人工鱼礁群对单桩基础局部冲刷防护效应的试验研究

为探究人工鱼礁群对单桩基础冲刷的影响,在波流水槽中开展局部冲刷物理模型试验,分析不同波流条件、鱼礁类型、布置方式以及鱼礁群与桩基础距离条件下鱼礁群的自身稳定性及其对桩基的防护效果.结果表明:立方体空心礁相比实心礁具有更好的稳定性,交错布置对桩基础冲刷的防护效果优于均匀布置形式;纯流作用下,人工鱼礁群桩基础冲刷深度的削弱效果随流速的增大而减小;波流作用下,空心礁对桩基础冲刷深度的削弱效果更优;2种礁体的不同平面布置形式对桩基础冲刷范围的削弱程度相近;鱼礁群与桩基础前缘距离的改变影响桩基础冲刷深度和冲刷形态.

许氏平鲉幼鱼对人工鱼礁模型不同阴影情况的行为响应

阴影效应是影响人工鱼礁诱集效果的主要因素之一,为研究许氏平鲉(Sebastes schlegelii)对人工鱼礁不同阴影情况的行为响应,采用室内模拟实验方法,在实验水槽顶部固定光源,共设计3组实验:A组实验探究不同阴影面积的鱼礁模型对实验鱼的诱集效果;B组实验探究不放置鱼礁模型、悬挂不同开孔率顶板对实验鱼的诱集效果;C组实验探究阴影面积相同但开孔数量不同的鱼礁模型对实验鱼的诱集效果;对照组实验水槽中不放置鱼礁模型、不悬挂顶板。观察并记录许氏平鲉幼鱼(体长(5.06±0.09)cm,体质量(3.22±0.16)g)在水槽中的行为与分布特征。研究表明:3个实验组中许氏平鲉在鱼礁放置区域的出现率均显著高于对照组和其他区域;A组实验中,许氏平鲉在鱼礁放置区的平均出现率随着鱼礁阴影面积的增大而上升;B组实验中,许氏平鲉在顶板放置区的平均出现率显著高于对照组,但不同水平组之间差异不显著;C组实验中,开孔数为1时许氏平鲉在鱼礁放置区的平均出现率与开孔数为9时相近且高于开孔数为4和6时。研究结果表明,阴影面积越大的人工鱼礁对许氏平鲉的诱集效果越好,阴影面积相同时开孔数较多的人工鱼礁能够在提供良好庇护所的同时保证诱集效果。

人工鱼礁表面分离细菌形成单一生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的影响

为探讨存在于人工鱼礁表面的海洋细菌与贝类附着之间的互作关系,本研究从自然海域中的人工鱼礁表面上分离了9株海洋细菌,并分别构建单一细菌生物被膜,探索不同细菌种属形成的生物被膜特性与厚壳贻贝(Mytilus coruscus)稚贝附着之间的关系。结果显示,9株人工鱼礁表面细菌形成的生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的诱导活性存在显著差异,其中,Mesoflavibacter sp.2对稚贝附着的诱导活性最高,Phaeobacter sp.2的诱导活性最低。Sutcliffiella sp.1和Jeotgalibacillus sp.1的细菌密度与诱导活性呈显著正相关,Cytobacillus sp.1和Phaeobacter sp.2的细菌密度与诱导活性呈显著负相关。通过比较分析Mesoflavibacter sp.2和Phaeobacter sp.2生物被膜的蛋白质及多糖含量发现,生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的诱导活性与多糖含量呈显著负相关,与蛋白质含量呈正相关。本研究初步探索了人工鱼礁表面细菌形成的生物被膜对厚壳贻贝稚贝附着的影响,为后续在自然海区进一步解析人工鱼礁表面生物被膜与海洋无脊椎动物附着的互作关系具有重要理论研究意义,同时,对于人工鱼礁表面海洋生物附着机制的研究具有重要的实践价值。

