功能型魚礁的研發(fā)【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p><b>　　功能型魚礁的研發(fā)</b></p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級

2、 海洋科學(xué) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　目錄&

3、lt;/b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p><b>　　英文摘要II</b></p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p><b>　　1.1研究背景1</b></p>&

4、lt;p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p><b>　　1.3研究路線3</b></p><p>　　第二章 功能型魚礁礁體設(shè)計4</p><p>　　2.1人工魚礁的聚魚原理4</p><p>　　2.2功能性魚礁的系統(tǒng)功能4</p><p>　　2.3功能型魚礁結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計圖5</p><p>　　2.4功能型魚礁礁體結(jié)構(gòu)材料9</p><p>　　2.5功能型魚礁上發(fā)光發(fā)聲裝置9</p><p>　　2.5.1功能型魚礁上發(fā)光裝置9</p><p>　　2.5.2功能型魚礁上發(fā)聲器裝置10</p><p>　　2.6潮流能發(fā)電機(jī)11</p><p>

6、;　　2.7本章總結(jié)13</p><p>　　第三章 礁體穩(wěn)定性計算及校核14</p><p>　　3.1礁體作用力計算及校核14</p><p>　　3.1.1均勻水流下作用力計算及校核14</p><p>　　3.1.2波浪條件下作用力計算及校核14</p><p>　　3.2礁體抗漂移安全性校核計算及校

7、核15</p><p>　　3.3礁體抗傾覆安全性校核計算及校核16</p><p>　　第四章 結(jié)果與分析18</p><p><b>　　總結(jié)19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　致謝22<

8、/b></p><p><b>　　功能型魚礁的研發(fā)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　人工魚礁是用于營造海洋牧場、調(diào)控和優(yōu)化海洋生態(tài)環(huán)境、增殖漁業(yè)資源的人工設(shè)施。人工魚礁所形成的環(huán)境可以作為魚類良好的棲息、庇護(hù)和產(chǎn)卵場所,有利于魚類的生存和繁殖,因而對魚類具有良好的誘集效應(yīng)。本文

9、針對特定海域的波流狀況、水深和巖礁性魚類的習(xí)性等設(shè)計了功能型魚礁。魚礁的主體結(jié)構(gòu)為為4m3m2m的正六面棱臺，重為11.6t。在其中相間的3個柱體上各加裝一個60W的燈條和一個模擬雌魚音響效果的發(fā)聲器，并在頂部設(shè)置了2個潮流能發(fā)電機(jī)用來自主供電。根據(jù)波流動力學(xué)理論對此礁體在特定海域所受到的最大作用力、抗漂移系數(shù)以及抗傾覆系數(shù)等進(jìn)行了計算。結(jié)果表明, 該功能型魚礁礁體在均勻水流作用下，當(dāng)潮流流速為1.5m/s時，最大作用力為4520N，在

10、波浪作用下，潮流流速為0.51m/s時，礁體所受的最大受力為658.5N, 在潮流流速為1.5m/s時，抗漂移系數(shù)為9.0，抗傾覆系數(shù)為1.76，均大于1，與礁體受到的靜摩擦力、重力矩相比, 滿足礁體穩(wěn)定條件, 即礁體在海底不會發(fā)生滑移或翻滾。</p><p>　　關(guān)鍵詞：人工魚礁；功能型魚礁；穩(wěn)定性</p><p>　　Research and Development of the mu

11、ltifunction Artificial Reef</p><p>　　(Zhejiang ocean university, Zhoushan ,316000 )</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Artificial reef is man - made reef which is put int

12、o the sea to construct the marine ranching, improve marine eco - environment and enhance fishery resources. The environment created by artificial reefs can be excellent habitat, shelter and spawning ground for various ki

13、nds of fish, which is favorable to the breeding and growth of fishes. Thus artificial reefs have a good fish attraction effect. In order to provide theoretical basis for the construction of artificial reefs in our countr

14、y.Based o</p><p>　　Key Words: artificial reef;the multifunction artificial reef;stability。</p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　人

15、工魚礁是人們?yōu)榱苏T集并捕撈魚類、保護(hù)和增殖漁業(yè)資源、改善水域環(huán)境、進(jìn)行休閑漁業(yè)活動等而有意識地設(shè)置于預(yù)定水域的構(gòu)造物[1]。人工魚礁的特殊結(jié)構(gòu)與功能及其生態(tài)誘集效應(yīng),可以為海洋生物(魚類、貝類和藻類等)提供良好的棲息、庇護(hù)和產(chǎn)卵場所,維護(hù)生物多樣性,從而更好地保護(hù)漁業(yè)資源,達(dá)到修復(fù)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境的目的。</p><p>　　隨著人口的增長以及工業(yè)化程度和漁業(yè)機(jī)械化程度的提高,海洋漁業(yè)資源的開發(fā)利用已經(jīng)趨向與極限的邊

16、緣,特別是沿海的生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重的破壞和近海傳統(tǒng)漁場的濫捕,經(jīng)濟(jì)型魚類資源越來越少,魚類的個體開始趨向小型化、低齡化和低質(zhì)化,資源幾近枯竭。隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對保護(hù)海洋環(huán)境的意識不斷地增強,海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題也被提到重要的位置。20世紀(jì)90年代以后，世界各國普遍認(rèn)識到海洋漁業(yè)資源衰退的威脅，都開始加大對漁業(yè)資源的保護(hù)力度，一些有識之士提出了漁業(yè)要漁牧化。日本提出了海洋牧場的設(shè)想，我國中國科學(xué)院海洋研究所的曾呈奎院士也提出海洋

