随着国人生活条件改善,人们对优质蛋白的需求增加,海洋牧场的发展日益迫切,但近几十年来海岸线附近由于过度捕捞和不合理开发,浅水区域处环境污染更加严重,使得海水养殖逐渐向深海发展。为了拥有更好的养殖环境和更高质量的养殖产品,我国正在大力发展深水养殖工具,越来越多的深水网箱装备投入使用中,目前使用较为广泛的是深水重力式网箱。深水网箱往往受到比近海更为恶劣的海况考验,作为一种高投入、高风险、高产出的养殖设备,网箱系泊系统的安全关系到整个海洋养殖系统。目前我国深海网箱设备主要依赖于引进国外的同类产品,自主研发较少,缺少对网箱设计的理论支持。因此,研究网箱系泊系统在海洋动力环境尤其是极端波浪作用下的水动力特性,对网箱系泊系统的设计与布置具有重要科学意义和实用价值。为此本文首先通过使用Orca Flex的应用编程接口和编程软件MATLAB结合建立重力式网箱系泊系统,为了验证数值模型的可靠性,根据相似准则建立重力式网箱物理模型,并在华南理工大学海岸与近海工程实验室造波水池进行试验,试验证明了在规则波工况下数值模拟与物理实验中前后锚绳张力值基本吻合。中国南海北部钦州湾海域的水体受生物残毒污染较少,适合发展海洋渔业。为了进一步考虑网箱系泊系统在极端波浪下的安全性能,针对广西钦州湾口20米水深的重力式网箱开展了极端海况下的水动力数值研究,极端生存海况采用了百年一遇极端波浪条件。考虑网箱结构的对称性特点,代表性地分析了0°与45°两种浪向下系泊缆绳张力变化的差异。结果表明当浪向为0°即平行于系泊系统中轴线时,缆绳张力幅值较小且受力均匀,在系泊布置中应重点考虑。同时对比分析了同等海况下畸形波对网箱系泊系统的荷载差异,利用MATLAB采用相位调制法定点定时生成畸形波,再把波面历时曲线导入Orca Flex中计算其运动响应。结果表明,当畸形波作用瞬间,网箱的垂荡和波浪力都剧烈变化,系泊锚绳张力也瞬间变大,这对网箱的正常运行是极其不利的,文中基于计算结果给出了网箱锚绳韧性加强的可靠建议。最后,为了探究波流混合作用下系泊系统的时频响应与浪流的关系,考虑到傅里叶变换在处理非平稳信号上的局限性,即不能得出信号频率随时间的变化,本文采用小波变换对信号进行时频变换。由于广义Morse小波具有灵活的时频局部特性及严格解析性,选用广义Morse小波做为小波变换的母小波。首先计算了网箱系泊系统两种浪向下不同流速与浪流夹角的工况下的动态响应,然后采用快速傅里叶变换和广义Morse变换对锚绳张力进行时频变换。分析结果显示,在不同流速下,流速越大时频谱幅值越大,高频区频率受浪的影响,低频区频率受流的影响。在不同浪流夹角下,浪流角越大,越可以从不同锚绳张力的时频变换中,看出浪和流分别作用的频率区间和浪流二者频率的差异。经快速傅里叶变换后的频谱图可看出信号成分在频率上的变化,经广义Morse小波变换后的时频图可看出信号频率随时间的变化。本文的研究方法和结果可为同类型重力式网箱系泊系统的科学布置提供一定的参考价值,并为大型深水重力式网箱的规模化运行提供前期研究基础。