基于结构差异性正方体鱼礁的流场效应研究

人工鱼礁结构差异是影响流场规模效应的主要因素之一,本研究选择大字型、米字型、回字型、交叉型、框架型和实体型6种鱼礁单体,分析均匀布设模式下礁体自身结构特征对流场效应的影响规律,进一步建立结构差异性单位鱼礁的规模效应模型.基于流场效应规律提出礁体结构特征指标分别为鱼礁空方体积比、透空率和迎流面相对截面积,进一步得到上升流...     

两种人工鱼礁单体模型静态堆积效果

我国人工鱼礁建设呈规模大型化和结构多样化的发展趋势,并开始向深水区域拓展。本研究采用静态堆积实验,类比研究了我国近海框架型鱼礁单体与HUT型鱼礁单体在堆积建设单位鱼礁时的成堆效果与堆积表现。从鱼礁单体结构形态的角度,分别比较了两种单体模型在成堆过程中的空方增长率、空方体积比及其高度贡献率随单体数量的变化。结果显示:①在相同的单体使用量下,框架型单体鱼礁的空方增长率高于HUT型单体,形成单位鱼礁的规模和底面积相对较大,适用于海流较缓、水深较浅的海域;HUT型单体形成单位鱼礁的空方体积比框架型鱼礁高,形成单位鱼礁形态较为高耸且透空、透水性较好,适用于水深相对较大的海域。②从单体对单位鱼礁高度的贡献率角度考量,同时使得两种单体特性的差异充分展现,建议使用框架型单体进行单位鱼礁建设,堆积数量应超过28个,选用HUT型鱼礁单体时,堆积数量则应超过40个。     

规模化透水性人工鱼礁阻流效应的数值模拟

为在大尺度海洋模型中合理体现透水性人工鱼礁组合，基于海洋数值模式FVCOM（finite volume community ocean model）模拟了大陈岛拟建人工鱼礁区的水动力情况，比较了阻滞力法、实心礁法和附加底摩擦法在投礁前后的垂向流速、礁顶平面流速、水体向上输运通量和背涡流体积的差异，并根据投礁前后的流速差异，应用经验公式预测了投礁一年后底床泥沙冲淤情况。数值模拟结果表明，礁体组合迎流面产生上升流，礁体背流面流速减小，涨急时刻所形成缓流区长度在礁体组合长度20倍以上，年底床淤积厚度约0.05 m。阻滞力法以减少来流的动态功率密度来模拟礁体对水流的阻滞作用，可有效合理地实现对透水性人工鱼礁流场效应的模拟，避免了实心礁法在透水性鱼礁模拟中过高估计流场效应的问题，也没有附加底摩擦法只适用于低矮礁体的缺陷。阻滞力法可根据透水性礁体的造型、迎流面积、组合个数、布放方式和所处水层而设置各向和各水层的阻流参数，不仅适用于置底型透水性鱼礁，也适用于浮鱼礁。阻滞力法的建立、完善和应用对于今后的人工鱼礁水动力学和生态动力学研究具有重要意义。     

基于流场数值仿真的人工鱼礁组合优化研究

基于特征礁水槽集鱼实验,研究了不同结构人工鱼礁和不同背景速度下黑鲷幼鱼在各流速区段出现频度,以鱼类出现频度高、水平流速为背景速度的0.7倍和0.8倍以下的流场空间体积作为背涡流范围指标,以垂向上升流速为水平来流速度的0.1倍和0.2倍以上的空间体积作为上升流范围指标,基于Fluent、采用大涡模拟法(LES)的湍流模型,进行数值水槽建模,以4种单位鱼礁组合方案为例来分析不同组合流场效应的差异和优劣。研究表明,边长3 m的正方体鱼礁,以20～30个单礁、1～2倍礁距进行五点式、对称型单位鱼礁组合投放为宜,这样既能发挥礁体的协同效应,又能使单位鱼礁的调控范围达到最大化。     

