金槍魚圍網(wǎng)網(wǎng)具水動(dòng)力特性及沉降性能研究.pdf

1、金槍魚圍網(wǎng)是圍捕類漁具中最為先進(jìn)的一種作業(yè)方式，其作業(yè)原理是利用中上層魚類的表層集群行為，采用圈捕的方式，通過收絞底綱完成包圍魚群，達(dá)到捕魚目的。這種圍捕的基本技術(shù)最初應(yīng)用于鮐魚、沙丁魚和鳀魚等小型魚種，后來擴(kuò)展到表層金槍魚漁業(yè)中。目前，金槍魚圍網(wǎng)的目標(biāo)魚種包括鰹魚Katsuwonus pelamis、黃鰭金槍魚Thunnus albacares等。
　　由于以前的捕撈技術(shù)是建立在漁業(yè)資源相對(duì)比較豐富、能源成本較低以及捕撈對(duì)環(huán)境影

2、響較小的基礎(chǔ)上，但隨著漁業(yè)資源不斷被開發(fā)利用，現(xiàn)在的漁具漁法更關(guān)注于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，以及能源成本的節(jié)約，從而引發(fā)了漁具設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變。圍網(wǎng)網(wǎng)具發(fā)展步入到了網(wǎng)具性能優(yōu)化的階段，這主要是漁業(yè)管理的驅(qū)動(dòng)，使人們不僅僅只關(guān)注高效的圍網(wǎng)網(wǎng)具，更多地去關(guān)注生態(tài)保護(hù)及節(jié)能的優(yōu)化網(wǎng)具。
　　圍網(wǎng)研究的主要內(nèi)容有網(wǎng)具沉降特性、水動(dòng)力特性及網(wǎng)具形態(tài)三方面，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)具性能的優(yōu)化適應(yīng)現(xiàn)如今的捕撈策略，本研究立足于圍網(wǎng)沉降特性和水動(dòng)力特性研究，對(duì)網(wǎng)具本身

3、屬性和捕撈參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期提高網(wǎng)具的作業(yè)性能。網(wǎng)具優(yōu)化的參數(shù)可包括：網(wǎng)具結(jié)構(gòu)、網(wǎng)具本身屬性、捕撈操作參數(shù)、放網(wǎng)模式等。但在網(wǎng)具性能優(yōu)化過程中，1）圍網(wǎng)網(wǎng)具的主要作業(yè)指標(biāo)及影響因素有哪些？2）不同材料的網(wǎng)片水動(dòng)力特性的變化規(guī)律？3）對(duì)于圍網(wǎng)和拖網(wǎng)漁具，在水中運(yùn)動(dòng)均與水流呈小沖角運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)具的水動(dòng)力特性如何表現(xiàn)？4）優(yōu)化參數(shù)對(duì)網(wǎng)具特性的影響效果評(píng)估？5）如何評(píng)價(jià)優(yōu)化網(wǎng)具的漁具性能？這些問題是造成我國(guó)金槍魚圍網(wǎng)網(wǎng)具性能優(yōu)化的方向不明確的一些主

4、要原因。
　　為此，本研究通過海上實(shí)測(cè)調(diào)查的結(jié)果，得到了網(wǎng)具的作業(yè)性能的影響因素，在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上開展新興材料的網(wǎng)具水動(dòng)力特性研究，了解不同材料和不同結(jié)節(jié)類型的網(wǎng)片水動(dòng)力特性，量化分析下綱配重、放網(wǎng)速度對(duì)網(wǎng)具性能的影響，以及不同材料的網(wǎng)具沉降特性的差異，最終提出我國(guó)金槍魚圍網(wǎng)的優(yōu)化方案，并通過動(dòng)水槽試驗(yàn)評(píng)估優(yōu)化后網(wǎng)具性能效果。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）漁船的放網(wǎng)速度及網(wǎng)具的沉降速度為決定捕撈成功與否的關(guān)鍵因素；魚群的運(yùn)動(dòng)速

5、度越快，捕撈的可能范圍將急劇下降。當(dāng)魚群移動(dòng)速度（下潛速度）超過1.5 m/s時(shí)，除非極具表層洄游性魚類之外，稍具有一定深度的魚群，則無捕獲的可能；投網(wǎng)位置的選擇不能忽視，投網(wǎng)位置與魚群中心的距離越近，易導(dǎo)致魚群的反應(yīng)，從而增加逃逸概率；網(wǎng)具規(guī)模較大時(shí)，必須配合操作條件及魚群的動(dòng)態(tài)性能的判斷作業(yè)，從而增加捕獲成功率。
　?。?）海洋環(huán)境和捕撈參數(shù)對(duì)圍網(wǎng)沉降特性影響：應(yīng)用廣義可加模型（GAMs）對(duì)88網(wǎng)次的海上實(shí)測(cè)自由魚群捕撈數(shù)據(jù)進(jìn)

