在我国“十三五”期间,随着“海上丝绸之路”、“蓝色粮仓”、“全国科技兴海规划”等一系列国家战略的相继出台,发展海水养殖装备,加快海水养殖产业的转型升级已成为越来越重要的任务。围栏养殖是一种新兴的海水生态养殖模式,与传统的网箱养殖相比,具有有效养殖水体大、养殖品质更近自然和养殖污染小等优势,是未来海洋养殖的重要发展趋势。围栏养殖设施的水动力响应、流场和波浪场特性对围栏的选材、设计以及养殖物的生长具有重要的意义。因此,本文结合物理模型试验和数值模拟方法,对围栏养殖设施的水动力特性展开研究。首先,本文基于变尺度的网衣重力相似准则对浮绳式围栏和桩网式围栏的物理模型试验进行设计。试验中利用测力计采集浮绳式围栏锚绳张力,利用CCD高速相机采集网衣运动,分析浮绳式围栏在水流和波浪作用下的水动力特性;利用受力传感器采集桩网式围栏管桩受到的水流力和波浪力,利用声学多普勒流速仪（ADV）采集结构附近监测点的流速变化,研究桩网式围栏的受力特性和流场分布,从而为下文数值模型的验证提供了依据。其次,基于集中质量点方法建立了浮绳式围栏水动力数值计算模型,并利用物理模型试验结果验证了该数值模型的准确性。利用该数值模型分析比较了矩形和圆形浮绳式围栏在水流、波浪和波流联合作用下的锚绳张力分布、网衣张力、运动幅度和体积变化率的变化情况。研究发现,矩形浮绳式围栏四角处的锚绳承担了大部分的荷载,最大锚绳张力出现在迎流侧拐角处的锚绳上;圆形浮绳式围栏的锚绳张力分布相较于矩形浮绳式围栏更加均匀;除水平运动幅度外,矩形浮绳式围栏的锚绳张力、垂直运动幅度、网衣张力和体积变化率均大于相同条件下的圆形浮绳式围栏。利用浮绳式围栏数值计算结果,基于支持向量机回归拟合方法（SVR）建立了浮绳式围栏水动力特性的快速预测模型,探讨了数据归一化、核函数、参数优化方法等对预测结果的影响。研究发现,利用ε-SVR模型、RBF核函数、交叉验证参数优化方法对浮绳式围栏水动力特性进行预测取得了较好的效果,并且在训练样本较小的条件下,SVR相比人工神经网络方法（ANN）在预测精度上具有明显的优势。最后,本文建立了桩网式围栏在水流和波浪作用下的三维单向流固耦合模型。在本文所研究的流速和波浪要素条件下,桩网式围栏的变形对流场的影响较小,因此采用不考虑结构变形对周围流场影响的单向流固耦合模型是相对合理的。将流场计算得到的结构表面压强通过最邻近点插值方法转化为结构单元上的节点荷载,然后采用大变形非线性有限元模型求解结构的动力学问题,得到结构的受力和变形结果。通过物理模型试验验证了该数值模型的准确性和适用性。利用该三维单向流固耦合模型,探讨了水流作用下布置形式、结构与水流夹角、双排桩网结构间距等因素对桩网结构上下游流速分布、尾流、尾涡以及结构受力与变形的影响,并分析了波浪作用下网衣和桩网排数对波面分布、流速分布以及结构受力与变形的影响。研究发现,网衣的存在使结构前流速减小,并加剧了结构下游流速的衰减程度,还使管桩受力和变形显著增大。网衣与管桩连接处出现了最大的轴向应力,最容易发生拉伸破坏,因此在实践中需对该处的网衣进行加固。