17、水產(chǎn)農(nóng)牧化的建議。人工魚礁漁場的建設(shè),是保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源的有效措施之一,并在許多國家和地區(qū)得到了迅速發(fā)展。通過建設(shè)人工魚礁漁場,能改善和修復(fù)海洋生態(tài)環(huán)境,增殖和養(yǎng)護(hù)漁業(yè)資源,提高水產(chǎn)品質(zhì)量,這已被發(fā)達(dá)國家的建設(shè)實踐所證實[2]。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　一般認(rèn)為，美國是最早投放人工魚礁的國家。早在1935年，一些熱心海洋的體育性捕魚者在新澤西

18、州梅角附近建造了世界上第1座人工魚礁，并且第2年，里金格鐵路公司在這個州的大西洋城療養(yǎng)中心建成了另一座人工魚礁。在那個時候，人工魚礁主要是用于休閑游釣的漁業(yè)的，而不是以漁業(yè)增殖為目的而建造的。二次世界大戰(zhàn)以后，美國的建礁范圍從美國東北部逐步擴(kuò)展到西部和墨西哥灣，甚至到夏威夷。自從20世紀(jì)70年代后，美國政府通過92-402號法案以來，美國沿海各州掀起了人工魚礁建設(shè)的高潮并得到財政資金的支持，到了1983年就已經(jīng)建造了1200個魚礁群[3

19、]。每個礁群的體積都有數(shù)萬立方米，布滿了水深60m以內(nèi)的東西沿海、南部墨西哥灣、太平洋和夏威夷等海域，礁區(qū)的漁業(yè)生產(chǎn)力提高到了自然海區(qū)的11倍[4]，同時美國還在加大人工魚礁的研究力度。</p><p>　　日本是世界上人工魚礁投入資金最多和對魚礁研究最深入的國家，也有很多人認(rèn)為日本是世界上最早建造魚礁的國家,于1800年即開始設(shè)置魚礁捕魚[5]，此外，日本出版的有關(guān)人工魚礁的著作也是最多的。從1945年開始，日

20、本就進(jìn)行了人工魚礁的建設(shè),它大致上經(jīng)歷了3個建礁階段,其中包括普通型魚礁、大型魚礁和人工礁魚場等,日本對人工魚礁的研究已經(jīng)非常深入，早在21世紀(jì)初期開始就利用大部分廢棄的貝殼建設(shè)貝殼礁、針對人工魚礁的穩(wěn)固性問題又設(shè)計了高度可達(dá)40m，體積可達(dá)3558空立方米，重量可達(dá)121t的高層礁，有的礁體高度甚至可以達(dá)到70m[6]。去年，日本還開發(fā)全國第一套“魚礁效果診斷系統(tǒng)”。這是全國首次成功的將魚礁效果在計算機(jī)上呈現(xiàn)了可視化及數(shù)據(jù)化[7]。到

21、目前為止，日本是世界上人工魚礁建造規(guī)模最大的國家，早在1950年，日本就投資了340億日元,建成了5000多座人工魚礁群,體積達(dá)336萬m[8]。1952-1966年,日本在全國范圍內(nèi)設(shè)置的各種人工魚礁多達(dá)140×10多座,投資了上億日元。1975年又投放了336×10空立方米的人工魚礁，投資將近304億日元，1976年-1981年,日本又投資705</p><p>　　韓國政府也非常重視人工

22、魚礁的建設(shè)，自從1973年起其先后投入了40億元人民幣，建立人工魚礁區(qū)達(dá)到了14萬hm.亞洲的其他國家例如馬來西亞、泰國、菲律賓等投入的資金不是很多，投礁數(shù)量也比較少，并且大部分都是投放一些廢舊船、廢輪胎等作為人工魚礁，澳大利亞在一些海域里投放了幾艘廢舊船和幾萬個廢輪胎，而且從1974年開始，在悉尼以南約30km的波特赫金近海投放了70萬個廢輪胎[3]。</p><p>　　自從1979年以來，我國開始在廣西壯族

23、自治區(qū)的北部灣進(jìn)行人工魚礁建設(shè)的試驗，而后，沿海的其他幾個省也相繼進(jìn)行了人工魚礁的建設(shè)，例如廣西、廣東、山東、遼寧、河北、江蘇、福建和浙江等8個省、自治區(qū)的23個縣投放了各種各樣的人工魚礁8586座，總體積達(dá)到了84870立方米[11]。1975年臺灣省政府投資了13億臺幣用來建設(shè)人工魚礁，至今為止整個臺灣島沿岸均設(shè)置了人工魚礁區(qū)[3]。香港特別行政區(qū)在1998年決定在5年內(nèi)撥款6億港元，第1期投資1億港元來建設(shè)人工魚礁，計劃在香港沿岸

24、的5個海域建立魚礁區(qū)[11]。值得一提的是，位于浙江省東南部海綿的南麂列島的人工魚礁，投放規(guī)模很大，基礎(chǔ)調(diào)查研究工作比較深入，因此，被聯(lián)合國教科文組織列為人與生物圈網(wǎng)絡(luò)的海洋類型保護(hù)區(qū)和國家級海洋自然保護(hù)區(qū)，除此之外，在該自然保護(hù)區(qū)外圍，南麂島開發(fā)公司正計劃和初步實施建立人工生態(tài)漁業(yè)[12]。</p><p><b>　　1.3研究路線</b></p><p>　　收

