人工鱼礁山礁体选型实验的研究

发布时间：2020-11-19 22:09

　　 现今的人工鱼礁建设正以规模大型化、建设水域深化趋势发展。本系列研究针对我国人工鱼礁山建设特点,选取具有代表性的框架型、扭工字型和HUT型人工鱼礁单体,依照礁体原结构外形制作小型物理模型,并模拟实际人工鱼礁山建设过程,进行了一系列的静态堆积实验。实验假定鱼礁山建设过程中鱼礁单体的投放和礁堆的增长不受流场影响,建设过程中礁体的结构不发生损毁,海底底质承载力足够;即投礁过程中,礁堆空方体积、高度增长时不发生坍塌与下陷的理想条件下研究了不同尺寸和类型的礁体模型在堆积形成鱼礁山模型的表现。第一阶段实验通过物理模型的静态堆积实验,比较了框架性、扭工字型和HUT型分别在1:5、1:7和1:10共九种工况尺寸,不超过50个模型单位使用量下堆积形成鱼礁山模型时的表现,并得到以下定性结果。(一)不同工况的鱼礁单体模型堆积形成鱼礁山,工况比例下降,即立柱相对鱼礁单体边长减小时,鱼礁堆积所反映的空方增长率呈下降趋势,同时空方体积比呈上升趋势。即利用同样空方体积的鱼礁单体建设人工鱼礁山,立柱越细形成鱼礁山的整体空方体积和堆积高度越小但同时鱼礁山的透空性和透水性越好,利于鱼礁山内部的水体交换,营造的生境类型与目标诱集生物可能存在差异。(二)在实验设置的三个立柱比例下HUT型优于框架型和扭工字型鱼礁单体,其分布为HUT型单体增高效率分布最高,其次是框架型,扭工字型鱼礁单体增高效率在同一立柱比例下增高效率分布最低。综合九种工况下实验模型静态堆积实验形成鱼礁山模型时体现出的空方体积比、空方增长率和增高效率,从单体堆积建设鱼礁山的效率性和经济性来看,在以上实验礁型中最终选取了HUT型鱼礁单体作为最优礁型,且在该种礁型1:10工况比例下展现出了所有实验工况中的最优表现。第二阶段实验通过工业化3D打印技术,利用聚脂钎维材料制作了框架型和HUT型两种等比例缩小的礁体模型,在相同工况尺寸(1:7)在不超过100个模型单位使用量下堆积形成鱼礁山模型时的表现。对两批实验数据的分析,最终总结出一些定量结果:实验得到定量结果:框架型空方增长率为1.73±0.0566、空方体积比为7.8±0.0566,增高效率为y=1.9578x~(-0.683),R~2=0.8425,坡度角30.41°±0.1221,形成礁堆模型高度与底面积关系为y=0.6542x~(0.3673),R~2=0.4326;HUT型空方增长率为1.51±0.044、空方体积比为9.783±0.039,增高效率为y=2.225x~(-0.675),R~2=0.9166,坡度角38.72°±0.1077,形成礁堆模型高度与底面积关系为y=0.873x~(0.3628),R~2=0.62。使用框架型单体单点投放超过约28个后,礁堆高度随单体的继续投放增速放缓,使用HU T型单体单点投放的临界点则为40个单位。从框架型和HUT型单体模型静态堆积实验得到的评价参数:(一)单体空方用量相同时,使用框架型鱼礁单体形成的人工鱼礁山外包络体积,即总空方体积数更大;若建设相同空方体积的人工鱼礁山,利用HUT型作为建设单体,相比利用框架型,鱼礁山整体具备更好的透空性和透水性,坡度角较为陡峭且具备一定的高度,使得人工鱼礁山的养护效应上升至更高的水层。(二)相比之下,若在深水或海域潮流较激烈海域,在底质允许条件下,投放HUT型鱼礁单体建设人工鱼礁山较框架型具有更高的适应性和堆积效率;在潮流较缓、水深不大的海域,利用框架型单体建设则更有优势。从形成鱼礁山模型的高度和坡度角来看,利用相同空方体积的HU T型单体建设形成的鱼礁山相比框架型的更为陡峭,且透空性与透水性相较更好;分别利用HUT型单体模型与框架型单体模型堆积形成相同高度的鱼礁山模型时,框架型单体模型形成的鱼礁山能够覆盖大的海域底面积。实际在特定海域建设人工鱼礁山时可根据实验结果结合海区渔业资源养护目标种的行为学差异,选取不同的鱼礁单体。或者通过框架型和HUT型两种鱼礁单体的混合投放,在不同区域形成不同形态、透水性和底覆盖面积的鱼礁山堆积体。
【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】：

10开阔海域（Off shore）图 1-1：C3D 测扫下我国东海海域人工鱼礁堆建设情况示意图ig1-1: Schematic diagram of the construction of artificial reef piles in the East China Seunder C3D survey

图 1-2：本研究技术路线图Fig1-2: Technical roadmap for this research1.4 一种用于人工鱼礁山建设的 HUT 型礁体本实验与堆叠建设人工鱼礁堆或鱼礁山传统使用的框架型单体对比和主要究的，是一种用于人工鱼礁山建设的 HUT 型礁体。这种人工鱼礁单体被认为适于急流或深海。实际使用中该种单体以钢筋混凝土为材料浇筑，外部为半封口的架型结构（21、22、23、24），内部的扭工字结构在堆叠过程中作为主要承力结（11、12、13）。礁体外框架设有凸出的榫头（21）和桁架（22）结构以进行单礁之间的穿插、锚实；礁体各部分连接的薄弱位置均有混凝土斜边加固（221）。利用该种鱼礁单体建设形成的堆积整体内部结构复杂，单体礁间咬合紧密。UT 型礁体半封口式框架结构的设计可根据投放数量形成不同空方体量和高度堆积体，成规模的利用该种单体投放建设人工鱼礁山，能在海床上形成的空方体

图 1-3：一种用于人工鱼礁山建设的 HUT 型礁体结构示意图Fig1-3: Schematic diagram of a HUT-type reef structure for artificial mouconstruction
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本文编号：2890506