基于晶格玻尔兹曼流体力学与悬浮颗粒通量优化的扇贝养殖网箱空间配置研究

针对扇贝悬挂式养殖网箱阻碍水流、影响食物分布的问题，研究人员通过建立晶格玻尔兹曼模型（Lattice Boltzmann Model），模拟不同流速下网箱周围流场与悬浮颗粒（seston）浓度分布，提出以颗粒通量恢复80%为纵向间距标准、横向通量扰动<5%为横向间距标准的优化方案，为养殖场空间规划提供科学依据，对提升产量与生态可持续性具有重要意义。

　　

扇贝悬挂式养殖是水产养殖的重要形式，但密集的网箱布局会阻碍水流，影响天然饵料（seston）的输送和溶解氧分布，进而制约扇贝生长与产量。当前养殖场规划多依赖经验，缺乏基于流体力学特性的科学配置方案。如何优化网箱间距以平衡生态承载力和经济效益，成为亟待解决的问题。为此，中国的研究团队通过高精度数值模拟，首次从单网箱尺度揭示了悬浮颗粒通量分布规律，为养殖场空间规划提供了量化依据。

研究采用晶格玻尔兹曼模型（Lattice Boltzmann Method, LBM）模拟三种流速（0.1 m/s、0.3 m/s、0.5 m/s）下网箱周围的流场特性，结合辽宁王家岛养殖区实测数据验证模型。通过分析不同截面（Z1-Z3）的流速比（u/u₀）、湍流动能及悬浮颗粒浓度分布，量化网箱对水动力环境的扰动范围。

速度与涡流分布
模拟显示网箱下游形成低速区与涡流，Z1截面（靠近网箱）扰动最强，流速恢复距离随背景流速增大而缩短。例如0.1 m/s时纵向扰动达8-10倍网箱直径，而0.5 m/s时缩短至4-5倍。

悬浮颗粒通量恢复
以通量恢复80%为阈值，纵向间距应随流速增加而减小：0.1 m/s需8-10 m，0.5 m/s仅需4-5 m。横向间距则需控制通量扰动<5%，与流速无关，建议0.8-1 m。

讨论与结论
研究首次将LBM应用于单网箱尺度，提出基于seston通量的配置标准，突破传统经验式布局。纵向间距的流速依赖性说明高流速区可适度密集布局，而横向间距的稳定性为标准化设计提供依据。该成果为养殖场改造规划提供普适方法，对提升资源利用率、减少生态压力具有重要实践价值，发表于《Aquaculture》。

研究团队（Gangqin Tu等）强调，未来需结合更多环境变量（如温度、盐度）优化模型，并扩展至多网箱交互作用模拟。该工作为水产养殖精细化管理和可持续发展提供了新思路。