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[博士论文] 胡晨
港口、海岸及近海工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:海洋物理过程是海洋中生物地球化学循环的主导因素,将物理过程与生物过程耦合,可以有效地刻画海洋动力作用下各类要素的循环。本文研究了物理-生物耦合模型,并应用于两个大洋站的物理-生物特征及金枪鱼渔获率的模拟研究。
  论文在Gill-Turner混合层模型(GT模型)中增加对流和扩散模块,考虑温度梯度对扩散系数的影响,改进了GT模型使之更符合实际的水体混合作用。不仅考虑了水表营养盐循环体系中氮和磷元素的分离计算,而且修正了浮游植物生长速率方程,改进了Schmittner生物模型。加入基于氮浓度的叶绿素浓度计算,使Schmittner模型更完整地反映营养盐浓度对生物要素和初级生产力的影响。将改进后的GT模型与Schmittner模型结合,建立起新的物理-生物耦合模型(PBCM),并在Mathematica二次开发平台上自行编程加以实现。
  基于PBCM对北大西洋中纬度百慕大站物理和生物要素变化进行数值模拟,结果显示,水温、溶解氧、溶解营养盐、叶绿素浓度及初级生产力等要素分布具有明显的季节性变化规律,与混合层深度的变化相一致,反映出强烈的混合作用对生物地球化学循环过程的影响。分析了溶解无机氮密跃层深度的时变规律,从动力角度解释了海水中氮磷浓度比变化的机制。以PBCM成功地复演出水下最大叶绿素浓度层(SCML),从物理耦合生物角度揭示了SCML始终存在于密跃层上边界的机理。
  北太平洋近赤道海域夏威夷站的PBCM模拟表明,表层生物地球化学循环过程主要由混合动力控制,下层生物要素浓度则受到涡旋和Rossby波等复杂动力的影响。耦合模拟并分析了水文与生物要素的分布特征及微弱的季节性差异,复演了太平洋水体中氮元素对浮游植物初级生产的限制作用,解释了溶解无机氮密跃层基本维持在最大混合层深度100米附近而季节性波动小的原因,发现夏季固氮浮游植物生长引起的氮磷浓度比与水表初级生产力同步变化。
  本文的物理-生物耦合模型为海洋生物研究提供了连续的海洋环境因素数据,具有广阔的应用前景。根据太平洋东赤道附近海域金枪鱼捕捞数据和相应海洋环境数据建立了广义加性模型(GAM),分析了金枪鱼的栖息地分布。将PBCM与GAM结合,合理模拟了夏威夷海域金枪鱼渔获率的逐月和季节性变化,可为金枪鱼捕捞管理提供科学依据。
[硕士论文] 官国栋
控制科学与工程 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:由于远洋捕鱼作业相对是在比较恶劣的环境下进行的,操作人员常常要应对各种复杂的天气情况以及船舱高温高湿的工作环境等,对人的身体和心理都会造成极大的伤害。因此,为了做到少投入、多产出,减轻操作人员的操作难度和劳动强度,实现捕鱼过程的自动化控制,我们将先进的控制理论与实际生产过程相结合,设计出符合生产规范的自动控制系统,使捕鱼过程达到最优程度的运行。
  首先,需要了解远洋捕鱼的工作流程,分析其功能需求,并在此基础上根据人们的操作习惯确定整个控制系统的框架结构。因为要依托于软件实现,所以对控制器的性能和各种外围电路的整体布局也提出了要求,主要包括STM32系列芯片的选择、CAN总线通信模块、RS-232总线通信模块、报警模块、SD卡存储模块等的电路设计以及整体布线等。
  其次,对整个控制系统进行组态设计,其主要完成的任务是:在上位机组态软件里对嵌入式控制系统硬件的控制以及生产操作过程中进行实时信息的处理。并针对控制器建立两者之间的数据传输通道,设计了触摸屏与控制器之间的基于RS-232总线和Modbus通讯协议的通信。
  然后,对远洋捕鱼作业的基本流程和捕鱼方式进行分析,进行了相应的软件设计。其中包括对各种模块的工作模式以及工作中的模式选择和数据反馈等方面进行了整体规划与设计。
