[发明专利]一种人工鱼礁规模效应评价方法

权利要求书

1.一种人工鱼礁规模效应评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过数值模拟实验获得多种建设模式的人工鱼礁流场效应数据；

S2、根据实验情况提取人工鱼礁建设模式指标，人工鱼礁建设模式指标分为人工鱼礁建设规模指标和人工鱼礁建设强度指标；

人工鱼礁建设规模指标包括单位鱼礁边长和高度、布设间距与投放量及通透性，其中，单位鱼礁边长指人工鱼礁组合区边界长度，相对边长指单位人工鱼礁边长与鱼礁单体边长比值，鱼礁高度指单位人工鱼礁平均高度，相对高度指单位鱼礁高度与鱼礁单体高度之比；人工鱼礁投放数量指一定范围海域内投放所有人工鱼礁块体；布设间距指人工鱼礁单体间距离，以人工鱼礁单体边长倍数表示；通透性指人工鱼礁单体混凝土体积与其空方体积之比，表示人工鱼礁体流通程度的大小；

人工鱼礁建设强度指标包括单位鱼礁容积率、围合度、错落度、迎流面积比；其中，单位鱼礁容积率指单位鱼礁区人工鱼礁投放量与单位鱼礁整个空间体积之比，围合度是指一定范围内的礁堆所有外侧礁块外围长度之和与整个外围线的比值，错落度是指一定范围内的人工鱼礁堆的平均高度与最高高度的高度差，迎流面积比R_f是人工鱼礁迎流面面积与礁堆占地面积的比值，所涉及的数学公式为：R_f(a)＝A_F/A_T；其中A_F表示面对a流向的人工鱼礁的前部迎流区面积，A_T代表总礁堆用地面积；

S3、以人工鱼礁建设目标为标准，确定相应的流场效应指标，流场效应表现为上升流与背涡流作用，指标分为范围指标与强度指标；

S4、建立人工鱼礁建设模式指标与各流场效应模型；利用MATLAB中的拟合函数ployfit进行实验数据的单元回归拟合，应用nlinfit函数建立流场体积与建礁指标的多元非线性模型，使用Gauss-Newton法进行模型优化；

S5、以所得人工鱼礁建设模式与流场效应模型，根据人工鱼礁建设目标，选择流场效应最优条件下的人工鱼礁建设模式，实现人工鱼礁规模优化。

2.根据权利要求1所述的一种人工鱼礁规模效应评价方法，其特征在于：在S1步骤中，通过数值模拟实验在数值水槽中对人工鱼礁进行配置组合，数值模拟中，入口边界条件设为速度入口，出口边界条件设为速度出口；计算域底面和人工鱼礁体表面设为壁面边界条件，采用无滑移边界参数，侧面和上顶面设为对称边界条件；模型压力速度耦合采用PISO算法进行迭代计算，模拟中流体密度设定为海水典型密度1024kg/m³，重力参数为9.81m/s2，人工鱼礁计算域三维流场采用四面体非结构化网格，礁体表面及周围进行网格加密。

3.根据权利要求1所述的一种人工鱼礁规模效应评价方法，其特征在于：在S3步骤中，流场范围指标包括流场相对体积、相对高度、相对长度；流场相对体积采用流场体积与鱼礁单体体积之比表示，流场体积为目标流速的流场外围包络面所包含的体积，分为合体积与分体积；

合体积指整个包络面的体积，其中包含未到达到上升流流速但包含在上升流区内的部分，用于说明流场效应的总体效果；

分体积指均达到上升流流速标准的区域体积，说明流场区内流场效应的实际控制部分，同时引入人工鱼礁单体相对流场体积用于说明每种布设模式下人工鱼礁单体的空间作用效果及利用率，采用平均流场分体积与人工鱼礁总投放量之比表示；

流场相对高度采用流场高度与单位人工鱼礁高度之比表示，流场高度以人工鱼礁底部为基准到目标流速最大高度，用于说明垂直向的空间可达性；

流场相对长度采用流场长度与人工鱼礁单体长度之比表示，用于说明水平向流场的空间可达性。

4.根据权利要求3所述的一种人工鱼礁规模效应评价方法，其特征在于：在S3步骤中，流场强度指标分别采用流场相对分体积与合体积之比、流速、单位人工鱼礁末端涡流时间间隔及背涡流区内小涡由生成到消散的距离。

5.根据权利要求2所述的一种人工鱼礁规模效应评价方法，其特征在于：在S1步骤中，来流速度取人工鱼礁区一般流速0.5m/s，来流方向垂直于单位人工鱼礁正向，出口速度设为-0.5m/s。