人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应影响的双因素方差分析

采用基于计算流体动力学模型的方法对人工鱼礁流场效应进行数值模拟,选取单体人工鱼礁模拟近岸海域的鱼礁流场,对其附近流场进行三维数值模拟,在此基础上应用双因素方差分析法分析了人工鱼礁开口比和迎流面形状对流场效应的影响。结果表明:人工鱼礁开口比是鱼礁流场效应的主要影响因素,开口比越小,水流受鱼礁阻隔程度越大,礁前上升流流速越大,背涡流紊流区域越明显,背涡流区域就越长;鱼礁迎流面形状对流场效应的影响次之。     

许氏平鲉幼鱼在不同流场环境下的趋礁行为研究

为了分析岩礁性鱼类在不同人工鱼礁流场环境中的空间分布,以许氏平鮋Sebastes schlegelii幼鱼(体质量2.78 g±0.51 g)为研究对象,通过计算流体动力学方法(CFD),分别模拟并分析了立方体框架式鱼礁、圆柱型鱼礁、三角型框架式鱼礁和立方体实心礁在6种来流速度(0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 m/s)下的三维绕流流场,同时通过鱼类行为学实测分析,以礁体所影响的流速大小区域作为依据,观察分析了不同结构人工鱼礁流场效应对鱼类的诱集作用。结果表明:最大上升流高度、迎流区长度及侧流区宽度大小与来流速度大小不相关,迎流区域(Ⅱ区)、上升流区域(Ⅳ区)和侧流区域(Ⅴ区)不随来流速度的变化而改变;不同礁体对鱼类的诱集率随来流速度的变化而变化,框架礁对鱼的诱集率由63.06%减少到52.50%,圆柱礁诱集率由43.06%增加到59.44%,三角礁诱集率由39.17%增加到83.61%,实心礁诱集率由49.72%增加到70.28%,在高流速环境下鱼礁对幼鱼的集鱼效果显著提高,且不同礁体5个区域幼鱼平均分布率总体为背涡流区域(Ⅲ区)>侧流区域(Ⅴ区)>鱼礁内部区域(Ⅰ区)>迎流区域(Ⅱ区)>上升流区域(Ⅳ区)。研究表明,4种礁型中以内部结构较为复杂的三角型框架式鱼礁对试验鱼的诱集效果最好。     

基于透明土技术的多孔介质孔隙流动特性研究

土体作为一种特殊多孔介质,内部孔隙通道尺度与形态随机性强,导致土体渗流场中孔隙流速分布不均,即存在优势流现象。优势流是影响污染物运移、导致土体渗透变形的重要因素。基于透明土原理,利用聚丙烯酸钠交联聚合物颗粒和蒸馏水,配制成饱和透明多孔介质,并利用一种新的研究透明多孔介质内部流场的装置及方法,将绿色光源激光器、单反相机、十字滑台等组合成简易粒子图像测速(PIV)系统,采集不同水力梯度下透明多孔介质内部流场图像,结合粒子图像测速技术,将得到的流速数据进行统计分析,揭示孔隙液体的流动特性。研究表明,利用自制简易PIV系统进行流场测量,实测孔隙流动结果与宏观流速吻合程度高,能够实现对流场的多点、无扰、高精度测量。研究发现多孔介质内部纵断面上的孔隙面积与纵断面所在位置有关,而孔隙面积越大,断面上的孔隙流速也越大。多孔介质内部孔隙流速分布规律大致相同,优势流速随着断面流速的减小而减小,优势流速越小,其概率密度越高,优势流动现象越显著。     

框架型与沉箱型人工鱼礁绕流特性的数值模拟

为对框架型(正六面柱形罩式边长为2 m、高4 m)和沉箱型(方形空心开口式3 m×3 m)人工鱼礁模型绕流特性进行分析,采用Computational Fluid Dynamics(CFD)方法研究了礁体周围的流线分布变化及上升流和背涡流的流态变化情况。结果表明:在礁体内部,框架型礁体的涡旋在底部出现,沉箱型礁体的涡旋在底部及中部出现,且沉箱型礁体涡旋范围大于框架型礁体;框架型背涡区压强空间分布较为均匀,而沉箱型外侧左右两端有0.5倍礁宽的压强变化,背涡区压强空间分布不均匀;沉箱型礁体在0.5～1.0倍高度上升流区域流速增大。研究表明,相同工况下综合比较框架型产生的流场效应更优,能更好地发挥鱼礁的集鱼效果。     

框架型与沉箱型人工鱼礁绕流特性的数值模拟

为对框架型(正六面柱形罩式边长为2 m、高4 m)和沉箱型(方形空心开口式3 m×3 m)人工鱼礁模型绕流特性进行分析,采用Computational Fluid Dynamics(CFD)方法研究了礁体周围的流线分布变化及上升流和背涡流的流态变化情况。结果表明:在礁体内部,框架型礁体的涡旋在底部出现,沉箱型礁体的涡旋在底部及中部出现,且沉箱型礁体涡旋范围大于框架型礁体;框架型背涡区压强空间分布较为均匀,而沉箱型外侧左右两端有0.5倍礁宽的压强变化,背涡区压强空间分布不均匀;沉箱型礁体在0.5～1.0倍高度上升流区域流速增大。研究表明,相同工况下综合比较框架型产生的流场效应更优,能更好地发挥鱼礁的集鱼效果。     