  最后,利用MCGS的组态软件搭配相应型号的工业触摸屏设计了捕鱼船控制系统界面,并将从集鱼灯电源上的传感器采集的数据进行处理、转换和显示,实现LED集鱼灯控制系统的基本功能。将所设计完成的控制系统进行模拟调试与试运行,从控制的现象来说,基于STM32嵌入式开发的集鱼灯控制系统的应用十分具有可行性。
[硕士论文] 祝春柳
农业电气化与自动化 大连海洋大学 2017(学位年度)
摘要:我国是贝类养殖大国,海洋贝类养殖产量约占海水养殖总产量的80%并且贝类的年产量逐年增长,2015年我国海水养殖贝类产量约1316.55万t。其中贝类采捕是贝类养殖的重要环节,随着贝类产量的增加传统的采捕方式暴露出了一些问题。传统作业方式因海底环境的多变性与未知性对海底环境和采捕设备造成了一定程度的影响。为海下采捕设备添加智能避障技术将有效地提高工作效率,减小对海底贝类养殖区生态环境和设备的损害。
  针对海下采捕设备工作过程中对工作路线、工作环境不可预测造成采捕效率下降、设备损坏以及海底贝类养殖区生态环境破坏等问题,本文开展了贝类采捕海下智能避障系统的研究。论文主要完成了采捕设备行走系统设计和采捕设备避障系统设计,并对采捕设备行走避障系统初步试验研究。
  采捕设备避障行走系统设计,通过分析计算海底工作环境中的各种参数,如海底底质、接地比压等泥土性质,并结合采捕行走机构自身因素,选定履带式行走机构作为采捕设备行走系统的行走方式;考虑工作过程中海底环境和噪音干扰等状况,选用超声波探测为该采捕设备的主要探测方式。针对海下特殊工作环境设计完成了采捕设备小型样机行走系统的硬件部分,包括驱动轮、支重轮、导向轮、支架等结构,整体尺寸为60cm×38cm×32cm、重约30kg。
  采捕设备避障系统采用了超声波探测、红外线等传感器,以及LabVIEW软件和NI9201模拟输入模块、NI9265模拟输出模块、NI cDAQ-9178机箱等硬件设备,快速建立自动测试程序进行数据采集、数据处理、数据分析以及信号滤波等处理,完成对采捕设备预定路线上的障碍物信息采集处理。系统设计的软件控制部分主要包括障碍物探测系统的设计、采捕车动态路径的选择和数据处理三部分。通过使用LabVIEW软件编写信息采集子模块(DAQ.vi)、信号发生子模块(ConFig.ure Simulate Signal.vi)以及信号调整子模块等子程序,分别完成了采捕设备行进过程中障碍物的探测、对所收集信号的处理和对采捕设备运动路线的控制。
  通过在实验室水槽(8m×1m×0.8m)中安放不同的障碍物,对采捕设备进行行走系统的初步试运行、行走机构越障特性的测试、对前方障碍物的识别能力分析以及避障试验等初步试验研究。试验结果表明,拥有智能避障系统的采捕行走机构达到了如下性能1)可以在水下保持匀速平稳的行走;2)可以越过垂直高度为13cm以下的障碍物并保持正常行走;3)可以探测到5m以内的障碍物,并接收到障碍物信息误差可达1%;4)可根据探测信息确定避障行走路线。
[硕士论文] 招春旭
捕捞学 广东海洋大学 2017(学位年度)
摘要:近年来近海渔业捕捞压力过大,渔业资源衰退较为严重。鸢乌贼作为大洋性头足类,在中国南海海域拥有较为丰富的资源生物量,发展远洋捕捞,鸢乌贼具有一定的经济价值,并有利于分担近海捕捞压力,以保护近海渔业资源。本研究利用南海渔业资源监测与评估中心的北斗渔业信息采集系统采集的鸢乌贼生产数据和法国凯撒遥感环境数据进行中国南海鸢乌贼渔场的研究。通过对其时空分布、渔场重心分布、环境与渔场的相关性和建立渔场预报模型等研究方法来较为全面的解析鸢乌贼渔场的特性。
  北斗渔业信息采集系统提供的数据包括2012年~2014年在中国南海海域作业渔船的信息及其生产数据,共1361个案例;法国凯撒遥感系统提供的海洋环境遥感数据包括表层海水温度、表层海水盐度、海平面高度异常、温跃层深度和叶绿素a浓度,深层遥感数据包括20m、30m、50m、75m、100m、125m、150、200m、250m和300m水层的海水温度和盐度。
  研究结果如下:
  1.本研究中87.50%的灯光罩网渔船在9°~12°N的海域作业。鸢乌贼中心渔场在中国南海北纬9°~12°海域存在的可能性较高;中国渔业环境反映渔民更偏向于在北纬12°以南的中国南海海域进行作业生产,且渔船在中国南海捕捞鸢乌贼的CPUE在2000kg/(vessel·d)。
