贻贝浮筏养殖设施水动力效应及附生海藻碎屑输运的数值模拟

基于三维海洋数值模式Ecom-si（Estuarine Coastal Ocean Model，semi-implicit）对枸杞岛邻近海域贻贝养殖海域的水动力进行了数值模拟研究。通过在模型动量方程中添加动量损耗项，实现了对贻贝浮筏养殖设施和贝串阻流效应的模拟，采用实测数据对模型进行了潮位及流速的验证。利用验证良好的数值模型模拟了潮流驱动下养殖设施附生海藻碎屑漂移及沉降。结果表明，贻贝养殖设施及养殖贝串在海表的阻流效应使表层流速降低了约80%，中、下层流速分别降低了约50%和30%，在养殖海域外围因过流面的减小使得养殖场外围的流速增大。应用拉格朗日质点追踪模块模拟的结果表明，当碎屑质点处于悬浮状态即质点沉降速率（w）为0 m/s质点需要约600个小时才能达到36.79%（e-1）的沉底率；且无阻流效应时，沉底质点的分布在距养殖区中心9.0~10.5km的区域内，有阻流效应时，质点的沉底范围分布在距养殖区中心7.5~8.5km的区域内。当w大于0 m/s时，三种碎屑沉降速度的结果差异不大，大约在80个小时内质点的沉底率达到99%，无阻流效应时质点沉降区域为距养殖区中心10~13.5km的范围内，有阻流效应时质点的沉降范围为距养殖区6.8~12km的区域，大潮期间释放质点沉底范围所示的碎屑生态辐射范围较小潮释放质点广。在不考虑风应力等驱动的条件下，潮致余流是决定碎屑输运和沉底的主要动力学因子。     

规模化透水性人工鱼礁阻流效应的数值模拟

为在大尺度海洋模型中合理体现透水性人工鱼礁组合，基于海洋数值模式FVCOM（finite volume community ocean model）模拟了大陈岛拟建人工鱼礁区的水动力情况，比较了阻滞力法、实心礁法和附加底摩擦法在投礁前后的垂向流速、礁顶平面流速、水体向上输运通量和背涡流体积的差异，并根据投礁前后的流速差异，应用经验公式预测了投礁一年后底床泥沙冲淤情况。数值模拟结果表明，礁体组合迎流面产生上升流，礁体背流面流速减小，涨急时刻所形成缓流区长度在礁体组合长度20倍以上，年底床淤积厚度约0.05 m。阻滞力法以减少来流的动态功率密度来模拟礁体对水流的阻滞作用，可有效合理地实现对透水性人工鱼礁流场效应的模拟，避免了实心礁法在透水性鱼礁模拟中过高估计流场效应的问题，也没有附加底摩擦法只适用于低矮礁体的缺陷。阻滞力法可根据透水性礁体的造型、迎流面积、组合个数、布放方式和所处水层而设置各向和各水层的阻流参数，不仅适用于置底型透水性鱼礁，也适用于浮鱼礁。阻滞力法的建立、完善和应用对于今后的人工鱼礁水动力学和生态动力学研究具有重要意义。