渤海湾典型人工鱼礁区域流场分布与海床泥沙起动特征

由于我国渤海湾近海环境的不同程度污染及渔业资源的过度捕捞,人工鱼礁的建设作为改善海洋生态环境、增加渔业产量的重要措施已受到了日益受到重视。本文以渤海湾辽东湾区觉华岛近海人工鱼礁区域为研究对象,通过实施9组室内水槽模拟实验,采用PIV测试技术,重点研究了不同流速及鱼礁间距条件下人工鱼礁区域上升流、背涡流及海床泥沙临界起动切应力的变化特点。结果表明：随着流速增加,在相同人工鱼礁群间距条件下上升流特征值均呈现增加趋势,背涡流特征值变化不大;在同一流速下,不同间距的人工鱼礁群上升流在扩大25%间距时各项特征值达到最大;首个分礁群后背涡流特征值随间距增加而有增大趋势,最大面积也出现在扩大25%间距鱼礁区域;另一方面,通过对比分析人工鱼礁投放前、后泥沙临界起动切应力变化特点,表明在投放人工鱼礁后,各个单体礁前后区域较未投放人工鱼礁群前海床泥沙更容易起动;对于相邻的单体礁,沿水流方向的前一个礁体前后的泥沙较后部礁体前后的泥沙更易起动。本项研究成果对渤海湾觉华岛等近海人工鱼礁优化布局与投放操作流程和渔业资源增产增收具有重要指导意义。     

单排方形多孔鱼礁保滩促淤的试验研究

通过断面波浪模型试验,开展了单排方形多孔鱼礁对波浪的消减效果及其对水质点运动轨迹影响的研究.结果表明:人工鱼礁对波浪破碎、波面形态及波高消减有较大影响;礁后底层水质点水平运动轨迹表现为向岸流速呈余弦分布,而离岸流速在0附近呈现不封闭状态.从岸滩地形响应可见,礁体可使礁后一定范围底层泥沙向岸运移,掩护区域的超饱和悬浮泥沙落淤.试验研究在一定程度上揭示人工鱼礁保滩促淤机理,探索了人工鱼礁对波浪的消减规律及岸滩地形的响应,为利用人工鱼礁进行海滩侵蚀的防护提供了科学依据.     

遮板型开孔式正方体人工鱼礁流场特性数值研究

为开发一种能同时增殖鱼类与底栖生物的人工礁体,在山东省莱州湾明波海洋牧场无遮板正方体人工鱼礁的基础上,提出了一种遮板型开孔式正方体人工鱼礁。基于CFD仿真和波流动力学理论,采用Fluent软件分别对无遮板、遮板型不同开口比的正方体人工鱼礁的流场特性进行了数值模拟,比较了5种来流流速条件下两种不同结构礁体周围的上升流、背涡流及遮板以下区域的流场分布特征。结果表明：在不同来流流速条件下,遮板型开孔式正方体人工鱼礁在开口比为0.11时较其他开口比的礁体有更大高度的上升流、更大面积的背涡区及更大范围的顶部涡流,但开口比不会影响遮板以下缓流区域。在相同开口比、相同流速的条件下,遮板型开孔式正方体人工鱼礁能为底栖生物增殖创造更加适合的流场环境,同时能够更好地发挥鱼类增殖效果,开口比为0.11时的遮板型开孔式正方体人工鱼礁的效果最为显著。研究结果可为人工鱼礁的结构型式设计提供新的思路和参考。     

渤海辽东湾典型人工鱼礁区域水沙动力特征与格局优化探讨

人工鱼礁是改善海洋生态环境、提高渔业产量的有效措施之一,不同规模的人工鱼礁会产生不同的流场效应.本文以渤海辽东湾觉华岛人工鱼礁区拟投放的方形人工鱼礁区域为研究对象,采用PIV粒子图像测速技术,实施了20组室内水槽实验,模拟了不同流速条件下不同布设间距对单位礁流场的影响及紊动效应.结果 表明:随着流速增加,同一间距下上升...     

