人工鱼礁区泥沙输运的数值模拟研究

发布时间：2020-11-02 12:32

　　 人工鱼礁作为现代海洋牧场建设的重要内容,人工鱼礁的投放将对天然海域流场环境产生一定的影响,同时也会改变海底底床泥沙的冲刷与淤积过程。研究自然海域条件下的人工鱼礁区的流场环境和底床冲淤效果对分析人工鱼礁投放后的物理稳定性和生态效应具有重要意义。本文基于非结构网格,采用有限体积法的三维海洋数值模型FVCOM及其泥沙模型来展开研究,建立了以马鞍列岛人工鱼礁区为主要研究区域的东中国海潮流数值模型,非结构网格对人工鱼礁在模型网格中得到良好体现,网格具有较高的分辨率。采用将鱼礁近似概化为密闭、无透水的固体,减去相应礁体高度的水深的方法来计算人工鱼礁在天然海域对周围海域流场和泥沙活动的影响,并实验模拟了人工鱼礁山的应用。采用马鞍列岛多个站点的潮位和流速流向以及泥沙资料对模型潮流动力场计算结果进行验证,验证结果表明:潮位验证精度较高,流向的验证结果好于流速值,具有较好的精度,可以作为泥沙场运算基础。通过对模型中泥沙参数的测定和调试,并对5个站点悬浮泥沙含量在大小潮期间分别进行了率定,大、小潮期间的表层、0.6H、底层的悬浮泥沙含量的周日相对误差的平均值小于15%,表明对泥沙场的模拟达到一定精度。依据模型结果分析了人工鱼礁区在大、小潮期间涨急、落急时的表、底层流速分布及其对比有无人工鱼礁时的差异,通过潮流场、悬浮泥沙含量、底床层厚的分析结果表明,嵊山人工鱼礁区与黄礁人工鱼礁山的悬浮泥沙含量和底床层厚的变化主要受到潮流的影响,由人工鱼礁引起的悬浮泥沙浓度差异为±0.015g/l以内,而底床厚度变化则在±1m范围内。人工鱼礁对底床冲刷的影响范围在30-100m,距离礁体100m以上基本不受到影响。对于海洋牧场人工鱼礁区的建设而言,由人工鱼礁引起的流场变化和泥沙侵蚀、悬浮、输运、沉积等过程是局部过程,对于较大区域的海域而言,在更长的时间范围内,其冲淤的影响范围是比较小的,底床层厚也将趋于稳定。
【学位单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S953.1
【部分图文】：

图 2-1 全域计算网格和水深Figure 2-1 Global compute grid and bathymetry边界与初始条件设置用冷启动，开边界处设置潮边界条件，其余开边界条件设 55 个开边界点。模型主要由开边界的潮汐调和常数驱动参数来自于 TPXO8 数据集，主要包括 8 个半日和全日分O1,P1,Q1，以及分别代表半月和月周期的 Mf和 Mm分潮，个分潮的振幅和迟角。外模态计算时间步长取 0.1s，内模的温度取定值为 25℃、盐度取定值为 35。模型运行时间0 时至 2018 年 11 月 12 日 0 时共 42 天。本算例模型未考的影响。算采用冷启动，初始流速为 0，经开边界潮汐驱动水位起采用冷启动，即设置初始悬浮泥沙浓度为 0，待经过 42

图 2-2 研究区域观测站点分布Figure 2-2 Study area observation site distribution2.3 人工鱼礁的设置马鞍列岛人工鱼礁区投放的礁体采用十字型框架钢筋混泥土结构，分为Ⅰ型单层十字型鱼礁和Ⅱ型双层十字型鱼礁，Ⅰ型鱼礁中心主体为 2m×2m×2.3m，两侧各延展 1m，总体积为 27.6 空方；Ⅱ型鱼礁中心主体为 2m×2m×4m，两侧各延展 1.5m，总体积为 64 空方(图 2-3)。投放的单位鱼礁群也分为两种投放方式，共 11 个鱼礁群(图 2-4)，图中黑点分别表示鱼礁群的中心点和四个角点。嵊山后头湾内两行平行排列的礁群单体由Ⅱ型双层十字型鱼礁组成，外侧每个中心点与角点均以5个Ⅱ型鱼礁单体组成(图2-4)，单位礁群布设面积为70m×70m；内侧为Ⅱ型鱼礁 5×5 的方阵排列，单位礁群布设面积为 50m×50m；最内侧的则由Ⅰ型鱼礁单体组成，也为5×5的方阵排列，单位礁群布设面积为40m×40m。

图 2-2 研究区域观测站点分布Figure 2-2 Study area observation site distribution置礁区投放的礁体采用十字型框架钢筋混泥型双层十字型鱼礁，Ⅰ型鱼礁中心主体为体积为 27.6 空方；Ⅱ型鱼礁中心主体为 2m为 64 空方(图 2-3)。投放的单位鱼礁群也图 2-4)，图中黑点分别表示鱼礁群的中心排列的礁群单体由Ⅱ型双层十字型鱼礁组型鱼礁单体组成(图2-4)，单位礁群布设面5 的方阵排列，单位礁群布设面积为 50m成，也为5×5的方阵排列，单位礁群布设面
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本文编号：2867052