不同布设间距和来流速度下方型人工鱼礁上升流效应的数值模拟_NormalPdf.docxVIP

第54卷第3期

第54卷第3期2023年5月

Vol.54,No.3May,2023

OCEANOLOGIAETLIMNOLOGIASINICA

不同布设间距和来流速度下方型人工鱼礁上升流效应的数值模拟*

成泽毅叶灿高宇宋金宝李爽①

(浙江大学海洋学院浙江舟山316021)

摘要合理的人工鱼礁组合可以有效改善投放水域的流场效应,提高投放水域底层与上层水体之间

的扰动。通过使用并行大涡模拟模式及被动示踪物模块,并通过调整人工鱼礁布设间距,研究了在不同背景流速条件(0.1、0.5、0.6和1.0m/s)下,在不同的横向间距(1L、2L、3L)(L表示人工鱼礁的边长)或纵向间距(1L、2L、3L、4L、5L)情况下,方型人工鱼礁对上升流体积、营养盐的抬升和垂向涡黏系数的影响。研究结果表明,在同一布置条件下,单排布置下的三块人工鱼礁形成的上升流体积大小与来流速度成正相关,体积随来流流速增加而增大6.4%~80.5%;在同一流速条件下,上升流体积大小与纵向布置的间距成正比,与横向布置的间距成反比;在横向布置条件下,当来流速度为1.0m/s、布设间距为1L时,上升流体积参数最佳。总体来说,上升流体积参数、示踪物浓度差和垂向涡黏性系数均显示横向布置优于纵向布置,相较于布设间距,来流速度是影响上升流体积最重要的因素。

关键词大涡模拟;人工鱼礁;上升流;被动示踪物;垂向涡黏系数

中图分类号P731.26doi:10.11693/hyhz20221000262

人工鱼礁作为海洋牧场工程的基础构筑物,随着海洋牧场在我国的大力发展得到了广泛应用。人工鱼礁是在相应海域人为放置的构造物,用于营造海洋牧场,改善水域中水生生物的栖息环境,调控和优化海洋生态环境,为海洋经济生物提供索饵、庇护、生长、发育和繁育生殖的场所,起到增加增殖渔业资源的作用(高策,2021)。投放人工鱼礁作为保护海洋生物多样性和促进海岸栖息地恢复的有效方法之一,在改变海洋流场方面有着重要的作用,人工鱼礁投放会使海洋当中沉积物粒度分布发生变化,这种方法有利于海洋中有机物质的积累(Davisetal,1982;Ambroseetal,1990)。冯雪等(2021)的研究指出,与未投放人工鱼礁相比,在人工鱼礁所投放的海域,鱼类种类占所有海洋生物的比例从39.13%提高到63.89%,这一现象说明了投放人工鱼礁对提升鱼类资源密度方面有显著的正向效果。张镇等(2022)的研究表明,长礁龄的人工鱼礁产生了良好的生态效应,而短礁

龄的人工鱼礁生态效应尚不明显,这表明布设人工鱼礁所引起的生态效应会随着时间的增加而加强,长期布置人工鱼礁会引起积极的效应。人工鱼礁的投放还会使被投放地区的细菌种类发生变化,硫氧化菌丰度显著降低,海洋沃斯菌和脱硫细菌丰度显著升高(王宇等,2022)。投放人工鱼礁会影响所在海域的流场,可以显著改变礁体附近的局部水流分布情况,即流速、湍流模式和沉积状况等,为鱼类提供合适的栖息地(郭禹等,2020)。同时,礁体附近流速变化是引起礁体鱼类聚集效应的重要因素,与礁体大小和构型密切相关。人工鱼礁所处的海域相对较浅,处于海洋上混合层,动量,热量和物质交换的通量都是由这个边界层上的湍流垂向混合所控制的,因此,研究垂向混合对于研究人工鱼礁来说也至关重要。于定勇等(2019,2020b)研究了不同布设间距下方型人工鱼礁的水动力特征,之后又探究了不同间距下梯型人工鱼礁的水动力特征,但研究局限于上升流特性参

*国家自然科学基金项目,号,号。成泽毅,硕士研究生,E-mail:①通信作者:李爽,博士生导师,副教授,E-mail:lshuang@

收稿日期:2022-10-17,收修改稿日期:2022-12-05

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