25、集有關(guān)人工魚礁的研究資料，追蹤國內(nèi)外研究動態(tài)；</p><p>　　在前人研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)空白區(qū)域；</p><p>　　針對空白區(qū)域，結(jié)合海洋環(huán)境，水動力狀況等設(shè)計出新的功能型魚礁；</p><p>　　計算并校核功能型魚礁的穩(wěn)定性</p><p>　　分析此功能型魚礁的特色和優(yōu)缺點</p><p><b&g

26、t;　　總結(jié)本人的研究工作</b></p><p>　　第二章 功能型魚礁礁體設(shè)計</p><p>　　2.1 人工魚礁的聚魚原理</p><p>　　人工魚礁能誘集和滯留魚群的原理，目前的說法很多，包括：本能說、上升流和渦流效果說、餌料效果說、陰影效果說、逃避防御說等。一般首先認(rèn)為魚類具有趨觸性，其次人工魚礁的投放后形成上升流，將海底深層的營養(yǎng)鹽類帶到

27、上層，促進(jìn)了浮游生物的繁殖，提高了海洋初級生產(chǎn)力[13]。同時人工魚礁上附著的大量的微生物以及魚礁周圍的浮游生物等成為一些魚類的餌料。海中設(shè)置魚礁后，周圍光、味、音環(huán)境也發(fā)生變化。在光線到達(dá)的范圍內(nèi)，魚礁周圍形成了光學(xué)陰影。隨著照度的增強，在水中形成暗區(qū)，暗區(qū)的大小，與魚礁的大小成正比。而這些暗區(qū)以及魚礁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為魚類提供了索餌、避害、產(chǎn)卵、定位的場所，從而吸引了許多魚類。</p><p>　　2.2 功能型魚

28、礁的系統(tǒng)功能</p><p>　　針對特定海域的資源狀況、海洋狀況以及礁體結(jié)構(gòu)等特點，設(shè)計了利用潮流能發(fā)電機(jī)自主發(fā)電的帶發(fā)光發(fā)聲器裝置的正六面棱臺型功能型人工魚礁，其系統(tǒng)功能主要有：</p><p>　　（1）人工魚礁投放后，對投放區(qū)域的環(huán)境形成一定的影響，它能形成一個新的環(huán)境。在自然條件下除碎浪帶外，沿岸海域里水體的垂直運動相對水平運動來說往往可以忽略不計，我們此時在水平徑流方向上投放了

29、這個功能型魚礁礁體，將會產(chǎn)生很強的局部上升流，其強度量值可以與水平流相當(dāng)[14]。上升流能把底層的沉積物和營養(yǎng)鹽向上層水體輸送，加快營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)速度，提高海域的基礎(chǔ)餌料水平，使礁區(qū)成為魚類的聚集地[15-19]。</p><p>　　（2）礁體和主要水平徑流（優(yōu)勢流）的相互作用往往會在礁體后面形成一個充滿漩渦的背渦流區(qū)，背渦流域流速緩慢，在渦心處流速和壓強都比較小，可為某些魚類提供棲息、庇護(hù)的場所，并且在此處可以

30、觀察到明顯的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)鹽的沉積現(xiàn)象[20]。當(dāng)礁體厚度和寬度與魚礁周圍流速的乘積超過100cm/s時，礁體旁邊將會形成一個緩慢的，相對靜止的區(qū)域，某些魚類也因此被吸引到礁體后的背渦流區(qū)中，這樣礁體后的背渦流區(qū)就為許多魚類提供了餌料，庇護(hù)，棲息，躲避和產(chǎn)卵的區(qū)域[21-22]。從而對魚類產(chǎn)生了一定的誘集效應(yīng)。</p><p>　?。?）魚礁投放到海區(qū)幾天后，在礁體表面就會開始附著一些藻類、微生物、浮游植物以及以浮

31、游植物為生的低級浮游動物等，幾個月后，附著在礁體上的藤壺、牡蠣之類生長速度很快的附著生物可以幾乎覆蓋整個礁體表面。許多魚類都以附著生物和浮游生物為食，附著生物的種類組成和數(shù)量變化直接影響人工魚礁對魚類的生態(tài)誘集效應(yīng)[23]。因此餌料類型生物豐富的海域自然而然便成為了魚類的棲息、聚集的場所。</p><p>　?。?）人工魚礁放置在海底后，其本身的結(jié)構(gòu)就會在海底形成一定的平臺和陰影區(qū)域，許多魚類都喜歡生活在陰影區(qū)域

32、，而本文設(shè)計的功能型魚礁在固有的陰影區(qū)的基礎(chǔ)上，還加設(shè)了燈條設(shè)備，燈光能讓魚礁周圍形成更多的陰影區(qū)域，以此來吸引更多的魚類。</p><p>　?。?）許多魚類可以借助魚鰾的振動而發(fā)出聲音，或者通過咽部齒間摩擦產(chǎn)生聲音，而魚鰾起到共鳴作用，此功能型魚礁中加入了發(fā)聲器裝置，此發(fā)聲器裝置的發(fā)聲效果是模擬雌魚發(fā)出的音響效果，利用魚類本身的群居和求偶的本能來吸引更多魚類聚集到魚礁附近來。</p><p

