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为了分析岩礁性鱼类在不同人工鱼礁流场效应下的空间分布,本文以许氏平鮋Sebastesschlegelii幼鱼(体质量2.78g±0.51g)作为研究对象,采用计算流体动力学方法(CFD),利用Fluent软件分别模拟了四种人工鱼礁模型: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、0.5m/s下的三维绕流流场效果,以人工鱼礁礁体在不同来流速度下所营造的不同流速区域作为流场效应分类依据,重新对人工鱼礁所产生的流场效应进行以下六大分区:鱼礁内部区域(Ⅰ)、迎流区域(Ⅱ)、背涡流区域(Ⅲ)、上升流区域(Ⅳ)、侧流区域(Ⅴ)和鱼礁影响外区域(Ⅵ),在此分区基础上,通过室内模型试验对鱼类行为学实测分析,研究许氏平鲉幼鱼在不同流速下的区域分布数量,通过测量其临界游速和爆发游速,并对其对礁行为和流场环境下行为进行了讨论。结果表明:
(1)最大上升流高度、迎流区长度以及侧流区宽度大小与来流速度变化大小不相关,背涡流长度与来流速度大小呈正相关,综合分析人工鱼礁产生的流场效应,以内部结构较为复杂的三角型框架式鱼礁所营造的流场效应较好,立方体框架式鱼礁较差。
(2)体长(4.28±0.95)cm的许氏平鲉的平均临界游速为(26.58±4.11)cm/s,平均相对临界速度为(6.21±0.87)BL/s,体长(x)与临界游速(y)的线性回归方程为y=11.276x-24.261,(R2=0.136);许氏平鲉的平均爆发游速为(54.16±9.15)cm/s,平均相对爆发游速为(12.42±1.23)BL/s,体长(x)与爆发游速(y)的线性回归方程为y=17.584x-22.536,(R2=0.8083),估算出许氏平鲉幼鱼最大游泳距离为3094m,最适逃逸距离为10m。
(3)不同来流速度作用下人工鱼礁流场效应所带来的试验鱼分布率的变化,框架礁诱集率由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%,鱼礁在高流速(0.4 m/s、0.5 m/s)环境下对岩礁性鱼类的诱集效果显著提高,不同礁体在流场效应作用下的5个区域分布数量出现频率总体趋势为背涡流区域(Ⅲ)>侧流区域(Ⅴ)>鱼礁内部区域(Ⅰ)>迎流区域(Ⅱ)>上升流区域(Ⅳ)。
(4)在变流流速室内试验中,四种礁体无论是在递增流速试验还是递减流速试验过程中,试验鱼聚集数量变化主要集中在背涡流区域(Ⅲ)和鱼礁影响外区域(Ⅵ),且随着流速的增加,背涡流区域(Ⅲ)呈正相关关系,鱼礁影响外区域(Ⅵ)呈负相关关系,其余区域数量波动变化不大,和恒定流速下个区域之间的分布率占比结果基本一致。
(5)随着来流速度的引入,超过80%的试验鱼表现出迎流游泳行为,在低流速(≤0.3m/s)时,鱼群在各区域均有分布,其中鱼礁影响外区域(Ⅵ)占比最大,其次为背涡流区域(Ⅲ),上升流区域(Ⅳ)数量占比最小;在高流速(0.4 m/s、0.5 m/s)时,鱼群向鱼礁内部区域(Ⅰ)和背涡流区域(Ⅲ)显著性聚集,并在鱼礁内部区域(Ⅰ)表现出明显的领域行为,背涡流区域(Ⅲ)聚集的试验鱼主要集中在礁体背后,紧贴礁体外壁。
(1)最大上升流高度、迎流区长度以及侧流区宽度大小与来流速度变化大小不相关,背涡流长度与来流速度大小呈正相关,综合分析人工鱼礁产生的流场效应,以内部结构较为复杂的三角型框架式鱼礁所营造的流场效应较好,立方体框架式鱼礁较差。
(2)体长(4.28±0.95)cm的许氏平鲉的平均临界游速为(26.58±4.11)cm/s,平均相对临界速度为(6.21±0.87)BL/s,体长(x)与临界游速(y)的线性回归方程为y=11.276x-24.261,(R2=0.136);许氏平鲉的平均爆发游速为(54.16±9.15)cm/s,平均相对爆发游速为(12.42±1.23)BL/s,体长(x)与爆发游速(y)的线性回归方程为y=17.584x-22.536,(R2=0.8083),估算出许氏平鲉幼鱼最大游泳距离为3094m,最适逃逸距离为10m。
(3)不同来流速度作用下人工鱼礁流场效应所带来的试验鱼分布率的变化,框架礁诱集率由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%,鱼礁在高流速(0.4 m/s、0.5 m/s)环境下对岩礁性鱼类的诱集效果显著提高,不同礁体在流场效应作用下的5个区域分布数量出现频率总体趋势为背涡流区域(Ⅲ)>侧流区域(Ⅴ)>鱼礁内部区域(Ⅰ)>迎流区域(Ⅱ)>上升流区域(Ⅳ)。
(4)在变流流速室内试验中,四种礁体无论是在递增流速试验还是递减流速试验过程中,试验鱼聚集数量变化主要集中在背涡流区域(Ⅲ)和鱼礁影响外区域(Ⅵ),且随着流速的增加,背涡流区域(Ⅲ)呈正相关关系,鱼礁影响外区域(Ⅵ)呈负相关关系,其余区域数量波动变化不大,和恒定流速下个区域之间的分布率占比结果基本一致。
(5)随着来流速度的引入,超过80%的试验鱼表现出迎流游泳行为,在低流速(≤0.3m/s)时,鱼群在各区域均有分布,其中鱼礁影响外区域(Ⅵ)占比最大,其次为背涡流区域(Ⅲ),上升流区域(Ⅳ)数量占比最小;在高流速(0.4 m/s、0.5 m/s)时,鱼群向鱼礁内部区域(Ⅰ)和背涡流区域(Ⅲ)显著性聚集,并在鱼礁内部区域(Ⅰ)表现出明显的领域行为,背涡流区域(Ⅲ)聚集的试验鱼主要集中在礁体背后,紧贴礁体外壁。