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...     

混凝土人工鱼礁选型的初步分析

人工鱼礁的选型优化包括对礁体材料和礁体构造的选择。参考目前现有人工鱼礁结构类型,选取混凝土为设计礁体材料,计算各礁体实体体积、空方体积、表面积及其重量,通过计算找出礁体各性能参数之间的关系。引入礁体每体积混凝土产生的空方体积(ε)和表面积(η)两个优化参数,来衡量礁体的性能。结果表明:框架形礁ε值相对较高,而异体形或组合鱼礁η值相对较高,说明框架形礁体单位体积混凝土产生流态效应最好,异体形或组合结构礁体单位混凝土附着面积较多。同时引入有效空方体积概念,进一步说明礁体结构与流态的关系。     

基于上升流效应的单位鱼礁建设模式研究

人工鱼礁上升流是流场区水体垂向交换、混合、循环的主要驱动因素之一,是人工鱼礁环境功能实现的基本环节。该研究通过数值实验方法获得4种投放量、7种布设间距共28种建设模式下米字型鱼礁上升流流场数据,提取并分析了代表流场作用能力的3个性能指标来评估上升流流场效应并准确定位上升流区,包括上升流,强度,范围及位置参数,进而为合理规划单位人工鱼礁建设模式提供参考。结果表明,4种投放量在0～1.5倍鱼礁单体边长(S_(la))的布设间距下相对体积效率最佳,布设间距为0～1.5 S_(la)、投放量为432空m~3时上升流平均相对速度最高;0与1.5 S_(la)布设间距下单位体积贡献率较高;1.0～3.0 S_(la)布设间距的上升流相对面积较高,对应相对面积高度基本相同,为0.5～1.0。进一步以不同海域上升流作用形式差异为出发点,指出确定上升流区的新思路,并提出以上升流流场最佳效应为前提的最优单位人工鱼礁建设模式选择方法。     

以数值实验为基础的米字型鱼礁布设模式差异下的流场效率

人工鱼礁投放规模是鱼礁建设的核心问题之一,其中礁体数量与布设间距不仅表征了鱼礁规模的范围和密度,而且也决定着人工鱼礁流场效率。本研究采用数值实验方法,对典型结构边长为l的米字型人工鱼礁在4种投放量(2×2、3×3、4×4和5×5)、7种布设间距(0 l、0.5 l、1.0 l、1.5 l、2.0 l、3.0 l和4.0 l)下的流场相对体积、相对高度、相对长度等流场效率特性进行比较分析。结果显示,当上升流目标流速比分别为小于0.10、0.10～0.15和大于0.15倍时,上升流流场存在协同效应的最大布设间距分别为4.0 l、3.0 l、2.0 l,背涡流目标速度比下最大间距均为3.0 l;人工鱼礁投放量越多,上升流与背涡流相对体积越大,平均相对体积增长率越低,0.5 l布设间距的上升流相对体积与鱼礁单体相对流场体积最大,1.5 l布设间距的背涡流相对体积与鱼礁单体相对流场体积最大;上升流相对高度随投放量增加以1.01倍速率增加,随布设间距增加以0.90倍速率降低,背涡流相对长度随布设间距的增加先增后降,相对长度最大值位于1.0 l处。     

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。     

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。     

人工鱼礁投放误差分布研究

人工鱼礁建设海域的鱼礁实际分布状态与设计方案的鱼礁配置组合之间往往存在着不同程度的偏离差异,而如何从单位鱼礁和鱼礁群层面上评估鱼礁投放误差,是评价人工鱼礁投放质量乃至建设效果的基本前提。本实验选择港湾、岛礁、开阔等典型海域的人工鱼礁区,以重心位置、外围面积、重叠面积、单体数量以及平均间距为指标,在单位鱼礁的层面上,对实际投放的人工鱼礁进行误差计算与分析。结果显示,各指标的误差整体上基本服从正态分布,某个鱼礁区指标的误差可能服从多种合理的拟合分布,不同投礁海域的同一个误差指标具有类似的分布规律,不同的误差指标拟合分布的情况也有可能相同。重心位置误差、重叠面积误差以及单体数量误差在不同区域极限误差相同,其标准化误差分布范围分别为[0,1]、[0,1]、[0,0.451],而其他误差要素在不同区域得到的极限误差略有差异,总体上,外围面积误差分布在[0,1]之间,礁体间距误差和总体误差的分布范围分别为[0,1],[0,0.890]。通过对人工鱼礁投放误差规律及误差范围的分析,才能对投放误差进行等级划分,进一步为鱼礁投放评价标准的划分提供依据。     