维护海洋生态环境,高质量建设“蓝色粮仓”——天津市水产研究所开展天津市海洋牧场区人工鱼礁调查监测工作

为贯彻落实党和国家关于保障粮食安全,树立大食物观,建设海上牧场、“蓝色粮仓”的决策部署,充分发挥天津市水产研究所的公益性职能,高标准完成渤海湾天津海域海洋牧场的管理与维护,近日,天津市水产研究所开展了海洋牧场区人工鱼礁调查监测工作。天津市大神堂海域国家级海洋牧场示范区从2009年开始投放人工鱼礁进行渔业资源养护,于2015年成为中国农业农村部首批公告的国家级示范区之一。

野生花鲈幼鱼对人工鱼礁模型的趋集性研究

以花鲈为目标对象,研究其野生幼鱼对人工鱼礁模型的行为反应和选择性,为花鲈的资源养护技术研发提供参考。试验池(4.5 m×4.0 m×2.0 m)均分为72个平面观测网格单元(0.5 m×0.5 m),池中心网格为礁模型放置区。笔者试制6种人工鱼礁模型(棱台形、方形和星形框架×有、无牡蛎),通过室内模拟试验,分析比较花鲈幼鱼在礁区放置不同模型时的趋集行为和分布特征。试验结果显示,未放鱼礁时,花鲈幼鱼在试验池中呈分散均匀分布,单个观测网格的最高分布率为6.65%,空白礁区的平均分布率为1.19%;放入礁体,花鲈幼鱼经短暂巡游试探后集群入礁,鱼群主体分布在礁区,礁区的平均分布率>20%、集群出现率>75%。相较于无牡蛎礁型,有牡蛎礁型中花鲈幼鱼响应和聚集时间长,礁区平均分布率(32.2%~49.9%)更高,集群优势更明显,其中以结构最简单的方形牡蛎礁组内的礁区分布率最高,个体离礁距离和群体重心离礁距离最短,集鱼效果最明显。方差分析结果显示,花鲈幼鱼的趋集行为参数和聚集效果在6种礁型间的差异未达到显著水平(P>0.05)。试验结果表明,野生花鲈幼鱼具有一定的趋礁性,放置礁体可引起花鲈幼鱼趋集行为,该鱼种可在鱼礁区放流。针对花鲈幼鱼设制人工鱼礁时,可适当增加结构复杂性,同时,应为鱼类活动保留相对较大的有效空间。

红鳍笛鲷幼鱼对不同开孔形状和尺寸人工鱼礁模型的行为偏好探究

人工鱼礁构建对维护海洋生态和保护渔业资源至关重要。在人工鱼礁设计中,开孔形状和尺寸是关键要素,对鱼类的聚集行为有着显著性影响。针对人工鱼礁区常见的礁栖鱼类红鳍笛鲷(Lutjanus erythropterus),设计制作了不同开孔形状(圆形、正方形、菱形)和尺寸(1.0、2.0、3.0、4.0 cm)的人工鱼礁模型,观察了在室内实验池中其对幼鱼的吸引作用及其行为变化。结果显示,在未设置人工鱼礁模型的情况下,幼鱼主要聚集在实验池的边缘区域;而放入鱼礁模型后,幼鱼在鱼礁区的平均分布比例显著上升(p<0.05)。在开孔形状的研究中,3种不同形状组的幼鱼在人工鱼礁放置区(VI区)的平均分布率无显著性差异(p>0.05),但菱形处理组的比例最高[(19.84±6.08)%]。在开孔尺寸的研究中,3个处理组的平均分布率存在显著性差异(p<0.05),4.0 cm尺寸组(约为幼鱼体高的2.0倍)最高[(25.36±5.04)%],1.0 cm尺寸组(约为幼鱼体高的0.5倍)最低[(14.54±3.09)%]。在活动能力方面,人工鱼礁模型实验组与空白对照组有明显差异。幼鱼在人工鱼礁模型中的平均速度从对照组的(13.36±5.21)cm·s^(-1)降至(4.29±1.59)cm·s^(-1),平均加速度从(106.93±69.17)cm·s^(-2)降至(54.45±21.47)cm·s^(-2),活动时间百分比从(68.01±8.61)%减至(40.29±11.85)%,且在圆形、正方形和菱形4.0 cm组中均为最低。研究表明,这一阶段的红鳍笛鲷幼鱼对开孔为圆形、尺寸为4.0 cm组的人工鱼礁模型有最强的趋向性,同时其活跃程度相对较低,诱集效果最为显著。