同透空率下多孔人工鱼礁流场效应的三维数值模拟研究

通过计算流体动力学技术(CFD),分别模拟了非定常流作用下透空率为20%的箱型、梯形台、三棱体多孔空心单体鱼礁及组合鱼礁在6种来流速度、3种礁体布设工况下的人工鱼礁三维流场。模拟计算结果表明:水流遇到礁体迎流面抬升形成上升流,同种模拟工况下,同类型的多孔空心人工鱼礁以90°摆放时形成的上升流和背涡流规模强度达到最大,30°摆放时次之;单礁体情况下箱型鱼礁产生的流场效应更优。通过分析不同礁距下的九礁组合流场差异,上升流规模强度随着礁距的增加呈现出先增大后减小的趋势,1倍礁体距离下的鱼礁组合能产生更好的流场调控效应,并且箱型鱼礁组合和三棱体鱼礁组合的第一组礁体背面出现双涡旋现象,而梯形台鱼礁组合只存在一个涡旋,同种工况下,箱型鱼礁和三棱体鱼礁组合能更好地发挥鱼礁的集鱼、饵料效应和环境修复功能。     

多孔方型人工鱼礁绕流的数值模拟研究

数值模拟得到了5种不同来流速度(0.1 ～0.8 n/s)下的多孔方型人工鱼礁周围的水流场.过礁体中心的铅垂面上速度分布表明:①不同来流速度下,上升流的最大速度和平均速度均分别为来流速度的0.74倍和0.12倍,上升流最大高度均为礁体高度的2.6 ～2.7倍,背涡区的长度和高度均分别为礁体高度的4倍和1.25倍;②在靠近礁体背流面形成水流方向与来流方向相一致的透水区.过礁体中心的水平面上速度分布表明:①不同来流速度下,背涡区的长度和宽度均分别为礁体宽度的4倍和1.8倍;②在鱼礁内部形成水流方向杂乱的旋涡区.本研究还初步比较了多孔方型人工鱼礁绕流与无孔方型人工鱼礁绕流的流场效应异同点.     

梅山水道避风锚地潮流泥沙数值计算

在地形及水文测验资料收集整理的基础上,建立了梅山水道附近海域平面二维潮流泥沙数学模型,模型经水流泥沙运动相似验证后在典型大、小潮水文条件下进行了工程方案计算,分析研究了梅山水道潮汐通道封闭后其附近海域潮流动力及泥沙冲淤变化情况。研究结果表明,梅山水道潮汐通道涨、落潮量占周边其他水道比例较小,工程的实施未改变周边海域整体潮流场结构及海床冲淤基本平衡的格局,工程后拟建南、北两堤近堤附近海域海床因流速减小形成缓流、回流区,从而使泥沙产生累积性淤积,附近水利设施的运行将受到不同程度影响。     

方型人工鱼礁周围水流运动的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下方型人工鱼礁(边长为3 m)周围的水流场。铅垂平面上的计算结果表明:当水流贴近礁体迎流面时,水流抬升而形成上升流;不同来流速度工况下,上升流最大速度均约为来流速度的0.64倍,上升流平均速度均为来流速度的0.12倍,而上升流的最大高度为礁体高度的2.62～2.65倍;由于流动分离,在礁体顶面形成一小旋涡区,而在礁体背水面后端形成背涡区;5种来流速度下的背涡区长度均为礁体高度的3.0～3.5倍,而背涡区高度为礁体高度的1.1～1.2倍。水平面上的计算结果表明:紧贴礁体四周为水流减速区,在礁体两侧形成小旋涡区(缓流区),而在礁体背部形成一大旋涡区(背涡区);背涡区内的水流旋涡结构随来流速度大小而变,但背涡区的最大宽度基本不随来流速度的改变而改变,约为礁体宽度的2倍。     

三棱柱型人工鱼礁绕流流场的CFD分析

基于CFD软件平台ANSYS FLUENT,模拟得到了5种不同来流速度(0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 m/s)下三棱柱型人工鱼礁(各边长均为3 m)周围的三维水流场。通过速度场模拟结果分析,得到了上升流最大速度点位置、上升流最大高度、上升流最大速度、上升流平均速度以及背涡区尺度等参数;分析了礁体周围的压力分布和背涡区的涡旋结构特征。此外,还初步揭示出三棱柱型人工鱼礁绕流与方型人工鱼礁绕流在流场效应上的异同点。     

金字塔型人工鱼礁绕流的三维CFD模拟研究

采用CFD技术,仿真研究了5种不同来流速度（0．1、0．2,0．4,0．6和0．8m／s）下金字塔型人工鱼礁（底面边长和高度均为3m）的三维绕流场。定量获得了上升流最大高度、上升流最大速度、上升流平均速度以及背涡区尺度等流场效应参数;揭示了礁体周围涡量和压力的分布特征,并得到了水动力大小和阻力系数;对比分析了金字塔型鱼礁与方型鱼礁和二三棱柱型鱼礁在上升流和背涡流特征量上的差别。     

