楊梅坑人工魚礁區(qū)水交換的數值研究.pdf

1、人工魚礁是人為設置在水域中的構造物，可為魚類等水生生物的棲息、生長、繁育提供安全場所，營造適宜的生長環(huán)境。近年來，我國沿海漁業(yè)產業(yè)結構正在調整，建設人工魚礁，作為修復和改善海洋生態(tài)環(huán)境、增殖和優(yōu)化漁業(yè)資源、保護生物多樣性、促進海洋經濟持續(xù)健康發(fā)展的一項重要舉措，已被廣泛認可，我國沿海部分省份已相繼啟動了人工魚礁的規(guī)劃和建設。但目前就人工魚礁工程建設對海域生態(tài)環(huán)境的影響仍不是很明了，在建設過程中還缺少相應的關鍵技術的支持，因此，人工魚礁的

2、建設仍存在一定的盲目性。 水體交換程度直接影響水體營養(yǎng)鹽的分布，營養(yǎng)鹽能使浮游植物增殖，浮游植物是海洋中食物鏈之源，是浮游動物生長的基礎餌料，亦是魚類的間接餌料。人工魚礁區(qū)的生態(tài)調控過程相當復雜，人工魚礁區(qū)水體交換能力的強弱直接影響其礁區(qū)水體的環(huán)境質量和營養(yǎng)鹽分布情況，是研究人工魚礁生態(tài)系統(tǒng)變動機制的關鍵。因此，對由流場變化引起的水體交換能力的研究，是研究人工魚礁區(qū)物理學變動與生物學變動的聯系紐帶，是弄清人工魚礁生態(tài)效應的關鍵。

3、 目前，國內外有關人工魚礁流場效應的研究主要涉及單位礁體（礁群）的流場特點，魚礁投放后產生的上升流、背渦流規(guī)模、大小以及湍流強度的研究，還未見專門針對人工魚礁區(qū)整體水交換情況的研究報道。人工魚礁建設后礁區(qū)海洋生態(tài)的變動機制至今不是很明了，水體交換能力的研究對海域環(huán)境質量的評價有重要作用，對人工魚礁區(qū)海域的生態(tài)變動機制的研究有重要意義。 本文以人工魚礁區(qū)的流場效應為切入點，引入水體交換時間的概念，根據深圳楊梅坑人工魚礁區(qū)的

4、實測海流數據，采用數值模擬的方法，利用CFD數值模擬軟件模擬了楊梅坑人工魚礁區(qū)水動力學過程、水體交換變動情況、保守物質濃度擴散情況，在此基礎上，進一步研究分析了單位礁群間距對礁區(qū)水體交換情況的影響，比較數值模擬結果，討論楊梅坑人工魚礁區(qū)布局的合理性。 由于楊梅坑人工魚礁區(qū)長軸方向與所處海域的主流軸方向平行，往復流的流動特征加強了海流來回擠壓的效應，在垂直主流軸的方向上加大了楊梅坑人工魚礁區(qū)的調控面積；受到漲落潮的影響，計算區(qū)域在

5、漲潮方向上水體存留時間相對落潮方向上水體存留時間要短。在礁區(qū)外垂直于主流軸的區(qū)域，背渦流的存在導致了水體存留時間較同一方向上礁區(qū)內的水體存留時間更長；保守物質濃度分布的變化顯示往復流的流動特征能較快地將計算區(qū)域中礁區(qū)之外的保守物質排出，結合流場特點，進一步說明了由于往復流的來回擠壓，在礁區(qū)中部垂直于主流軸的區(qū)域附近，背渦流的影響向兩側擴張，導致保守物質在此區(qū)域的排出受到影響，較其它區(qū)域更慢。 不同單位礁群間距會對人工魚礁區(qū)水體交

6、換情況產生一定影響，數值模擬的結果表明，當單位礁群間距是單位礁群邊長1倍、1.5、2倍時，礁區(qū)保守物質排出效率較為接近，當單位礁群間距達到3倍以上，礁區(qū)保守物質排出效率出現了明顯下降。綜合考慮礁區(qū)水體交換能力、調控區(qū)面積、生態(tài)效應的相關影響，本文認為當單位礁群間距與單位礁群邊長之比為2時，既保證了較好的水交換效率，又可保證單位礁群空間的較大利用效率。楊梅坑人工魚礁區(qū)的單位礁群間距約是單位礁群邊長的2倍，數值計算結果從一定程度上表明楊梅坑

7、人工魚礁的建設較合理。 受到模型的局限性，實際海況較難完全模擬，本文對部分邊界條件進行了簡化處理，調整參數以期能較好地反映實際礁區(qū)的流場環(huán)境，但由于數值模擬過程中相關條件的假設，使得結果仍為較理想狀態(tài)，擬在今后研究中繼續(xù)改進模型以更加真實地描述實際海域的流場環(huán)境。此外，本文所采用的計算模型為二維模型，但實際海水流動為三維流動，海水的上層流動和下層流動會有一定差異，對水體交換能力產生影響，因此在今后的研究中將進一步采用三維數學模型