[发明专利]一种人工鱼礁结构优化设计方法

说明书

技术领域

本发明属渔业基础设施技术领域，特别是涉及一种人工鱼礁结构优化设计方法。

背景技术

人工鱼礁是人为地在水域中设置的构造物，以便改善水生生物栖息环境，为海洋经济生物提供索饵、繁殖、生长、发育等场所，达到保护、增殖渔业资源和提高渔获物质量的目的。在人口迅速增长，海洋渔业资源衰减，环境恶化的形势下，人工鱼礁建设作为一种渔业资源增殖与保护的综合措施，对近海生态环境修复和渔业资源增殖发挥了很好的功效。

人工鱼礁礁体的物理复杂程度会对鱼群分布及资源量产生决定性的影响。相对复杂的礁体结构可以在礁体周围产生复杂多变的流场，符合增殖对象生物的习性；根据岩礁性鱼类的习性，设计礁体时既要有充分的洞穴、较大的内部空间和阴影面积，又要有相当数量的平面。因此在进行人工鱼礁礁体设计时，应尽量将礁体设计成孔洞、缝隙、隔壁、悬垂物较多的结构，并使礁体结构有很好的透空性。

人工鱼礁建设是一项投资巨大的复杂工程，为保证人工鱼礁工程建设能取得预期效果，使鱼礁的生物诱集和增殖效应最大化，必须在人工鱼礁设计阶段对礁体进行优化设计。进行人工鱼礁礁体设计时，期望达到的目的是：(1)具有良好的稳定性能，在波、流作用下不会出现滑移、翻转等失稳现象；(2)具有良好的流场效应，产生多种流态，如上升流、背涡流等。上升流能把底层的沉积物和营养盐向上层水体输送，加快营养物质的循环速度，提高海域的基础饵料水平，使礁区成为鱼类的聚集地。背涡流区因其相对静止的环境而为某些鱼类提供庇护场所，背涡流区外的高紊流区还能吸引其它的趋流性鱼类来栖息；(3)价格成本低。

目前人工鱼礁礁体的结构设计主要依赖于设计人员在经验基础上的定性分析，在进行稳定性分析选取礁体与海底泥沙间最大静摩擦系数和礁体阻力系数时大多选用经验数值，缺乏相应实验验证。由于缺乏准确的设计依据和理论指导，选取安全系数过大的经验数值会增加人工鱼礁的建造成本，与建设资源节约型社会的初衷相悖；选取安全系数过低的经验数值会导致失稳现象发生；单独考虑人工鱼礁的稳定性能和成本又会忽视人工鱼礁的流场效应，而流场效应才是人工鱼礁发挥作用的关键因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有预期稳定性能、流场效应和制作成本的人工鱼礁，缩短人工鱼礁的设计周期，为人工鱼礁礁体结构的合理设计提供依据的人工鱼礁结构优化设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种人工鱼礁结构优化设计方法，包括下列步骤：

(1)确定人工鱼礁礁体结构的形状、壁厚、开孔的布局和形状；

(2)对完成的人工鱼礁礁体进行下列分析：

a.通过模型实验获得礁体与海底泥沙间最大静摩擦系数、阻力系数，对人工鱼礁礁体的稳定性进行分析，计算抗滑移安全系数和抗翻转安全系数；

b.通过模型实验对人工鱼礁的流场效应进行定量测试，获得迎流方向上礁体的速度场分布情况，计算人工鱼礁礁体的上升流体积和背涡流体积；

c.通过计算机对人工鱼礁的建模，对人工鱼礁的建造成本进行分析；

(3)通过上述分析得到人工鱼礁的稳定性、流场效应和制作成本的结果，参照投放海域海况条件及工程要求，若某一项的数值超过阈值，则返回步骤(1)，对人工鱼礁礁体结构进行改进；

(4)若步骤(3)的数值符合要求，则人工鱼礁礁体完成最终设计，形成建造方案并记录分析结果。

有益效果

本发明对人工鱼礁进行建模并进行模型实验，取代了传统的经验取值进行理论计算的方法，提高了稳定性分析的准确性，并在综合稳定性能、流场效应和制作成本3方面因素基础上给出了优化设计方案，方便设计人员总结出结构设计的经验，并归纳形成出优化设计的规范和标准。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明人工鱼礁结构示意图；

图3为本发明针对图2所示礁体通过模型实验获得的礁体与海底泥沙间最大静摩擦系数及阻力系数结果；

图4为本发明计算的人工鱼礁迎流冲角为30°时的稳定性分析结果；

图5为本发明测量的人工鱼礁流场效应及制作成本结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

由图1所示，本发明的步骤1对人工鱼礁礁体结构进行初步设计，初步确定礁体形状、壁厚、开孔的布局和形状。步骤2对完成初步设计的人工鱼礁礁体进行下列分析：