33、>　?。?）魚礁的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)間的縫隙、平臺等能為魚類的躲避敵人起到一定的遮蔽效果，為魚類提供避害、棲息和產(chǎn)卵場所。</p><p>　?。?）充分利用新型清潔的可再生能源——潮流能發(fā)電。</p><p>　　2.3功能型魚礁結(jié)構(gòu)設(shè)計圖</p><p>　　田中慣等[24]在對人工魚礁漁場中的魚類生態(tài)研究后得出這樣的結(jié)論，魚群在聚集活動與索餌以及逃避行為密切相

34、關(guān)，人工魚礁的周圍魚類的行為，主要是由餌料密度、可能逃避空間的有無和索餌需求等生理狀態(tài)所決定的，避害，索餌和休息等是魚類幼時的主要活動。周艷波[25]等為了解不同類型人工魚礁的聚魚效果，在試驗水槽內(nèi)觀察5中魚礁模型（圖2.1）對花尾胡椒鯛（Plectorhy nchus cinctus）的誘集效果。結(jié)果表明，5 種礁體模型放入后, 礁區(qū)內(nèi)試驗魚的平均出現(xiàn)率與投放前相比均大幅度提高,說明5 種模型礁對試驗魚均有較強的誘集效果, 其中有效空

35、間較大, 遮蓋效果較好的C 礁的誘集效果最好，即六面棱臺型的誘集效果最好。本文設(shè)計的功能型魚礁礁體的主體結(jié)構(gòu)也是采用模型C的正六面棱臺型（圖2.1）人工魚礁。</p><p>　　該功能型魚礁（圖2.2、圖2.3）正六面型棱臺型主體基底為邊長4m的鏤空正六邊形，鏤空后為正六邊環(huán)形，寬度為1m(圖2.4）;上頂部同樣為中間鏤空的正六邊環(huán)形，環(huán)形寬度為1.7m（圖2.5）,上頂和基底對應(yīng)的每個角都由0.1m0.1m1

36、.8m的2個柱體結(jié)合加以支撐起，使之成為一個基本的六面棱臺型魚礁礁體，在其中相間的三個柱體的內(nèi)側(cè)各配置一跟發(fā)光的燈條和一個發(fā)聲器（圖2.6），功能型魚礁礁體主體頂部上并排放置著2個潮流能發(fā)電機(jī)裝置，在圖(2.1)中C位置設(shè)置了此潮流能發(fā)電裝置的儲電箱。為了能最大效率地利用不同來向的潮流來發(fā)電，此潮流能發(fā)電裝置設(shè)計為以半徑為0.1m的圓柱體旋轉(zhuǎn)軸為支撐并且可以以圓柱體旋轉(zhuǎn)軸為圓心360°旋轉(zhuǎn)，圓柱體旋轉(zhuǎn)軸用離礁體上部正六邊形平臺

37、每個角0.03m處的直徑為0.1m的實心圓柱為支撐架起十字架型的橫條用以加固潮流能發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸，使得潮流能發(fā)電機(jī)在長期的發(fā)電過程中不至于偏移魚礁礁體而去。</p><p>　　圖2.1 5種礁體模型示意圖</p><p>　　Fig 2.1 Five artificial reef models used in the study </p><p>　　圖2.2

38、 功能型魚礁礁體俯視圖</p><p>　　Fig 2.2 Top view of the multifunction artificial reef</p><p>　　圖2.3 功能型魚礁礁體正視圖</p><p>　　Fig 2.3 Front view of the multifunction artificial reef</p><p

39、>　　該功能型魚礁礁體基底的厚度為0.1m,主體上頂厚度為0.1m,潮流能發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉片長度為0.6m,為了加固潮流能發(fā)電機(jī)的同時又使得發(fā)電機(jī)的葉片能自由轉(zhuǎn)動，加固體的實心圓柱高度為了1.5m，其中支柱架的最頂部固定架厚度為0.1m,主體棱臺柱的厚度同樣是0.1m。</p><p>　　圖2.4 基底剖面圖</p><p>　　Fig 2.4 Sectional view of t

40、he basement </p><p>　　從功能型魚礁礁體基底剖面圖，結(jié)合圖（2.2）和圖（2.4），可以清楚地看到魚礁礁體基底為高0.1m，寬度1m,外邊長為4m中間的正六邊環(huán)形。</p><p>　　圖2.5 上頂?shù)牡钠拭鎴D</p><p>　　Fig 2.5 Sectional view of the top</p><p>　　此

41、圖為魚礁礁體頂部剖面圖，結(jié)合圖（2.2）和圖（2.5），此功能型魚礁礁體頂部為高0.1m,厚度為1.7m，外邊長為3m的正六邊環(huán)形體。</p><p>　　綜合上述五圖，我們可以清楚地看到本文設(shè)計的功能型魚礁礁體的具體結(jié)構(gòu)和基本尺寸。下面繼續(xù)介紹關(guān)于本功能型魚礁的細(xì)節(jié)部分。</p><p>　　2.4功能型魚礁礁體結(jié)構(gòu)材料</p><p>　　隨著人工魚礁的不斷發(fā)展