  2.中国南海海域鸢乌贼渔场重心在11°N,113°E海域。鸢乌贼渔场重心海域囊括南沙群岛附近海域;渔民主要集中在该海域附近作业;该海域存在较大的鸢乌贼渔场。重心海域平均CPUE为1596 kg/(vessel·d),丰富海域平均CPUE为2018 kg/(vessel·d),潜在海域平均CPUE为1617 kg/(vessel·d)。
  3.广义线性模型结果表明:时空因子中,年份与CPUE的影响程度最高,其次是经度、月份和纬度;环境因子中,海平面高度异常与CPUE的影响程度最高,其次是表层海水盐度、表层海水温度、叶绿素浓度和温跃层深度;交互因子中,年份与海平面高度异常和经度与海平面高度异常的影响程度较高,其它交互因子影响程度较低。时空因子与环境因子的交互作用在一定程度上比单因子的影响程度更能解释渔场的变化情况。
  4.五种环境因子在适当的范围内能够捕获较为可观的鸢乌贼产量。海平面高度异常在0m以下较为适合鸢乌贼的栖息;表层海水温度范围在26~29℃,较其他学者观点差异不大;表层海水盐度范围在33.0~33.5‰,表层海水盐度变化较小;叶绿素浓度范围在0.05~0.10μg/L,近海以叶绿素浓度在0.3μg/L以上可获得较为可观的经济利益,远海捕捞与近海捕捞的叶绿素浓度的最适范围正好相反;温跃层深度范围在20~40m,40m水深正好为灯光罩网渔船的作业范围。
  5.基于贝叶斯概率模型的南海鸢乌贼低产渔场的预测成功率较高,为65.90%;南海鸢乌贼高产渔场的预报成功率较低,为45.57%。贝叶斯概率模型的整体成功率为61.18%,较为可靠的预测了南海鸢乌贼渔场的情况。
  6.分类树模型个案判定为高产的成功率为43.36%,个案判定为低产的成功率为72.22%,个案整体成功率为55.58%;仅从预报值类别的平均CPUE来判断模型优劣,低产类别成功率为66.66%,高产类别成功率为88.88%,类别整体成功率为76.19%。准确的预报个案的渔场情况在复杂多变的海洋环境下是不太现实的,通过分类树模型累积的渔场信息对渔场类别进行较为准确的判断是可以达到较为可信的效果的。
[硕士论文] 李乾
农业推广 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:何王庙故道位于湖北省监利县,水质优良,渔业资源丰富,于2014年建立湖北省级长江江豚迁地保护区。核心保护区已禁止商业捕捞,但垂钓活动尚未约束管理,垂钓对保护区渔业资源的影响如何?应该如何管理?值得研究。为了弄清楚垂钓对于江豚保护区内渔业资源的影响,并在此基础上提出相应的管理对策和措施。本研究采用问卷调查和现场调查的方法于2016年4月至2017年4月对该保护区及周边的垂钓情况进行了调查,得出以下研究结果:
  (1)何王庙故道休闲垂钓者的年龄以40~60岁的中年人为主,比例为61.7%,学历以中学学历(48.8%)为主,职业多元化,以个体经营者(35.0%)为主,所在地以监利县城(57.5%)为主。
  (2)休闲垂钓者的垂钓动机以从众动机(35.0%)和放松动机(31.7%)为主;垂钓频次以每月8次(39.0%)为主;垂钓时长以5~6小时(51.0%)为主;垂钓季节以春季(35.0%)和秋季(31.0%)为主;钓法以传统手竿钓(46.0%)为主;饵料以商品饵料为主(47%)。
  (3)休闲垂钓者的渔获物种类以鲫(41.0%)、?(25.9%)、鲤(10.4%)、鳊(10.2%)为主;鲫规格以小于50g(52.8%)为主,?规格以20~25g(47.3%)为主,鲤规格以250~500g(51.5%)为主,鳊规格以大于250g(50.0%)为主;何王庙故道年垂钓渔获物量的范围为13664.96kg至45643.12kg。
[硕士论文] 周景宇
捕捞学 大连海洋大学 2017(学位年度)
