發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 07:25

【摘要】：近年來(lái),隨著海洋漁業(yè)資源的衰減和海洋生態(tài)環(huán)境不斷地遭到破壞,人們對(duì)海洋環(huán)境的保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)。在保護(hù)、增殖海洋生物資源和修復(fù)海洋生態(tài)環(huán)境的工作中,投放人工魚礁、建設(shè)海洋牧場(chǎng)是重要保護(hù)措施之一。人工魚礁投放到海底后,其復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)既能為幼魚提供庇護(hù),又可在波流的作用下形成不同特點(diǎn)的流場(chǎng)如上升流、渦流等,從底層帶動(dòng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散并吸引魚群,長(zhǎng)期的人工魚礁建設(shè)可有效改善周圍海域的生態(tài)環(huán)境。保證人工魚礁生態(tài)效應(yīng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定,人工魚礁的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是非常重要的。一般來(lái)說(shuō),在礁體設(shè)計(jì)和優(yōu)化中主要考慮的因素包括兩方面:礁體的穩(wěn)定性和礁體的流場(chǎng)效應(yīng)。據(jù)此,本文以模型試驗(yàn)和數(shù)值仿真為研究手段,開展了以下三個(gè)方面的研究工作:首先,本文采用平面拉動(dòng)法對(duì)6種不同開口比人工魚礁模型的最大靜摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)量,并分析了底質(zhì)粒徑、底質(zhì)含水率、加載質(zhì)量、人工魚礁底面開口比特征等因素對(duì)最大靜摩擦系數(shù)的影響,利用SPSS軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理分析后得到結(jié)果:(1)含水率為飽和條件下,底質(zhì)為礫石和砂質(zhì)時(shí)最大靜摩擦系數(shù)隨底質(zhì)粒徑的減小而增大,底質(zhì)為粉砂粘土?xí)r最大靜摩擦系數(shù)則明顯變小;(2)底質(zhì)為粉砂粘土?xí)r最大靜摩擦系數(shù)隨含水率的增加先增大后減小,含水率為35%時(shí)最大靜摩擦系數(shù)達(dá)到最大值;(3)各底質(zhì)條件下最大靜摩擦系數(shù)均隨加載質(zhì)量的增加而減小,隨礁體底面開口比的增大而增大,且與底面開口位置無(wú)關(guān)。該模型試驗(yàn)的結(jié)果可為人工魚礁礁區(qū)的選址和底面開口比的設(shè)計(jì)方面提供參考。數(shù)值仿真研究在人工魚礁研究中已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用,本文中以車葉型人工魚礁為研究對(duì)象,采用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬方法和水池試驗(yàn)法分別得到礁體所受的水流阻力,對(duì)比兩者的阻力系數(shù),結(jié)果顯示兩者平均誤差為5.35%,驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法在人工魚礁水動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算分析上的可靠性。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)對(duì)3種不同迎流面設(shè)計(jì)的回字中空型人工魚礁在5組水流和近海波浪條件下的穩(wěn)定性系數(shù)和流場(chǎng)造成功能系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值分析,結(jié)果表明:(1)在12m水深處,當(dāng)水流速度小于1.0m/s時(shí),3種礁型的抗滑移和抗翻滾系數(shù)均大于1.0;(2)當(dāng)水流速度逐漸增大超過(guò)1.0m/s后,各礁型的穩(wěn)定性系數(shù)逐漸變小,其中A礁在流速增大為1.2m/s時(shí)開始趨向失穩(wěn),C礁相對(duì)穩(wěn)定性最好;(3)同一礁型在不同水流速度下的上升流體積、上升流相對(duì)速度、上升流相對(duì)高度、背渦流相對(duì)高度與背渦流相對(duì)長(zhǎng)度等流場(chǎng)造成功能差異很小;(4)同一水流速度下,A礁產(chǎn)生的上升流體積為C礁產(chǎn)生上升流體積的2.46倍,A礁和B礁所形成的背渦流形態(tài)相對(duì)于C礁更為清晰,渦流特征明顯可見(jiàn)。該部分的仿真研究結(jié)果表明礁體迎流面的設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧穩(wěn)定性和流場(chǎng)效應(yīng)兩個(gè)方面。最后,本文選取在惠東|(寮灣已經(jīng)投放且取得良好效果的兩種迎流面不同的礁型進(jìn)行組合,根據(jù)前后礁的順序和礁體縱向間距的變化,設(shè)計(jì)8種不同的礁體組合模式,采用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值方法計(jì)算并研究不同流速下各組合模式的穩(wěn)定性和流場(chǎng)效應(yīng),結(jié)果顯示:(1)礁體布設(shè)間距對(duì)礁體組合穩(wěn)定性的影響較小,但對(duì)上升流和背渦流的體積影響較大,8種組合模式的上升流體積均隨間距的增大而減小,背渦流的體積則與礁體的組合模式有關(guān),當(dāng)前后礁為相同礁型及迎流面小的礁在前時(shí),背渦流的體積隨間距的增大而增大,當(dāng)迎流面大的礁在前時(shí),背渦流的體積隨間距的增大而減小;(2)前礁礁型是影響礁體組合穩(wěn)定性的重要因素,當(dāng)迎流面大的礁體作為前礁時(shí),此時(shí)礁體組合較其他組合的穩(wěn)定性較好;同種礁型組合時(shí),迎流面小的前礁的穩(wěn)定性要比迎流面大的前礁的穩(wěn)定性好,后礁的穩(wěn)定性則相反;(3)礁體組合方式對(duì)上升流體積的影響可以用組合迎流指數(shù)表示,取上升流造成效果較好的單倍礁寬的4種組合方式為例,礁體組合的上升流體積與組合迎流指數(shù)有很強(qiáng)的正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為96.2%;(4)各組合渦核的分布范圍顯示,B-B組合模式渦核分布范圍最廣,A-A組合方式渦核分布范圍最小,A礁作為前礁時(shí),礁間和礁后區(qū)域的渦核數(shù)量與其他組合方式相比均有明顯降低。該部分的研究結(jié)果表明,礁體組合設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮前礁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)流場(chǎng)效應(yīng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：大連海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S953.1
【圖文】：

