千里岩岛西部人工鱼礁建设对周边海域水动力影响的数值模拟

通过建立Mike21FM模型,对千里岩西部人工鱼礁建设区域及周围海域的水动力情况的数值模拟进行研究,分别选取工程前后的涨急时刻和落急时刻的潮流流速进行求差,得出2个时刻的潮流流速变化等值线与分布范围。并选取720 h进行欧拉余流计算,对工程前后的余流流速进行求差,由此得出余流在工程建设后的变化情况。由此研究工程建设对周围海域水动力情况的影响,进而对鱼礁区选址的合理性,营养盐的流失或富集区域及水质的研究提供参考。研究表明,工程建设产生的阻流效果在工程内部区域可达0.4 m·s-1;涨急时刻潮流流速增大的区域位于工程区域南北两侧,0.05 m·s~(-1)面积约4.52 km2;涨急时刻潮流流速减少的区域分布于工程区域东西两侧,流速减少超过0.05 m·s-1的面积约4.28 km~2;工程区域内部余流流速减少均值在0.01 m·s-1左右,工程区域外周边海域余流流速整体增大,最大增值超过0.1 m·s-1的区域出现于工程东部,面积0.41 km~2。     

基于长期定点观测资料的莱州湾人工鱼礁建设区局地水动力特征

为了研究人工鱼礁区基本水动力特征,本文利用人工鱼礁投放区的座底海床基获取半年以上的水动力观测资料,通过谱分析、调和分析、滤波等方法分析了该海区潮汐、潮流特征,并讨论了余流特征。结果表明,该海域属于不规则半日潮,具有显著的全日潮周期和半日潮周期,潮汐性质指数为0.98,平均潮差为0.95m,最大可能潮差为2.25m。潮流为典型的往复潮,潮流主向为NNE-SSW,优势分潮为M2分潮。垂向上,流速大小随深度增加显著降低,海底1m的流速较表层降低约30%,流向向沿鱼礁布设方向偏转。该海域余流较小,欧拉余流与斯托克斯余流大小相当,分别为1.35cm/s,1.41cm/s,均为向岸输运,欧拉余流表层受风影响较大,拉格朗日余流为2.76cm/s,方向SEE。该海域流场垂向结构与人工鱼礁投放后底摩擦增加、鱼礁对近底层水流的阻滞作用有关。底层温度具有显著的季节变化与日变化特征,短期高频变化存在显著的全日周期与半日周期,冬春季由于垂向混合加强,全日信号更为显著。底层浊度的升高主要由大风过程加强垂向混合的引起。     

人工鱼礁建设对海州湾海域水质改善的作用分析

文章通过对海州湾海域人工鱼礁建设情况统计以及人工鱼礁投放位置与监测点位的变化关系,并根据水质综合污染指数评价结果,对比分析了海州湾海域近15年来人工鱼礁建设前、后水质的变化情况。结果表明:离人工礁区近的点位水质明显好于其他点位水质,可见人工鱼礁建设对海州湾海域水质改善起到极大的促进作用,不仅优化了海域生态环境,而且营造了良好的海洋生物栖息场所。建议进一步加大鱼礁建设范围,发展以人工鱼礁为主的海洋生态环境恢复建设,提高整个海州湾海域生态环境资源的合理配置,调整渔业产业结构、促进海洋产业升级优化。     

一种人工鱼礁的水动力学研究与建设效果评价

针对舟山群岛的海洋环境和渔业资源等情况,设计了一种正六棱柱式人工鱼礁用于改善当地的海洋生态和渔业资源。选用反映鱼礁通透性的ε值和反映鱼礁附着能力的η值两个参数对人工鱼礁的结构进行评价,通过比较发现所设计的正六棱柱式人工鱼礁在具有良好通透性的情况下还能够为海洋生物提供更大的附着面积,满足设计需求。使用Fluent软件对鱼礁进行CFD仿真,发现鱼礁迎流面前部上升流的最大高度随来流速度的增加而增加,鱼礁后方背涡流的长度约为鱼礁高度的9.3~9.6倍,表明其具有很好的水动力特性。为进一步验证鱼礁的水动力学性能,在相同尺寸、相同水域环境下对鱼礁模型设计了水槽实验,与仿真结果相互验证,证明了正六棱柱式人工鱼礁水动力性能的有效性。最后采用实地调查的方法对正六棱柱式鱼礁礁区与箱形鱼礁礁区进行建设效果的对比评价,发现两种鱼礁均能对各自所处的海洋环境起到增殖作用,正六棱柱人工礁区的平均生物密度大于对比礁区的生物密度,证明了其良好的水动力特性对增殖效果的有效性。     

