 2000 and the wave height was estimated from 1998 to 2003, except for in 2000, using the correlation of wave height between Minedomari and Ishikari Bay New Port, approximately 18 km south-west of Minedomari. Herring spawned under calm conditions, during which the wave height was approximately 0.5 m off Atusta and Aoshima and was 0.18–1.28 m off Minedomari. The distribution of water particle velocity on the sea bottom surface as a result of ocean waves off the Minedomari area, which was estimated based on the wave height and the topography of the coast, suggested herring could swim easily into the shallower area along the valley-like feature off Minedomari. Therefore, topographical features are thought to be one of the reasons why herring have used Minedomari as a spawning bed. Additionally, seepage of freshwater from the bottom, which was observed in this area, could also be the reason why herring spawn in Minedomari repeatedly.     

Experimental study on the effect of horizontal waves on netting panels

The effect of horizontal waves on flexible netting panels is examined in this study, to evaluate the testing method of pretensioned mooring, radial systems, and flexible netting structures. The netting was suspended at a specific hanging ratio for six polyethylene panels with different characteristics. The aim was to evaluate the calculation method for horizontal wave forces on flexible netting panels. A regular wave was used in the experiment, with wave period 0.8–2.0 s and wave height 50–250 mm. The force on the netting structure was recorded by a tension transducer and digital signal recorder, and was simulated by a cubic spline in terms of the wave experiment under different wave conditions. The horizontal wave force on the netting panel changed periodically and asymmetrically, which was similar to the surface wave elevation. The horizontal wave force was related to the netting panel height and width (l), wave height (H) and wave length (L), twine diameter (d) and bar length (a) of the mesh. Using dual series relations, least-squares approximation, and multiple stepwise regression analysis, the following formula was obtained for the horizontal wave average apex value (F) on the netting panel: F=0.13ρgl(H/2)²(d/a)(H ^0.64 L ^0.77/0.9a ^0.44).     

枸杞岛铜藻空间分布格局初探

为了查清铜藻空间分布格局与影响因子之间的关系,采用水下采样方法对不同生境条件下铜藻分布和生长情况进行了调查,并从大小两个尺度(站点间和站点内)分析了铜藻空间分布与影响因子之间的关系.结果发现,在站点尺度上,铜藻多集中分布于隐蔽的内湾处,分布密度和株高显著高于暴波站点(P＜0.05),暴波站点的波浪和水流运动大小以及浊度显著高于隐蔽站点(P＜0.05),说明暴波强度是影响铜藻水平分布和生长的主要因子之一;在站点内,铜藻垂直分布特征明显,潮间带低潮区铜藻分布密度和株高显著高于潮下带(P＜0.05),且分布在潮间带低潮区的藻苗平均株高最高;铜藻分布密度和株高与附着基粗糙度、坡度、坡向表现出一定的相关性,但经相关性分析表明,水深与铜藻分布密度最相关(r=-0.337,P=0.001),粗糙度次之(r=0.175,P=0.092),与坡度和坡向相关性不高,说明了与水深相关的光照条件可能是影响铜藻垂直分布和生长的另一个主要因子.研究表明,附着基物理特征不是影响铜藻分布的主导因子,由波浪和水流运动引起的沉积物再悬浮影响到铜藻所需的光照条件,进而影响到铜藻的分布与生长,以此推断出沉积物可能是影响铜藻空间分布格局的主导因子.