摘要:单船有翼单囊底拖网是我国黄海北部海域的主要作业渔具之一,由于拖网的作业方式及网目尺寸影响,造成作业时严重的兼捕现象,所捕获的稚幼鱼占较大的比例,这不仅会造成资源的严重浪费而且还对幼鱼有着巨大的伤害,从而使渔业资源日渐衰退。为了解决这种问题,且兼顾渔民利益,本次研究通过增大原生产网第五节网背网衣的网目尺寸,从原有的30mm增大到60mm。在海洋岛附近海域采用交替作业法进行原生产网和试验网各十网次的对比试验。结果表明:试验网的总渔获重量比原生产网减少69.87kg;原生产网捕获27种渔获物,试验网捕获19种渔获物,比原生产网减少8种,兼捕现象得到缓解;相比原生产网,试验网中的各渔获种类体长分布范围向右偏移,说明体长范围偏小的渔获物得到一定释放。部分渔获物最小体长组增加,说明试验释放了一定体长的稚幼鱼。研究认为:黄海北部海域底拖网网囊网目尺寸偏小,会捕获大量的副渔获物和稚幼鱼,建议将第五节网背网衣的网目尺寸大小改为60mm。
  通过分析鱼类的行为习惯和在拖网作业时鱼的行为反应,在原底拖网网囊处扩大相应的网目尺寸,从而达到释放稚幼鱼的目的。同时在海上采用交替作业法比较了生产网与试验网渔获物的选择性。研究结果可为我国拖网类渔具的结构优化和渔业资源的保护提供借鉴。
[硕士论文] 叶圣杰
渔业 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:热带金枪鱼类聚集到海表面的漂浮物附近形成集群的自然属性,人类利用鱼类的这种习性发明了人工集鱼装置(FADs)。相对于捕捞自由集群形式的金枪鱼,该方法更加高效。因此,作为流木作业中一种重要的聚集鱼类方式,FAD被广泛应用于中西太平洋金枪鱼围网渔业中。鲣鱼(Katsuwonus pelamis)、黄鳍金枪鱼(Thunnus albacores)和大眼金枪鱼(Thunnus obesus)便是中西太平洋这种以FAD渔法的金枪鱼围网渔业中的主捕目标种类。大规模地投放FAD使得金枪鱼产量上大幅度提高,并且在一定程度上改变了金枪鱼的时空分布、行为方式和种质健康,在上岸渔获物中有很大一部分是黄鳍和大眼金枪鱼的幼鱼。金枪围网的产量与金枪鱼类的时空分布紧密相关。作为本文研究对象的流木鱼群在不同种类流木或人工集鱼装置下的聚集效果存在差异。
  本研究根据2014年12月至2016年3月上海开创远洋渔业有限公司金枪鱼围网渔船―金汇一号‖在中西太平洋海域进行海上调查期间采集的流木鱼群渔获物产量数据、流木和人工集鱼装置的类型和材料数据、海洋环境数据。在流木作业下对三种金枪鱼类的时空分布、环境因子对 CPUE分布的影响、不同种类集鱼装置的集鱼效果进行分析,探讨流木鱼群的时空分布及其影响因子,从而了解FAD对鱼群的聚集效应,达到对流木鱼群进行资源评估的目的。
  通过分析,取得以下研究结论:
  (1)对三种鱼类产量和CPUE的时空分布研究发现,鲣鱼、黄鳍金枪鱼和大眼金枪鱼月均CPUE与平均产量均存在显著性差异。其中鲣鱼产量和CPUE最高值均出现在2015年11月,产量为61吨(SD=49.76t),CPUE为12.75 t/d.h(SD=8.53 t/d.h)。黄鳍金枪鱼产量最高值在12月(6t, SD=4.05 t),CPUE值最高在10月(1.67 t/d.h,SD=1.48 t/d.h)。大眼金枪鱼产量和CPUE高值均在2015年8月(其中产量2.27 t, SD=4.61t;CPUE为0.59 t/d.h,SD=1.18 t/d.h)。从经纬度上看,鲣鱼 CPUE高值区在179°~180°E,1°~2°S附近,其中经度和 CPUE为正相关,纬度与 CPUE间为负相关。黄鳍金枪鱼 CPUE高值区在175°~176°E,其中经纬度和CPUE为正相关。大眼CPUE高值区在175°~176°E,1°~2°S。经纬度和CPUE均为正相关。
  (2)从鲣鱼产量重心来看,产量重心经度在160°~177°E之间,总体上呈向东移动的趋势,在纬度位置上在3°18′S~1°15′N的范围内来回移动。黄鳍金枪鱼经度重心从159°~177°E逐渐东移,纬度重心在3°S~2°N间来回移动。大眼金枪鱼产量经度重心从169°~174°E逐渐东移,纬度重心在0°~3°N间来回移动。