潮流对老虎石海滩养护工程响应的数值预测

为研究老虎石海滩养护工程对老虎石浴场及周围岬湾的水动力环境的影响,利用MIKE 21建立工程区海域二维潮流数学模型,通过实测流速、流向对模型进行验证,将验证后模型参数运用到工程设计方案下潮流场的模拟,比较分析工程前后水动力环境的变化。潮流场比较结果表明,修建潜坝会使得工程及其附近的潮流场发生小幅变化,但对该海域整体的潮流动力环境影响甚微。工程后老虎石海域的潮流动力仍然很弱,对保存海滩上人工养护的泥沙是非常有利的。     

江东大桥建设对钱塘江水动力的影响

应用二维水流数学模型模拟了江东大桥建设前后大范围的流场,比较了建桥前后水位、流速、流向等水动力因子的变化,评价了大桥建设对工程区域水动力的影响,并与物理模型试验的结果进行对比,分析了结果的合理性。研究成果为大桥的设计和管理提供了技术依据。     

威海西港人工鱼礁区生态系统健康评价

综合考虑近海生态系统特点与人工鱼礁建设的功能,从海水水质、群落结构和生态系统功能三方面构建了人工鱼礁生态系统健康评价模型。基于对威海西港人工鱼礁区及对照区4个季度(2012年9月—2013年7月)海洋生态环境和渔业资源的综合调查结果,对威海西港人工鱼礁区的生态系统进行了健康评价。研究表明:威海西港人工鱼礁区及对照区的生态系统春季、夏季、秋季为较健康水平,冬季为亚健康水平;鱼礁区生态健康指数大于对照区,且差异极显著(P0.01);鱼礁区生态系统健康综合指数为夏季秋季春季冬季。综合分析认为,威海西港人工鱼礁区生态系统比对照区生态系统更稳定,但仍需开展长期的调查与监测进行验证。本研究结果对于人工鱼礁区的管理、保护和规划具有参考意义。     

不同布设间距下梯形台人工鱼礁体的水动力特性研究

为研究空心梯形台人工鱼礁体布设间距的变化对其水动力特性的影响,通过物模实验实测了开口比为0.1的梯形台人工鱼礁体在平行水流方向布设间距为1.0L、2.0L、3.0L(L为礁体的底边边长),前后共6个测点的流速及礁体受力。分析得到了双礁体的上升流规模、阻力系数在平行和垂直水流方向随布设间距变化的规律。采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法模拟了双礁体分别在垂直水流方向布设间距为0.5L、1.0L、1.5L、2.0L,平行水流方向布设间距为0.5L、1.0L、2.0L、3.0L、4.0L时的水动力场。结果表明:本研究数模与物模相同工况下,即双礁体在平行水流方向布设间距1.0L、2.0L、3.0L时,数值模拟的流速值和阻力值与相应的实验结果吻合较好,说明数值模拟方法可行,结果可靠。数值模拟结果得到双礁体的上升流规模、阻力系数均与垂直水流方向布设间距成反比。当垂直水流方向布设间距为0.5L时,流场效应最佳;双礁体的上升流规模随平行水流方向布设间距成正比,前方礁体阻力系数变化幅度较小,后方礁体阻力系数逐渐增大;当平行水流方向布设间距为4.0L时,流场效应最佳。本文研究结果可为单位鱼礁布局设计和参数确定提供参考。     

九龙湾海域整治工程的水动力及水质影响数值研究

对威海九龙湾海域进行二维水动力-谱波和水动力-水质的耦合计算?分析,研究堤防建设工程前后潮流场、波浪场的变化,并对工程导致的水质变化进行数值计算、分析。潮流场的数值计算结果与实测潮位、流速、流向值进行对比,验证了该模型的准确性。计算结果表明,工程建设对海域潮流场的影响主要集中在距工程位置1.3km范围以内海域;工程建设改变了周边的波浪传播方向,使得掩护范围内的水域的波浪作用明显减弱,有利于后方岸滩的保护;施工期所产生悬浮泥沙对海洋环境的影响主要位于施工区1km范围内,其范围以外海域受到的影响不大。     

