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。     

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。     

对人工鱼礁树试验的评估

一、结论与评估 通过大型和小型人工鱼礁树的试验及四年来分批分处投放设置和使用人工鱼礁树，得出如下结论与评估。     

米字型人工鱼礁流场数值模拟与水槽实验的比较

采用LES(大涡模拟)紊流模式,对定常来流速度下按实际尺寸缩小10倍的米字型人工鱼礁单体附近流场进行三维数值模拟,同时利用相同尺寸的水槽实验验证该数值计算方法的可行性。在数值模拟与水槽实验中分别设置了0.2、0.4、0.6、0.8、1.0以及1.2 m/s 6种来流速度,并比较礁体附近三个方向上流速变化的情况。结果表明,数值模拟中约80%的测点速度与水槽实验结果吻合。而且,具有较大差异的值都发生在礁体上方开口中心位置附近的测点,该位置流场变化强烈且水槽实验测量有一定难度,易产生误差,因此对比结果差异较大是可允许的。综合比较结果,初步认为利用三维数值模拟计算方法模拟人工鱼礁的流场变化是可行的,今后可利用该数值计算方法替代复杂的水槽实验,甚至可以对实际投放礁体的原始规格以及所放置的海域进行等比例模拟,更清晰准确地对人工鱼礁周围流场变化进行详细研究。同时对不同结构的人工鱼礁和人工鱼礁群周围的流场进行系统分析,从而实现人工鱼礁的优化配置。     

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。     

荣成俚岛人工鱼礁建设项目——人工鱼礁投放海域资源环境状况前期评价

根据2006年6月在荣成俚岛开展的人工鱼礁拟投放海域海洋生物和海洋水文本底调查资料，对拟投礁海域的水质和海洋生物种类组成、数量分布等作了较详细地分析研究，以评估该海域是否适于投放人工鱼礁。调查结果显示，该海域底质类型为：表层为淤泥（3～10cm），中间层为半硬质沙泥（20～50cm），底层为硬质底。水深为9～18m，海区海水透明度较高，污染较轻，水质绝大多数指标符合国家二类海水水质标准。游泳动物数量较少，种类组成简单，生物量不高。大型底栖生物种类组成和生物量较丰富，海参、海胆等有一定分布。评估海域大多数指标符合建礁要求，所选海域是投放人工鱼礁的良好场所。     

嵊泗人工鱼礁海域鱼类和大型无脊椎动物群落结构特征

为了探明鱼礁生境中群落结构的组成情况,评估人工鱼礁投放取得的生态效果以及探索人工鱼礁投放对整个资源组成情况的影响,根据2004年-2007年嵊泗海域人工鱼礁区及周边海域和自然海域的资源调查资料,对比分析了上述3个海域的资源种类组成、优势种、多样性等群落结构特征。共发现鱼类和大型无脊椎动物150种,其中鱼礁区119种。鱼类和节肢类在生物量和数量上均占较高比例,为3个海域的主要资源组成。鱼礁区在历次调查中共发现季节性优势种类11种,随时间的推移,鱼类作为优势种的次数增多。同步调查中,鱼礁区丰富度和多样性高于其余2个海区,最高丰富度和多样性分别为6.349和3.303,鱼礁周边海域分别为3.982和2.158,自然海域为5.751和3.003。3个区域之间,鱼礁区和自然海域的相似度最高;其次是鱼礁周边海域和自然海域;鱼礁周边海域与鱼礁区的相似度最低。结论认为,鱼礁的投放有利于生物的栖息和聚集,对鱼类的诱集和分布影响明显。     

基于高精度声学图像的海洋牧场海床类型识别

人工鱼礁作为海洋牧场建设的基础生态工程,在海洋生态环境修复和渔业资源增殖方面起着重要作用。随着人工鱼礁的大量投放,海洋牧场海床逐步转变为高度异质性的底栖生境,底栖生态变化会直接影响到底栖及底层生物的栖息与繁衍。针对传统调查方法在海洋牧场中的局限性,聚焦天津海洋牧场,基于侧扫声纳后散射数据和多波束测深数据,从侧扫图像亮度、图像纹理及地形起伏度等3个维度,探索了天津海洋牧场海床类型识别、分类和面积量化的新方法。研究表明,天津海洋牧场共发现人工鱼礁、牡蛎类、淤泥类、蛤仔泥混类、牡蛎泥混类及碎贝泥混类等6种海床类型,基于声学图像特征的海床类型识别方法准确率达90%,可满足海洋牧场底栖生态研究的需求;通过对比分析,天津海洋牧场本底淤泥类海床消退为58.19%,贝类海床增至7.96%,贝类资源增殖效果明显;人工鱼礁周边新生牡蛎礁0.246 km2,并伴有0.303 km2的牡蛎泥混海床待发育为牡蛎礁,海洋牧场建设对牡蛎礁具有重要的修复作用。本研究探索了适宜于海洋牧场的海床声学分类方法,探讨了声学技术对传统底栖调查方法的补充与完善作用,明确了海床类型与声学图像特征的紧密联系,验证了海洋牧场对牡蛎礁的修复作用,成果可有效应用于近岸海域生境修复、贝类资源量精准评估及牡蛎礁演化机理等领域的研究。     

