DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2021.01.002
几种不同类型人工鱼礁的稳定性和集鱼效果比较张云岭赵祺12，齐遵利3，张秀文3，叶敏3，崔晨3，石保佳3，侯润3 （1.唐山海洋牧场实业有限公司，河北唐山063611;2.河北省近海生态修复技术创新中心，河北唐山063611;
3.河北农业大学海洋学院，河北秦皇岛066003）
摘要：根据唐山祥云湾海洋牧场海域具体特点，设计并投放了钢筋混凝土构件礁（A1、A2、A3、AQ、岩石礁（Bi'BJ和船礁（G）等三种不同性质的鱼礁%通过对鱼礁抗滑移、抗倾覆参数及集鱼效果进行比较，筛选出适宜的人工鱼礁礁型。结果显示：上述几种礁体抗倾覆系数、抗滑移系数均大于1，保证了礁体在海水中的稳定性％几种礁体对渔获量的影响差别较小，从集鱼效果上看，最好的是A：型的钢筋混凝土构件礁％ 关键词：人工鱼礁；稳定性；集鱼效果；礁型
人工鱼礁是为了改善海域生态环境，营造海洋生物栖息地，为海洋生物提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，达到保护、增殖和提高渔获量的目的，人为投放到海水中的构造物E。鱼礁投放到海中后形
成的上升流、涡流等将海底沉积的营养盐、有机物释放到海水中上层，增加了海水的肥度，促进了饵料生物的繁殖生长，改善了海水水质，提高了初级生产力，吸引了更多的生物聚集$鱼礁本身的特有结构及其表面附着的生物会形成许多孔隙、洞穴，供底栖生物栖息、躲避敌害，成为海洋生物栖息聚集的良好场所
通过对三种类型礁体稳定性和集鱼效果的比较，确定了适宜唐山祥云湾海洋牧场海域典型泥沙底质特点的人工鱼礁礁型。
1材料与方法
1-1礁体设计
根据祥云湾海洋牧场泥沙底质特点，制作并投放了方形钢筋混凝土构件礁、圆台形岩石礁和船礁等三种鱼礁。三种鱼礁按“点、线、面”的布局分别投放了36300空方、225433空方和2275空方$三种鱼礁礁型设计实物图见图1一图3$
111
A】型礁体：即8孔钢筋混凝土构件礁，单个礁体规格1.8mX18mX1.7m，壁厚12cm，混凝土强度等级C30,4个侧面各开设2个宽0.4 m、高1m的长方形透水孔，顶口为敞开式$凡型礁体：即16孔钢筋混凝
土构件礁（椭圆形孔），单个礁体规格、壁厚、强度、顶口同码，4个侧面各开设4个宽0.4m、高0.3m的椭圆形透水孔$
入型礁体：即16孔钢筋混凝土构件礁（方形孔），单个礁体规格、壁厚、强度、顶口同码，4个侧面各开设4个宽0.4m、高0.4m的方形透水孔$
入型礁体：即12孔钢筋混凝土构件礁（椭圆形孔），单个礁体规格、壁厚、强度、顶口同码，4个侧面各开设2个宽0.4m、高0.15m的长方形透水孔和1个宽0.2m、高0.2m的方形透水孔。112
B］型礁体：上底直径4m、下底直径8m，高3 m$钢筋板框用直径25mm和直径18mm的螺纹钢焊接而成，从上到下每隔0.5m焊接一道钢筋圆环$板框中间填充花岗岩石块，单块花岗岩石块直径不小于0.6m，重量不小于50kg$ B：型礁体：上底直径3m、下底直径6m，高3 m$其他结构同Bi$
1.1.3船礁礁体由废旧船体经机器拆除、船体
作者简介：张云岭（1982-），男，理学硕士，研究领域：水产工程$E-mail;37373661@qq.