威海张家埠新港建设对附近海域潮流影响预测分析

大规模的海洋工程建设会对周边海域的水动力产生不同程度的改变,基于MIKE21Flow Model FM模型研究了张家埠新港建设对附近海域水动力环境的影响。结果表明:新港建设对潮位的影响很小,仅仅局限在工程附近的有限区域;工程建设对附近海域流场有一定的影响,工程东西两侧海域流速减小、南侧海域流速增大,流速变化在-0.55～0.24m/s之间,流向变化在-10°～50°之间,在距离工程4 000m外影响程度较小。     

不同布设间距下方型人工鱼礁体的水动力特性数值研究

为研究方型人工鱼礁体水动力特性受礁体布设间距变化的影响,通过物模实验实测了开口比为0.3的方形开口双礁体在布设间距为1.0L、2.0L时周围特征点的流速及礁体受力,并利用Fluent软件模拟了双礁体在布设间距为0.5L、1.0L、2.0L、4.0L时的水动力场,通过分析得到了礁体上升流特性参数、阻力系数随布设间距的变化情况。研究结果表明:数值模拟结果与实验结果吻合较好,本文数值模拟方法是可行的;模拟工况下,随着布设间距的增加,双礁体产生的上升流区体积逐渐减小,阻力系数逐渐增大,流场效应较好的布设间距为0.5L、1.0L、2.0L。研究结果可为礁区布局方案的确定提供参考。     

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。     

Impact of rapid urbanization on the modern sedimentary environments in a semienclosed embayment: Tong’an Bay,southeast China coast

Tong’an Bay (TAB) is a semienclosed embayment in the north of Xiamen Island. The sea area of TAB was mainly used for aquaculture in enclosed areas before 2003. Since 2003, the districts surrounding TAB have been undergoing a rapid urbanization process, and the scale of land used for urban construction in these districts has been continuously increasing. Under the backdrop of rapid urbanization, the coastline of TAB has largely been transformed into an artificial coastline. Due to the large scale of land reclamation and, dredging activities and the opening of the Gaoqi-Jimei (GJ) Seawall, there have been relatively significant changes in the coastal and submarine geomorphology in central northern, western, and southern TAB and Wuyuan Bay as well as a significant increase in the area where artificial submarine geomorphologies are distributed; the number of surface sediment types in the TAB has increased, and sediments in the sea area surrounding engineering projects have been coarsening; the sediment transport pattern has not significantly changed at the mouth of TAB and in central northern TAB, but the suspended sediment transport direction near the GJ Seawall has changed to a certain extent.     

长江口南汇咀岸滩围垦工程潮流数值模拟研究

南汇咀岸滩地处长江河口最大浑浊带,是长江河口淤涨速度最快的岸滩,是上海市规划围垦的重点区域。目前上海在南汇咀岸滩上已实施了围垦工程,围垦工程改变了长江口南汇岸线,也改变了南汇咀的水动力条件。为了解围垦工程实施后的水动力条件的变化,本文利用Delft3D-flow建立了长江口-杭州湾垂向平均的二维水动力模型,在对现场实测资料验证良好的基础上,对南汇咀海域围垦工程前后的潮流场进行了数值模拟,就围垦工程对周边海域的影响进行了分析研究。同时,对比南汇咀围垦前后的海图,采用GIS方法分析地形变化,利用地形变化来进一步验证海域的水动力变化。结果表明:工程后,杭州湾北岸流速增强,地形冲刷加剧;南汇东滩流速减弱,地形淤涨。     

整治工程影响下分汊河口水动力变化研究

本文针对分汊河口一侧河道整治工程对工程汊及非工程汊水动力的影响问题,采用数学模型试验方法,建立了潮汐分汊河口概化数学模型,计算了整治工程(双导堤与丁坝)前后水动力变化,分析了主要分潮M2、M4的潮位、流速沿程变化规律以及工程后丁坝局部流速流向特征,讨论了潮波的变形及不对称性。结果显示,整治工程导致工程汊分流比减小,工程区域内流速增加,工程区外流速减小,非工程汊整体流速增加。工程汊的潮流变形及不对称性均较工程前有所增强,导致外海泥沙盐水通过航槽向上游上溯的距离更长,坝田区内流速明显小于航槽流速,并呈明显的旋转流态势,导致坝田淤积。     