不同材料类型人工鱼礁建设的经济效益浅析

对不同人工鱼礁造礁材料的成本和投放成本的调查,从经济学成本管理的角度出发,对不同造礁材料的人工鱼礁产生的经济效益进行了初步的测算和分析,进一步阐明不同人工鱼礁造礁材料的优越性,为人工鱼礁建设事业的可持续健康发展提供依据。同时对人工鱼礁建设所面临的问题及解决问题的具体措施也作了简要的阐述。研究结果表明：钢筋混凝土鱼礁、石料鱼礁可以作为较好的增殖型鱼礁、渔获型鱼礁、游钓型鱼礁的建礁材料;工程塑料鱼礁可以作为浮鱼礁的建礁材料;钢制鱼礁可以将其作为石块或混凝土等鱼礁的钢制框架或筋材,做成增殖型鱼礁、渔获型鱼礁以及游钓型鱼礁;旧轮胎鱼礁建议不要作为鱼礁材料使用;木竹制鱼礁不建议大规模选用为建礁材料。     

不同材料类型人工鱼礁建设的经济效益浅析

本文通过对不同人工鱼礁造礁材料的成本和投放成本的调查,从经济学成本管理的角度出发,对不同造礁材料的人工鱼礁产生的经济效益进行了初步的测算和分析,进一步阐明不同人工鱼礁造礁材料的优越性,为人工鱼礁建设事业的健康可持续发展提供依据,同时也对人工鱼礁建设所面临的问题及解决问题的具体措施作了简要的阐述。研究结果表明:钢筋混凝土鱼礁、石料鱼礁可以作为较好的增殖型鱼礁、渔获型鱼礁、游钓型鱼礁的建礁材料:工程塑料鱼礁可以作为浮鱼礁的建礁材料;钢制鱼礁可以作为石块或混凝土等鱼礁的钢制框架或筋材,做成增殖型鱼礁、渔获型鱼礁以及游钓型鱼礁;建议不要将旧轮胎鱼礁作为鱼礁材料使用;不建议木竹制鱼礁大规模选用为建礁材料。     

人工鱼礁工程技术进展研究

人工鱼礁是实现海洋牧场建设、海域生态调控和海洋生境修复的主要手段之一。人工鱼礁的聚鱼效果主要取决于礁体建造材料、结构造型、流体力学特征及礁体布局等因素。总结了国内外人工鱼礁工程技术的发展历程,阐述了我国人工鱼礁发展存在的问题。通过查阅文献资料,总结了礁体造型和设计方面的研究进展,主要包括:现有人工鱼礁礁体材料的优、缺点,新型复合材料应用空间等;主要礁体构型及现有设计方法;采用流体力学模型试验和数值计算,开展礁体水动力学行为研究的进展;人工诱导流场和人工鱼礁布局主要方法。结合我国人工鱼礁现状,提出人工鱼礁设计与应用的发展趋势和重点研究方向,以期为我国人工鱼礁建造和升级提供参考。     

人工鱼礁材料添加物碳封存能力及其对褶牡蛎(Ostrea plicatula)固碳量的影响

本研究将农渔废弃物(花生秸秆和海湾扇贝壳)作为鱼礁材料添加物,利用礁体自身碳封存增加人工鱼礁碳汇潜能的可行性,并通过研究礁体附着生物的变化特征,探讨礁体材料添加物对人工鱼礁生态系统生物固碳的影响.结果显示,实验海区礁体附着生物的优势种为褶牡蛎(Ostrea plicatula Gmelin),添加了花生秸秆和海湾扇贝壳的人工鱼礁并未显著增加褶牡蛎的附着量(P＞0.05).通过对添加物礁体自身碳封存量的计算,海湾扇贝壳添加物单位实验礁的最小碳封存量为104.13kg,最大碳封存量为260.32kg;花生秸秆添加物单位实验礁的最小碳封存量为296.28kg,最大碳封存量为740.70 kg;实验礁体添加物的总碳封存量达2802.87 kg.以此估算,如将实验所在的66.67 hm2礁区已投放的圆管型混凝土礁材料加入添加物,以海湾扇贝壳替代率为10％计算,至少可完成52040.00 kg碳的封存,以花生秸秆替代率为25％计算,礁体自身的碳封存量可达370350.00kg.     