42、，魚礁礁體的材料越來越趨向于多樣化，根據(jù)文獻(xiàn)的不完全統(tǒng)計，用于人工魚礁礁體的構(gòu)建材料已經(jīng)超過了249種[26]。其中主要的包括天然材料、廢棄物材料、建筑材料、綜合型材料等，自從人工魚礁在漁業(yè)發(fā)展中的利用價值被人們認(rèn)識到開始，許多國家和地區(qū)在不同時期進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用實踐表明，用不同構(gòu)建材料設(shè)計的人工魚礁礁體所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)顯現(xiàn)出明顯的差異。</p><p>　　該功能型魚礁礁體構(gòu)建材料選擇的是混凝土

43、材料，為了加固魚礁結(jié)構(gòu)，增加魚礁礁體的穩(wěn)定性能，又給礁體配備了必要的鋼筋，即此魚礁礁體采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)范GB50009-2001中第52條規(guī)定鋼筋混凝土的自重為24~25KN/M3,大約2551Kg/m3。</p><p>　　以鋼筋混凝土作為構(gòu)件材料的人工魚礁礁體具有造價相對便宜、性價比高、結(jié)構(gòu)堅固、強度大、可以自由制造成各種各樣形狀和大小的礁體，并且易于組合、具有較好的抗腐蝕性能，使用壽

44、命較長、與海域地質(zhì)構(gòu)造和海域的自然環(huán)境想適宜[27]。與此同時，利用鋼筋混凝土材料作為人工魚礁礁體建筑材料，其相對于例如鋼制、鐵制材料的人工魚礁礁體具有更好的附著性，它主要為甲殼類和附著生物的生活和生長提供了很好的附著表面和穩(wěn)定棲息地，還可以為其他無脊椎類動物和魚類提供餌料和避害場所。</p><p>　　2.5功能型魚礁上發(fā)光發(fā)聲裝置</p><p>　　2.5.1功能型魚礁上發(fā)光裝置&

45、lt;/p><p>　　在魚礁主體的每個柱體上，都設(shè)置了發(fā)光和發(fā)聲裝置（圖2.2），發(fā)光裝置的細(xì)節(jié)圖如下（圖2.6）</p><p>　　圖 2.6 發(fā)光發(fā)聲器</p><p>　　Fig 2.6 light and loudspeaker</p><p>　　在相間的三個面上設(shè)置一橫梁，橫梁上固定了發(fā)光燈條，并且將燈條放置在密封的圓筒形空間內(nèi)，

46、緊貼圓筒外壁裝置了滾動毛刷，毛刷下連接選裝葉片，當(dāng)潮流等沖擊葉片時，葉片轉(zhuǎn)動，帶動毛刷轉(zhuǎn)動，以此來清理圓筒外的附著生物，以免附著生物太多而使得燈光效果減弱甚至失效，為了了解在不同光照條件下人工魚礁的聚魚效果，周艷波[28]等觀察了自然光、55W 和26W3種光照條件下在試驗水槽內(nèi)人工魚礁礁體模型對魚類的誘集效果。試驗結(jié)果表明，在沒有投入礁體模型情況下, 試驗魚出現(xiàn)的密集區(qū)位于水槽左端區(qū)域, 并且試驗魚在此區(qū)域的平均出現(xiàn)率分別為61.60

47、%(自然光)、81.61%(55W)和82.07%(26W),然而試驗魚在空白礁區(qū)的出現(xiàn)率都低于5%;放入礁體模型后,魚礁區(qū)試驗魚的出現(xiàn)率分別開始上升到37.60%(自然光)、23.56%(55W)和15.75%(26W),而在原密集區(qū)試驗魚的平均出現(xiàn)率分別下降到了23.47%(自然光)、71.61%(55W)和67.59%(26W)。上述的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,人工魚礁礁體模型對試驗魚的誘集效果隨著光照強度的降低而減弱。鑒于上述實驗的基礎(chǔ)，本

48、文在六面椎體的主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在六</p><p>　　2.5.2功能型魚礁上發(fā)聲器裝置</p><p>　　在每個燈條的右側(cè)都配置一個發(fā)聲器裝置，揚聲喇叭和發(fā)聲集成電路都采用密閉裝置，其中發(fā)聲的集成電路采用SGZ07的多用發(fā)聲集成電路，此集成電路可以廣泛地應(yīng)用于各種報警器，并且可用于玩具的模擬聲以及門鈴、車鈴、閃光器、蜂鳴器及各種動物的叫聲等。SGZ07的功能特點是一、省電，其電源電壓只

49、需3W；二，外接元件少，僅僅需要外接一只或者量值適當(dāng)電容器就可以產(chǎn)生一定節(jié)奏的發(fā)聲信號。本文就利用此集成電路來模擬雌魚通過魚鰾振動發(fā)出的聲音的音響效果，以此來達(dá)到誘集更多魚類的的效果。</p><p><b>　　2.6潮流能發(fā)電機(jī)</b></p><p>　　之前設(shè)計了發(fā)光和發(fā)聲裝置，勢必涉及到了供電器的問題，由此筆者想到了利用潮流能這一天然能量在礁體頂部配置一組潮

50、流能發(fā)電裝置以便能為發(fā)光發(fā)聲器提供電源。由于本文的主要重心是人工魚礁的聚魚效果，潮流能發(fā)電機(jī)只是用來作為一個可以自主供電的裝置，因此采用的潮流能發(fā)電機(jī)為目前技術(shù)比較成熟的，應(yīng)用廣泛的類似于風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)類水輪機(jī)，如圖（2.7）</p><p>　　圖 2.7 潮流能發(fā)電機(jī)側(cè)視圖</p><p>　　Fig 2.7 side view of the trend can generator<

