海上养殖区浮动消波系统的数值模拟研究

成小飞^1*  何伟²  施华郎¹

福建省由于海岸曲折，形成了许多深入内港的港湾，为建港和航行提供了很好的掩蔽条件。随着海峡西岸经济区建设跨跃式发展，我省大港口、大通道、大物流建设突飞猛进，各大海湾内现有的海水养殖已经对正常的航行安全构成威胁，而新的港口建设项目更与当地的海水养殖业发展发生矛盾，已经引起各级政府的高度关注。福建省连江县、乡两级领导，通过调查研究，从实际情况出发，充分听取了当地渔民的意见，决心依靠科技进步，为海上养殖业开拓新的生存与发展空间。自2010年8月起，在国家海洋局拨款2839万元的支持下，福建省交通科学技术研究所经模型试验、中间试验和扩大中间试验后，决定在连江县筱程镇定海村东面海域开发建设浮动消波系统，初步形成一定范围的人工遮蔽水域，为海上养殖业提供相对安全、生态环境良好的生产环境。通过实践经验的积累和示范效应，为合理开发蓝色国土，有效利用海洋资源，发展海洋经济，建设深海大港口创造条件。2011年8月福建省科学技术厅以闽科计[2011]45号、闽财指[2011]939号文批准“海上养殖区浮动消波系统”作为农业科技重点项目立项。福建省人民政府以闽政文[2012]22号文将本项目列为（2011~2015年）区域突出海洋环境问题整治目标项目贯彻落实。

浮动消波系统是综合应用海洋工程、船舶工程和水产养殖学的理论研究成果和相关专业技术，从我省的实际情况出发，经深层次研发所取得的成果。该系统由其主体结构——标准模块（如图）分散组合而成，为海上养殖区形成一定范围的遮蔽水域。标准模块采用新型的双箱_T型块复合结构，其中双箱主要靠反射波能来消波，它由两座全封闭的单体浮箱通过首尾封板、中隔板、强横梁与底横梁连成一体，两浮箱中间底部增加两个内翼，T型块作为阻尼结构，搭在两个内翼上固定，能削减潜浪，这种复合结构可较大降低长波的透过率，并通过锚泊定位。##end##

本文基于线性时域理论，建立波浪对浮动消波系统作用的时域内的积分方程，应用边界元方法求解，锚链受力的计算采用静态方法，再应用牛顿第二定律建立浮动消波系统的时域运动方程，采用四阶Runge-Kutta方法求解，建立数值模型。研究不同波况下浮动消波系统的消浪效果、结构运动响应和锚链受力等水动力特征，为海上养殖区浮动消波系统在实际工程中的应用提供理论支撑和技术指导，具有重要的科学意义。