觉华岛近海水域人工鱼礁建设对日本蟳生物连通的潜在影响

人工鱼礁在改善局部海底流场、提升庇护场所、聚鱼增产、增加生物栖息地等方面发挥着重要作用,为评估觉华岛海域人工鱼礁的生态修复效果,筛选出10对微卫星引物对觉华岛海域自然岩礁1、自然岩礁2、人工鱼礁、海草床、泥沙底质5个典型生态系统的日本蟳进行遗传多样性与生物连通性评估.结果表明:10个位点在5个群体中有效等位基因数N_(e)为2.94~17.72个,观测杂合度Ho和期望杂合度H_(e)分别为0.30~0.82和0.67~0.95;不同生态系统日本蟳遗传多样性均处于较高水平,有效等位基因数N_(e)为6.06~7.45,观测杂合度H_(o)为0.64~0.74,期望杂合度H_(e)为0.85~0.88,Shannon信息指数I平均值为1.95±0.07,多态信息含量PIC均较高,平均值为(80.03±1.31)%;10个日本蟳微卫星位点的F-统计量(F_(IS)、F_(IT)、F_(ST))平均值分别为0.207±0.156、0.240±0.152、0.050±0.013,遗传分化的近交程度不同;不同生态系统间日本蟳遗传分化系数F_(ST)为0.001~0.026,所有成对生态系统日本蟳的遗传分化均较小(F_(ST)<0.05);两两生态系统日本蟳的基因流为9.410~567.932,均>1,不同生态系统间日本蟳基因交流水平高,存在极强的生物连通,其中海草床、自然岩礁和人工鱼礁等生态系统间生物连通性极高,泥沙底质与其他生态系统日本蟳的连通程度相对较低.印证了人工鱼礁具有良好的生境修复和资源养护效果.

海州湾人工鱼礁区和河口区食物网结构与功能的比较

近年来,在快速变化的近海环境和人类活动的共同影响下,渔业资源的管理和可持续利用对保护和恢复海洋生态系统越来越重要。基于2020—2021年的渔业资源数据构建了海州湾海域人工鱼礁生态系统(ARE)和河口生态系统(EE)的生态系统能量通道模型(Ecopath),比较和分析了两个区域食物网结构与功能的差异性和相似性。结果显示,ARE的生物量流动直接或间接来自碎屑食物链。I—III营养级占生态系统总生物量流量的97.98%以上;EE的生物量流动来自于初级生产力食物链。I—III营养级占生态系统总生物量流动的99.88%以上。浮游生物是具有自下而上控制效应的重要结构功能类群,顶级捕食者则控制着两个生态系统的自上而下的效应。总体而言,EE的Finn循环指数(FCI)、Finn平均路径长度(FMPL)、连通性指数(CI)、系统杂食性指数(SOI)和优势度/容纳量(A/C)较高,比ARE更成熟,但ARE的自由度/容纳量(O/C)和多样性指数(H)较高,食物网结构更多样化、更稳定。研究认为,人工鱼礁建设的持续进行,将有助于增强渔业资源的养护并推动海州湾生态系统走向更加成熟、稳定和健康的状态。