51、;/p><p>　　圖（2.7）為潮流能發(fā)電機(jī)的側(cè)視圖，其旋轉(zhuǎn)葉片的長度為0.6m,主體為長軸0.5m，短軸0.1m的橢圓體，尾翼長為0.3m，寬0.03m。</p><p>　　圖2.8 潮流能發(fā)電機(jī)正視圖</p><p>　　Fig 2.8 front view of the trend can generator</p><p>　　風(fēng)車式

52、潮流能水輪機(jī)發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性加好，獲能系數(shù)較高等特點，此水輪機(jī)的葉片設(shè)置為4個，因支撐潮流能發(fā)電機(jī)的主軸在同一片面上260°可以旋轉(zhuǎn)，因此只將發(fā)電機(jī)的葉片設(shè)置為固定，照樣能在漲潮和落潮時均可發(fā)電。此潮流能發(fā)電機(jī)通過潮流能發(fā)電后將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存在圖（2.2）中的由幾組蓄電池組成的C-潮流能發(fā)電機(jī)儲能裝置中，然后再用線路連接到發(fā)聲器和燈條上，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能以免給用電系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。</p>&

53、lt;p>　　從相關(guān)文獻(xiàn)[29]中找到潮流能水輪機(jī)輸出功率的計算公式為：</p><p>　　P=AV/2 （2.7.1）</p><p>　　式中 P——功率，W</p><p>　　——海水密度，1025kg/m3 </p><p&

54、gt;　　A——潮流水輪機(jī)轉(zhuǎn)子掃掠面積，m</p><p>　　V——潮流速度，m/s</p><p><b>　　——效率流主</b></p><p>　　從上式可以看出，潮流能機(jī)組的輸出功率很大程度決定與潮流的速度。一般來說，潮流的速度大于1m/s的海域即有開發(fā)價值。有關(guān)資料顯示，例如舟山群島許多地方的潮流速度甚至達(dá)到了4m/·s

55、以上，世間罕見，開發(fā)環(huán)境和條件很好，。</p><p>　　本文以特定海域為研究對象，對潮流速度進(jìn)行保守取值，取很多海域一般狀態(tài)下的潮流流速V=1.5m/s,效率是需要通過具體的實驗才能確定其確切值，這里取為一特定值，效率=35%，由此我們可以用式（2.7.1)計算出此發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率：=1025kg/m3 ,A=0.6m0.6m=0.36m2,V=1.5m/s,=35%</p><p>

56、　　P=AV/2=10250.36（1.5）30.35/2=218W</p><p>　　本文配置的燈條6個60W的燈條，而發(fā)聲器的用電功率只需要3W左右，2個218W的潮流能發(fā)電機(jī)足夠保證礁體上發(fā)光發(fā)聲裝置的用電量。</p><p><b>　　2.7本章總結(jié)</b></p><p>　　本文設(shè)計的功能型魚礁主體為正六面體棱臺，其基底由邊長4

57、m,高0.1m,寬1.5m的正六面環(huán)形體，上頂為邊長3m,高0.1m，寬1.7m的正六面環(huán)形體，基底和上頂由高1.8m,寬度和厚度都為0.1m的方柱支撐，共同組成一個正六面棱臺的主體；在主體的每個方柱上都各配置一個發(fā)聲器和一個60W的發(fā)光燈條；在主體上部配置2個類似與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的潮流能發(fā)電裝置，潮流能發(fā)電機(jī)可以在半徑為0.1m的圓柱體在同一水平面上360°自由旋轉(zhuǎn)；潮流能發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸由高1.5m,半徑為0.1m的六根圓柱架起

58、的十字架型支架加以穩(wěn)固；潮流能發(fā)電機(jī)由4個長為0.6m互成90°的旋轉(zhuǎn)葉片，主體和儲電裝置組成，發(fā)電功率為218W。</p><p>　　由于投放礁體的海區(qū)具有不同的水文，海洋環(huán)境和本底資源狀況，因而通常需要設(shè)計各種不同的人工魚礁。本文設(shè)定了一個特定海域，海域近岸多為粉砂質(zhì)粘土以及粘土質(zhì)粉砂。為了預(yù)防礁體沉陷速度過快以及在潮流的沖掘作用下過早地被掩埋，在保障礁體強度的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量減輕礁的自重，同時預(yù)留一

59、定的沉陷高度。并且當(dāng)?shù)夭ɡ藢儆跍\水風(fēng)浪，波高為5m,周期為7s,潮流流速為1.5kn(1kn=1n mine/h),島嶼附近為往復(fù)流。參照國內(nèi)外研究成果及實際效益經(jīng)驗，在20~40m水深海域投放人工魚礁，從性價比方面考慮，設(shè)計的礁體高一般應(yīng)為水深的1/5~1/10，本文礁體投放水深設(shè)為20m。</p><p>　　水質(zhì)和餌料生物( 浮游生物和底棲生物的狀況) 等是選擇投放人工魚礁海域時必須首先滿足的基本條件[30