人工鱼礁材料添加物碳封存能力及其对褶牡蛎(Ostrea plicatula)固碳量的影响

本研究将农渔废弃物(花生秸秆和海湾扇贝壳)作为鱼礁材料添加物,利用礁体自身碳封存增加人工鱼礁碳汇潜能的可行性,并通过研究礁体附着生物的变化特征,探讨礁体材料添加物对人工鱼礁生态系统生物固碳的影响。结果显示,实验海区礁体附着生物的优势种为褶牡蛎(Ostrea plicatula Gmelin),添加了花生秸秆和海湾扇贝壳的人工鱼礁并未显著增加褶牡蛎的附着量(P0.05)。通过对添加物礁体自身碳封存量的计算,海湾扇贝壳添加物单位实验礁的最小碳封存量为104.13 kg,最大碳封存量为260.32 kg;花生秸秆添加物单位实验礁的最小碳封存量为296.28 kg,最大碳封存量为740.70 kg;实验礁体添加物的总碳封存量达2802.87 kg。以此估算,如将实验所在的66.67 hm2礁区已投放的圆管型混凝土礁材料加入添加物,以海湾扇贝壳替代率为10%计算,至少可完成52040.00 kg碳的封存,以花生秸秆替代率为25%计算,礁体自身的碳封存量可达370350.00 kg。     

南戴河海域人工鱼礁礁体结构选型及布局

<正>1人工鱼礁的选型人工鱼礁礁体的选型需考虑拟投礁海域生物种类的习性,以适应不同生物的需要。礁体的高度必须考虑投礁区的水深、底质及船舶的航行安全。根据以往建造人工鱼礁的经验,选择普通花岗岩石材和钢筋混凝土结构的礁体比较合适,因为这两种鱼礁建造成本低,取材容易,且在海水中性能稳定,具有很强的耐腐蚀功能,长期放置无有害物质扩散,对海域生态环境无污染。此外,石材和混凝土构件鱼礁易被生物附着,可使水域中生     

现场海域人工鱼礁分布状态聚类分析

人工鱼礁的流场营造、鱼类诱集等建设目标,一般是通过单位鱼礁、鱼礁群等不同规模的形式实现的;实际投放的成千上百个人工鱼礁处于何种分布状态、它们是否满足单位鱼礁等规模要求,是非常值得关注的课题。本文利用空间聚类分析,借助基于划分的算法、基于层次的算法和基于约束的算法对投放后的鱼礁进行划分、归类或剔除,并选择单位鱼礁的重心、影响面积、鱼礁单体数量以及礁体间距4个指标进行比较分析,探讨人工鱼礁实际的组合聚类模式。结果显示3种空间聚类算法误差的排列顺序为：约束算法<划分算法<层次算法。通过对比分析,在基于约束的聚类算法下,最能反映人工鱼礁的实际集聚情况。     

