人工鱼礁物理稳定性及其生态效应的研究进展

为探究人工鱼礁投放后的不同底质对底栖游泳生物群落结构特征的影响,实验以海区中央投放的构件礁划分半径为20、400和600 m 3个样带,采用地笼与摄像相结合的方法,分别于2017年6月和8月、2018年6月 (2次)、2019年6月和7月在小竹山岛人工鱼礁区进行了6个航次的调查。应用相对重要性指数 (IRI)、主坐标分析 (PCoA)和单因素方差分析等分析群落时空组成变化,利用广义加性模型 (GAM)研究环境因子对单位捕捞努力量 (CPUE)和多样性指数的影响。IRI和PCoA测定结果显示,地笼主要捕获日本蟳、海燕、大泷六线鱼、许氏平鲥及其他梭形鱼类;摄像主要捕获海燕等棘皮类、葛氏长臂虾、纹缟虾虎鱼、六丝钝尾虾虎鱼、钟馗虾虎鱼及矛尾刺虾虎鱼。单因素方差分析显示,两种采样方法在200和400 m样带的CPUE均较高,与600 m样带有显著差异,但年份间无显著差异。GAM模型显示,CPUE随投礁年份和底质类型的复杂度增加而增加,与构件礁及石块礁底质呈正相关,且受盐度及温度影响。多样性指数在样带、年际间无显著差异,GAM模型显示,其在地笼渔获物的多样性指数显著高于摄像,并受盐度、透明度影响,但与底质类型无关。本研究揭示了不同底质对底栖游泳生物的影响,证明了地笼与摄像结合调查方法的互补性,为多种鱼礁底质的管理提供参考依据。

     

塔型桁架人工鱼礁流场效应及稳定性

本研究利用物理模型试验和粒子图像测速技术,对塔型桁架人工鱼礁模型在6种换算流速0.031 m/s、0.063 m/s、0.095 m/s、0.126 m/s、0.158 m/s和0.190 m/s (实际流速0.2 m/s, 0.4 m/s, 0.6 m/s, 0.8 m/s, 1.0 m/s和1.2 m/s)下产生的流场效应与物理稳定性进行研究。结果表明,流速达到1.2m/s时,礁体不会发生漂移和倾覆,说明该礁型具有良好的稳定性。单体礁在45°和90°迎流方式下,最大上升流流速和上升流平均流速随来流速度增加而递增,90°摆放单体礁最大上升流流速为来流速度的15.6%～21.0%, 45°摆放单体礁最大上升流流速为来流速度的16.3%～23.5%;上升流面积和高度随来流速度的增大先增加后减小,均在来流速度为0.095 m/s时出现最大值;缓流区面积均随来流速度的增加而减小;在相同来流速度下, 45°迎流时礁体缓流区面积大于90°迎流;在45°和90°摆放方式下,缓流区长度与礁高比值均随来流速度的增加呈下降趋势,且下降趋势逐渐平缓;45°迎流时缓流区长度为礁体高度的13～24倍, 90°迎流时缓流区长度为礁体高度的11～22倍。塔型桁架人工鱼礁礁体前后没有涡流形成,但具有较好的缓流作用,在礁体后方形成了较大规模的缓流区。     

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。     

人工鱼礁的流态效应

人工鱼礁投放到海底后对鱼类产生多种效应，如饵料效应、阴影效应、流态效应等。本仅就流态效应一项进行探讨，以供参考。     

人工鱼礁生态诱集技术的机理及研究进展

人工鱼礁是用于营造海洋牧场、调控和优化海洋生态环境、增殖渔业资源的人工设施。人工鱼礁所形成的环境可以作为鱼类良好的栖息、庇护和产卵场所,有利于鱼类的生存和繁殖,因此对鱼类具有良好的诱集效应。本文从多个角度论述了人工鱼礁生态诱集技术的机理以及鱼类行为和生态诱集技术的研究进展,探讨了目前人工鱼礁生态诱集技术研究所面临的问题和主要发展方向,旨在为我国沿海人工鱼礁建设提供一定的理论基础。     

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。     

中国常用人工鱼礁流场效应的比较分析

人工鱼礁是建设现代化海洋牧场的基础设施,为了研究在不同海域流速下,迎流角度对人工鱼礁的影响,实验基于Ansys-Fluent平台,采用RNG $ k - \\varepsilon $的湍流模型,进行数值水槽模拟,对结构边长为3 m的立方对角面开孔鱼礁在3种来流速度 (0.5、1.0和1.5 m/s)、4种迎流角度 (0°、15°、30°和45°)下的上升流体积、背涡流体积、阻力、倾覆力矩等水动力特性进行比较分析。结果显示,人工鱼礁内部和周围存在具有显著特征的上升流区域和背涡流区域;流场规模的大小基本不受来流速度的影响;流速是影响立方对角面开孔人工稳定性的主要因素,流速越大,作用在礁体上的阻力和倾覆力矩相应变大,礁体的稳定性越差;迎流角度是影响人工鱼礁流场效应的主要因素,鱼礁的流场效应规模在迎流角度为30°~45°时达到最优,礁体为45°迎流时上升流体积和背涡流体积都达到最大值。利用权重赋值法,引入人工鱼礁建设效果综合评价模型,通过综合评价分析,在不考虑海底底质淤积、风浪等条件下,投放人工鱼礁时宜选取最大流速不超过1 m/s的海域,且迎流角在30°至45°范围内,鱼礁的建设效果最佳。

