節(jié)能型拖網(wǎng)漁具作業(yè)性能研究

吳　勇，臧迎亮，樂國(guó)義，朱識(shí)科

（1.舟山市樂達(dá)特種漁具有限公司，浙江舟山　316021；2.浙江海洋學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院，浙江舟山　316022；3.浙江省海洋漁業(yè)裝備技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山　316022）

節(jié)能型拖網(wǎng)漁具作業(yè)性能研究

吳勇1，2，臧迎亮2，3，樂國(guó)義1，朱識(shí)科1

（1.舟山市樂達(dá)特種漁具有限公司，浙江舟山316021；2.浙江海洋學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院，浙江舟山316022；3.浙江省海洋漁業(yè)裝備技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山316022）

摘要：拖網(wǎng)漁業(yè)作為東海區(qū)主要的捕撈作業(yè)方式，對(duì)浙江目前大多數(shù)拖網(wǎng)漁船正在使用的大網(wǎng)目單船底拖網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)具優(yōu)化試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了調(diào)整長(zhǎng)周比、上下綱長(zhǎng)度比、網(wǎng)身全長(zhǎng)比的三因子正交試驗(yàn)，選出較好的配合型式（驗(yàn)證網(wǎng)）進(jìn)行水槽對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，在其它條件不變的前提下，在2.5～3.5 kn拖速下，驗(yàn)證網(wǎng)的能耗系數(shù)相對(duì)最小、掃海面積最大、網(wǎng)口垂直擴(kuò)張高度優(yōu)勢(shì)明顯。采用高強(qiáng)度聚乙烯網(wǎng)線的拖網(wǎng)和普通聚乙烯網(wǎng)線的拖網(wǎng)相比較，網(wǎng)線材料方面可以節(jié)約34%左右，產(chǎn)值方面提高35%左右，從投入產(chǎn)出來看，節(jié)能效果明顯。

關(guān)鍵詞：節(jié)能型拖網(wǎng)；水動(dòng)力；漁具性能

拖網(wǎng)漁業(yè)作為東海區(qū)主要的海洋捕撈方式，面臨著漁業(yè)資源逐漸惡化、漁具對(duì)資源殺傷力日益難以控制、燃油價(jià)格連續(xù)高漲、漁獲質(zhì)量每況愈下以及漁業(yè)從業(yè)人員逐步老齡化等諸多問題［1］。為了能在海洋捕撈中繼續(xù)發(fā)揮重要作用并能提供穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品，促進(jìn)拖網(wǎng)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，迫切需要進(jìn)行漁具漁法和漁業(yè)裝備技術(shù)改革與開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)拖網(wǎng)捕撈生產(chǎn)的全面、健康和可持續(xù)發(fā)展。

高性能拖網(wǎng)一般是指該拖網(wǎng)具有較高的水動(dòng)力性能以及對(duì)海洋環(huán)境、底質(zhì)和捕撈對(duì)象的適應(yīng)性。換句話說，高性能拖網(wǎng)應(yīng)具有較低的拖網(wǎng)阻力和較大的網(wǎng)口掃海面積。而降低漁具的阻力一般可通過網(wǎng)目大型化以及漁具材料性能的提高（達(dá)到減細(xì)網(wǎng)線粗度的目的）等方式來實(shí)現(xiàn)［2］。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1母型網(wǎng)

母型網(wǎng)為浙江較為典型的規(guī)格為1 296 m×181.11 m（159.6 m）的大網(wǎng)目單船底拖網(wǎng)，網(wǎng)口圓周目數(shù)為72目，網(wǎng)口網(wǎng)目尺寸為18 m，周長(zhǎng)為1 296 m，網(wǎng)具總長(zhǎng)度為181.11 m，上下綱長(zhǎng)度分別為159.6 m和160.8 m。

1.1.2試驗(yàn)?zāi)Ｐ途W(wǎng)

模型網(wǎng)根據(jù)《拖網(wǎng)模型水池試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中漁具模型試驗(yàn)準(zhǔn)則進(jìn)行換算［3］。由于大網(wǎng)目拖網(wǎng)網(wǎng)口目數(shù)少，網(wǎng)目尺寸大，因此模型網(wǎng)的網(wǎng)口目數(shù)在設(shè)計(jì)中與母型網(wǎng)保持一致，依據(jù)母型網(wǎng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)（L/C、S1/ S2、Lb/L等）進(jìn)行模型網(wǎng)具設(shè)計(jì)制作及調(diào)整［4］，模型網(wǎng)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1，模型網(wǎng)參數(shù)配合見表2，模型網(wǎng)規(guī)格參數(shù)見表3。模型網(wǎng)大尺度比λ=35，小尺度比λ′=9。

