人工鱼礁流场风洞实验与数值模拟对比验证

人工鱼礁增殖渔业资源的生态效益一定程度上取决于其产生的流场效应,因此流场效应的研究是人工鱼礁生态效益研究的关键.数值计算是研究人工鱼礁流场效应的新方法,但其可行性和准确度还没有得到广泛验证.本研究针对正方体、三棱柱及金字塔型人工鱼礁实体模型,根据流动相似性原理设定相对应的来流速度,分别利用风洞实验和数值模拟研究了人工鱼礁周围的流场,选择具有代表性测点的水平和垂直方向流速,无量纲化后进行对比.研究表明,两实验测点流速平均误差约8%,大多数测点的u*(x方向无量纲流速)差别甚微,且变化趋势基本相同,从而验证了数值计算模拟人工鱼礁流场的可行性和准确性.     

基于拉格朗日法的海藻场有机碎屑离岸输运研究

海藻场在海藻凋落盛期向海洋输送大量有机碎屑，为海藻场外围海域提供大量初级生产力，并在沉降后实现碳汇功能。本研究采用具有拉格朗日质点追踪模块的三维海洋数值模式(Estuarine Coastal Ocean Model, semi-implicit, ECOM-si)，结合潮位、流速及漂流浮标轨迹跟踪观测，研究了枸杞岛西北侧天然海藻场有机碎屑输运与沉降的动力学机制及碳汇功能。结果显示，海藻场对周边海域碳汇贡献的空间分布格局呈现为以海藻场为中心的高值区，向西北–东南海域扩展分布并递减。水动力强弱和海藻碎屑粒径差异导致其沉降后的空间分布差异显著。大潮期间，海藻场对邻近海域碳汇贡献最高为699 g C/(hm2·d)。碎屑粒径越小、沉降速度越小的海藻碎屑对外围海域碳汇贡献范围越大。海藻场碳汇功能不局限于邻近海域，不同粒径海藻碎屑每天为海藻场5 km外海域提供有机碳约7.5~33.7 kg C；小潮期间水动力较弱，约90%以上的海藻碎屑沉降至5 km以内海域。海藻场碳汇功能集中于沿岸邻近海域，对邻近海域有碳汇贡献的区域范围小，但强度大，最高为817 g C/(hm2·d)。海藻碎屑脱落时的潮流方向和海藻场所处区位也是影响海藻场有机碎屑输运沉降和碳汇归趋的重要因素。赋予拉格朗日质点单位碳含量后，拉格朗日法在海藻场有机碎屑离岸输运沉降机制研究中具有可行性，可有效评估典型近岸海藻场对周边海域碳汇的贡献及主要动力学因子的作用。本研究可为我国海藻场本底调查及其生态辐射范围评估提供参考。     

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。     

基于LoRa技术的联合收获机群通信方法

随着农业集约化、规模化及产业化的发展，联合收获机开始以机群形式进行多机联合作业，由此衍生出对于联合收获机群物联网及无线通信的需求。在无线通信技术中，LoRa技术在传输距离、部署方式等方面具有独特的优势。该研究提出了一种基于2.4 GHz LoRa技术的联合收获机群通信网络结构和工作模式。对LoRa相关参数使用NS-3网络仿真平台建立仿真模型，对扩频因子分配方案选择、可容纳节点数量和最小发送间隔进行分析，并在联合收获机群模拟通信场景进行仿真，同时开发了机载终端硬件和软件。仿真试验结果表明，在模拟通信场景下，选择特定比例分配扩频因子可改善网络通信性能；在保证90%以上接收成功率的前提下，静态场景下1 625 kHz带宽可支持25个节点以1 s的发送间隔进行通信，在动态场景下1 625 kHz带宽通信时延低于10 ms。田间试验结果表明，"报告（Report）"模式下通信总体成功率为99.3%；"请求（Request）"模式下通信总体成功率为92.5%，平均响应时间为123.07 ms。该研究将2.4 GHz LoRa技术应用于联合收获机之间的无线通信，可为联合收获机机群协同作业时通信提供可行方法。     