新型装配式人工鱼礁力学性能分析

本文设计了一种可应用于人工鱼礁的装配式钢结构节点。采用有限元分析方法,对装配式节点的受力情况进行模拟并对其应力应变结果进行分析;应用PKPM分析方法,对装配式人工鱼礁整体吊装时的受力性能展开研究。结果表明：四种类型的连接节点在剪力、弯矩等作用的施加下均无应力集中和大变形的情况产生,受力合理,在与梁柱构件连接时传力可靠,可作为一种新型节点应用于装配式人工鱼礁整体的连接和组装;单体、四连鱼礁在吊装时均可以保证整体稳定性,构件在整体受力的情况下没有产生超负荷现象,不易产生变形。在节点受力和整体吊装分析合理的基础上对参数化构件进行制作组装和实地投放,验证了其在实际工程应用中的可行性和实用性。     

獐子岛海洋牧场秋季渔业资源声学调查与评估

为准确评估獐子岛海洋牧场的渔业资源量,科学评价人工鱼礁的建设效果,2016年11月12日利用獐子岛科研船载双频分裂波束科学鱼探仪系统(Simrad EK60型,120 k Hz、200 k Hz,挪威)结合定置网具对獐子岛海洋牧场的深水鱼礁区进行了渔业资源声学调查,并利用回波积分法分析人工鱼礁区内外的渔业资源空间分布和资源量。结果表明:生物采样共采集鱼类36种,其中虾蟹类、头足类共11种;鱼礁区内捕获鱼类29种,其中虾蟹类、头足类11种,鱼礁区外捕获鱼类24种,其中虾蟹类、头足类9种;鱼礁区内生物资源量平均密度为0.046 ind./m²,而鱼礁区外生物资源量平均密度为0.033 ind./m2,而鱼礁区外生物资源量平均密度为0.033 ind./m²;鱼礁区内单体目标强度为-65～-53 d B的目标物主要分布于20 m以浅水层,单体目标强度为-47～-29 d B的目标物主要分布于30 m以深的底层;鱼礁区外单体目标强度为-65～-57 d B的目标物分布于各水层,目标强度为-55～-25 d B的目标物主要分布于23～30 m水层,底层个体较少。研究表明,人工鱼礁区内水域平均生物资源量密度比鱼礁区外水域高39.4%,人工鱼礁区内生物种类比鱼礁区外水域高20.8%,人工鱼礁对渔业资源的养护效果较好。     

HUT型人工鱼礁的设计

近年来,随着中国近海渔业资源逐渐枯竭,我国对近海生态环境修复的力度不断加大,人工鱼礁建设水域不断加深,对人工鱼礁场高度、空方体积的要求也不断上升。为满足人工鱼礁场的建设要求,结构借助港岸防波堤工程中的异性护面块体与中国古典榫卯结构,文章设计了一种HUT型人工鱼礁。利用本设计,在投放时不用刻意改变施工方案,单体间就能随机形成多种勾连、穿插方式,形成的堆积体结构稳定,抗流抗浪能力强,适用于人工鱼礁堆或人工鱼礁山建设。     

立方体人工鱼礁背涡流的三维涡结构

以立方体人工鱼礁为例,应用CFD软件对其在定常流作用下的三维流场进行了数值模拟试验,以揭示立方体人工鱼礁背涡流的三维涡结构。结果表明:流过礁体侧面的水体在礁体后形成两个对称的旋转方向相反的展向涡,流经礁体上表面的水体脱落后形成一个尺寸与礁体尺寸相当的流向涡,展向涡宽度决定背涡流流场宽度,流向涡高度决定背涡流流场高度;展向涡和流向涡长度近似相等,二者的长度共同决定背涡流流场的长度;展向涡、流向涡共同构成了人工鱼礁背涡流的三维涡结构。     

抽/灌井场热贯通与含水层自然流动关联性实验研究

建立抽/灌井群地下水热运移实验系统,开展抽/灌过程含水层温度场与地下水渗流场演化规律研究,特别对有、无初始自然流的水平流、垂直交叉流和静态流的影响作用进行系统研究。结果表明,地下水初始自然流的方向和流速对含水层温度场的影响范围和程度起着关键作用,表现出自然流与抽/灌渗流交互的影响。当自然水平流与抽/灌渗流流向相反时,流速越大,抽水温度受到回灌水温度影响的推迟性越大,延迟热贯通时间和减轻热交互程度。相反,流向相同时,将加剧热贯通和热交互影响。对于垂直交叉流态,流速越大,地下水渗流场及其温度场影响范围偏移程度越大,通常减轻热贯通和热交互影响。