基于水交换指标的深远海养殖网箱阵列布局水动力评估
Hydrodynamic assessment of offshore aquaculture cage array layouts based on water exchange indicators
本研究由中国海洋大学水产学院海洋渔业技术研究室完成。庞伟为本文第一作者，毕春伟教授为本文通讯作者。
创新点
本研究面向深远海养殖网箱集群化布设中存在的尾流叠加与局部水体更新不足问题，基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法建立了适用于大尺度网箱阵列模拟的等效多孔介质模型，并通过实验数据验证其对网箱群流速衰减的预测能力。研究揭示了网箱阵列布局参数对水交换能力的调控机制，发现错列间距是影响网箱群水体更新能力的关键因素。低流速条件下，网箱群累积阻流效应增强，过小的横向间距会加剧尾流叠加并扩大低流速区域，而合理的错列布局可有效缓解遮蔽效应，在水交换能力与空间利用之间实现平衡，为深远海养殖网箱群布局评估与工程布设提供了水动力学依据。
导读
随着海水养殖向深远海和大型化方向发展，多个网箱或网箱群常以集群方式布设。密集布设虽然有利于提高海域利用效率，但网衣对来流的阻挡作用会在下游逐渐累积，导致局部流速降低、尾流叠加增强，并可能影响网箱内外水体交换。水交换能力直接关系到溶解氧补充、残饵和代谢废物扩散，是深远海养殖工程布局评估中的重要水动力指标。
已有研究多关注单个网箱、局部网箱阵列或网衣水动力特性，而多个网箱群在场区尺度下的相互遮蔽效应及其对水交换能力的影响仍缺乏系统认识。针对这一问题，本研究将圆形重力式网箱等效为圆柱形多孔介质，通过等效阻力参数表征网衣的阻流作用，并结合已有多网箱实验数据对模型进行验证。
在此基础上，研究设置不同来流速度和多组网箱群布局方案，比较纵向间距、横向间距和错列间距对水交换指标的影响。结果发现，低流速条件下后排网箱群更容易形成低流速区域；顺列布置会加剧尾流重叠，使局部水交换能力下降；错列布置能够改变尾流作用路径，降低下游网箱群受到的直接遮蔽影响。过小的横向间距会增强尾流叠加，在选取工况内，纵向间距的影响相对较弱。
结论
本研究基于等效多孔介质CFD模型，对深远海圆形重力式养殖网箱阵列的水动力特征和水交换能力进行了评估。结果表明，低流速条件下网箱群累积阻流效应明显，顺列布置会增强尾流重叠并扩大局部滞留区域；合理的错列布局能够改善网箱群间流通条件，在水体交换能力和空间紧凑性之间取得较好的工程平衡。该研究可为深远海大规模养殖网箱群的布局评估、水动力环境优化和工程规划提供参考。
不同流速下网箱阵列群流场结果
期刊介绍
Ocean Engineering是Elsevier出版的海洋工程领域国际期刊（小类一区Top期刊），主要发表海洋工程、水动力学、海洋结构物、海洋可再生能源、海岸工程和水产养殖工程等方向的原创研究成果，是海洋工程领域具有重要影响力的国际期刊。
引用信息
Pang, W., Bi, C.-W., Wang, Z., Zhou, X.-W. Hydrodynamic assessment of offshore aquaculture cage array layouts based on water exchange indicators. Ocean Engineering, 2026, 364, 127031. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.127031