海州湾人工鱼礁海域生态环境的变化

根据2003-2004年对海州湾人工鱼礁海域进行4个航次的调查结果，运用对比方法，分析了该海域的水质、底泥和浮游生物等在人工鱼礁投放前后的变化。结果表明，人工鱼礁投放所产生的上升流将沉积于底泥的氮营养盐携带至上层，使得鱼礁区的海水特性由氮限制转变为磷限制；鱼礁区与对照区点的浮游植物组成相似度由投礁前极高的0.963下降到投礁后3个月的0.863和7个月后的0.685，群落结构发生了较大变化；同时，鱼礁区的浮游动物个体增重率明显，达到了对照区的5倍之多，十分有利于渔业资源的增殖，人工鱼礁对于海域生态环境的改善作用得到了确认。     

组合式金字塔型人工鱼礁水动力学分析

人工鱼礁是海洋牧场的重要组成部分,对于修复海洋生态环境、提高渔获量有重要价值。人工鱼礁的投放可以使得鱼礁周围流场发生变化,对于鱼类摄食、庇护都有重要的影响。本研究对人工鱼礁的水动力学特性进行研究,采用计算流体动力学软件Fluent和基于N-S方程对组合式金字塔型人工鱼礁的流场进行分析。比较了4种流速(0. 1、0. 2、0. 3和0. 4 m/s)下鱼礁流场的变化情况,得到了周围涡量和压力的分布特征,给出了该型人工鱼礁的三维紊流区,并同其他类型人工鱼礁进行了对比。结果显示:涡量主要分布于导流盘后方区域,且越远离导流盘的地方涡量越弱;不同来流速度下,上升流的最大高度约为鱼礁高度的1. 53倍,鱼礁涡量区高度约为鱼礁的高度,背涡区长度随着水流速度的增加而增加;不同流速下,紊流区的范围基本不变。     

珊瑚移植与集鱼两用礁基的研究

概述了我国珊瑚移植礁基和人工鱼礁研究现状,分析了现有礁基功能单一的不足,进行了将珊瑚移植礁基与人工鱼礁相结合的可行性分析,提出了一种珊瑚移植与集鱼两用礁基的设计方案,利用Fluent中的大涡模拟进行了流场仿真计算,定义了相对缓流区体积作为评价指标,对该两用礁基进行了效果评估。结果表明,通过合理的设计,可以实现珊瑚移植与集鱼的结合,最终提高礁基的生态和经济效益并充分利用海洋空间。     

天津地区许氏平人工育苗研究

在天津地区进行许氏平人工育苗研究,并进行了不同环境对许氏平人工育苗影响的研究。选择9个室内养殖池分为3组,分别为正常组、投放人工鱼礁组和控制光照组,每组3个养殖池,通过不同环境下的培育来研究各试验组许氏平仔稚鱼生长率、成活率的状况,同时观察人工鱼礁对许氏平的集鱼效果。试验结果表明,引进怀卵许氏平亲鱼50尾,经过人工强化培育,获得初孵仔鱼65万尾,经75d培育,最终获得全长为3cm稚鱼11.12万尾,成活率达17.1%;室内人工鱼礁对许氏平亲鱼的集鱼效果非常明显,对苗种的效果不明显,而且对苗种生长率和成活率的影响与正常组相比差异不大,分别为0.03~0.035cm/d和18%~18.57%;相比之下,34~65lx的光照度比0.2~3.0lx的光照度更适合苗种的生长发育。     

