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水 利 学 报

2022 年 1 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 1 期

文章编号：0559-9350（2022）01-0043-12

渤海辽东湾典型人工鱼礁区域水沙动力特征与格局优化探讨

舒安平 ，秦际平 ，孙 涛 ，杨 薇 ，王梦瑶 ，朱家品 1
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3
1，2
1
（1. 北京师范大学 环境学院 水沙科学教育部重点实验室 水环境模拟国家重点实验室，北京 100875；
2. 云南省环境科学研究院 环境规划研究中心，云南 昆明 650034；
3. 北京市水资源调度中心，北京 100038）
摘要：人工鱼礁是改善海洋生态环境、提高渔业产量的有效措施之一，不同规模的人工鱼礁会产生不同的流场效
应。本文以渤海辽东湾觉华岛人工鱼礁区拟投放的方形人工鱼礁区域为研究对象，采用 PIV 粒子图像测速技术，
实施了 20 组室内水槽实验，模拟了不同流速条件下不同布设间距对单位礁流场的影响及紊动效应。结果表明：
随着流速增加，同一间距下上升流和背涡流的高度、长度、面积等特征值均呈增加的趋势；背涡流特征值整体上
呈现出随间距的增加先增大后减小的趋势，投放人工鱼礁后紊动强度较投放前要大，有利于泥沙及鱼饵等营养物
质颗粒的起悬和生物资源的增产。在此基础上采用熵值法基于水动力学特性和经济成本对 4 种间距下的流场效应
进行了评价，在考虑水动力指标情况下，流场效应综合得分从大到小表现为 1.25L>1.00L>0.75L>1.50L；纳入成本
指 标 后 ， 综 合 得 分 表 现 为 1.25L>1.00L>1.50L>0.75L， 而 且 ， 在 1.25L 与 1.00L 之 间 差 距 很 小 ， 经 精 细 化 模 拟 在
1.15L 处达到相对极大值。因此，在实际投放方形鱼礁群时在原设计间距的基础上扩大 15%为最优方案，可供人
工鱼礁建设提供了参考依据。
关键词：人工鱼礁；流场效应；紊动与泥沙起悬；布设间距；熵值法
中图分类号：TV142 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210246

1 研究背景

近年来，由于受生境退化、近海环境污染、对鱼类资源的过度捕捞和全球气候变化等因素的影
响，全球海洋渔业资源明显衰减 ［1-4］ 。人工鱼礁是人为建造或放置在海底的水下结构物，被认为是减
轻人类活动对沿海生态系统的影响，提高渔业产量的有效措施，并因此而蓬勃发展 ［5-6］ 。人工鱼礁投
放到海域后，由于其阻碍作用，海水来流会向上抬升形成上升流，部分海水会穿过礁体产生涡流和
［7］
沉积流等 。上升流的存在能促进上下层海水交换，增加底表层营养盐输运，增强饵料效应，对鱼类
有较为明显的吸引力 ［8-9］ ；在礁体背面存在速度较小且平缓稳定的涡流区，有利于营养物质的沉积，
为鱼类等生物提供栖息、避敌和索饵的场所，有较为明显的集鱼效应 ［10-11］ 。这种流场效应被认为是影
响海洋环境的主要机制之一。
目前，针对人工鱼礁水动力学特性研究，前人常用的方法主要有数值模拟仿真计算 ［12-13］ 和水
槽 ［14-15］ 或风 洞 ［16-17］ 模型实验，也有部分学者应用了粒子图像测速技术 ［18-19］ 。分析研究布设间距对人
工鱼礁流场效应的影响。崔勇等 ［20］ 采用数值模拟方法探究了布设间距对方形组合礁体流场效应的
影响，结果表明两组礁体之间的最佳布设间距应为礁体尺寸的 1 ~ 1.5 倍。王佳浩等 ［21］ 采用 CFD 技
术，研究了不同布设间距下多孔方型人工鱼礁周围水流运动的规律，结果表明布设间距对 2 个鱼礁
单体间的旋涡数量、旋涡方向、涡量大小和涡量分布范围均有影响。于定勇等 ［22］ 通过室内水槽实验

收稿日期：2021-03-14；网络首发时间：2021-08-26
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210825.1519.001.hmtl
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基金项目：国家研发计划项目（2018YFC1406400）；国家基金委与广东联合重点基金项目（U1901212）
作者简介：舒安平（1965-），教授，主要从事水沙动力学与流域生态过程等研究。E-mail：shuap@bnu.edu.cn
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