6、行分析得到：120 m水層的海流速度是環(huán)境因素當(dāng)中對(duì)圍網(wǎng)沉降深度影響最大的因素；長(zhǎng)高比較小的圍網(wǎng)具有較好的沉降性能；長(zhǎng)高比、放網(wǎng)時(shí)間和括綱長(zhǎng)度對(duì)沉降深度影響顯著；而長(zhǎng)高比、放網(wǎng)時(shí)間、60 m水層流速、括綱長(zhǎng)度和跑綱長(zhǎng)度對(duì)沉降速度影響顯著；建立的沉降深度和沉降速度最佳模型可用于預(yù)測(cè)在不同漁法操作和環(huán)境條件下的網(wǎng)具沉降性能，這對(duì)于成功捕撈自由魚群是十分必要的。
　?。?）動(dòng)水槽試驗(yàn)結(jié)果顯示，無結(jié)節(jié)聚乙烯（PE）網(wǎng)片的水動(dòng)力系數(shù)與網(wǎng)目占

7、空率有關(guān)；當(dāng)網(wǎng)片平行于來流方向時(shí)，占空率與阻力系數(shù)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，而當(dāng)網(wǎng)片垂直于來流時(shí)兩者關(guān)系為正相關(guān)；網(wǎng)片傾斜于水流放置時(shí)，阻力系數(shù)隨著沖角的增加而增大，升力系數(shù)在沖角為50°（臨界沖角）時(shí)達(dá)到最大；當(dāng)沖角小于該臨界沖角時(shí)和大于臨界沖角時(shí)，阻力系數(shù)和占空率的關(guān)系正好相反，即在小沖角下升、阻力系數(shù)與占空率均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在大沖角時(shí)呈現(xiàn)完全相反的結(jié)果。通過非線性擬合得到了聚乙烯網(wǎng)片的水動(dòng)力系數(shù)公式：
　　CD90=5.568α0.

8、292 Re-0.125(500＜Re＜5300)
　　CD0=0.127α-0.534 Re-0.040(500＜Re＜5300)
　　CDθ=CD90sinθ+(CD0-1.775αsinθ)cos2θ
　　CLθ=0.251α-0.481CD90sinθcosθ
　?。?）對(duì)尼龍（PA）網(wǎng)片，雷諾數(shù)和占空率對(duì)其水動(dòng)力系數(shù)的影響較為顯著，隨著雷諾數(shù)的增大，阻力系數(shù)減小并逐漸趨于平穩(wěn)；占空率與平行阻力系數(shù)存在負(fù)

9、相關(guān)關(guān)系，而與法向阻力系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系；網(wǎng)片傾斜于水流時(shí)，升力系數(shù)在沖角為50°（臨界沖角）時(shí)達(dá)到最大；當(dāng)沖角小于該臨界沖角時(shí)和大于臨界沖角時(shí)，阻力系數(shù)和占空率的關(guān)系正好相反，即當(dāng)沖角趨于0°時(shí)占空率越小阻力系數(shù)越大，而當(dāng)沖角趨于90°占空率越大阻力系數(shù)越大；在相同條件下，有結(jié)網(wǎng)片的阻力系數(shù)是無結(jié)網(wǎng)片阻力系數(shù)的1.23~1.35倍；當(dāng)雷諾數(shù)低于2200，PE網(wǎng)片的阻力系數(shù)較PA網(wǎng)片大；但當(dāng)雷諾數(shù)大于2200，PA網(wǎng)片阻力系數(shù)反而小于PE

10、網(wǎng)片。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合了尼龍網(wǎng)片的水動(dòng)力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式：
　　CD90=1.691α0.114Re-0.011(400＜Re＜3600);CD90=19.371Rh-0.643+1.139
　　CD0-0.172α-0.407Re-0.031(500＜Re＜5500)
　　CDθ=CD90sinθ+(CD0-0.889αsinθ)cos2θ
　　CLθ=0.38α-0162CD90sinθcosθ
　?。?）