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。     

嵊泗人工鱼礁海区生态系统能量流动模型初探

主要根据从2005年1月开始投放人工鱼礁至11月在嵊泗人工鱼礁海区进行的环境、资源和生态调查资料,应用Ecopath withEcosim(EwE)软件,构建嵊泗人工鱼礁海区生态系统初步能量流动模型。模型由13个功能组构成,每一组都代表在生态系统中具有相似地位的有机体,基本覆盖了嵊泗人工鱼礁海区生态系统能量流动的主要过程。模型分析表明,嵊泗人工鱼礁海区生态系统的能量流动主要以捕食食物链途径为主,各功能组的营养级范围为1.00~4.18。生态网络分析表明,系统的能量流动主要有6级,来自初级生产者的能流效率为13.8%,来自碎屑的转换效率为13.4%,平均能量转换效率为13.6%。     

我国人工鱼礁的经济效益和前景预测的研究

作者围绕人工鱼礁能改造渔场的科学依据，生产性鱼礁的集鱼效果，保护性鱼礁重大的作用，海珍品增殖礁的巨大潜力，以及游钓鱼礁的良好开端等专题进行论述和探讨，并分析了人工鱼礁的经济效益。最后，作者提出整治近海的主要措施，以人工鱼礁为基础工程，在配合人工藻场和人工放流，使渔场环境，不断改善，鱼类资源，永保昌盛。并为实现农牧化“耕海牧鱼”、“海洋牧场”开发的战略方针，开辟广阔的前景。     

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。     

一种适用于淤泥质底质的新型人工鱼礁的设计与研究

为使人工鱼礁在淤泥质底质上保持稳定不发生淤埋,提出了一种新型人工鱼礁,主要包含鱼礁本体、浮力基础、筒形桩。基于调研及测量的地质、水文、极限风浪流等信息,通过Stockes波理论和Fluent软件模拟鱼礁周围的流场效应,采用理论分析和数值仿真方法分别计算得到人工鱼礁上的环境载荷,并通过理论分析得到淤泥地基下的负压筒形桩的抗拔力及水平抗力。结果显示,新型人工鱼礁在给定的投放环境下能保持稳定,不发生淤埋,其在波流作用下抗滑移和抗倾覆安全系数均满足规范要求。本研究可为淤泥质底质上人工鱼礁提供设计方法,具有一定的指导意义。     

基于侧扫声纳方法的框架式人工鱼礁测量

为研究应用侧扫声纳技术评估已建人工鱼礁工程建设质量的可行性,于2017年4月应用侧扫声纳技术对已建1年的资源保护型人工鱼礁区进行现场勘测,随机选取AR1与AR2 2种人工鱼礁各15个,通过分析软件处理侧扫声纳实测数据,可获人工鱼礁的高度、沉降量、礁体布局等状态信息。结果显示,勘测礁区AR1型礁体高度为3.74~4.76 m,平均为4.44 m,沉降率为13.52%~32.20%,平均为19.20%;AR2型礁体礁体高度为2.57~3.45 m,平均为2.85 m,沉降率为13.67%~35.75%,平均为28.66%。截至调查时间为止,2种混凝土礁体结构较完整,个别礁体倾倒,实际礁体布局与预设布局有一定偏差。2种礁体沉降度单因素方差分析结果表明,2种礁体在投放海区的抗沉降能力差异显著,AR1型礁体抗沉降能力优于AR2型礁体。     

不同网具在人工鱼礁水平方向上诱集效果的比较

为了解东海典型软相泥地生境鱼礁投放后在水平梯度上的影响能力,于2014年8月在嵊泗人工鱼礁区采用等间距设点的方法,对不同网具(刺网、地笼网、拖网)在评价人工鱼礁区鱼类和大型无脊椎动物组成方面的应用效果进行了初步探讨。结果表明,刺网渔获组成以鱼类为主,占刺网总渔获种类的51.1%;拖网主要为节肢类,其次是鱼类,分别占拖网总渔获种类的41%和37.7%;地笼网的渔获种类分布则较为均衡。比较不同采样方法在鱼礁区水平方向上多样性的表征能力,拖网优于刺网和地笼网,3种网具组合的采样方式优于单种网具或任意两种网具相互组合。自人工鱼礁核心区向外,各站点生物资源量、多样性等指标大致呈逐渐减少的趋势。从上述指标的空间差异来看,三横山鱼礁区的有效辐射距离约为200 m,而东库山鱼礁区辐射距离为200~300 m。研究结论认为,相对于单一采样方法,组合刺网、地笼网和改进型底拖网的综合采样方式可以获得更完整的现场信息,从而更好地揭示人工鱼礁投放后水平方向的资源分布和群落结构状况。     

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。