基于单位鱼礁规模的米字型人工鱼礁流场效应定量研究

流场效应是人工鱼礁发挥其生态效应的基础,流场效应强弱受单位鱼礁规模影响,同时是衡量人工鱼礁建设模式优劣与规划人工鱼礁建设模式的重要参考因素,流场体积是表征流场效应强弱的重要指标。本研究基于数值实验方法,分析米字型人工鱼礁在4种布设模式下28种单位鱼礁规模的流场体积变化规律,并建立上升流、背涡流流场体积与人工鱼礁建设规模指标的多元非线性模型。结果表明,单位鱼礁建设一级指标投放量(T_a)、布设间距(L_d)及目标速度比(R_u)与上升流体积分别呈线性、三次函数及幂函数关系,建立上升流体积回归模型为V_u=T_a×(0.002L_r~2-0.055L_r-2.429V_R×R_u+0.011R_u~(-1.833)+0.227L_d+0.437),回归拟合R~2为0.957,相对误差为18.61%。与背涡流体积分别呈幂函数、三次函数及指数函数关系;结合单位鱼礁建设二级指标相对边长(L_r)、容积率(V_R),背涡流体积回归模型为V_b=R_u×(-0.543L_r~2+2.388L_r)–51.779V_R~2+75.045V_R+1.449×10~(-4)T_a×e~(12.049 Ru)+1.620L_d×T_a,回归拟合R~2为0.938,相对误差为10.09%。该流场体积回归模型可用于规划指导均匀布设模式的人工鱼礁建设,为"减量增质提效"的人工鱼礁建设策略提供参考。     

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。     

布设间距对多孔方型人工鱼礁流场效应影响的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,研究了不同布设间距下,多孔方型人工鱼礁周围水流运动的规律,旨在为深入研究人工鱼礁的集鱼原理和海洋牧场建设中人工鱼礁的投放和布设提供更多参考。本研究采用了4种布设间距,分别为0.5、1、1.5和2倍鱼礁高度,基于计算机数值模拟技术,模拟了速度为0.8m/s的水流流经2个礁体的过程,分别观察鱼礁周围水流运动情况。结果显示,多孔方型人工鱼礁内部和周围存在缓流区、背涡流区、上升流区、死水区等有显著特征的区域;多孔方型人工鱼礁上升流的最大速度与来流速度的比值约为0.95倍;多孔方型人工鱼礁周围上升流最大抬升高度与鱼礁高度之比约为2.1;多孔方型人工鱼礁的结构在一定程度上为鱼礁周围的流态多样性提供了较有利的作用;多孔方型人工鱼礁的布设间距对2个鱼礁单体间的旋涡数量和旋涡方向有较大影响,也对涡量大小和涡量分布范围产生影响。研究表明,在一定范围内,布设间距越大,涡量越大,分布范围越广,但超过一定范围后,涡量不再增大,分布范围也不再扩大;多孔方型人工鱼礁的布设间距越大,背涡流在X方向和Y方向的影响面积越大。研究结果清晰地展现了不同布设间距下的人工鱼礁的流场效应,对在特定条件下进行人工鱼礁投放和布设具有重要意义。     

Numerical investigation into effects of seabed topography on flows in and around artificial reefs

ABSTRACT:   Deploying artificial reefs is a proven technique for increasing both the number of fish and the diversity of the marine ecosystem in a particular area of the sea body. Previous investigations in this field have generally focused on the influence of the reef block design on flow phenomena. By contrast, the effects of the seabed topography on the performance of the reef have received comparatively little attention. Accordingly, in the present study numerical simulations are performed to investigate the effect of different seabed topographies on the flow field structures created both in and around artificial reefs. The simulations focus specifically on the effects induced by concave and convex seabed features, i.e. mounds and trenches, respectively, characterized by various degrees of inclination. The simulations are performed using a finite volume numerical method, in which the seabed features are modeled using simple trapezoidal blocks. A total of 18 different reef block–seabed topography systems are considered. The simulation results provide a valuable reference for marine engineers and ecologists when formulating deployment strategies aimed at enhancing the performance of artificial reefs.     

人工鱼礁结构设计原理与研究进展

人工鱼礁的结构设计目前尚无明确的原理和依据。本文从流场效应、生物效应、遮蔽效应的角度阐述人工鱼礁结构设计的基本原理,举例说明了相关的依据和方法,总结分析了适合不同海域类型的人工鱼礁区建设模式及其未来发展,以期为人工鱼礁的结构设计和海洋牧场规划提供参考。