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。     

基于Ransac算法的多波束点云人工鱼礁提取方法

投放人工鱼礁作为海洋牧场建设的重要环节，其投放质量评估工作日益受到重视。为实现大范围的人工鱼礁三维信息的自动识别与提取，提升人工鱼礁量化评估的质量，提出了一种基于Ransac算法的多波束点云人工鱼礁提取方法。该方法首先利用多波束声呐获取点云，在对点云进行分割、去噪等预处理后，利用Ransac算法将点云分为内外点集，内点集近似拟合为海底平面，外点集为人工鱼礁。在浙江嵊泗马鞍列岛某礁区进行了相关试验，实现了整体和单体鱼礁的提取，提取正确度达94.79%,完整度达91%,能够较好地提取鱼礁的三维形态、位置、尺寸、高度、空方等信息。研究表明，本方法可以大范围地应用于各型人工鱼礁目标投放效果的量化评估。     

舟山渔场人工鱼礁投放海域生态环境前期评估

根据2002年6-7月在舟山渔场朱家尖外侧开展人工鱼礁投放海域本底调查所获的海洋生物和海洋水文环境资料及以往有关文献中对该海域的调查资料,对朱家尖外侧拟投人工鱼礁海域的海水理化因子和海洋生物种类组成、数量分布和群落结构特征作了较详细的分析研究,以评估该海域是否适于投放人工鱼礁.结果得知:该海域底质为粉砂质粘土,浮游生物种类和数量及底栖生物种类和数量较多,水深为14～19m,温、盐度季节变化明显、透明度较高、水色相对较清,水质绝大多数指标符合国家一、二类水质标准,海域适合沿岸岛礁性鱼类如石斑鱼、褐菖、鲈鱼等的栖息生长,历史上渔业资源丰富,也无工厂废水排放,不会对海洋生态环境产生重大污染,因此,可以为良好的投放人工礁之场所.     

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。     

珊瑚礁生态系统中造礁石珊瑚退化原因分析与维护技术进展

珊瑚对环境要求较高,温度、盐度、pH、重金属、悬浮泥沙、紫外线等因素都可能造成珊瑚的退化.又因为造礁石珊瑚是现代珊瑚礁的框架,本研究首先基于造礁石珊瑚的生存状况及其与珊瑚礁生态系统的密切关系,分析了其退化原因及可能产生的后果,进而从珊瑚礁生物增殖放流、人工养殖移植技术、相关功能基因研究、科学有效的监测管理等多个角度,综...     

不同材料、形状和空隙的人工参礁对刺参诱集效果的试验研究

采用行为学方法,对体长2～7 cm、体质量2～30 g的刺参(Apostichopus japonicus)在实验室水槽中自然光照下的行为特性进行观察,分别记录了刺参在水槽中无礁（对照组）和有礁区域的分布情况,并分析了不同形状、材料及距水槽底部不同空隙的人工参礁对刺参的诱集效果.实验观察发现,刺参在水槽中有明显的爬壁现...     

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。     

大亚湾不同波浪、水深与坡度条件下车叶型人工鱼礁的安全重量

基于小振幅波和力学理论,以车叶型鱼礁为对象,对其在大亚湾不同波浪(台风、十年一遇、二十五年一遇、五十年一遇)、不同水深(6～20 m)、不同海床坡度(10-1、30-1、50-1)及附着生物等多种条件下的安全性进行了研究分析,确定了车叶型鱼礁的安全重量和大亚湾海域适于其投放的水深范围.结果表明,安全重量在深于12 m的水深范围内变化平稳,而在较浅的水深特别是在波浪发生破碎的前后过程大小差异明显,表现出随水深变浅先变大后变小的波动特征,二十五年一遇的波浪条件下3种坡度的安全重量最大值分别为42.4、22.4和20.3 t,对应水深为10、12和14 m.坡度对礁体安全重量的影响非常明显,坡度越小,安全重量越轻,各种波浪条件下30-1与50-1下的安全重量随水深的变化特征相似,而10-1与30-1的差异远大于30-1与50 -1的差异.礁体的安全重量与波浪条件、水深和海床坡度有直接关系,水深过浅或海床坡度过大均可能导致礁体在较大波浪下失稳.从礁体稳定性与航道安全性两方面考虑,应选择大亚湾12 m以深、坡度平缓的水域,投放设计重量为22.4 t的车叶型人工鱼礁.     