  (3)基于产量数据和海洋调查数据的10个因子,利用广义可加模型(GAM))分析各因子对CPUE的相关性检验。结果显示,最优模型对鲣鱼CPUE的累计解释率为15.5%,其中风速的贡献率最大(6.44%)。根据赤池信息准则(AIC)确认最优模型为 Ln(CPUE+mean)~ s(Longitude)+s(Wind speed)+s(water speed10m)+s(water speed70m)+ε。最优模型对黄鳍金枪鱼CPUE累计解释率为18.7%,其中天效应贡献率最大(8.28%)。根据 AIC确认最优模型为 Ln(CPUE+mean)~s(day)+s(month)+s(wind speed)+ε。最优模型对大眼金枪鱼 CPUE累计解释率为3.29%,只有110m水层流速进入最优模型,表达式为Ln(CPUE+mean)~s(110m of water speed)+ε。
  (4)从不同类型FAD的R语言分析集鱼效果的研究中发现,流木长度对鲣鱼CPUE有显著性影响。木+网组合中的流木对大眼金枪鱼CPUE有显著性影响。
[硕士论文] 王忠秋
渔业 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,我国东海海区渔业资源呈现衰退趋势,渔业承受的捕捞压力日益增大。与此同时,我国使用的拖网、张网等过滤性渔具,存在着网囊网目尺寸过小的情况,渔获中存在大量经济鱼种幼鱼和兼捕,尤其是在春夏季,幼鱼渔获的比例有时甚至高达99%,东海海区各类过滤性网具的渔获物幼鱼比例高问题突出,给我国东海渔业管理和渔业资源的可持续发展带来很多负面影响。为了减少渔获中幼鱼比例,增加渔具选择性,自从1992年开始,国外渔业研究者开始研究刚性释放装置的应用,试验证明刚性释放装置在鱼虾分隔、幼鱼释放等方面应用效果显著,其中一些国家和地区渔业监管机构强制要求在过滤性渔具中使用刚性释放装置。我国对于刚性释放装置的研究较少,在2000年之前未见研究报告,进入21世纪后也少有人进行刚性栅栏的研究。
  为了研究刚性栅栏在我国渔业的应用价值,本研究综合相关资料研究设计了一种新型的刚性释放装置,该释放装置主要用以释放渔获中的经济鱼种幼鱼以及其他体型较小无经济价值的渔获。本研究所展示的释放装置由三个部分组成,各部分框架间以铰链连接,整体释放装置成 Y型,利用上部的2个框架筛选并释放小个体幼鱼,同时利用下部的框架引导大个体捕捞对象进入网囊。于2014年12月、2015年12月和2016年6月进行三次海上试验进行测试释放装置性能以及研究相关影响因素。三次海上试验中装置主体结构相似,但是因为用于试验的网具规格存在较大差异,因此三次试验中所使用的Y型幼鱼释放装置主尺度略有不同。此外第二、三次海上试验中所使用的Y型幼鱼释放装置分隔材料由不锈钢替换为密度较小的环氧树酯材料。
  2014年冬季在东海近海单锚张纲张网渔业中开展了Y型幼鱼释放装置的应用测试,通过对比安装 Y型幼鱼释放装置的试验网和对照网的渔获重量,分析这一装置对不同个体大小渔获的释放效果。试验结果显示,安装于张网囊前部、栅栏间距2 cm、上部2个框架之间呈60°夹角的Y型幼鱼释放装置能有效释放90%的小个体幼鱼并同时保留大部分(94.6%)大个体渔获,取得了良好的幼鱼释放效果。2015年海上试验共设置三组栅栏间距分别为10 mm、15 mm、20 mm,分隔框架与来流方向呈60°,试验共进行20网次。采用logistic模型进行分析对比其选择性曲线。试验结果显示主要渔获优势种口虾蛄、三疣梭子蟹渔具选择性指标50%选择体长(L50)随着栅栏间隔的增大而增大,选择范围(SR)随着栅栏间隔的增大呈现减小趋势。这表示不同的间距对于目标鱼种幼鱼的释放效果有所不同但可能其对于目标鱼种损失也有所不同。因而对于我国东海海域附近 Y型幼鱼释放装置最适间距应是在大鱼的损失率与小鱼的释放率之中寻找一个平衡点。2016年海上试验共设置5组,其中栅栏间距设置为10 mm、15 mm、20 mm,其中15 mm组设置了两种导鱼框高度即10 cm、15 cm,两种安装角度即45°、60°。试验结果显示随着栅栏间距的增大,渔获释放效果增加,导鱼框10 cm高、安装角度45°的释放效果较好。