礁穩(wěn)定性以保證魚礁工程順利實(shí)施的必不可少的參數(shù)條件。礁體底面與底質(zhì)間的最大靜摩擦系數(shù)較小時(shí)，礁體容易在波流的作用下發(fā)生滑移或傾覆，使其失去理想的效果。目前，由于對(duì)人工魚礁最大靜摩擦系數(shù)的物理模型試驗(yàn)研究還不夠全面，本章通過(guò)物理模型試驗(yàn)，采用經(jīng)典物理學(xué)中測(cè)量最大靜摩擦系數(shù)的基本方法對(duì)人工魚礁模型與不同底質(zhì)間的最大靜摩擦系數(shù)進(jìn)行測(cè)量并研究得出最大靜摩擦系數(shù)與其影響因素之間的關(guān)系。2.1 材料與方法2.1.1 礁體模型由于人工魚礁與海底間的摩擦作用出現(xiàn)在礁體底面與海底泥沙表面間，因此該試驗(yàn)將模型礁體的形狀簡(jiǎn)化為人工魚礁底面形狀。即模型礁體為鋼筋混凝土制的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，底面為正方形[29]。試驗(yàn)中所采用的 6 個(gè)礁體模型見(jiàn)圖 2-1，模型的幾何尺寸和參數(shù)見(jiàn)表 2-1。

