金槍魚圍網(wǎng)網(wǎng)具水動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，達到捕魚目的。這種圍捕的基本技術(shù)最初應用于鮐魚、沙丁魚和鳀魚等小型魚種，后來擴展到表層金槍魚漁業(yè)中。目前，金槍魚圍網(wǎng)的目標魚種包括鰹魚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)資源相對比較豐富、能源成本較低以及捕撈對環(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，以及能源成本的節(jié)約，從而引發(fā)了漁具設(shè)計理念的轉(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，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、水動力特性及網(wǎng)具形態(tài)三方面，為了實現(xiàn)網(wǎng)具性能的優(yōu)化適應現(xiàn)如今的捕撈策略，本研究立足于圍網(wǎng)沉降特性和水動力特性研究，對網(wǎng)具本身

3、屬性和捕撈參數(shù)進行優(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)指標及影響因素有哪些？2）不同材料的網(wǎng)片水動力特性的變化規(guī)律？3）對于圍網(wǎng)和拖網(wǎng)漁具，在水中運動均與水流呈小沖角運動，網(wǎng)具的水動力特性如何表現(xiàn)？4）優(yōu)化參數(shù)對網(wǎng)具特性的影響效果評估？5）如何評價優(yōu)化網(wǎng)具的漁具性能？這些問題是造成我國金槍魚圍網(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，本研究通過海上實測調(diào)查的結(jié)果，得到了網(wǎng)具的作業(yè)性能的影響因素，在實測的基礎(chǔ)上開展新興材料的網(wǎng)具水動力特性研究，了解不同材料和不同結(jié)節(jié)類型的網(wǎng)片水動力特性，量化分析下綱配重、放網(wǎng)速度對網(wǎng)具性能的影響，以及不同材料的網(wǎng)具沉降特性的差異，最終提出我國金槍魚圍網(wǎng)的優(yōu)化方案，并通過動水槽試驗評估優(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；魚群的運動速

5、度越快，捕撈的可能范圍將急劇下降。當魚群移動速度（下潛速度）超過1.5 m/s時，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，易導致魚群的反應，從而增加逃逸概率；網(wǎng)具規(guī)模較大時，必須配合操作條件及魚群的動態(tài)性能的判斷作業(yè)，從而增加捕獲成功率。
　　（2）海洋環(huán)境和捕撈參數(shù)對圍網(wǎng)沉降特性影響：應用廣義可加模型（GAMs）對88網(wǎng)次的海上實測自由魚群捕撈數(shù)據(jù)進

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

7、空率有關(guān)；當網(wǎng)片平行于來流方向時，占空率與阻力系數(shù)存在負相關(guān)關(guān)系，而當網(wǎng)片垂直于來流時兩者關(guān)系為正相關(guān)；網(wǎng)片傾斜于水流放置時，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）時達到最大；當沖角小于該臨界沖角時和大于臨界沖角時，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)與占空率均呈負相關(guān)關(guān)系，而在大沖角時呈現(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
　?。?）對尼龍（PA）網(wǎng)片，雷諾數(shù)和占空率對其水動力系數(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

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，升力系數(shù)在沖角為50°（臨界沖角）時達到最大；當沖角小于該臨界沖角時和大于臨界沖角時，阻力系數(shù)和占空率的關(guān)系正好相反，即當沖角趨于0°時占空率越小阻力系數(shù)越大，而當沖角趨于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)試驗結(jié)果擬合了尼龍網(wǎng)片的水動力系數(shù)經(jīng)驗公式：
　　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
　　（5）

11、小沖角是圍網(wǎng)和拖網(wǎng)漁具在水中作業(yè)時較普遍的情況，通過自主設(shè)計的試驗裝置，進行了網(wǎng)片水動力的小沖角試驗。發(fā)現(xiàn)試驗框架在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)試驗結(jié)果推導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上式可應用在漁具（圍網(wǎng)、拖網(wǎng)等）與水流呈小沖角作業(yè)時，網(wǎng)具理論計算及數(shù)值模擬方面，同時也可利于此公式對圍網(wǎng)模型準則進行修正。
　　（6）聚乙烯、尼龍和滌綸3種網(wǎng)片的沉降性能動水槽試驗結(jié)果表明：網(wǎng)片的沉降深度隨著沉降時間的增加而增加，直至達到最大沉降深度；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。
　?。?）下綱配重和放網(wǎng)速度對沉降特性影響：利用天然水域中的金槍魚圍網(wǎng)模型網(wǎng)試驗結(jié)果與海上實測結(jié)果進行了對比。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)的沉降速度達到實物網(wǎng)的97.2%左右，可近似認為模型網(wǎng)的沉降速度能夠客觀反應實物網(wǎng)的沉降速度。這表明了我們的模型試驗可作為一種重要的補充方法去評估原型網(wǎng)的實測性能。
　　（8）在基礎(chǔ)試驗的結(jié)果上，利用小沖角阻力系數(shù)公式對圍網(wǎng)模型網(wǎng)準則進行修正，然后制作模型網(wǎng)和設(shè)計模型網(wǎng)動水槽試驗。本研究采用兩種優(yōu)化的模型網(wǎng)進行動水槽試驗：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，兩個部位的張力均在絞綱完成時達到最大；3)網(wǎng)目增大使網(wǎng)具沉降性能提升和括綱絞收時間減小。對下緣網(wǎng)附近的網(wǎng)目進一步增大，使網(wǎng)具阻力減小9.26%；4)順流放網(wǎng)時，網(wǎng)船移動距離和漂移距離