人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应影响的双因素方差分析

采用基于计算流体动力学模型的方法对人工鱼礁流场效应进行数值模拟,选取单体人工鱼礁模拟近岸海域的鱼礁流场,对其附近流场进行三维数值模拟,在此基础上应用双因素方差分析法分析了人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应的影响。结果表明：人工鱼礁开口比是鱼礁流场效应的主要影响因素,开口比越小,水流受鱼礁阻隔程度越大,礁前上升流流速越大,背涡流紊流区域越明显,背涡流区域就越长;鱼礁迎流面形状对流场效应的影响次之。     

方形人工鱼礁单体流场效应的PIV试验研究

采用粒子图像测速（PIV）二维流场测速技术和水槽模拟试验研究了人工鱼礁的流场效应,对单体开口比分别为0、0.04、0.16、0.25的人工鱼礁在来流流速分别为67、112、180 mm/s时产生的流场效应进行分析.结果表明：单体人工鱼礁流场效应中,开口比和来流流速均对流场效应产生影响,开口比越小,来流流速越大,流场中的上升流流速和背涡流面积就越大.研究表明,影响流场效应的主要因素是开口比,来流流速的影响程度次之.     

沉降对多孔方型人工鱼礁流场效应影响的数值模拟

礁体沉降作为人工鱼礁投放后普遍产生的现象,对人工鱼礁周围流场会产生影响。为研究多孔方型人工鱼礁不同沉降情况下流场效应的变化,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,利用Fluent软件模拟在固定来流流速为0.8 m/s时,5种不同沉降程度下单体鱼礁周围的流场情况。结果显示:与无沉降时(初始状态)相比,在沉降程度为20%时,上升流最大高度降低约1.0 m,最大上升流流速增大约0.015 m/s,侧向流速增大区域(大于来流速度)扩大至1.5倍左右,同时礁体背流面透水区域增大,背涡流区域沿水流方向移动约2 m,礁体周围流场情况一定程度上变得更加复杂;在沉降程度为40%时,上升流流速最大值与初始状态相比减少约为0.010 m/s,侧向流增大区域基本一致,此时礁体背流面透水区变化较大,有形成一个逆时针涡旋的趋势;当沉降程度达到60%时,礁体周围流场效应开始明显下降,上升流最大高度相较于初始状态降低约3.2 m,上升流最大流速降低约0.600 m/s,侧向流速增大区域与壁面间距缩短约0.4 m,背涡流区域有消失的迹象;在沉降程度达到80%时,礁体流场效应基本丧失。研究表明,对于多孔方型人工鱼礁,在沉降程度40%以内,人工鱼礁仍然能够发挥着较好的流场效应;礁体在沉降程度达到60%时,礁体周围流场复杂程度相较于初始状态有明显损失,之后随着沉降深度增加,礁体流场效应逐渐消失。     

方形人工鱼礁通透性及其对礁体周围流场影响的数值实验

基于考虑不同形状大小、组合规模的人工鱼礁投放于不同水域环境后形成的流态变化有较大差异,设计x、y、z三个方向不同通透方式的单个正方体人工鱼礁,采用LES(大涡模拟)紊流模式,对定常来流速度下人工鱼礁单体附近流场进行三维数值模拟,建立反映礁体结构的通透系数与礁体产生流场变化的关系。结果显示:上升流和背涡流的规模随通透系数增加而减小;来流方向上,礁体迎流面、背流面的通透系数变化对上升流和背涡流规模影响较为显著,而内部结构的变化则作用不明显,礁体上方与侧方的开口对上升流和背涡流的影响也不显著。迎流面通透系数变化是背涡流规模影响的主要因素。方形单礁缓流区体积随通透系数Tin增大呈线性减小,关系为V_x=-1241.8T_in+1206。通过该研究可在数值计算中通过通透系数与流场变化的关系,实现将复杂礁体简单化,有效地提高计算效率;为将小范围模拟扩大到群礁、甚至大海域的模拟,定量评估人工鱼礁的生态效应打下基础。     

双层十字翼型人工鱼礁流场效应的数值模拟

本文基于Ansys Fluent平台，采用湍流模型中的大涡模拟方法（large eddy simulation, LES）对双层十字翼型人工鱼礁四种子礁的流场效应进行了数值模拟，采用比混凝土体积法分析其背涡流体积、上升流体积、向上水体输运通量等流场效应数据，得到双层十字翼型鱼礁的最优礁体构造，以期为人工鱼礁的设计和选型提供科学依据。结果表明：双层十字翼型鱼礁加顶板对流场效应并无增益，上升流和背涡流相对体积变小；侧板结构对礁体的上升流和背涡流效应有明显的增益，上升流和背涡流相对体积逐渐变大，全侧板D型礁体的上升流和背涡流效应最强，上升流相对体积可达无侧板B型礁体的13.50~25.48倍，背涡流相对体积达1.40~1.61倍；向上水体输运通量约在一倍礁高处达到最大值，约在两倍礁高处降为最大值的1/2左右。迎流角度的改变，对D型礁体流场效应的影响无显著差异，表明本型礁体对自然海域的潮流流向有很好的适应性。     