人工鱼礁建设对大型底栖动物群落的影响——以黄、渤海4处人工鱼礁为例

为探究黄、渤海不同人工鱼礁区大型底栖动物群落的结构特征差异及评估人工鱼礁对生物资源的养护效果,于2021年秋季对黄、渤海海域4处人工鱼礁区的大型底栖动物开展了同期调查。共采集大型底栖动物61种,其中环节动物种类占比最多(47.54%)。各礁区大型底栖动物生物量均高于各自对照区,其中长礁龄礁区大型底栖动物资源养护效果最好,其平均生物量为对照区的4.19倍;各礁区的多样性指数H'和丰富度指数d也高于各自对照区,并表现出长礁龄礁区高于短礁龄礁区;ABC曲线表明,长礁龄礁区的生物群落稳定性优于短礁龄的礁区。各人工鱼礁区的优势种存在不同,多毛类为各礁区普遍存在的优势种;聚类分析及非度量多维尺度排序(NMDS)均大致将礁区调查站位分为3组,相似性分析检验(ANOSIM)表明各礁区之间的群落结构存在显著差异(R=0.651,p<0.01),相似性百分比分析(SIMPER)结果表明各礁区间的平均相异性百分比均在77%以上。研究结果表明人工鱼礁生境对大型底栖动物起到一定程度的养护作用,不同礁区间大型底栖动物群落存在差异,本研究可为人工鱼礁建设评价提供基础数据及依据。

短周期规则波浪在透水鱼礁型潜堤群上的传播特性

为探究系列以周期性分布的单排透水鱼礁型潜堤群对波浪传播变形以及波生湍流场的响应特性,通过水槽试验和数值模拟,对短周期规则波作用下不同间距布设的鱼礁型潜堤群波浪传播特性展开了研究。试验测定了短周期入射波况下无间距鱼礁型潜堤群的波面高度及其变化过程,波浪在发生浅水变形后波能耗散波高显著减小,但由于堤顶淹没水深较大波浪仍保持准对称性的正弦波形态向前传播。基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamic,SPH)方法建立了验证后的二维无反射数值波浪水槽,模拟了间距比为0.5~3.0的鱼礁型潜堤群的波浪传播过程。数值结果表明:鱼礁型潜堤群的间距对波浪反射影响非常大,各工况下鱼礁型潜堤群的反射系数均大于0.75;透射系数总体上随着间距比的增大而减小。特别地,当间距比为2.5时,堤顶波高骤升,反射系数达到最大,透射系数几乎最小,这是由于波浪与鱼礁型潜堤群发生了同频共振的布拉格反射效应,此时迎浪堤上方的上涌流范围和流速也达到最大。

牡蛎壳粉多孔生态混凝土人工鱼礁的生物附着性及减碳效益

为降低多孔混凝土的碱度,提高生物附着性并减少碳排放量,以再生粗骨料为原料,以牡蛎壳粉取代部分水泥,制备多孔生态混凝土,并对混凝土试样的力学性能、碱度、生物附着性、碳排放量进行研究。结果表明,与未使用牡蛎壳粉的试样相比:当牡蛎壳粉取代率为20%时,多孔生态混凝土试样的抗压强度降低13.2%,浸出液pH下降0.67,生物附着指数提高33.4%,总碳排放量降低29.8%;当牡蛎壳粉取代率为40%时,抗压强度降低26.7%,浸出液pH下降1.28,生物附着指数提高83.4%,总碳排放量降低59.7%,此时生物附着性最好,碳排放量最少。为提升人工鱼礁生态性能提供了一种有效的技术手段。

水面无人艇侧扫声纳技术在人工鱼礁调查中的应用

人工鱼礁作为海洋牧场的重要组成部分,在增殖和优化渔业资源、改善海洋生态环境、调整海洋渔业产业结构方面发挥着重要作用。水面无人艇(USV,Unmanned SurfaceVehicle)具有吃水浅、灵活机动、安全高效的特点和优势,日益成为浅水地区调查的重要手段。水面无人艇搭载侧扫声纳设备,运用无人艇自动巡线、人工监控的作业模式开展人工鱼礁后期监测,近岸地区适用性强且经济高效。本文基于2023年运用无人艇在珠江口某海岛近岸海域获取的调查数据,处理和分析评估表明其采集数据可靠性高,能清晰识别人工鱼礁特征体,摸清工区内人工鱼礁的分布状况,以及对礁体后期监测,为海洋牧场建设提供可靠的技术支撑。