通信作者：齐遵利（1969—），男，教授，研究方向：水产养殖和渔业生态环境$E-mail;qzl2421@163. 4
清洗后，内外侧布设铁纱网用水泥喷浆涂层而成，规格13mX5mX2m。
图1钢筋混凝土构件礁
图2圆台形岩石礁
3
1.2鱼礁的稳定性
1.2.1鱼礁在海水中流体作用力
日本学者中村充认为产生的流速'是潮流速度U0与波浪流速'1共同产生的作用力3。其计算公式如下：
u I。'0u m sin!(1)式中为波浪振幅，m/s；#为波向角'0为潮流速度，m/s；"1为波浪流速,m/s。
u5=$H/T X[cos>X(2$?/@)/sin>X
(2)式中:H为波高，m；>为水深，m；@为波长，L= /gX>X T,m;D为鱼礁顶部至海底的高度，m；T为波浪周期，s；cos>、sin>分别为双曲余弦函数、双曲正弦函数；g为重力加速，9.8m/s2。
在数学表达上，流速与流速导数函数为：
F=1/2X p X C d X Au2：C5X p X V X ('//)(3)式中，F为人工鱼礁礁体在流速下的流体作用力，N；Au为礁体迎流面积，m2；V为礁体体积，m3；
—5
—
C d为阻力系数，一般取值1.25；C”为附加质量系数，一般取10；p为海水密度，根据监测祥云湾海洋牧场海域密度为1020kg/m3#u为流速变化的量，m/s；/为流速发生这一变化所用时间，s。
图像拼接
将式（1）、式（2）代入式（3），经求导可得：
F=C d X1/2X p X A X（u0+u”sin!"—（2$ X C5X p X V X u5)/T X cos!(4)令F d=C d X A/2X P X A X u l(5)
a=u0/u56)
F m=2$X C i X p X V X uJT(7)
式4)化为：
F=F d H(a H sin!)2—F”X cos!(8)
式（6）—式（8）中，a为潮流速度与波浪振幅的比;F d为礁体拖拽力，N；F”为礁体附加质量力，N。
式（8）为鱼礁在海水中作用力的通用公式,F 受波向角!的影响而变化。F取最大值，要求dF/d!=0,d z F/d!<0。
1.2.2鱼礁的抗滑移安全性校核
鱼礁投放后，为了防止滑动现象的发生，要求波流的作用力应小于礁体所受的最大摩擦力，即要求抗滑移系数必须大于1。抗滑移系数公式参照以下公式：
S f=V!—p）g X%/F mai>1⑷
抗氧化植物素
式中：V为礁体体积,m3+为礁体材料的单位体积重量，kg；p为海水密度，kg/m3；g为重力加速度，9.8m/s2；%为礁体与海底的静摩擦系数，取为0.5[5]；F mai为最大流体作用力，N。当S f大于1时，发。
123安校
礁体投放后，在波浪的作用下，除有滑移的可能外，还有倾覆的风险。为使礁体在波流作用下不翻滚，这就要求礁体的重力和浮力的合力矩M，大于波流最大作用力矩M26。只有在抗倾覆系数S>1的情况下，即M1与胚比值大于1时，礁体才可保证安全，不发生倾覆现象。抗倾覆系数S计算公式如下：
S=M1/M2=e（1—p/8）lw/（F maa X h o）$ 1⑺
式中：e为礁体重量，kg；p为海水密度，kg/m3；&为礁体材料密度，kg/m3;F m…为礁体所受最大水流作用力,1;I e为翻倒的回转中心到重心的水平距离，m；>0为流体作用力的高度，m。
1.3不同礁体的集鱼效果
由于礁区内无法进行拖网，因此游泳动物定性调查采用地笼网与流刺网相结合的调查方式进行。生物密度调查以流刺网渔获量按每小时每公顷流刺网面积计算。流刺网为三重流刺网。每片网长度为30m，网高1m，下网条数为5条；地笼网每组长7m，共10组。 2结果
2.1鱼礁的稳定性
祥云湾海洋牧场海域实际水文特征为：平均水深8m，平均流速为0.26m/s，根据大潮实测确定海水最大波向角!为252。。经计算可知，波长@为22.15m，波浪周期T为2.5s。不同类型和不同规格礁体的振幅"”、迎流面积A以及a、F d、F”、F maa均有所差异。不同礁体稳定性参数见表1。
表1不同礁体稳定性参数
礁型
编号
u”/
m•s1
A/m2Fd/N F m/N
A1—007 2.66—3947.39—931.45
A2—007 2.91—394808—931.45
A a—007 2.94—394815—931.45
a4—007 2.94—394816—931.45 'i—0121500—217137701834359 b2—0283150—093157437—8278751 C1—0082600—3389323—426152根据上述参数可计算F maa和抗滑移系数S f，不同礁体抗滑移参数见表2。
表2