表1　主要結(jié)構(gòu)參數(shù)值Tab.1　The main structural parameters

表2　模型網(wǎng)參數(shù)配合表Tab.2　The parameters with table of model net

1.2試驗(yàn)水槽和儀器

拖網(wǎng)模型試驗(yàn)地點(diǎn)：上海東海水產(chǎn)研究所拖網(wǎng)模型試驗(yàn)水槽進(jìn)行；模型試驗(yàn)水槽主尺度：90 m（長(zhǎng)）×6 m（寬）×3 m（深）；測(cè)速儀：光電測(cè)速儀，精度±0.01%；拖車速度范圍：0.1～4.0 m/s，相對(duì)精度P≤1%；測(cè)力傳感器：量程200 N，非線性誤差0.04%F.S.C；網(wǎng)位儀：FE—6300型網(wǎng)位測(cè)深儀（日本制造），其距離分辨率為30 mm。

1.3試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)選擇長(zhǎng)周比、上下綱長(zhǎng)度比、網(wǎng)身全長(zhǎng)比三種因素進(jìn)行研究，考察三種因素對(duì)漁具性能的影響程度，通過正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化三種因素配合型式，提高漁具的水動(dòng)力性能。試驗(yàn)分兩個(gè)階段，第一階段試驗(yàn)研究三種因素對(duì)漁具的影響關(guān)系，第二階段試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化網(wǎng)具的水動(dòng)力性能。

表3　模型網(wǎng)的主要規(guī)格參數(shù)Tab.3　The main specification parameters of model net

2結(jié)果與分析

2.1正交試驗(yàn)結(jié)果

表4為正交試驗(yàn)結(jié)果分析。從中我們可以看出，第一階段試驗(yàn)中，5號(hào)網(wǎng)具有較好的網(wǎng)口垂直擴(kuò)張和較低的能耗系數(shù)，綜合分析具有較優(yōu)異的水動(dòng)力性能。從極差的大小來看，上下綱長(zhǎng)度比對(duì)于網(wǎng)具的水動(dòng)力性能影響較大，其次為長(zhǎng)周比，最后為網(wǎng)身全長(zhǎng)比。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，比較好的配合型式可能是A2B3C1。

表4　正交試驗(yàn)表及試驗(yàn)指標(biāo)分析Tab.4　Orthogonal test table and test index analysis

2.2優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證這一型式，根據(jù)較好的配合型式，設(shè)計(jì)制作優(yōu)化拖網(wǎng)，進(jìn)行模型試驗(yàn)，試驗(yàn)編號(hào)10。能耗系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果比較如圖1，網(wǎng)口掃海面積比較如圖2，網(wǎng)具阻力比較如圖3，網(wǎng)口垂直擴(kuò)張比較如圖4。

拖網(wǎng)濾過單位水體所消耗的功力為能耗系數(shù)。能耗系數(shù)是漁具水動(dòng)力性能的重要指標(biāo)，能耗系數(shù)越小說明其網(wǎng)具綜合性能越好。從圖1中可以看出驗(yàn)證網(wǎng)的能耗系數(shù)相對(duì)最小，表明其漁具綜合水動(dòng)力性能比較優(yōu)越。

一般來說，假設(shè)魚群在海中的分布是均衡的，掃海面積越大，意味著漁具性能越好。從圖2可以看出，驗(yàn)證網(wǎng)的掃海面積最大。其次為九號(hào)網(wǎng)和六號(hào)網(wǎng)。

圖4所示為網(wǎng)口高度隨拖速的變化，由圖中可以看出，驗(yàn)證網(wǎng)（實(shí)驗(yàn)號(hào)為10）網(wǎng)口高度優(yōu)勢(shì)較大，九號(hào)網(wǎng)次之。對(duì)于捕撈近底層魚類，網(wǎng)口垂直擴(kuò)張大，有利于提高漁獲效率。但是對(duì)于貼地魚類，網(wǎng)口垂直擴(kuò)張大并不意味著能提高產(chǎn)量，需要根據(jù)捕撈對(duì)象綜合分析考慮，合理確定網(wǎng)口高度。