60、] 。特定海區(qū)的漁業(yè)資源主要為沿岸性、島礁性種類, 也有部分洄游性主要經(jīng)濟(jì)種類的幼體。其中礁區(qū)魚類主要有小黃魚(Pseudosciaena polyatis)、龍頭魚(Harpodon nehereus)、褐鯧(Sebastiscus marmoratus)、鮸魚(Miichthys miiuy )、皮氏叫姑魚(Johniusgry potus)、虎魚類(Odontobutis obscura)等[31] 。蝦類主要有細(xì)巧仿對蝦(Pen

61、aeus tenel lus Bat e) 、鷹爪糙對蝦(Trachypenaeus currostris )等。蟹類和軟體類種類較少。人工魚礁投放后可以為這些魚類提供較為理想的產(chǎn)卵和索餌的環(huán)境, 使資源量逐漸增加。</p><p>　　礁體穩(wěn)定性計算及校核</p><p>　　3.1礁體作用力計算及校核</p><p>　　3.1.1均勻水流下作用力計算公式<

62、;/p><p>　　在均勻水流條件下，作用力計算公式為</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中為流體密度，這里可以取為海水密度，一般為1025kg/m;為阻力系數(shù)，一般取1.25;u為均勻水流的流速，這里取為1.5m/s;A為對于水流方向魚礁的投影面積（m)，這里由計算得到為3.92m;由此可以計算得出，該鋼筋混凝

63、土質(zhì)礁體在均勻水流下的作用力。</p><p>　　=1025kg/m，=1.25，u=1.5m/s,A=3.92m</p><p>　　所以=10251.251.523.92=4520N，即在均勻水流下礁體所受的作用力為4520N。</p><p>　　3.1.2波浪條件下作用力計算公式</p><p>　　在波浪條件下，作用力計算公式為&

64、lt;/p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中為流體密度，這里可以取為海水密度，一般為1025kg/m;為阻力系數(shù)，一般取1.25;A為對于水流方向魚礁的投影面積（m);的計算公式為</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中g(shù)為重力加速度9.

65、8m/s;H為波高，這里取5m;z為水深到礁體的相對位置(取負(fù)值）；</p><p>　　為頻率 （3.4）</p><p>　　= （3.5）</p>

66、<p>　　為波長 （3.6） </p><p>　　=1025kg/m，=1.25，A=3.92m，g=9.8m/s,L===76m</p><p>　　===0.08,==0.9,</p><p>　　當(dāng)=1的時候，才能取得最大值，所以=</p

67、><p>　　對于魚礁的相對位置z，我們把魚礁分為0m、0.5m.、1m、1.5m、2m、2.5m、3m、3.5m八個高度層面。在礁高為0m處即處于礁體底部層面上，===0.44m/s,此時礁體所受的作用力由式（3.2）可得為486N；同上可得，在礁高為0.5m處，=0.46m/s,礁體所受作用力為531N；在礁高為1m處，=0.48m/s,礁體所受的作用力為579N；在礁高位1.5m處，=0.50m/s,礁體所受的

68、作用力為628N；在礁高為2m處，=0.52m/s,礁體所受的作用力為679N；在礁高為2.5m處，=0.54m/s,礁體所受的作用力為732N；在礁高為3m處，=0.56m/s,礁體所受的作用力為788N；在礁高為3.5m處，=0.58m/s礁體所受的作用力為845N；取此八段的平均值可計算得出，該鋼筋混凝土質(zhì)礁體在波浪條件下的最大作用力為658.5N，此時的最大潮流流速為=0.51m/s。</p><p>　

69、　3.2礁體抗漂移安全性計算及校核</p><p>　　為了讓魚礁礁體在水流沖擊作用下下不發(fā)生移動, 即礁體不滑動, 這就要求礁體與海底接觸面間的靜摩擦力大于流體作用力。靜摩擦力與最大流體作用力F的比值稱為抗漂移系數(shù)S, 該數(shù)值必須大于1, 才能保障魚礁礁體不發(fā)生滑動或漂移[32] 。</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p&

70、gt;　　式中，為魚礁礁體實體體積（m3),為礁體材料單位體積重量（kg/m),對于混凝土質(zhì)的礁體結(jié)構(gòu)，取2551kg/m;為海水密度，一般取1025kg/m,為礁體與海底接觸面間的靜摩擦系數(shù)，一般取0.6。F為礁體所受的最大作用力。</p><p>　　=4.53m，=2551kg/m，=1025kg/m，g=9.8m/s,在均勻流速下，即潮流流速為1.5m/s的情況下，礁體抗漂移安全性系數(shù)為=9.0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

71、1,同理，在波浪作用下，最大潮流流速只有0.51m/s的情況下，可得礁體的抗漂移安全性系數(shù)為=61.7。</p><p>　　魚礁不漂移的條件是魚礁與海底的摩擦阻力應(yīng)大于流體的作用力, 因此, 抗漂移系數(shù)作為靜摩擦力與最大流體作用力F的比值應(yīng)大于1才能保證礁體不發(fā)生滑動或漂移。魚礁的抗漂移系數(shù)隨著流速的增加呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，其抗漂移性是有保證的，當(dāng)最大潮流流速超過特定的潮流速度（1.5m/s)到達(dá)3.7m/s時