人工鱼礁投放对小窑湾海域水动力及水体交换影响的数值模拟

为探究大连小窑湾海域人工鱼礁布设后对周围海域水动力特性及水体交换能力的影响,基于非结构化三角形网格的MIKE3河口与海岸模型,对大连小窑湾海域进行数值模拟,模拟结果与实测数据吻合良好,说明构建的模型合理可靠。研究表明:1)鱼礁布设后,位于鱼礁布设点上的测点因水深减小,流速增加,远离礁区海域测点的流速变化较小,鱼礁区迎流面海域出现上升流,背流面出现下降流,底层海域的上升流效应较表层海域显著;2)人工鱼礁的投放会引起局部流场发生变化,受鱼礁堆阻流作用影响,鱼礁堆迎流面、背流面海域流速减小,主流轴两侧流速增加,鱼礁堆附近海域的流速呈缓急相间分布;3)人工鱼礁投放后,小窑湾湾顶、湾中的水体半交换期缩短,湾口附近海域水体交换能力变化较小,小窑湾整体海域水体交换率略有增加。研究结果可为人工鱼礁合理布局以及规范工程建设提供理论指导。

立方对角面开孔人工鱼礁流场效应的数值模拟

人工鱼礁是建设现代化海洋牧场的基础设施,为了研究在不同海域流速下,迎流角度对人工鱼礁的影响,实验基于Ansys-Fluent平台,采用RNG k-ε的湍流模型,进行数值水槽模拟,对结构边长为3 m的立方对角面开孔鱼礁在3种来流速度(0.5、1.0和1.5 m/s)、4种迎流角度(0°、15°、30°和45°)下的上升流体积、背涡流体积、阻力、倾覆力矩等水动力特性进行比较分析。结果显示,人工鱼礁内部和周围存在具有显著特征的上升流区域和背涡流区域;流场规模的大小基本不受来流速度的影响;流速是影响立方对角面开孔人工稳定性的主要因素,流速越大,作用在礁体上的阻力和倾覆力矩相应变大,礁体的稳定性越差;迎流角度是影响人工鱼礁流场效应的主要因素,鱼礁的流场效应规模在迎流角度为30°~45°时达到最优,礁体为45°迎流时上升流体积和背涡流体积都达到最大值。利用权重赋值法,引入人工鱼礁建设效果综合评价模型,通过综合评价分析,在不考虑海底底质淤积、风浪等条件下,投放人工鱼礁时宜选取最大流速不超过1 m/s的海域,且迎流角在30°至45°范围内,鱼礁的建设效果最佳。

新型装配式人工鱼礁力学性能分析

本文设计了一种可应用于人工鱼礁的装配式钢结构节点。采用有限元分析方法,对装配式节点的受力情况进行模拟并对其应力应变结果进行分析;应用PKPM分析方法,对装配式人工鱼礁整体吊装时的受力性能展开研究。结果表明:四种类型的连接节点在剪力、弯矩等作用的施加下均无应力集中和大变形的情况产生,受力合理,在与梁柱构件连接时传力可靠,可作为一种新型节点应用于装配式人工鱼礁整体的连接和组装;单体、四连鱼礁在吊装时均可以保证整体稳定性,构件在整体受力的情况下没有产生超负荷现象,不易产生变形。在节点受力和整体吊装分析合理的基础上对参数化构件进行制作组装和实地投放,验证了其在实际工程应用中的可行性和实用性。

一种基于声光组合技术的人工鱼礁探测方法

针对早期投放的人工鱼礁在持续跟踪监测手段上不够完善、维护方式欠缺等问题,本文提出一种基于声光组合技术的人工鱼礁探测方法,可在满足礁区生态效益的基础上,对人工鱼礁进行快速的探测。首先,利用侧扫声呐系统进行大范围海域的人工鱼礁精准定位,再利用水下机器人搭载多波束成像声呐,对鱼礁目标进行精准索航;其次,提出一种适合水下图像增强的红色通道算法,实现对鱼礁表面摄像图像的清晰成像,同时结合声呐数据评估人工鱼礁区鱼群密度情况,为人工鱼礁探测以及增殖效果评估探索出一种科学高效、可操作、可复制的方法;最后,选择具有水域大、水层深、建设时间长、礁体投放位置不够精准,探测难度大等特点的国家级小星山海洋牧场人工鱼礁区为探测区域作为试验对象,通过本方法从周期监测策略、过度捕捞、养殖侵占、增殖放流等4个方面进行试验,旨在优化人工鱼礁区的生态环境、提升渔业资源增殖效果,形成安全、现代化、具备示范带动的海洋牧场。