  综合本研究3次海上试验研究结果表明,Y型幼鱼释放装置对于我国东海的混栖渔场目标鱼种的幼鱼释放潜力巨大。该 Y型幼鱼释放装置栅栏角度可以调节,以适应不同尺寸的网具、不同的安装位置以及不同网衣扩张程度的要求,提高了装置的适用性,而且具有通过简单结构调整即可扩展装置的释放功能等优点,可为今后开展过滤性渔具幼鱼释放研究提供参考。最后对装置的设计、安装和使用中所遇到的一些技术问题进行了探讨。
[硕士论文] 叶超
捕捞学 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:随着国内有囊灯光围网的不断发展,渔船集鱼灯功率配置的恶性竞争仍存在于实际生产中,尤其是近年来,有囊灯光围网渔船的集鱼灯总功率一再盲目增大,在相对拥挤的作业海域,渔船之间的灯光干扰也更加明显,严重影响了作业效果,这给集鱼灯的合理利用带来很大困难,研究和解决符合我国国内有囊灯光围网发展状况的优化配置问题是摆在我们眼前紧迫而必要的任务。我国国内集鱼灯研究起步较晚,正在涉及此研究的相关公司和科研单位少,为满足诱集效果最大化而又节省能源的需求,对特定的环境以及海域进行水下照度分布分析显得尤为重要。当测量必备仪器,测深和测距方法等已经得以解决时,集鱼灯自身因素以及水下光场算法性已成为影响我们掌握水下照度分布的一个重要因素。基于此,本文以浙江水产研究所有囊灯光围网渔船集鱼灯优化配置的实际工程项目为研究背景,对水下目标区域内的光场分布特性进行系统、全面的理论和试验研究。
  本文介绍了有囊灯光围网渔船集鱼灯的研究背景和现状,对有囊灯光围网作业的发展现状、鲐鱼趋光习性以及集鱼灯特性几个内容的基础理论进行了阐述。从实际渔船作业角度出发,研究了海水环境下目标测量点的光线能量传播特性,根据射线光学理论,推导了点光源在空气和水下场的衰减数学表达式,对于折射点位置采用二分法对其进行描述,建立了基于叠加法的矢量光场照度计算模型。
  将光场计算模型应用于自行开发的集鱼灯水下照度模拟及光场照度软件中,为测试海域内光场照度特性研究提供理论计算方法。实现对水下测量点的数值化计算,指定方向线上照度衰减特性研究以及有效诱集水体体积等功能的实现,为评估渔船集鱼灯水下照度分布以及集鱼灯配置能力提供了有效的手段和依据。
  针对外界测量环境内对测量值的两个主要影响因素引入误差修正,对引入的边界约束和测点偏差两个测量值影响因素进行分析,探讨和研究提高光照分布模拟值精度的方法和相关技术,进一步提高水下照度模拟的精度,为缩小实际测试中边界临界值难以把握带来的影响提供了依据,采用最值法或中位数法来修正临界距离,通过合理的选取实现复杂海域环境的可度量化,减小由海流海浪对目标测量结果的影响。
  基于水下照度计算叠加理论提出了有效诱集水体体积的评估算法方案,以及新的点光源照度分布模型,并结合实际作业渔船案例分析本文提出方法的科学性和有效性,最后将算法实际应用到水下照度模拟系统中,实现精准测算渔船周围水下照度分布以及有效诱集范围的能力预报。
  对有囊灯光围网渔船的集鱼灯合理配置进行了研究。研究表明:当渔船配置1kW型水上金属卤化物集鱼灯时,其最佳灯高可选8.2m,灯距为0.75m,总功率配置可选45kW;当渔船配置2kW型水上金卤灯时,其最佳灯高可选8.2m,灯距为0.75m,总功率配置可选84kW;当渔船配置3kW型水上金卤灯时,其最佳灯高可选8.2m,灯距为0.71m,总功率配置为141kW;当渔船配置4kW型水上金属卤化物集鱼灯时,其最佳灯高可选8.2m,灯距为0.71m,总功率配置为220kW。
  本文从事的主要研究工作和创新之处有。
  1)分析了国内有囊灯光围网渔船水下灯照度预测的研究现状及存在的困难和不足之处,并根据点光源叠加法提出新的有效诱集水体体积的评估及预测模型。
  2)研究了不同集鱼灯的配光特性,充分考虑到其光源各向异性的特点,结合点光源计算方法光场分布给出新的计算方案,这点与以往点光源法研究有所不同;推导了集鱼灯光源到水下照度的数学表达式,建立了基于叠加法的光场计算模型,并将光场计算模型应用于实际案例的计算中。