中山人工鱼礁区渔获物调查

使用刺网、手抛网和虾笼等渔具,分别于丰水期和枯水期对中山人工鱼礁区进行渔获物调查。丰水期调查表明,所选规划礁区位置是合理的,已试验1a的试验浮礁集鱼和保护幼鱼幼虾的效果明显;枯水期调查表明,首期礁区集鱼和保护幼鱼幼虾的效果更明显;首期礁区已成为良好的索饵场和隐蔽场所,成为附近海域渔业资源的摇篮和种苗库。大面积的人工鱼礁已取得明显的保护渔业资源和海洋生态的效果。     

连云港西大堤工程建设影响作用评价

西大堤的建成使连云港由原来的海峡通道型港口变为半封闭的人工海湾型港口,风浪条件改善,可利用的港口岸线大大加长,为连云港亿吨大港的建设提供了契机,也改善了连云港与东西连岛的交通条件,促进了旅游业的发展.另一方面,也改变了海湾内水动力与沉积环境.大堤建成后,湾内潮波由前进波转变为驻波,水体交换能力减弱,湾内水质污染加重,尤其是湾顶水域污染最重;同时加剧了湾内泥沙的淤积,在西大堤内侧形成新的潮滩,位于湾顶的老海滨浴场被淤废.由于西大堤封堵了连云海峡西口门,使得近岸泥沙的运移路径改变,北部的泥沙流自海州湾东去沿大堤折向东西连岛方向,在大堤的外侧和东西连岛外缘形成新的落淤场所,大沙湾和苏马湾海滨浴场受到影响.沉积作用的加剧已影响到港口及周边海岸与水利设施的正常运作,因而应加强对港区及周边海洋环境的监测与研究,缓建西大堤内侧北港区码头,并对西大堤西端进行透空式改造,以从根本上解决港区泥沙淤积问题.     

Hydrodynamic modeling and ecohydrological analysis of river inflow effects on Apalachicola Bay,Florida, USA

This paper presents an integrated hydrodynamic modeling and probability analysis approach to assess the long-term effects of changing river inflows on the estuarine ecosystem. The probability analysis method, which is popularly used in advanced hydrological frequency analysis of river flows and rainfalls, has been applied to analyze the effects of changing inflow on salinity and thus on oyster ecology in Apalachicola Bay. Long-term salinity data were predicted through the application of a calibrated 3D hydrodynamic model under two river inflow conditions over a 10-year period. The first flow represents the historic flow. The 2nd flow condition, called Scenario-1, represents a regulated flow scenario to account for the potential increasing upstream water demands. Two stations, Mid Bay and Dry Bar, in the bay were selected to examine the estuarine responses. Under the historic flow condition, the maximum probability salinity at Dry Bar in the rich oyster reef is near 24 ppt, within the optimal salinity range for oyster growth of 16–26 ppt (Harned et al., 1996); the maximum probability salinity at Mid Bay station is 27 ppt, beyond the optimal salinity for oyster growth in mid-bay area where there is no oyster reef around. While it is difficult to examine the difference between two scenarios by conventional time series analysis of river flows and salinity, probability analysis reasonably characterizes and quantifies the changes of river flow and salinity patterns over the 10-year period. The Scenario-1 has caused the increase of the probability in low flows. Higher probability of low flows for the regulated flow scenario shortens the period of optimal salinity in the oyster reef, and cause substantial increase of exceedance probability of higher salinity in the oyster reef to the level beyond the optimal salinity range for oyster growth. The probability analysis approach has demonstrated its advantage for the risk assessments of the long-term estuarine ecohydrological effects under various regulated inflow scenarios to support estuarine water resources managements.     

波浪作用下三角型人工鱼礁水动力特性数值模拟与实验验证

人工鱼礁在波浪作用下水动力特性的研究对于人工鱼礁的工程安全与设计具有非常重要的意义。基于有限体积法,采用推板造波形式,通过利用VOF方法求解波面的方式建立了模拟人工鱼礁与波浪相互作用的三维数值波浪水槽。基于该数值模型研究了波浪作用下三角型镂空人工鱼礁的受力情况,并与物理模型实验结果进行比较,结果显示模拟得到的人工鱼礁受力和波浪形态均与实验结果吻合良好。根据数值模拟结果,拟合出波浪作用下人工鱼礁的水动力系数。单体三角型镂空人工鱼礁的速度力系数Cd随着Kc数、Re数的增加呈现减小的趋势;惯性力系数Cm则随着Kc数、Re数的增加呈现波动趋势。数值模拟结果显示在一个波浪周期内,人工鱼礁周围产生了较强的上升流和回流,其内部产生了明显的涡旋结构。研究结果为人工鱼礁的设计优化提供了理论依据。