三亚湾海洋牧场人工鱼礁结构设计及稳定性分析

作者基于海南三亚湾海洋牧场海域的海况条件、渔业资源状况,根据波流动力学理论设计一种箱形鱼礁礁体以聚集鱼类,并对该礁体进行了稳定性计算。结果表明,该礁体在实际投放水深为–25 m、波高为8.45 m、流速为0.8 m/s时,礁体最大受力为27 422 N,滑动安全系数为1.55,滚动安全系数为2.49,满足礁体稳定条件,在研究海域不会发生漂移及倾覆,能为今后海南省人工鱼礁建设提供重要的理论依据。     

三种叠放形式的圆管型人工鱼礁流场效应数值模拟与PIV试验研究

人工鱼礁单体按不同的数量和排列方式组合投放会产生不同的流场效应。圆管型礁为目前黄渤海区增殖礁的重要礁体型式,为优化该礁体的投放数量与排列方式,选择了3种不同叠放个数(1个、3个和6个)的圆管礁,设定了5个流速梯度(4.5、9.0、13.5、18.0和22.5cm/s),利用PIV粒子图像测速技术和Fluent数值模拟软件对圆管型人工鱼礁的流场进行水槽模型试验和数值模拟。结果表明,数值模拟结果与水槽试验结果基本吻合,误差在20%以下,表明数值模拟能够反映人工鱼礁的流场效应;当礁体叠放个数一定时,最大上升流流速、上升流高度和上升流面积均随来流速度的增加而增大,背涡流面积呈现不规则的变化;当来流速度一定时,最大上升流流速、上升流面积、上升流高度和背涡流面积均随礁体叠放个数的增加而增大。     

布设间距对人工鱼礁流场效应影响的数值模拟

人工鱼礁在海中不同的布局方式会产生不同的流场效应.通过水槽与风洞模型实验很难对组合鱼礁流场全局进行观测,为此提出1种基于CFD原理的人工鱼礁流场特性的计算机数值模拟方法,模拟了不同流速条件下布设间距对方形组合礁体流场效应的影响.结果表明:数值模拟较好地反映了人工鱼礁周围上升流和背涡流的分布情况;当两礁体布设间距为1.5倍礁体尺寸时,所产生的上升流高度达到最大值;当布设间距为1倍/时,其上升流的影响面积为最大;当布设间距为1.5倍时所产生的背涡流效果最好;两礁体之间的最佳布设间距应为礁体尺寸的1～1.5倍.数值模拟结果与风洞实验结果基本相符,该结论可为人工鱼礁实际投放提供理论参考.     

天津海洋牧场人工鱼礁投放误差研究

合理的人工鱼礁布局可以为海洋生物提供适宜的生境,促进物种的多样性和生态系统的稳定。然而受多种因素的影响,人工鱼礁投放的实际位置与规划方案多有差异,致使人工鱼礁建设达不到预期效果。文章利用重心误差、外围面积误差、重叠面积误差以及礁体数量误差等4个指标来评价天津海洋牧场人工鱼礁的投放误差状况。结果表明,天津海洋牧场人工鱼礁投放的外围面积误差和礁体数量误差的平均值分别为-0.11和0.067,投放布局的准确性比较高;重心和重叠面积误差平均值分别为0.59和0.73,投放定位的准确性相对较差,需要进一步改进;从年际变化来看,2018年人工鱼礁投放的重心误差、重叠面积误差、礁体数量误差均有明显改善,仅外围面积误差略大,表明随着时间的推移,人工鱼礁投放布局和定位的准确性均已达到预期效果。文章量化了天津海洋牧场人工鱼礁的投放误差,成果可为提高天津海洋牧场人工鱼礁投放效果提供有益参考,为相关政策制定提供科学依据,并指导管理实践。     

海上退役平台改作鱼礁体的稳定性及流场效应研究

海洋油气平台在达到作业寿命后必须进行废弃处置,将海上退役平台改作人工鱼礁投放,对优化渔业资源、促进海洋经济持续发展具有重要意义。基于平台拆卸结构,共制作了箱状、管状、柱状、网状4种典型鱼礁实物模型,通过室内模拟试验和数值模拟研究,分析了不同鱼礁类型单体的稳定性和流场效应。结果表明：开口率0.1至0.8的箱状礁的稳定性均能满足要求,但开口率高于0.6的箱状礁难以形成连续的背涡流区域,设计时应使开口率低于0.6;管状礁应选择堆叠放置方式投放,且堆叠层数与稳定性和流场造成能力均呈正相关,在设计时尽量提高管状礁的堆叠层数;柱状礁设计时应尽量降低其重心,并减小迎流投影面的中空面积投放;基于平台的钻井架、火炬臂、栈桥设计的3种网状礁,均满足礁体稳定条件,且均能形成大范围的背涡流区域,可作为人工鱼礁投放。研究成果为平台造礁礁体结构设计提供了理论依据与实践基础,对海上退役平台的废弃处置具有一定的参考价值。     