  3)自主开发具有针对性的有囊灯光围网渔船照度分布分析软件:集鱼灯水下照度模拟及光场计算软件。
  4)利用海上实测数据引入误差修正,探讨了实际测量中的边界约束和测点偏差的问题及采取的对应策略。
  5)研究了不同金卤灯配置对诱鱼范围效果的影响,分析配置不同类型金卤灯水下照度分布的状态,给出多种配置下光场的不同照度分布,并根据有效诱集水体体积建立完善相对完善的评估配置体系。
[硕士论文] 石永闯
捕捞学 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:舷提网起源于日本的千叶县和神奈川地区,是秋刀鱼捕捞作业的主要方式之一,捕捞作业主要分为放网、诱鱼、起网三个过程。舷提网的作业原理是,先将网具预设在作业区域,利用集鱼灯将秋刀鱼诱集至船舷侧,然后渔船通过甲板绞网机和舷侧滚筒收绞曳纲,使网具将鱼群包围并迫使秋刀鱼群集中于取鱼部,防止秋刀鱼群逃逸,达到捕捞目的。秋刀鱼是大洋洄游性鱼类,游泳速度快,行动敏捷,捕捞作业环境复杂海流较大,在舷提网作业过程中经常会因为网衣中部的沉降深度不够而减小了诱鱼区的空间体积,以及纲索提升速度过小,使网具下纲不能很快提升到位导致鱼群从缺口处逃走,因此网具的沉降性能和提升性能决定了舷提网性能的主要组成部分,此外网具纲索张力性能也极为重要。网衣在水流下冲击下会发生形状变化,网片的水动力学特性是决定网具力学特性的关键性因素。对网片水流下形状变化影响因素的研究也十分必要。因此本文根据模型试验、海上实测和数值模拟的数据对舷提网网具做了以下几个方面的研究:(1)基于模型试验的秋刀鱼舷提网纲索张力性能研究;(2)基于海上实测的秋刀鱼舷提网沉降和提升性能研究;(3)秋刀鱼舷提网模型试验结果与海上实测的比较评估;(4)基于数值模拟水流下网片动力学形状影响因素研究。研究结果如下:
  (1)根据田内准则换算公式换算制作模型网,大尺度比λ=15:1,小尺度比λ'=3:1,保持模型网和实测网缩结系数相同,制作的模型网规格为上缘纲2.6 m,下缘纲2.6 m,沉子纲2.6 m,侧纲2.8 m。浮力配备为28.46 N,下纲配重约为0.353 kg/m。根据2014年11-12月进行的秋刀鱼舷提网静水槽模型试验测定的网具数据对舷提网张力性能进行了研究。试验结果表明:模型网侧纲、下纲的张力在绞网过程中随时间均呈逐渐增加的趋势,在绞网过程即将结束时张力达到最大值;模型网侧纲、下纲张力均随绞网速度的提高而增加,并随着绞网速度的提高增速加快,不同绞网速度组之间张力变化存在显著性差异。当绞网速度在0.12~0.36 m/s之间时,网具张力变化比较稳定;绞网速度在0.36~0.60m/s时网具张力增加的幅度较大。模型网侧纲、下纲张力随下纲配重的增加逐渐提高,但影响并不显著;最大侧纲张力和最大下纲张力均是随着绞网速度的增加呈递增的趋势。绞网时间均随侧纲绞网速度和下纲绞网速度的增加而呈递减趋势。下纲配重对最大侧纲张力和最大下纲张力的影响不同,对最大下纲张力影响显著。下纲配重的增加对于绞网时间并无显著性影响。
  (2)根据2015年7-10月和2016年6-10月蓬莱京鲁渔业有限公司“鲁蓬远渔019”在西北太平洋进行的海上秋刀鱼舷提网网具性能测试所获得的数据对秋刀鱼舷提网网具沉降和提升性能进行了分析,研究结果表明:网衣沉降深度随时间连续增加,网具下纲和侧纲的沉降速度均随时间呈现出先增大后逐渐减小的趋势,网衣沉降速度波动剧烈,无规律性变化;网具下纲、侧纲的提升速度均快速达到最大值然后随时间连续降低,下纲的最大提升速度大于侧纲,网衣提升速度无规律性变化,上下波动剧烈;30m水层流速、60m水层流速、下纲纲索松放长度3个因子对网衣沉降深度有显著的影响,其中,30m水层的流速影响最大,其次为下纲纲索松放长度,60m水层流速。60m水层流速和绞网速度两个因子对提升速度影响显著;其中,绞网速度影响最大。