     

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。     

人工鱼礁结构设计原理与研究进展

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,上层为垂直侧板时有利于提升礁体的背涡流效应;不同的侧板组合会影响礁体对迎流角度的适应性。本研究结果可为鱼礁单体的优化设计以及大尺度海洋数值模型中阻力参数设定提供参考。

     

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。     

海珍品人工增殖礁模型对刺参聚集效果影响的研究

针对目前海珍品增殖的需要,进行了刺参人工鱼礁增殖实验研究。实验共分为3部分进行,即无模型礁与有模型礁的对照实验、同种材料5种形状模型礁以及两种不同材料的三角形孔洞长方体礁对比实验。实验结果表明,各种形状的模型礁投入到养殖实验池中后对刺参的平均聚集率与不投放模型礁相比差异极显著;同为水泥制的5种模型礁投入后,圆管形模型礁对刺参的平均聚集率最高,与其他4种模型礁相比差异显著;两种不同材料的三角孔模型礁投入后对刺参的平均聚集率差异不显著,水泥制模型礁高于大理石制;利用石块投石造礁对刺参也具有一定的聚集效果。     

人工鱼礁材料生物附着效果的初步研究

人工鱼礁材料的生物附着效果试验表明,投放3·5个月后,试验材料附着生物种类有17科20种,优势种为网纹藤壶;投放20·5个月后,其附着生物有31科36种,优势种为翡翠贻贝。比较不同试验材料的生物附着效果,混凝土板、木板、铁板和塑料板的附着效果较好。同种材料,表面粗糙的混凝土板、涂有红丹防锈漆的木板、涂有绿漆的铁板和灰色塑料板的附着效果最好。由于大多数废旧渔船为铁木或钢筋混凝土结构,这些废旧渔船均适宜用作人工鱼礁建造材料。     

东海区资源保护型人工鱼礁生态效果评价体系的初步研究

科学评价鱼礁生态效果对后续鱼礁建设具有重要现实意义。从鱼礁生态效果产生原理出发,以鱼礁的自然特征、流场效应、水质与底质、饵料生物、鱼类与大型无脊椎动物5方面作为评价准则,建立了2个评价层次共29个评价指标的指标体系。在查阅文献和分析调查资料基础上,确定了定量评价指标的模糊隶属函数和定性指标的评判依据以作为评价指标的评价标准。运用三标度层次分析法确定了评价指标的权重。对2个代表性资源保护型鱼礁的生态效果进行了评价。评价结果与实际调查情况基本吻合。评价方法可以作为有关鱼礁生态效果评价的依据。     

莱州人工鱼礁海域水质状况的变化特征

根据2010～2011年莱州人工鱼礁海域春、夏、秋、冬4个季节共8个航次的化学需氧量（COD）、无机氮（DIN）、活性磷酸盐（DIP）、总氮（TN）、总磷（TP）、有机碳（TOC）等要素的分析结果,运用N/P比值、有机污染指数A和富营养化指数E等方法,对投放人工鱼礁海域不同年份水体的质量状况进行了评价,分析了该海域水环境在人工鱼礁投放后的变化.结果表明,投礁区第2年DIN含量明显降低,而DIP含量略有上升,使得海区中的DIN/DIP值降低,由89.60降低到44.54.2011年和2010年投礁区DIN/DIP有显著性差异（P＜0.05）,而对照区无显著性差异（P＞0.05）,表明人工鱼礁对水体有改善作用;营养化指数E分析表明,调查海域水质未达到富营养化状态,处于较低营养水平,且2010年与2011年、礁区和对照区E值的平均值均相差不大,营养状况无明显差异;调查海域有机污染指数A小于0或小于1,且投礁区和对照区无明显差异,2010年与2011年也无明显差异,表明该海域未受到有机污染,水质状况良好或较好.     

莱州湾芙蓉岛人工鱼礁区生态系统能量流动及仿刺参生态容量评估

基于2019年莱州湾芙蓉岛人工鱼礁区渔业资源调查数据,利用Ecopath with Ecosim 6.6 (EwE 6.6)软件构建了芙蓉岛人工鱼礁区生态系统Ecopath模型,系统分析了芙蓉岛人工鱼礁区生态系统的能量流动规律和结构特征,估算了仿刺参(Apostichopus japonicus)的生态容量。Ecopath模型由16个功能组组成,基本涵盖了芙蓉岛人工鱼礁区生态系统能量流动的主要过程。结果发现,生态系统各功能组的营养级范围为1.000~3.978,其中,花鲈(Lateolabrax maculatus)处于最高营养级;生态系统总转换效率为10.6%,来自初级生产者的转换效率为10.8%,来自碎屑的转换效率为10.1%;生态系统总流量为2 596.108 t/(km2·a),其中44%来自碎屑;系统总初级生产量/总呼吸量为1.454,连接指数为0.402,系统杂食指数为0.211,Finn´s循环指数和平均路径长度分别为8.860%和2.980。结果表明,芙蓉岛人工鱼礁区生态系统成熟度和稳定性较低,食物网结构较简单。根据模型计算得出,仿刺参的生态容量为131 t/km2,是现存量的6.55倍,具有较大的增殖潜力。     

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。