多波束测深系统在人工鱼礁投放量估算中的应用

人工鱼礁投放量是海洋牧场建设的重要环节,为了实现鱼礁投放量的估算,利用多波束测深系统对投礁海域进行全覆盖扫测,获取投礁区域水深数据,构建水下三维模型,并利用空间分析软件识别出71块投礁重点区域,累计投礁面积约56710.916 m2,投放量约57772.205 m3,初步确定了人工鱼礁的投放位置、面积和体积等信息,实现了人工鱼礁投放的科学估算,为后续海洋牧场的建设和监测提供了一种有效的技术手段。

基于莱州湾浅层海床土工特性的方形人工鱼礁场址适宜性研究

浅层海床的土工特性对方形人工鱼礁工程的长期有效使用起着决定作用。本文基于莱州湾36个10 m以浅的工程钻孔物理力学性质指标和原位标贯击数、70个站位表层箱式样品的原位土体含水量、密度、微型十字板强度、贯入阻力和压缩模量试验数据和352个站位样品的粒度数据以及180 km的3.5 kHz浅地层剖面数据,以典型方形混凝土人工鱼礁作基础,计算了各站位的沉降量、地基承载力,判别了地基土的液化可能性,探讨了三种单因素和多因素综合评价的适宜性分区原则,并依据分区原则,将莱州湾分为四个适宜性分区,即适宜区、一般适宜区、一般不适宜区和极不适宜区。水深8 m以浅的西南至南部范围和莱州浅滩投放方形人工鱼礁是适宜的,黄河大嘴外水深10 m以浅的区域和莱州湾中部水深大于8 m的大部分海底不适宜投放方形人工鱼礁。

基于Ransac算法的多波束点云人工鱼礁提取方法

投放人工鱼礁作为海洋牧场建设的重要环节,其投放质量评估工作日益受到重视。为实现大范围的人工鱼礁三维信息的自动识别与提取,提升人工鱼礁量化评估的质量,提出了一种基于Ransac算法的多波束点云人工鱼礁提取方法。该方法首先利用多波束声呐获取点云,在对点云进行分割、去噪等预处理后,利用Ransac算法将点云分为内外点集,内点集近似拟合为海底平面,外点集为人工鱼礁。在浙江嵊泗马鞍列岛某礁区进行了相关试验,实现了整体和单体鱼礁的提取,提取正确度达94.79%,完整度达91%,能够较好地提取鱼礁的三维形态、位置、尺寸、高度、空方等信息。研究表明,本方法可以大范围地应用于各型人工鱼礁目标投放效果的量化评估。

天津市大神堂海洋牧场海域人工鱼礁区声学初步调查

人工鱼礁是一种设置在水中的人工构筑物,能够为鱼类等水生生物的栖息、生长和繁殖提供必要和安全的场所,达到保护增殖生物资源和修复栖息地的目的。在鱼礁建设阶段和完成的评估工作中,传统方法难以对大规模的人工鱼礁形成宏观监测。本研究利用侧扫声呐、多波束测深、差分GPS信标机空间定位和GIS软件数字化相结合的声学方法,开展了天津大神堂海洋牧场人工鱼礁区声学调查,解决了常规方法无法在水下对人工鱼礁进行监测的难题,首次在天津大神堂海洋牧场海域获得了人工鱼礁的空间分布细节信息。结果表明:人工鱼礁的分布比较密集,保存现状较好,大多数礁体呈现竖置状态,位于海床表面以上;全部位于海洋牧场既定范围之内,未发生迁移;人工鱼礁对牡蛎的增殖效果非常明显,验证了人工鱼礁建设对牡蛎礁的修复作用。侧扫声呐和多波束测深等综合声学技术解决了在浅滩淤泥质海域水体能见度低难以开展大规模的人工鱼礁精准监测等难题,是海洋牧场建设效果评估方法的补充与完善。研究成果可有效应用于渤海湾海洋牧场建设效果评估。