编w/kg%F maa/N S f
A1170005807993277
A2170005815.5932.46
A3175005816.363243
a4175005816.473243
B i170000514638823958
b2500000564725.5517.31
C120000054036781522
红枣去核机6
由表2可知，几种礁体的抗滑移系数都高于1，均可防止礁体的滑移，不会出现滑动现象$
2.2鱼礁的抗倾覆安全性校核
根据王素琴、吴子岳和钟术求等的研究表明, E为礁体底面边长的一半，屁约为礁体高度的一半）49*$由此可计算出不同礁体抗倾覆系数，具体参数及计算结果见表3$
表3不同礁体抗倾覆参数
礁型
编号
w/kg F maa/N4w/m>0/m S
A11700807.99090085109
A21700815.59090085108
lc谐振
A31750816.36090085111
a41750816.47090085111 B1170001463882300 1.50153
B25000064725.55300 1.50102
C120000403678650100180表3可知，的数都高于1，可的，出现现$
2.3不同礁体的集鱼效果
231
在A1附近海域调查到各种生物共18种，其中鱼类7种，占总种类数的3&89%，分别是大滋六线鱼、许氏平鲫、矛尾嘏虎鱼、斑尾嘏虎鱼、方氏云鯛、焦氏舌錫和半滑舌錫；虾类3种，占总种类数的16.67%，分别是葛氏长臂虾、日本鼓虾及鲜明鼓虾；虾黠类1种，即口虾黠，占总种类数的5.56%；蟹类3种，占总种类数的16.67%，分别是日本竭、三疣梭子蟹、日本拟平家蟹；螺类2种，占总种类数的1111%，为扁玉螺、脉红螺；头足类2种，为长蜡和短蜡，占比与螺类相同$
在A z附近海域调查到各种生物共25种，其中类9，分为许氏、线、氏舌錫、矛尾嘏虎鱼、斑尾嘏虎鱼、方氏云鯛、斑籐、皮氏叫姑鱼、鲂鱼，占总种类数的36.00%；虾类5种，分别为日本鼓虾、鲜明鼓虾、葛氏长臂虾、鹰爪虾、红条鞭腕虾，占总种类数的20.00%；虾黠类1种，为口虾黠，占总种类数的4.00%；蟹类5种，分别为日本竭、三疣梭子蟹、日本拟平家蟹、颗粒拟关公蟹、隆线强蟹，占总种类数的20.00%；螺类2，为螺、螺，总类数的800%；头足类3种，为长蜡、短蜡和日本乌贼，占总种类数的12.00%$
在A3附海域共调查出22，其中鱼类10种，分别为斑籐、半滑舌錫、焦氏舌錫、许氏、线、方氏、尾虾、
尾嘏虎鱼、褐牙解、鲂鱼，占总种类数的45.45%；虾类5种，有红条鞭腕虾、葛氏长臂虾、日本鼓虾、鲜明鼓虾、鹰爪虾，占总种类数的22.73%；虾黠类1种，为口虾黠，占总种类数的4.55%；蟹类3种，为日本矽寻、颗粒拟关公蟹、隆线强蟹，占总种类数的13.64%；螺类1种，为脉红螺，占总种类数的4.55%；头足类2种，为长蜡和短蜡，占总种类类数的9.09%$
在A4附海域共调查出19，其中类7，分为、、氏、许氏平鲫、大滋六线鱼、矛尾虾虎鱼、斑尾嘏虎鱼，占总种类数的36.84%；虾类4种，有红条鞭腕虾、氏虾、日本虾、明虾，总类数的21.05%；虾黠类1种，即口虾黠，占总种类数的5.26%；蟹类4种，为日本矽寻、颗粒拟关公蟹、隆线强蟹和红线黎明蟹，占总种类数的21.05%；螺类种类数最少，只有1种，为脉红螺，占总种类数的5.26%；头足类2种，即长蜡和短蜡，占总种类数的10.53%$
四种不同规格的钢筋混凝土构件礁诱集生物种类数量略有差异，表现为A z>A3>码、入，诱集种类及数量见表4$
表4不同钢筋混凝土构件礁集鱼种类数量
编鱼类/种虾类/种虾/类/螺类/种类/合计/种A173132218
A295152325
A3105131222
a474141219
7
在A 1附近海域调查显示，流刺网平均渔获 量为3. 151 kg ・hm -2・h -1，其中鱼类1. 23 kg ・
hm -2 ・ h -1，虾类 3. 02 kg ・ hm -2 ・ h -1，口 虾姑
0. 85 kg ・ hm -2 ・ h -1，蟹类 0. 59 kg ・ hm -2 ・ h -1，螺类 0. 041 kg • hm -2 • h -1，头足类 0. 12 kg
・hm -2・h -1 $地笼网平均渔获量为0. 305 kg i
m -2・d -1，其中鱼类0. 11 kg ・m -2・d -1，虾类
0. 04 kg . m -2 . d -1 , 口 虾姑 0. 09 kg ■ m -2 ■ d -1，蟹类 0. 031 kg ・ m -2 ・ d -1，螺类 0. 023 kg ・ m -2 ・ d -1，头足类 0. 011 kg ・ m -2 ・ d -1 $