Lessons from the past: the collapse of Jamaican coral reefs

Since Pre-Columbian times, humans have exploited Jamaican marine ecosystems with significant consequences for flora and fauna. This study focuses on the history of reef fish exploitation in Jamaica, from first human occupation to the present day, to determine how past fishing activities contributed to subsequent declines in the coral reef ecosystem. The pattern of declining reef fish populations was nonlinear. Reef fish first declined in prehistoric times but then potentially recovered, following genocide of the native human population. Reduced fishing pressure lasted until the mid-19th century. At that time, depletion of reef fish populations again occurred with a precipitous decline from the 1850s to the 1940s. The final shift from relatively abundant to overfished marine fauna corresponded to subtle changes in fish trap design as well as development of recreational fishing. Government subsidies throughout the second half of the 20th century exacerbated the declines. This analysis shows that local artisanal fisheries with relatively low levels of effort and seemingly subtle shifts in technology can significantly impact the coral reef ecosystem and that declines occurred decades to centuries before modern ecological studies began. This research shows how historical analysis can be a powerful tool to minimize shifted baselines and establish realistic targets for recovery and sustainable management of marine ecosystems.     

Trap mesh selectivity and the management of reef fishes

The regulation of mesh size has frequently been proposed as a management measure for fish traps, the predominant gear used by the reef fish fisheries in the Caribbean. Studies on trap mesh selectivity show that mesh size is a determinant of catch rates and the size at which fish recruit to fish traps. Mesh size also affects the species composition in fish traps, probably through size selectivity. Other factors also affect catch rates, and the fish size and species composition in traps, for example, soak time, trap design, trap size, species body shape. Given the variety of growth rates and maturity schedules of reef fish commonly taken in fish traps in the Caribbean, no single mesh size will optimise the yield or protect against recruitment overfishing for the entire range of exploited species. Preliminary data suggest that the fishing power of traps may decrease with increased mesh size. This would reduce the effective fishing effort and thus mortality on fully recruited size classes. Studies indicate that the mesh sizes currently in use in most Caribbean countries are too small, and that a minimum mesh size of at least 3.8–5.1 cm would be required to optimise yields for local consumption. Comparative fishing experiments indicate that an increase in mesh size in areas of high fishing mortality typically results in a reduction in catch per trap. Thus increasing trap mesh size can be expected to result in short‐term loss in revenue for fishers. However, no studies have examined the times that would be required for catches to return to the levels prevailing before the increase of mesh size, and thereafter, for fishers to recover the losses incurred during the transition period. To provide managers with an estimate of the impacts that mesh‐size regulation could have on fishers, the recovery time of catches and the financial recovery times for fishers should be modelled for a hypothetical assemblage of 10–15 reef fishes using available information. These studies would enable managers to plan for the implementation of mesh‐size increases and to communicate the potential benefits to fishers in quantitative terms.     

珠江口竹洲人工鱼礁与相邻天然礁附着生物群落结构研究

2011年9月利用潜水原位采样法对竹洲人工鱼礁及附近天然岛礁上附着生物群落进行了调查。此次调查共记录附着生物68种，多属于热带一亚热带暖水种，其中优势种为网纹藤壶（Balanusreticulatus）、华美盘管虫（Hydroideselegans）和马氏珠母贝（Pinctadamartensi）。投礁6个月的礁体上附着生物种类和生物量与天然岛礁上附着生物存在显著差异，投礁12个月礁体上附着生物种类与天然岛礁上附着生物差异有减少趋势，生物量不存在显著差异。聚类分析表明竹洲礁区海域附着生物群落可划分为2个群落，投礁12个月礁体与天然岛礁同属一个群落，投礁6个月礁体附着生物为一个群落。人工鱼礁附着生物群落演替过程中改变了礁体表面空间结构，空间异质性提高，人工鱼礁附着生物群落逐步向着天然岛礁附着生物群落的方向发展。