2.1.2 試驗(yàn)裝置該試驗(yàn)采用平面拉動(dòng)法測(cè)量最大靜摩擦系數(shù)，試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖 2-2[56]，包括一個(gè)平面承載臺(tái)、承載臺(tái)上放置的為防漏水有機(jī)玻璃盒（圖 2-3）。盒內(nèi)是泥沙和水的混合物，泥沙面高為 18.5cm，水面高為 19cm。礁體模型放置在泥沙層上，平面承載臺(tái)的一端設(shè)有支架，支架上裝有滑輪，負(fù)載桶和礁體模型之間通過(guò)嵌在滑輪輪軸上的鋼絲線連接，試驗(yàn)過(guò)程中向負(fù)載桶內(nèi)緩慢地加入細(xì)砂，至礁體模型有滑動(dòng)傾向時(shí)測(cè)量負(fù)載桶的質(zhì)量。

2.1.2 試驗(yàn)裝置該試驗(yàn)采用平面拉動(dòng)法測(cè)量最大靜摩擦系數(shù)，試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖 2-2[56]，包括一個(gè)平面承載臺(tái)、承載臺(tái)上放置的為防漏水有機(jī)玻璃盒（圖 2-3）。盒內(nèi)是泥沙和水的混合物，泥沙面高為 18.5cm，水面高為 19cm。礁體模型放置在泥沙層上，平面承載臺(tái)的一端設(shè)有支架，支架上裝有滑輪，負(fù)載桶和礁體模型之間通過(guò)嵌在滑輪輪軸上的鋼絲線連接，試驗(yàn)過(guò)程中向負(fù)載桶內(nèi)緩慢地加入細(xì)砂，至礁體模型有滑動(dòng)傾向時(shí)測(cè)量負(fù)載桶的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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1 于會(huì)娟;王金環(huán);;從戰(zhàn)略高度重視和推進(jìn)我國(guó)海洋牧場(chǎng)建設(shè)[J];農(nóng)村經(jīng)濟(jì);2015年03期

2 邵萬(wàn)駿;劉長(zhǎng)根;聶紅濤;鄭德斌;;人工魚礁的水動(dòng)力學(xué)特性及流場(chǎng)效應(yīng)分析[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2014年05期

3 鄭延璇;梁振林;關(guān)長(zhǎng)濤;宋協(xié)法;李嬌;崔勇;李強(qiáng);鄭富強(qiáng);;等邊三角型人工魚礁礁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其穩(wěn)定性[J];漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展;2014年03期

4 付東偉;陳勇;陳衍順;欒曙光;;方形人工魚礁單體流場(chǎng)效應(yīng)的PIV試驗(yàn)研究[J];大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

5 陳丕茂;袁華榮;賈曉平;秦傳新;蔡文貴;余景;舒黎明;黎小國(guó);周艷波;;大亞灣楊梅坑人工魚礁區(qū)漁業(yè)資源變動(dòng)初步研究[J];南方水產(chǎn)科學(xué);2013年05期

6 廖秀麗;陳丕茂;馬勝偉;陳海剛;;大亞灣楊梅坑海域投礁前后浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J];南方水產(chǎn)科學(xué);2013年05期

7 林軍;章守宇;葉靈娜;;基于流場(chǎng)數(shù)值仿真的人工魚礁組合優(yōu)化研究[J];水產(chǎn)學(xué)報(bào);2013年07期

8 李勇;洪潔漳;李輝權(quán);;珠江口竹洲人工魚礁與相鄰天然礁附著生物群落結(jié)構(gòu)研究[J];南方水產(chǎn)科學(xué);2013年02期

9 劉彥;趙云鵬;崔勇;董國(guó)海;;正方體人工魚礁流場(chǎng)效應(yīng)試驗(yàn)研究[J];海洋工程;2012年04期

10 鄭延璇;關(guān)長(zhǎng)濤;宋協(xié)法;梁振林;崔勇;李強(qiáng);;星體型人工魚礁流場(chǎng)效應(yīng)的數(shù)值模擬[J];農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào);2012年19期

本文編號(hào)：2750128