圖1　10種拖網(wǎng)不同速度條件下的能耗系數(shù)比較Fig.1　Coefficient of energy consumption under 10 kinds of different speeds trawl compare conditions

圖2　10種拖網(wǎng)在不同速度條件下的網(wǎng)口掃海面積比較Fig.2　Sweeping the sea area under 10 kinds of different speeds trawl compare conditions

圖3　10種拖網(wǎng)在不同速度條件下的阻力比較Fig.3　Resistance under 10 kinds of different speeds trawl compare conditions

圖4　10種拖網(wǎng)在不同速度條件下的網(wǎng)口垂直擴(kuò)張比較Fig.4　Vertical expansion of the net mouth height under 10 kinds of different speeds trawl compare conditions

3節(jié)能漁具海上作業(yè)示范

拖網(wǎng)漁具的節(jié)能包含兩個(gè)方面，一方面拖網(wǎng)漁具制作材料的節(jié)約，另一方面拖網(wǎng)作業(yè)時(shí)能源消耗的減少。為此，我們首先采取不改變漁具的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，僅應(yīng)用高性能漁用網(wǎng)線新材料，比較網(wǎng)具制作材料消耗量［5，6］。并在此基礎(chǔ)上，使用優(yōu)化網(wǎng)具進(jìn)行節(jié)能效果海上對(duì)比試驗(yàn)。

3.1材料比較

選擇一頂試驗(yàn)網(wǎng)具828 m×226 m（117.9 m），分別應(yīng)用普通聚乙烯和高強(qiáng)度聚乙烯網(wǎng)線，根據(jù)同等強(qiáng)力原則，選擇網(wǎng)線，材料消耗見表5。從表中可看出，通過應(yīng)用高強(qiáng)度聚乙烯網(wǎng)線，在同等（或大于）強(qiáng)力的情況下，網(wǎng)線材料的消耗可以節(jié)約34%左右。由于大網(wǎng)目部分，雖然強(qiáng)力已經(jīng)達(dá)到同等水平，但考慮到磨損以及工藝的要求，網(wǎng)線粗度并不是單純與強(qiáng)力指標(biāo)對(duì)應(yīng)，通常選擇略粗一點(diǎn)的網(wǎng)線，因此，在表中反映出粗規(guī)格的網(wǎng)線節(jié)約率低于細(xì)規(guī)格網(wǎng)線。

3.2網(wǎng)具節(jié)能效果比較

為了獲取高強(qiáng)度聚乙烯材料制作的網(wǎng)具的實(shí)際節(jié)能效果，開展了海上比較試驗(yàn)。試驗(yàn)漁船與對(duì)比船基本數(shù)據(jù)見表6。

由于兩組試驗(yàn)船功率存在差異，因此單純比較數(shù)據(jù)的絕對(duì)值顯得偏頗，為了縮小產(chǎn)生的差異，同時(shí)比較噸油產(chǎn)量和產(chǎn)值。通過比較（表7），噸油產(chǎn)量試驗(yàn)船略低于對(duì)比船（約6%），但是噸油產(chǎn)值有明顯的提升（幅度約在35%）。綜合考慮來看，采用高強(qiáng)度聚乙烯網(wǎng)線制成的網(wǎng)具還是具有明顯的優(yōu)勢(shì)，從投入產(chǎn)出來看，節(jié)能效應(yīng)較為明顯。

4討論

通過正交試驗(yàn)和優(yōu)化試驗(yàn)來看，在2.5～3.5 kn拖速下，10種拖網(wǎng)都隨著拖速的增加，網(wǎng)具阻力逐漸增大、網(wǎng)口掃海面積逐漸減小、網(wǎng)口垂直擴(kuò)張高度逐漸降低。拖網(wǎng)漁具是一種需要依靠漁船動(dòng)力拖曳來進(jìn)行操作的過濾性漁具，不能單從網(wǎng)口掃海面積、網(wǎng)具阻力或者網(wǎng)口垂直擴(kuò)張來看其性能優(yōu)勢(shì)。能較好描述拖網(wǎng)捕撈效率的方法是用數(shù)值表達(dá)拖網(wǎng)濾過單位水體所消耗的能量。能耗系數(shù)就是表達(dá)其所消耗能量的物理量［7］，驗(yàn)證網(wǎng)的能耗系數(shù)相對(duì)最小。