人工鱼礁水动力学研究进展

随着近海渔业资源环境的进一步衰退和恶化,以及人们生活需求的不断增加,为改善海洋生物资源和环境.海洋牧场建设成为发展的重点,而人工鱼礁是海洋牧场工程建设中一个重要的组成部分.我国人工鱼礁建设与美日等国家相比相对落后,有许多亟待解决的问题二礁体在水中受力是复杂多样的,其受力状况和流场效应与周围环境及自身性能密切相关.对人工鱼礁水动力学的研究目前还无比较成熟的结论,通过对人工鱼礁动力学研究的概述,旨在希望人们对人工鱼礁水动力学性能有全面的认识,为我国继续深入研究人工鱼礁设计及构造提供参考和理论依据.     

TR人工鱼礁建设技术的初步研究

文中涉及的TR人工鱼礁(TRUSS REEF)是日本一公司开发主要用于诱集鱼类,后来我国引进用于鲍参养殖。为了验证TR人工鱼礁用于鲍参养殖的合理性,在以往人工鱼礁建设的经验和研究的基础上对TR人工鱼礁的结构、选址、影响因子等进行了分析,提出管理和维护建议,旨在实现TR人工鱼礁的投放、管理和特殊水产品养殖,并为TR人工鱼礁的建设提供技术参考。     

近海中上层柔性浮鱼礁设计与应用

当前我国海洋牧场建设、栖息地改造主要通过底层鱼礁进行,从产生营养物质上升流、饵料场和产卵场及生物链的角度未充分利用整个水体空间,导致效能不能发挥到最佳。为解决这一问题,针对我国东海近海海域海况和生物特性研发了能与底层人工鱼礁协同工作的中上层浮鱼礁。从改善流场、自身体积保持等角度设计了四层网格式柔性浮式鱼礁,进行了浮力、重力及抗浪流能力的校核计算,确定了锚系技术方案及水下效果监控方法。在象山港海洋牧场进行了布放,实际效果测试表明所设计的浮鱼礁可以有效改善区域流场,在最高潮和最低潮时均可保持竖直方向的拉伸状态,最大潮流速度时倾斜角度不超过20度,现场多批次调查及水下视频监控效果显示所研发的鱼礁能够与底层鱼礁协同工作,投放2个月后有鱼类稳定地出现在浮鱼礁周围,取得了良好的效果。     

框架型与沉箱型人工鱼礁绕流特性的数值模拟

为对框架型(正六面柱形罩式边长为2 m、高4 m)和沉箱型(方形空心开口式3 m×3 m)人工鱼礁模型绕流特性进行分析,采用Computational Fluid Dynamics(CFD)方法研究了礁体周围的流线分布变化及上升流和背涡流的流态变化情况。结果表明:在礁体内部,框架型礁体的涡旋在底部出现,沉箱型礁体的涡旋在底部及中部出现,且沉箱型礁体涡旋范围大于框架型礁体;框架型背涡区压强空间分布较为均匀,而沉箱型外侧左右两端有0.5倍礁宽的压强变化,背涡区压强空间分布不均匀;沉箱型礁体在0.5～1.0倍高度上升流区域流速增大。研究表明,相同工况下综合比较框架型产生的流场效应更优,能更好地发挥鱼礁的集鱼效果。     

许氏平鲉幼鱼在不同流场环境下的趋礁行为研究

为了分析岩礁性鱼类在不同人工鱼礁流场环境中的空间分布,以许氏平鮋Sebastes schlegelii幼鱼(体质量2.78 g±0.51 g)为研究对象,通过计算流体动力学方法(CFD),分别模拟并分析了立方体框架式鱼礁、圆柱型鱼礁、三角型框架式鱼礁和立方体实心礁在6种来流速度(0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 m/s)下的三维绕流流场,同时通过鱼类行为学实测分析,以礁体所影响的流速大小区域作为依据,观察分析了不同结构人工鱼礁流场效应对鱼类的诱集作用。结果表明:最大上升流高度、迎流区长度及侧流区宽度大小与来流速度大小不相关,迎流区域(Ⅱ区)、上升流区域(Ⅳ区)和侧流区域(Ⅴ区)不随来流速度的变化而改变;不同礁体对鱼类的诱集率随来流速度的变化而变化,框架礁对鱼的诱集率由63.06%减少到52.50%,圆柱礁诱集率由43.06%增加到59.44%,三角礁诱集率由39.17%增加到83.61%,实心礁诱集率由49.72%增加到70.28%,在高流速环境下鱼礁对幼鱼的集鱼效果显著提高,且不同礁体5个区域幼鱼平均分布率总体为背涡流区域(Ⅲ区)侧流区域(Ⅴ区)鱼礁内部区域(Ⅰ区)迎流区域(Ⅱ区)上升流区域(Ⅳ区)。研究表明,4种礁型中以内部结构较为复杂的三角型框架式鱼礁对试验鱼的诱集效果最好。     