三圆管型人工鱼礁布设间距的数值模拟及物理稳定性研究

本文采用RNG K-ε湍流模型和SIMPLEC数值模拟方法,分析了不同雷诺数条件下,布设间距和摆放方式对三圆管型人工鱼礁流场效应的影响。研究显示:采用FLUENT软件模拟,雷诺数能较好地反应人工鱼礁上升流和背涡流的分布情况,上升流的规模和强度随雷诺数的增大而增加,背涡流随雷诺数变化的趋势不明显。三圆管型人工鱼礁横向组合方式下,2个单位礁布设间距等于礁体尺寸时,获得的上升流和背涡流的规模和强度最大;纵向组合方式下,2个单位礁布设间距为礁体尺寸的1.5~2.0倍时,获得的上升流和背涡流的规模和强度最大。在不同实验流速和波况下三圆管型人工鱼礁的抗滑移系数、抗翻滚系数均大于1。研究结果表明,数值模拟能够较好地反应布设间距对礁体周围流场效应的影响,可为人工鱼礁的实际投放提供理论参考。     

人工鱼礁的投放区选址和礁体设计

目前,国内对人工鱼礁的研究工作尚处于起步阶段,人工鱼礁的规划设计方面缺乏系统的方法。在参考国内外已有鱼礁工程经验和相关资料的基础上,结合近年来我国在东南沿海地区进行人工鱼礁投放的初步尝试经验,从鱼礁工程实施的角度出发,对人工鱼礁的投放区选址和礁体设计等问题进行了分析与讨论,并简要说明了人工鱼礁的安装、维护和效果评估等方面的内容。     

人工鱼礁建设对福建霞浦海域营养盐输运的影响

根据2012年—2013年对霞浦人工鱼礁海域调查所获得的实验数据,应用CFD软件,对礁区投放的三类不同结构单位的鱼礁组合在非定常流作用下的三维流场进行了数值模拟试验,分析了各鱼礁组合之间的流场差异,并估算了诸营养盐垂直输送通量。研究表明:三种鱼礁迎流面上升流最大高度为礁高的2.27~3.73倍,上升流最大速度与来流速度之比为0.40~0.72,上升流平均速度与来流速度之比为0.10~0.17;计算域内单位鱼礁组合上升流平均速度为10–2 cm/s量级,三种单位鱼礁组合区域营养盐垂直通量大小关系为:方型鱼礁船礁梯形台鱼礁,方型鱼礁区4PO??-P、3NO?-N、3Si O??-Si的平均垂直通量分别为438.3 mg/(m2·d)、2212.5 mg/(m2·d)、7288.3 mg/(m2·d),鱼礁投放会改善该海域的水动力环境,形成典型的上升流区,海域初级生产力得以明显提升。     

人工鱼礁礁体模型阻力系数的实验研究

针对不同中心开口方式(圆孔、三角孔、方孔)的正方体人工鱼礁模型,通过风洞实验,定量探讨礁体的通透开口比、投影开口比与阻力系数之间的关系,测量模型礁体在不同角度迎流时的阻力系数。实验结果表明礁体阻力系数Cd随投影开口比γty的增加而呈下降趋势。当投影开口比γty相同且大于0.1时,阻力系数Cd随通透开口比γtt的增加而呈下降趋势。对于中心开孔方式人工鱼礁,阻力系数Cd计算公式为:Cd=-0.861γtt+0.145γty+1.268(R2=0.729,P<0.01)。回字型和正方体型人工鱼礁模型的实测值与理论公式计算值误差在8%以内,说明理论公式计算值是可靠的。在进行新礁体设计时,可以通过调整礁体开口尺寸,使礁体在满足集鱼、改善流场功效的同时,具有良好的水动力特性。     

威海近岸人工鱼礁布设对生物资源恢复效果

为了解人工鱼礁投放对区域内海洋生物资源恢复效果,于2013年3月至2014年1月在北黄海近岸人工鱼礁投放区进行调查。结果显示,该海区发现浮游动物53种,其中优势种为浮游桡足类。夏秋季底栖生物幼体成为季节性优势种。游泳动物共发现14种,主要为常见的礁区鱼类。底栖动物共12种,其中棘皮动物海燕为绝对优势种,为近岸养殖生物的主要敌害生物,主要的底栖资源优势种为虾蟹类与软体动物。投礁区的浮游动物与游泳动物物种数明显多于未投礁区,表明人工投礁有助于生物群落的恢复,提高生物多样性,改善区域生态系统。但该海域大型底栖藻类较少,还应进一步对大型底栖藻类增殖以提高海域初级生产。     

海啸与珊瑚礁

海岸带海啸的破坏后果更甚于风暴潮，宽广的礁坪成为向岸波浪和海啸的消能带，可减轻灾情。要警惕海啸的发生，应搞好南海海啸监测与预警，尽可能提高南海诸岛珊瑚礁岛屿建筑工程标准，切实做好南海珊瑚礁的自然保护。     

