Page 51 - 2022年第53卷第1期

表 1 实验工况
实验组次（工况） h/mm L/mm Q/(L/s) u 0/(m/s)
无鱼礁实验（1-5） 300
No.1-1—No.1-5 300 293
20、30、40、 0.085、0.130、0.170、
No.2-1—No.2-5 300 390
50、60 0.214、0.257
No.3-1—No.3-5 300 488
No.4-1—No.4-5 300 585
2.4 实验步骤 前期准备：调试 PIV 系统，确定拍摄画面。按要求连接好电脑、激光和相机间的各

个连接线。将激光放置于水槽底部正下方中央，使其从水槽底部打向水槽纵向中轴面，将 CCD 相机
架设于水槽侧面，镜头与片光面垂直。将带刻度的标定板放在中轴面上，调整相机参数拍摄一张清
晰的标定图片。图 4 为实验部分场景照片。
准备实验阶段：（1）使用透明双面胶将所有鱼礁模型按照不同的工况固定至水槽底部玻璃板上，
使单位礁纵向中轴线与水槽中轴线重合。（2）将 ADV 流速仪设置在鱼礁的上游 1 ~ 2 m 处位置，用以
确定来流速度。（3）启动计算机软件，打开相机等设备，预热激光。
正式实验阶段：（1）打开水槽流量控制循环系统，调节流量至设计值，调整尾门角度使水位到达
30 cm。（2）待 ADV 流速仪测量结果与设计流速相近时，打开激光，使用 CCD 相机按既定参数采集
500 帧（每帧包含 A、B 两个画面）瞬时粒子运动图像，并保存。（3）由于 CCD 相机能拍摄的最大画面
（30 cm×20 cm）较小，本研究选择分段获取人工鱼礁流场图像。当前一拍摄点的粒子运动图像采集完
成后，关闭激光，将激光发射器及相机沿水流方向平移至下一观测点位进行新一轮图像采集，此过
程中需注意两次拍摄的粒子运动画面需要有部分重合区域，以便于后期数据处理。（4）重复以上操作
至该工况下单位礁粒子运动图像拍摄完毕，随后关闭所有设备，该组次实验停止。实验结束后，利
用软件进行图像分析提取速度场，将同一工况下的不同观测点的速度矢量图中数据导出，最终对全
部实验资料进行整理、对比分析。

（a） 水槽系统 （b） 方形生态礁、激光仪 （c） 流场拍摄场景
图 4 水槽模拟实验场景

3 人工鱼礁区域水沙动力学特征

人工鱼礁投放后的流场效应主要表现为在鱼礁前方产生的上升流区域与在鱼礁后方形成的背涡
流区域 ［19］ ，因此，本研究在分析水动力学特性时主要考虑礁体周围的上升流和背涡流分布情况以及
前人研究较少的紊动强度变化情况。
3.1 上升流流场特征 人工鱼礁投放后，来流受到礁体阻碍作用向上抬升形成上升流。上升流能促
进上下层海水交换，增加营养盐输运，提高海洋初级生产力，增强礁区饵料效应，因此，通常将上

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