镂空型人工鱼礁流场效应的数值模拟研究

应用CFD软件对中空结构梯形台鱼礁和方型鱼礁在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟,揭示了两类鱼礁形成的上升流、背涡流的规模和强度,分析了单体鱼礁和组合鱼礁的流场差异。数值模拟结果表明:梯形台鱼礁上升流区最大速度约为来流速度的0.58~0.67倍、上升流区平均速度约为来流速度的0.15~0.19倍、而上升流区的最大高度为礁体高度的2.12~2.49倍,背涡流区平均速度约为来流速度的0.35~0.36倍、背涡流区的最大宽度约为礁体宽度的1.40~1.61倍、组合鱼礁背涡流区的最大长度约为礁体高度的4.06~4.17倍;方型鱼礁上升流区最大速度约为来流速度的0.56~0.61倍、上升流区平均速度约为来流速度的0.15~0.17倍、而上升流区的最大高度为礁体高度的2.22~2.63倍,背涡流区平均速度约为来流速度的0.30~0.35倍、背涡流区的最大宽度约为礁体宽度的1.75~2.00倍、组合鱼礁背涡流区的最大长度约为礁体高度的3.90~4.06倍。从流场调控效果来看,在相同模拟工况下,选择方型鱼礁比梯形台鱼礁能够更好地发挥鱼礁的环境资源修复功能。     

铅直二维定常流中人工鱼礁流场效应的数值实验

以定常来流海域为例,利用数值实验方法,定量探讨了具有自由水面的海域中人工鱼礁单体对流场的影响。考虑嵊泗鱼礁投放区的流速、水深的调查结果,来流速度Uin、水深H分别取为0.7 m/s、20 m。在鱼礁为实心方体的情况下,在渔礁迎流面产生上升流背流面产生涡流;上升流域的规模、强度随着礁高增大而增大,而上升流面积的平均产量与边际产量随礁高先增后减,在礁高水深比r=0.1时上升流效应最佳;背涡流域的规模也随着礁高增大而增大,其面积的平均产量随礁高先增后减,在r=0.1时达到极值。     

铅直二维定常流中人工鱼礁流场效应的数值实验

以定常来流海域为例,利用数值实验方法,定量探讨了具有自由水面的海域中人工鱼礁单体对流场的影响。考虑嵊泗鱼礁投放区的流速、水深的调查结果,来流速度Uin、水深H分别取为0.7 m/s、20 m。在鱼礁为实心方体的情况下,在渔礁迎流面产生上升流背流面产生涡流;上升流域的规模、强度随着礁高增大而增大,而上升流面积的平均产量与边际产量随礁高先增后减,在礁高水深比r=0.1时上升流效应最佳;背涡流域的规模也随着礁高增大而增大,其面积的平均产量随礁高先增后减,在r=0.1时达到极值。     

不同材料人工鱼礁应用效果评价

综述了天然材料、废弃物材料、建筑材料、综合型材料等多种人工鱼礁材料的不同应用效果,指出不同材料人工鱼礁的应用效果差异显著,同时展望了人工鱼礁应用材料的研究方向。     

广东省澄海莱芜拟建礁区建礁可行性研究

根据2003年5月广东省澄海菜芜拟建人工鱼礁区海域和对比区海域本底调查所获资料,从水文、水质、底质、生物环境等方面分析了在拟建礁区建礁的优越性。结果表明,莱芜拟建人工鱼礁区海域水深8.5-11.0m,海面波高小于1m,拟建礁区相对于对比I墨具有明显的建礁优越性：流速较平缓,投礁后礁体所受到的波流影响较小、稳定性较强;拟建礁区的海水透明度高于对比区,更适合营光合作用的浮游生物和礁体附着生物生长;各站位pH值的平面分布和垂直分布都比较均匀;海水质量基本达到国家二类海水水质标准;表层沉积物类型主要为细砂、粘土-砂质粉砂、粉砂质砂和粘土质粉砂,属于硬质底质泥沙底,可减缓礁体投放下沉时的冲击力,投礁后礁体稳定性较强;浮游植物、浮游动物和底栖生物的栖息密度和生物多样性均高于同期调查的对比区;拟建礁区游泳生物的栖息密度明显比对比区高;鱼卵仔鱼数量较多;拟建礁海域以前是良好的渔场,附近无工业废水排放。因此,在澄海菜芜拟建礁区建礁是可行的。