11、小沖角是圍網(wǎng)和拖網(wǎng)漁具在水中作業(yè)時(shí)較普遍的情況，通過自主設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了網(wǎng)片水動(dòng)力的小沖角試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)框架在0-20°范圍內(nèi)表現(xiàn)穩(wěn)定，即框架阻力低于總阻力的20％，滿足試驗(yàn)的基本要求；小沖角條件下，網(wǎng)片阻力系數(shù)與雷諾數(shù)、占空率和沖角有關(guān)；阻力系數(shù)隨著沖角的增大而增大，但與占空率和沖角呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；相同占空率的無結(jié)節(jié)尼龍網(wǎng)片的阻力系數(shù)約占有結(jié)節(jié)網(wǎng)片的77.9%。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出了小沖角條件下的網(wǎng)片阻力系數(shù)公式：CD=0.172α

12、-0.407Re-0.031(1+sinθ0.905)1.822上式可應(yīng)用在漁具（圍網(wǎng)、拖網(wǎng)等）與水流呈小沖角作業(yè)時(shí)，網(wǎng)具理論計(jì)算及數(shù)值模擬方面，同時(shí)也可利于此公式對(duì)圍網(wǎng)模型準(zhǔn)則進(jìn)行修正。
　?。?）聚乙烯、尼龍和滌綸3種網(wǎng)片的沉降性能動(dòng)水槽試驗(yàn)結(jié)果表明：網(wǎng)片的沉降深度隨著沉降時(shí)間的增加而增加，直至達(dá)到最大沉降深度；下綱配重的增加使網(wǎng)片的沉降特性有著顯著性的提高，其中聚乙烯網(wǎng)片的提升幅度最大，其次是尼龍和滌綸網(wǎng)片；占空率與網(wǎng)片的平

13、均沉降速度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；不同材料的網(wǎng)片沉降特性存在顯著性差異，滌綸網(wǎng)片的沉降特性最佳，依次是尼龍網(wǎng)片和聚乙烯網(wǎng)片；試驗(yàn)結(jié)果證明結(jié)節(jié)網(wǎng)片的沉降特性劣于無結(jié)網(wǎng)片。
　　（7）下綱配重和放網(wǎng)速度對(duì)沉降特性影響：利用天然水域中的金槍魚圍網(wǎng)模型網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果與海上實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，下綱重量的增加和放網(wǎng)速度的增大，有利于模型網(wǎng)的沉降性能提升；下綱配重是影響網(wǎng)具沉降性能最重要的因素；對(duì)比網(wǎng)具中部和取魚部的沉降速度，圍網(wǎng)翼端位置的沉降速度

14、最大；模型網(wǎng)的沉降速度達(dá)到實(shí)物網(wǎng)的97.2%左右，可近似認(rèn)為模型網(wǎng)的沉降速度能夠客觀反應(yīng)實(shí)物網(wǎng)的沉降速度。這表明了我們的模型試驗(yàn)可作為一種重要的補(bǔ)充方法去評(píng)估原型網(wǎng)的實(shí)測(cè)性能。
　?。?）在基礎(chǔ)試驗(yàn)的結(jié)果上，利用小沖角阻力系數(shù)公式對(duì)圍網(wǎng)模型網(wǎng)準(zhǔn)則進(jìn)行修正，然后制作模型網(wǎng)和設(shè)計(jì)模型網(wǎng)動(dòng)水槽試驗(yàn)。本研究采用兩種優(yōu)化的模型網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)水槽試驗(yàn)：模型網(wǎng)主網(wǎng)衣部位的網(wǎng)目由原來的25 mm更換為30 mm；模型網(wǎng)主網(wǎng)衣1/3部位（靠近下緣網(wǎng)附近）

15、網(wǎng)衣由30 mm更換為45 mm。通過試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1)側(cè)流放網(wǎng)是較為理想的放網(wǎng)模式，相比于其它放網(wǎng)模式可使優(yōu)化網(wǎng)具在沉降特性、包圍面積方面有著顯著的提高；2)從括綱張力角度來說，順流放網(wǎng)為較佳放網(wǎng)模型，因其產(chǎn)生較小的括綱張力。取魚部的張力較網(wǎng)翼部的張力大，兩個(gè)部位的張力均在絞綱完成時(shí)達(dá)到最大；3)網(wǎng)目增大使網(wǎng)具沉降性能提升和括綱絞收時(shí)間減小。對(duì)下緣網(wǎng)附近的網(wǎng)目進(jìn)一步增大，使網(wǎng)具阻力減小9.26%；4)順流放網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)船移動(dòng)距離和漂移距離