在A2附 海域调查 ，流刺网平均渔获 量为4. 017 kg ・hm -2 • h -1，其中鱼类1. 21 kg ・
hm -2 • h -1，虾类 0. 55 kg ・ hm -2 ・ h -1，口 虾姑
1. 01 kg ・ hm -2 ・ h -1，蟹类 0. 94 kg ・ hm -2 ・ h -1，螺类 0. 083 kg i hm -2 i h -1，头足类 0. 224
kg ・hm -2・h -1 $地笼网平均渔获量为0. 631 kg
・m -2・d -1，其中鱼类0. 14 kg ・m -2・d -1，虾
类 0. 04 kg ・ m -2 ・ d -1 , 口 虾姑 0. 10 kg ・ m -2 ・
d -1，蟹类 0. 053 kg ・ m -2 ・ d -1，螺类 0. 071 kg ・ m -2 ・ d -1，头足类 0. 17 kg ・ m -2 ・ d -1$
在A s 附 海域调查 ，流刺网平均渔获
量为2. 665 kg ・hm -2 • h -1，其中鱼类1. 41 kg ・
hm -2 • h -1，虾类 0. 19 kg ・ hm -2 ・ h -1，口 虾姑 0. 52 kg ・ hm -2 ・ h -1，蟹类 0. 39 kg ・ hm -2 ・
h -1，螺类 0. 10 kg i hm -2 i h -1，头足类 0. 035 kg
・hm -2・h -1 $地笼网平均渔获量为0. 176 kg ・
m -2・d -1，其中鱼类0. 032 kg ・m -2・d -1，虾类
0. 008 kg ・ m -2 ・ d -1 , 口 虾姑 0. 008 kg ・ m -2 ・ d -1，蟹类 0. 085 kg ・ m -2 ・ d -1，螺类 0. 040 kg ・
m -2 ・ d -1，头足类 0. 003 kg ・ m -2 ・ d -1 $
在A 4附海域调查 ，流刺网平均渔获 量为2. 94 kg ・hm -2 • h -1，其中鱼类0. 51 kg ・
hm -2 • h -1，虾类 0. 37 kg ・ hm -2 ・ h -1，口 虾姑 0. 56 kg ・ hm -2 ・ h -1，蟹类 0. 71 kg ・ hm -2 ・
h -1，螺类 0. 44 kg ・ hm -2 ・ h -1，头足类 0. 35 kg
・hm -2・h -1 $地笼网平均渔获量为0. 378 kg i
m -2・d -1，其中鱼类0. 14 kg ・m -2・d -1，虾类
0. 035 kg ・ m -2 ・ d -1 , 口 虾姑 0. 044 kg ・ m -2 ・ d -1，蟹类 0. 15 kg ・ m -2 ・ d -1，螺类 0. 007 kg ・
m -2 ・ d -1，头足类 0. 002 kg ・ m -2 ・ d -1 $
刺网和地笼网集鱼情况见图4$
A 4
＜流刺网
5地笼网
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
渔获量 /kg • hm -2 • h _1
图4
232
在b 礁体附近共调查出各种生物20种，其 中鱼类7种：许氏 # 线鱼、矛尾虾 .、尾
、焦氏
、皮氏
、卢鱼，占总种类数的35% ；虾类4种：葛氏 虾、日本鼓虾、
明鼓虾、
虾，占总种类数的20% ；虾站类
1种：口虾站，占总种类数的5% ；蟹类4种：日本
、 、颗粒拟关 、隆线强蟹，占总种类数
的20% ；螺类1种：脉红螺，占总种类数的5% ；头
类2种（ ，占总种类数的10% ；棘皮动物1种：罗氏海
，
占总种类数的5% $
在B 2 附近共调查出 14种，其
刺网和地笼网集鱼情况
中 类5 ： 许氏 、 线 、 尾虾 、尾 、 ，占总种类数的35. 71% ；
虾类3
： 氏
虾、 日本 虾、 明 虾， 总
类数的21.43% ；虾站类1种：口虾站，占总种
类数的7. 14% ；蟹类2种：日本鳍、日本 匚家，占总种类数的14. 29% +累类1种：脉红螺，占 总种类数的7.14% ；头足类2种，即总种类数的14.29% $在 C 1 附 共调 查 出
16 %其
中鱼类6种：许氏 、大滋六线鱼、方氏 、矛水过滤芯
尾虾 、 尾
、 氏 ， 总 类 数 的
37.50% ；虾类3种：葛氏 虾、日本鼓虾、鲜明
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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