72、，礁體的抗漂移系數(shù)為1，剛好能保證其抗漂移性，當(dāng)潮流流速超過3.7m/s時，礁體的抗漂移系數(shù)則要小于1,而要潮流流速達(dá)到這一速度的概率很小，幾乎是20年一遇。本次設(shè)計從增加魚礁的設(shè)計強度出發(fā)，考慮的是魚礁剛投放下去就遇到了20年一遇的超過3.7m/s的潮流流速，而在實際的海洋狀況條件下一般不會再短時間內(nèi)出現(xiàn)，而隨著魚礁投放時間的延長，在潮流的作用下，魚礁的掩埋深度會逐漸增加，因為在一定程度上增加了魚礁的抗漂移能力，綜合各個方面的因素，該

73、魚礁能夠滿足一般海域的海洋狀況條件，適宜在特定海區(qū)內(nèi)投放。</p><p>　　3.3 礁體抗傾覆安全性校核計算公式 </p><p>　　魚礁在海底不可翻倒，不翻倒的條件是，摩擦阻力距大于翻倒力矩。即必須滿足（3.8）式</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　W為魚礁重量==25514

74、.53=11.6t；為海水單位體積重量（N/m);為魚礁單位體積重量(N/m)；為翻倒的回轉(zhuǎn)中心到中心的水平距離；F為波浪條件下作用力；為F的作用高度。由此在均勻水流下礁體抗傾覆安全性=1.76>1，在波浪條件作用下，最大潮流流速為0.51m/s,=12。</p><p>　　由于功能型魚礁主體為正六面型棱臺，并且采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其重心較低，抗傾覆性能較好。與礁抗漂移安全系數(shù)變化趨勢相似，其抗傾覆安

75、全系數(shù)也是隨著流速的增加而呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，通過算式（3.8）計算可得出，無論在均勻水流下，還是在波浪作用下其抗傾覆系數(shù)都大于1，因此基本不用擔(dān)心此功能型魚礁礁體會發(fā)生翻滾。</p><p><b>　　第四章 結(jié)果與分析</b></p><p>　　在人工魚礁礁體的設(shè)計上，一般主要考慮魚礁的結(jié)構(gòu)、材料、水動力及穩(wěn)定性性能、制作成本等。本文設(shè)計的功能型魚礁的特點是

76、清潔環(huán)保、符合巖礁生物特性而且穩(wěn)定性好。</p><p>　　此功能型魚礁礁體采用的是鋼筋混凝土，其具有造價相對便宜，性價比高，堅固耐勞，強度大，可以制作成各種形狀切易于組合，抗腐蝕性強，使用壽命比較長，并且生物的附著性較好，適宜與許多不同的海域狀況。</p><p>　　礁體的主體形狀采用的是正六面棱臺型，有相關(guān)的試驗和計算證明此形狀的魚礁礁體因其具有較好的遮蔽性，能形成較多的陰影區(qū)域；

77、有較好的附著性，能產(chǎn)生較多的餌料；有較大的有效空間，有利于魚類自由活動，從而此形狀的礁體具有比較好的聚魚效果。</p><p>　　礁體的設(shè)計中加入了發(fā)光燈條和發(fā)聲裝置，發(fā)光燈條能形成更多的陰影區(qū)域能吸引更多喜歡陰影的魚類聚集到礁體附近，而發(fā)聲裝置模擬了雌魚利用魚鰾振動而發(fā)出的聲音的音響效果，利用魚類群居，求偶等的本能來起到更好的聚魚效果。</p><p>　　本次設(shè)計中還加入了一種新型的

78、能源-潮流能發(fā)電，潮流能發(fā)電是一種可再生的清潔能源，是一種能隨著時間和空間的變化而變化的能源，切其有變化規(guī)律可循，并且可以提前預(yù)測預(yù)報。潮流能發(fā)電不需要攔海建壩，發(fā)電機(jī)組浸沒在海中，對海洋生物影響較小，也不會對環(huán)境產(chǎn)生三廢污染。</p><p>　　本次設(shè)計的功能型魚礁也存在著缺陷，首先魚礁礁體有11.6t，比一般的單體礁重了一倍左右，給運輸和吊裝方面增加了難度，自重較大也使得穩(wěn)定性過大，下陷速度過快，可以通過加

79、大基底和上頂部的鏤空度等來減輕自重；其次礁體主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于簡單，平臺較少，從而不能附著更多的生物，不能為魚類提供更多的產(chǎn)卵、避害空間；再次，礁體受到波流作用情況較為復(fù)雜，理論計算與實際環(huán)境存在很大的差異，本文未能在理論計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些必要的模型試驗；最后本次研究未從數(shù)值模擬的角度入手模擬和計算礁體的形成的上升流和背渦流來評估魚礁的整體聚魚效果。</p><p><b>　　總結(jié)</b>

80、</p><p>　　本文從魚礁的結(jié)構(gòu)、材料、水動力及穩(wěn)定性性能、制作成本等方面出發(fā)設(shè)計了主體為正六面棱臺，柱體上有發(fā)光發(fā)聲裝置，上頂部具有潮流能發(fā)電機(jī)的新型功能型魚礁，但是本文只對該功能型魚礁作了初步設(shè)計和計算，要建成完整的功能型魚礁還需要經(jīng)過精確的計算、試驗?zāi)M和數(shù)值模擬來確定其確切的可行性，本文只是提出一個初步的設(shè)想和理論計算，以期能為日后功能型魚礁的進(jìn)一步發(fā)展提供可參考的資料。</p>&l

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