【摘 要】
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人工鱼礁作为人为制造并放置于海洋指定位置的特殊构造物,主要作用之一是通过改变其周围流场效应以改善海洋生境,是海洋牧场建设中不可或缺的环节。随着声学技术和设备在海洋勘测领域的应用,有学者发现不同鱼礁区发生了不同程度的礁体沉降现象,而礁体沉降势必会对人工鱼礁流场效应产生影响。针对当前人工鱼礁流场效应研究缺乏沉降这一必要考量要素的情况,本文对两种方型人工鱼礁周围流场在5种沉降程度下的流场情况进行数值仿真
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2019YFD0901303）；
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人工鱼礁作为人为制造并放置于海洋指定位置的特殊构造物,主要作用之一是通过改变其周围流场效应以改善海洋生境,是海洋牧场建设中不可或缺的环节。随着声学技术和设备在海洋勘测领域的应用,有学者发现不同鱼礁区发生了不同程度的礁体沉降现象,而礁体沉降势必会对人工鱼礁流场效应产生影响。针对当前人工鱼礁流场效应研究缺乏沉降这一必要考量要素的情况,本文对两种方型人工鱼礁周围流场在5种沉降程度下的流场情况进行数值仿真研究,并与相关领域内其他学者研究成果进行对比、分析、总结,在一定程度上弥补人工鱼礁流场研究领域的空缺,为礁体流场效应失效判别、礁体状态调整提供指导。本文研究对象为方型人工鱼礁以及方型多孔人工鱼礁两种,在研究沉降对后者流场效应的影响时还综合考虑布设间距这一人工鱼礁热点研究内容,主要的研究工作及相关成果如下。（1）网格划分和计算方法。在经过大量实验以及尝试后,通过将整个计算区域内的礁体模型和流场进行细致的划分并组成不同的单元,实现了六面体非结构化网格的建立。针对不同模型进行了不同位置的网格加密,平均网格正交质量超过了0.996,网格数量控制在50万～200万之间,同时在残差精度满足10-6的前提下实现迭代计算1000次以内收敛。（2）沉降对单体方型人工鱼礁流场影响。方型人工鱼礁流场效应整体随着沉降深度的增加而减少,礁体周围流速最大值一直减少,但在沉降程度＜40%依旧发挥着较好的流场效应:沉降程度为20%时,礁体上升流流速最大值减少约0.015m/s,上升流最大高度减少约1.23m,礁体顶部流速增大区域、侧向流区域以及背涡流区域内流场形态与无沉降时基本相同;沉降程度为40%时,礁体上升流流速最大值减少约0.038m/s,上升流最大高度损失程度与沉降程度之比为0.61,礁体周围流场形态除尾迹流消失外其他区域相较于无沉降时基本一致。当沉降程度达到60%之后,礁体周围流场效应损失明显。（3）沉降对单体多孔方型人工鱼礁流场影响。方型多孔人工鱼礁的某些流场特性并不是随着沉降深度的增加一直降低,在沉降程度40%以内礁体依旧发挥良好流场效应,甚至在沉降程度为20%时,礁体周围流场情况从侧向流、最大上升流流速等角度来看甚至变得更加复杂:沉降20%上升流最大流速增加约0.015m/s,侧向流增大区域约为无沉降时的1.5倍。当沉降超过60%时,礁体流场效应开始出现明显损失。（4）不同布设间距、沉降程度下多孔方型人工鱼礁周围流场变得更为复杂。布设间距的改变对礁体上升流最大高度、侧向流以及第二个礁体背涡区流场流态影响较小,对礁体间流场形态、第二个礁体内部流场形态等影响较大。在沉降程度≤40%时,两个多孔方型人工鱼礁依旧保持较好的流场效应,同时在一定程度上增加布设间距将提高人工鱼礁的流场效应:布设间距为4.5m、6m时的上升流最大流速明显高于间距3m时的最大上升流流速,同时在沉降程度≤40%时随布设间距增大,礁体间流场情况变得更加复杂。从仿真结果来看,对于多孔方型人工鱼礁和方型人工鱼礁来说,在沉降40%以内均保持了较好的流场效应,但多孔方型人工鱼礁流场效应对比同尺寸方型人工鱼礁对冲沉降影响的能力更好,甚至在沉降20%时多孔方型人工鱼礁某些流场特性有了一定程度提升。布设间距的增加对于两个多孔方型人工鱼礁周围的流场以及第二个礁体内部流场影响较大,并且整体上间距4.5m、6m的流场特性要好于间距3m时的流场特性。
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