隨著漁業(yè)節(jié)能減排工作的開展，漁具節(jié)能的課題也提上日程。用高強(qiáng)度聚乙烯網(wǎng)來代替普通聚乙烯網(wǎng)，網(wǎng)具的能耗系數(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，從模型試驗(yàn)結(jié)果來看，可明顯提高拖網(wǎng)漁具的性能。使用高強(qiáng)度繩網(wǎng)等節(jié)能型網(wǎng)具材料產(chǎn)品后，每頂網(wǎng)的繩網(wǎng)用量減少，同時(shí)由于繩索直徑、網(wǎng)線粗度明顯減小，網(wǎng)具在捕撈作業(yè)時(shí)的拖曳阻力或水阻力明顯下降，降低了單位漁獲的燃油消耗，在相同的燃油消耗下增加了產(chǎn)值，捕撈生產(chǎn)效率得到明顯提高。在拖網(wǎng)漁具、張網(wǎng)網(wǎng)具生產(chǎn)中使用節(jié)能型網(wǎng)具材料產(chǎn)品，不僅能減少網(wǎng)具材料消耗量，而且能明顯降低生產(chǎn)能耗、提高捕撈生產(chǎn)效率，可促進(jìn)拖網(wǎng)漁業(yè)等捕撈業(yè)向高效、節(jié)能和氣候友好型方向發(fā)展。

從發(fā)展的趨勢(shì)來看，研制高效低耗、有效保護(hù)資源、減少環(huán)境污染的新型漁具漁法、漁具材料是今后的發(fā)展方向，并推動(dòng)整個(gè)海洋捕撈產(chǎn)業(yè)向節(jié)能型、環(huán)保型和可持續(xù)方向發(fā)展。

表5　分別采用高強(qiáng)度與普通聚乙烯材料網(wǎng)具材料消耗比較（單位：kg）Tab.5　Using high strength and common polyethylene net material consumption comparison

表6　試驗(yàn)船與對(duì)比船基本情況Tab.6　Basic situation of test ship and contrast ship

表7　試驗(yàn)船與對(duì)比船海上生產(chǎn)節(jié)能試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.7　Comparison of energy saving test data for offshore production of test ship and contrast ship

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中圖分類號(hào)：S972.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào):1008-830X（2016）01-0052-05

收稿日期：2015-11-13 基金項(xiàng)目：浙江省海洋漁業(yè)裝備技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（MFET201411）；浙江省教育廳項(xiàng)目（Y201432061）；浙江海洋學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（xj201509）.

作者簡(jiǎn)介：吳勇（1988-），男，浙江建德人，碩士，研究方向：漁具材料，漁業(yè)裝備.E-mail:reger02@vip.qq.com 通訊作者：臧迎亮.E-mail:zyl303@126.com

Study on Working Performance of Energy-saving Trawl Fishing Gear

WU Yong1，2，ZANG Ying-liang2，3，LE Guo-yi1，et al
（1.Zhoushan Leda Special Fishing Tackle Co Ltd，Zhoushan316021；2.Fishery School of Zhejiang Ocean University，Zhoushan316022；3.Key Laboratory of Marine Fishery Equipment and Technology of Zhejiang，Zhanshan316022，China）

Abstract:Trawl fisheries as the main way of fishing in the East China Sea，An optimization analysis test was carried out，based on a trawl currently in use for the large single mesh bottom trawling，the length/ perimeter ratio，and headline length/leadline length ratio and net body/overall length ratio were chosen as factors in an orthogonal array test.Select a good cooperate type（verification net）to carry out a comparative test in the flume.With the dimensions and shapes of the trawls un-changed，the experimental results show that verification net's energy consumption coefficient is relatively the smallest，sweep the sea area is the largest，vertical expansion of the net mouth height advantage is obvious.Comparison of the high strength polyethylene net and the common polyethylene net，material aspects of the network cable can save about 34%，output increase by about 35%，from the point of input and output，energy saving effect is obvious.

Key words:energy-saving trawl；hydrodynamic force；performance of fishing gear