基于海上实测和模型试验的南极磷虾中层拖网形态分析

作     者：陈明鑫 

作者单位：上海海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许柳雄

授予年度：2020年

学科分类：090802[农学-捕捞学] 0908[农学-水产] 09[农学] 

主      题：南极磷虾 中层拖网 网具形态 海洋环境 模型试验 

摘      要：南极磷虾属于甲壳浮游动物,在南大洋生态系统中占有重要地位,是目前地球上已知的资源量最大的单种生物,富含多种人类所需营养物质,因其巨大的开发利用价值,持续受到世界各国的关注。单船中层拖网作业为捕捞南极磷虾的主要方式。中国于2009/2010年捕捞季节首次开始南极磷虾资源的商业性探捕,随后引进多种规模小、操作简便的小网目磷虾拖网投入生产,相较于此前使用的大网目拖网,捕捞效率略有提升。拖网形态是拖网性能的直观表现,通过对拖网形态的分析可有效掌握网具阻力变化,调整选择性,提高捕捞效率,确保作业安全。作者于2018年3至10月随我国南极磷虾捕捞渔船赴南极执行农业农村部南极海洋生物资源开发利用项目。通过一线调查,认为我国南极磷虾渔业采用的拖网生产期间存在一些问题:（1）影响网具形态的因素众多,包括捕捞操作、海洋环境和渔获量等,生产期间拖网各部位形态以何种规律进行变化?（2）受相关法规限制,南极磷虾渔船仅配备测量网口高度的无线网位仪,生产期间如何估算拖网整体形态?（3）磷虾拖网生产期间缺乏参考标准,何种作业形态为最优形态?作者通过海上实测收集—福荣海轮使用磷虾拖网测量点深度、捕捞操作、海洋环境等数据,通过研究分析得出网具形态在多种因素下变化趋势及各影响因素的重要程度。根据实测数据,提出一种基于网口高度计算中层拖网形态的方法,以解决形态监控问题。随后采用模型试验,以—龙腾轮拖网为例,分析不同工况下,网具阻力与形态的变化,并提出拖网形态的参考。本文得出的主要结论如下:（1）对—福荣海轮使用的南极磷虾拖网的海上实测数据分析可知,上纲深度范围145.82～302.27 m,上纲与第3-4节网身连接处深度差范围为-0.20～8.02 m,上纲与网囊口上部中点深度差范围为6.49～30.16 m。曳纲长度、拖速、风速、150 m水层流速对磷虾拖网上纲深度影响显著（P0.05）;上纲深度与曳纲长度和150 m水层流速呈正相关关系,与拖速呈负相关关系;随风速增加,先减小后增大。拖速、200 m水层流速和2 m浪高对上纲与第3-4节网身连接处深度差影响极显著（P0.05）;上纲与第3-4节网身连接处深度差具有随拖速和200 m水层流速的增加,先增大后减小的趋势;渔获量和上纲与网囊口上部中点深度差呈正相关关系。影响拖网作业状态的因素重要性依次为曳纲长度、拖速、风速、浪高、水层流速。（2）将拖网整体形态看作椭圆锥,上纲与下纲形状设为抛物线（y=ax2）。通过无线网位仪获得网口高度数据,结合网具各部分缩结长度与力纲长度,运用计算方法可求出网具各部位形态、网袖与渔船拖曳方向夹角、上纲与水平面夹角等。计算结果通过实测数据验证,得出该方法适用于空网或渔获量较少时的中层拖网形态估算。（3）拖网袖端水平扩张与下纲长度之比（L/S）与拖速显著影响拖网的阻力与网口扩张性。网具阻力随L/S与拖速的增加而降低。拖速2.5-3.5 kn时,各扩张组阻力增加速率随水平扩张和拖速的增加而降低。拖速为5 kn,L/S为0.35-0.55时,网具阻力基本相等。结果表明,网具阻力受拖速的影响更显著,L/S 0.17-0.27时,阻力存在跃迁变化。网口高度随拖速与L/S的增加而下降。拖速2.5-3.5 kn时,各扩张组的网口高度减小速率随拖速增加而上升,水平扩张越大,网口高度减小速率越高。上纲与第3-4节网身连接处深度差随拖速与L/S的变化规律与网口高度类似,但深度差减小速率易产生波动。各水平扩张组的平均深度差减小速率随流速的增加,先增大后趋于稳定。L/S为0.27-0.35时,网口高度与深度差存在跃迁变化。（4）L/S=0.45条件下的拖网能耗系数与网口面积在试验设置拖速范围内基本保持最优,且上纲与第3-4节网身连接处深度差变化速率较其他扩张组变化速率平缓。拖速为2.5 kn时,拖网形态为最优形态。拖速为3.0kn时,可作为拖网作业形态参考标准,以此为基础进行形态调整。