大堡礁启示录

在人类居住的蓝色地球上，是谁，首先将海洋与奥运连在了一起？是南半球的澳大利亚。又是谁，率先领悟到海洋保护与海洋可持续发展之间的密切关系，并大胆实践，在原先被人们认为毫无投资价值、把钱往水里扔的荒唐行为，而坚持开发出一个享誉世界的自然奇迹──大堡礁？还是澳大利亚。在悉尼２０００年奥运会开幕式上，当活泼可爱的尼基·韦伯斯特代表整个澳大利亚向世界公开展示令无数人为之动容并神往的《深海之梦》时，不知细心观众有没有发现：已燃烧百年的奥运圣火在经大堡礁水底传递后很快就要变成“蓝色”，头一回了有“蓝色奥林匹克…     

岛礁工程海水拌养珊瑚礁、砂混凝土修补与应用研究

对用海水拌养珊瑚礁、砂混凝土修补与抢修远离大陆的岛碾损坏工程进行应用研究和调研，对该种混凝土的原材料和物理力学性能进行检测，研究了修补界面剂的配合比与修补工艺以及操作方法，并进行了海水拌养珊瑚礁、砂混凝土与海水拌养普通混凝土修补的粘结强度对比测试和海水拌养快凝快强混凝土快速抢修的工程应用实践检验，为岛礁工程修补和抢修提供技术参考资料。     

珊瑚礁及其生态系统的特征

本文论述了珊瑚礁的形成机理、分类、生态环境以及珊瑚礁生态系统的结构和功能,从而指出了珊瑚礁生态系统是海洋中生产力水平极高的生态系统。     

Practical Resilience Index for Coral Reef Assessment

Ocean Science Journal - Assessing coral reef resilience is an increasingly important component of coral reef management. Existing coral reef resilience assessments are not practical, especially for...     

A wave model for the Great Barrier Reef

A new wind wave generation model, WAMGBR, is presented that has been adapted from WAM especially for use in the complex geometry of the Great Barrier Reef. A technique (reef parameterization) has been presented that incorporates sub-grid scale dissipation caused by coral reefs. Three other improvements to WAM have been proposed. An explicit/implicit finite difference scheme has been implemented that allows for more efficient modelling (longer time steps) while maintaining diffusive characteristics that are at least as good as those of WAM. An offset in discrete angles creates more uniform diffusive characteristics. And, a transformed spherical coordinate system allows for more efficient grid sizes and smaller grid dependent refraction. Comparisons between modelling techniques and between model and measured data show that WAMGBR produces very good results in the difficult challenge of modelling both non-cyclonic and tropical cyclone waves in the geographically complex environment of the Great Barrier Reef.     

永暑海区波浪要素变化特征分析

利用永暑礁测站1988-2009年共22a的波浪实测资料,对永暑海区的波浪要素的基本特征、变化规律、风与浪的相关规律进行分析研究,阐明了海区海浪的特点及其年变化规律。该区是热带季风气候区,海区的波浪主要受季风影响,季风时期的风向、风浪传播方向、涌浪传播方向基本一致。波高以轻浪和中浪为主,小波分析表明波高在6-9月具有3-6年的变化周期。提供了较详实的海浪资料及变化规律。     

Reef parameterisation schemes with applications to tidal modelling

A variety of analytical models is used to investigate the effects on tidal propagation of a barrier reef system. These models specify reef geometry by two parameters. They can accommodate cases where water flows over reefs, as well as through inter-reef gaps, and also incorporate quadratic bottom friction. Although based on a one-dimensional approach, adaptations of a solution by Huthnance are used to account for the additional blockage effects associated with two-dimensional flow patterns near reef barriers. The present work adopts the philosophy that only a numerical approach can cope with the wide variations in reef geometry that are encountered in areas such as the Great Barrier Reef (GBR) region of Australia. Moreover, since typical model grids cannot resolve inter-reef gaps and other features with sufficient accuracy, a parameterised approach is needed to accommodate the conflicting demands of reef geometry and an economically feasible model resolution. The formulation of the analytical models is such that they can be applied immediately to standard numerical algorithms. Numerical experiments for flow in a channel, with a reef barrier across its centre, are used to test the parameterisation schemes. Comparison of the results for parameterised reefs with those obtained using extremely fine grids, shows convincing evidence of the success of the schemes. A separate method for automatically generating reef parameters has simplified the task of applying the methodology to real reefal systems. A tidal model of the Southern GBR, a region which exhibits unusual tidal behaviour, but which also has ample field data available for model testing, is used to demonstrate the accuracy that can be attained with the parameterised approach. Although tides are considered specifically in the present work, the formulation should be applicable with equal ease to the many other significant classes of low frequency motions in the GBR.