布设间距对三棱柱形人工鱼礁绕流影响的数值模拟

以CFD(计算流体动力学)技术为手段,研究了不同布设间距下形状为三棱柱形的人工鱼礁周围水流运动规律.研究中采用了4种布设间距,分别为1.5、3、4.5和6 m,它们分别为0.5、1、1.5和2倍鱼礁长度.速度为0.2、0.4、0.6、0.8 m/s的水流,流过不同布设间距的2个三棱柱形人工鱼礁,分别观察鱼礁周围水流运动情况.研究结果显示:布设间距越大,礁体之间的涡旋越大,增大到一定程度有可能产生2个涡旋.布设间距对于第二个鱼礁的尾涡不产生影响,并且来流速度对这两个旋涡的大小不产生影响.布设间距内速度分布规律为由中心向四周速度越来越小,但不会超过鱼礁高度,来流速度对此规律不产生影响.     

杭州湾南岸电厂取水口海区泥沙冲淤分析

杭州湾南岸电厂取水口所在海床的冲淤情势是取水口高程设置和电厂安全运行需要考虑的核心要素。基于工程海区不同历史时期的地形资料,结合水沙运动规律、人类活动和二维潮流泥沙数学模型计算,分析了工程海区海床演变规律和趋势。结果表明:工程所在海床属于杭州湾南岸滩涂的一部分,摒弃围垦引起的短期冲刷效应,海床长期处于缓慢淤涨态势,淤积速率约0.04 m/a;沿岸潮流的输沙作用以及围填海等人类活动是海床淤涨的主因。工程建设后,取水口区域仍将保持淤积态势,周边规划工程亦将使取水口床面区域产生0.2 m左右的淤积。研究成果可为取水口方案的确定提供理论依据和数据支撑。     

Physical and biological evolution of constructed reefs – long-term assessment and lessons learned

Artificial reefs are widely used to restore lost or damaged habitat, particularly spawning habitat. However, reefs are often designed without consideration for testing design features and constructed without clear objectives or a long-term assessment plan to evaluate changes in reef characteristics. To mitigate for degradation of lake trout spawning habitat in Thunder Bay, Lake Huron, we constructed 29 cobble reefs in 2010–11. Reef design incorporated height, orientation, and size as replicated factors. In addition to assessment of reef use by lake trout, we evaluated the biotic and abiotic changes in the reefs over five years post-construction and compared them to two adjacent degraded reefs and a semi-natural reef. Each reef was mapped annually by side-scan sonar to examine changes in the physical structure, such as slumping. Divers surveyed a subset of the reefs each year, and sampled substrate to quantify benthic macroinvertebrates, including zebra mussels. Algal colonization and round gobies were evaluated qualitatively. Temperature, dissolved oxygen, and sediment accumulation were measured over the winter at the vertical center and base of two reefs each year. Little physical change or sedimentation occurred. Qualitative abundance of coregonine eggs, presence of other fishes, and colonization by algae and macroinvertebrates increased throughout the monitoring period, indicating that the reefs have long-term value for a diversity of species.     

单排三角锥透空圆孔礁坝保滩促淤的试验研究

借助波浪水槽断面模型试验,开展了不同设计水位下的单排三角锥透空圆孔礁坝对波浪的消减作用及对砂质岸滩地形演变和底层水质点运动轨迹影响的研究。由试验资料分析可知:人工礁坝对波高消减、波面形态及波浪爬高有较大影响;人工礁坝会削弱掩护区的水动力强度,减弱波浪挟沙能力,促使超饱和悬沙在礁后落淤,且通过对水质点水平运动离岸流速的阻减,防止底层泥沙产生离岸亏损。本试验研究在一定程度上揭示了人工礁坝的消浪阻流特征及砂质岸滩地形的响应规律,可为人工礁坝在砂质海滩防护中的应用提供依据。     

黄河河口水沙运动的二维数学模型

本文针对黄河河口河道水沙潮波的特点，从水流连续方程、运动方程，泥沙运动方程出发，补充了潮流挟沙能力的计算公式，建立了黄河河道河口二维数学模型。以1982年实测资料，从潮位过程、流速大小和方向及海底冲淤变形等方面对数学模型进行了验证计算。在此基础上开展了典型水沙条件下黄河河口泥沙运动规律的模拟研究。其结果揭示了黄河河口清水沟所处海域的潮流潮汐特性和泥沙输移规律。这些成果与实测资料以及卫星遥感分析结果一致，进一步表明了模型的可靠性。     

Artificial Reef: Status,Life Cycle,and Environmental Impact Assessment

Power Technology and Engineering - The main objective of constructing artificial reefs is to improve the environment, increase the bio-productivity of marine ecosystems and their biodiversity. For...