马鞍列岛人工鱼礁修复海域沉积物重金属形态组成及垂直分布特征

为了解马鞍列岛人工鱼礁海域沉积物重金属形态组成及垂直分布特征,于2018年6月采集该海域附近柱状沉积物样品,通过测定柱状沉积物粒度组成,同时采用改进后沉积物重金属形态分析的连续提取法(European community bureau of reference, BCR)分析了7种重金属(Cd、Cu、Zn、Pb、Cr、As、Ni)各形态含量,并结合地累积指数法(Igeo)、相关性以及潜在生态危害指数等分析方法,探索了马鞍列岛海域沉积物中重金属的垂直分布特征及其来源。结果显示,柱状沉积物粒度组成(D [3,2])以细粉砂粒为主;柱状沉积物重金属的含量总体上随深度呈锯齿状波动,在0.5 m和2.0 m时达到极值;7种重金属总量均可满足我国海洋沉积物质量I类标准;重金属Cd以次生相为主,可交换态及碳酸盐结合态(F1)、Fe/Mn氧化物结合态(F2)及有机物及硫化物结合态(F3)3种形态百分组成基本相当,其余6种重金属均以残渣态为主要赋存形态;7种重金属有效态垂直变化趋势具有周期性和一致性;以惰性元素Ni作为参比,综合3种分析方法进行来源识别,结果显示,柱状沉积物中的重金属Cu、Zn、Pb、Cr、As、Ni主要是自然沉积的结果,而Cd在个别深度存在污染累积,是否存在生态风险,还待进一步研究;后续可结合稳定同位素测年法,探索重金属含量及形态随年代的变化,进一步确定重金属污染的历史记录。研究表明,马鞍列岛附近海域重金属受人为因素影响较小,污染程度较低,可较准确地反映该海域沉积物重金属的本底值。     

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。     

酶解法制备柑橘皮渣膳食纤维的理化特性及抗氧化活性

为探究不同柑橘膳食纤维的性能差异及提高柑橘加工副产物综合利用率，利用酶解法制备4种柑橘（脐橙、苹果柚、沃柑、柠檬）皮渣膳食纤维，采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱及X射线衍射对纤维形态结构进行表征，并测定理化性质及体外抗氧化活性，通过主成分分析评价不同柑橘纤维综合品质。结果显示，酶法制备的柑橘纤维性能存在品种差异，柠檬纤维总纤维含量（67.63±0.46）%最高，脐橙纤维组成比例最好，沃柑、脐橙纤维水合性能和体外抗氧化活性最强，苹果柚纤维在4种纤维中表现出最高表观黏度。综合评价从高到低排序为：脐橙纤维、沃柑纤维、苹果柚纤维、柠檬纤维。结果表明，酶法制备的4种柑橘膳食纤维均有较好生理活性，其中脐橙纤维综合品质最佳，作为食品添加剂有较广应用前景。     

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。     

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。     

不同侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响

为了解侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响，实验基于计算流体力学方法(computational fluid dynamics, CFD)，利用大涡模拟(LES)对4种不同侧板结构的八棱柱型人工鱼礁周围流场变化进行数值模拟，并以上升流体积、背涡流体积和向上输运通量等为流场效应指标进行了分析，同时利用水槽实验对数值模型进行验证。结果显示，水槽实验流速与2种尺寸数值模拟流速的均方根误差最大不超过0.065。0°垂直迎流时，2种来流速度下，A型、C型和D型礁的上升流体积较B型礁最大分别高35.6%、244.1%和80.1%，背涡流体积较B型礁最大分别高193.5%、115.8%和88.8%。C型和D型礁的向上输运通量均大于A型礁，且C型礁最大向上输运通量是D型礁的1.29倍。不同迎流角度下，C型礁和D型礁的上升流体积和背涡流体积在4种角度下差异显著，且迎流面投影面积和上升流体积及背涡流体积之间相关系数较小。研究表明，实验所采用的数值模拟准确可靠；侧板数量增加对于提升八棱柱型人工鱼礁流场效应尤其是上升流效应作用明显；下层侧板固定时，上层为倾斜侧板有利于提升礁体的上升流效应，上层为垂直侧板时...