[01205096]浅海大面积围网养殖工程水动力学特性研究

与网箱养殖相比,浅海大面积围网养殖有着围网养殖面积大,有效养殖体积也大,单位成本较低;养殖对象活动空间大,品质更近生态;围网养殖工程的网衣为开孔结构,养殖区域内外水体可以自由交换,属于典型开放式养殖模式等独特优势。浅海大面积围网养殖是新近发展的一种生态型养殖模式,有别于传统滩涂围网养殖,也是未来发展的一种新趋势,尽管有关工程已在我国浙江和福建沿海开始应用,还有许多基础科学问题有待研究。项目于2010年由国家自然科学基金委立项,通过解决围网养殖工程浮力系统的刚度比尺效应和网衣系统大小比尺效应等关键科学问题,建立浅海大面积围网养殖系统水动力学特性研究的模型试验和数值模拟方法,查明围网养殖系统在不同水位、波浪和水流等水文动力要素作用下的受力、变形和运动等水动力特性规律,为浅海大面积围网养殖工程安全性能评估提供有效的方法和科学的依据。 项目成功获得了得到了波浪作用下水动力系数（包括拖曳力系数、惯性力系数）与波浪要素的关系,以及系数取值在一个波浪周期内的变化规律,得到了柔性漂浮浮管结构物以及围网系统在波浪及水流作用下的水动力特性规律;实现了漂浮杆件结构和一种新型的围网系统在波浪条件下运动模拟及其锚定系统荷载分布规律。 项目根据围网工程水动力分析计算需求,针对围网系统中常见的三种浮球结构：椭球形的EVA 浮球、球形的塑料浮球、圆柱形的泡沫浮球,在水流和波浪条件下的受力特性进行的专门研究。通过本项目研究,获得三种围网工程常用的浮球结构水动力系数（包括拖曳力系数CD和惯性力系数CM）与波浪要素（包括波高要素KH、周期要素KT、雷诺数Re）的基本规律,建立水动力系数的取值经验公式。针对三种不同直径的光滑PVC管在波浪条件下的水动力系数进行研究,获得了围网养殖工程常用的杆柱状结构物的水动力系数（包括拖曳力系数CD 和惯性力系数CM）与波浪要素（包括波高要素KH、周期要素KT、雷诺数Re）的基本规律,建立水动力系数的取值经验公式。取浮管微元,假设为刚性直杆,将其沿顺波浪方向,用锚绳固定于水池底部进行物理模型试验,结果理论分析得出,采用莫里森方程可以较好的模拟漂浮小尺度杆状结构物的水动力特性。通过模型实验,掌握了双浮管围网系统在不同海况条件下的水动力特性,评估围网养殖设施的结构安全。项目这些基础研究成果填补了浅海大面积围网养殖工程设计和安全评估方法和技术,为国内首次研发,具有明显的技术优势。 根据围网系统的研究成果,提出了一种新型的罩形围网养殖系统,该围网由一直径10m的圆形浮管作为表层浮力系统,在水层中间位置设置了一圈小浮球段,用于保持结构下段的张紧状态,目前系统已在浙江省象山县进行验证性应用。其他基础研究成果成功的应用在台州大陈岛离岸围网养殖系统、舟山桃花岛悬索式围网养殖系统、象山浮绳式围网养殖系统,养殖非常成功。