基于大涡模拟与被动示踪物模型的人工鱼礁数值研究

摘要

投放人工鱼礁是解决海洋生态环境问题的重要措施之一.通过使用并行大涡模拟模式(the parallelizeda large-eddy simulation model,PALM)及被动示踪物模型模块,研究了不同流速条件(0.1,0.2,0.4和0.6 m/s)下方型人工鱼礁对流场形态、营养盐的抬升作用、和湍流动能收支的影响.研究表明,鱼礁的存在使得其附近垂向速度增大,产生上升流.受到上升流的抬升作用,鱼礁底部的示踪物迅速进入海洋上层,之后遇到鱼礁后方的背涡流,示踪物的抬升受阻,高度逐渐降低.在上升流区域以及背涡流区域的共同影响下,示踪物抬升区域的最大高度与来流流速无关.不同上升流定义对应的上升流区域的高度与来流流速均不相关;上升流区域的最大速度、平均速度与来流流速都成线性增加的关系;然而随着来流流速的增大,不同上升流定义对应的上升流区域面积的变化趋势却完全不同.投放鱼礁后,鱼礁区域底部的混合增强,区域底部的能量被输运至上层.这说明,鱼礁的存在不仅对营养物质具有抬升作用,还能将能量向上输运.