  (3)通过Bootstrap法得出标准化后的实测网最大沉降深度的均值分布范围为20.37~29.54m,95%置信区间为21.76~28.13m;模型网网具最大沉降深度均值的范围为26.42~37.58m,95%置信区间为27.70~36.20m。实测网网具中部最大沉降深度均值大约是模型网网具中部最大沉降深度均值的0.731~0.7827倍。通过 Bootstrap法得出标准化后的实测网提升速度的均值分布范围为0.107~0.193m/s,95%置信区间为0.111~0.191m/s;模型网网具提升速度均值的范围为0.204~0.316m/s,95%置信区间为0.207~0.312m/s。实测网网具中部提升速度均值大约是模型网网具中部提升速度均值的0.5914~0.6107倍。
  (4)本文基于集中质量法对网片进行数学建模,运用五阶六级龙格库塔公式对模型进行求解,应用MATLAB对水流作用下的网片做了计算机模拟研究,结果发现:水流冲击时间越长,网衣变形程度增大;网衣中间最大位移随着冲击时间的增加而增大,两者的关系可用式子y=3.529t+0.0005(R2=0.9976)表示。网衣变形程度和最大位移均随网线直径的增加呈逐渐变小的趋势。网线直径与网衣最大位移的关系y=0.0003d-1.001(R2=0.9712)。网衣附加质量系数的倍数与最大位移的关系y=0.1715x-0.554(R2=0.9864)。基于Matlab软件对网片模型进行运行,得到了理想的结果,发现建立的网片模型保持很高的稳定性,可为将来对整个秋刀鱼舷提网网具的数学建模以及数值模拟研究打下坚实的基础。
[硕士论文] 王周雷
渔业 浙江海洋大学 2017(学位年度)
摘要:西北太平洋是世界上高生产力渔区之一,渔获量一直排名世界前列,其中广泛分布在西北太平洋的亚热带至温带海域的秋刀鱼,它是一种具有巨大潜力的中上层鱼类。因为秋刀鱼资源丰富,渔获量较大,且符合公众的食用口味,也可作为金枪鱼钓上佳饵料,所以它是经济效益尚可的渔业之一。目前我国正大力实施“一带一路”、“农业走出去”等发展战略,这对促进远洋渔业的进一步发展具有强有力的助推作用。经过科研机构(高校)数年的探捕研究,已经形成一整套科研理论并产生初步应用成果,如中心渔场的找寻、环境影响因素、渔法的使用改进等。加之秋刀鱼渔场距离中国大陆沿海一带较为接近,且与北太平洋传统作业渔场相近,在渔获物运输转载等后勤配套方面亦可做到无缝对接,可以说秋刀鱼项目极具开发与利用潜力。
  本文通过笔者于2013年10~11月在舟山市普陀远洋渔业总公司“天祥”轮西北太平洋公海进行秋刀鱼作业的20天的生产调研期间,经调研测定所得的一手生产数据进行研究分析,对渔场资源生物学特征、秋刀鱼船舷提网网具结构、作业过程、集鱼灯优化配置及市场营销推广等方面进行详细阐述,结果显示:海水表面温度的高低及月相的变化是影响西北太平洋秋刀鱼每月产量的重要因素;秋刀鱼体长范围为100mm~360mm,优势体长组为280~300mm,性腺成熟度Ⅱ期和Ⅲ期为主,摄食等级以1、2、3期为主;秋刀鱼最喜集鱼灯光颜色为红色,红色集鱼灯可激励鱼群的活动,集鱼灯箱的角度在50°~60°相比较合适;网具的高度一般选择为30~45m,最适网目尺寸范围为18.9~25.76mm。
[硕士论文] 龙永双
渔业 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:我国大陆自2001年开始入渔中西太平洋进行金枪鱼围网(purse seine)捕捞,金枪鱼围网船队在国家资金及技术的支持下迅速发展壮大,已经成为中国大陆远洋渔业的重要组成部分。目前,中国大陆在中西太平洋捕捞作业的金枪鱼围网船30艘左右,产量约占到中西太平洋金枪鱼围网总产量的6%,仅次于中西太平洋金枪鱼围网捕捞的五大船队(日本、美国、韩国、中国台湾、太平洋岛国)。但近年来,渔场受到海洋环境变化如厄尔尼诺现象影响不断移动,鱼价在国际市场上持续低迷,入渔成本如“船天计划”(VDS)作业天数单价大幅上涨,区域渔业管理政策更为严厉,这些情况促使面临严峻形势的金枪鱼渔业企业开始更为重视船队捕捞效率的提高及生产成本的控制。提高捕捞效率最为关键的便是快速准确的寻找中心渔场,研究海洋环境与渔场重心之间的相互关系显得尤为重要;其次,入渔成本方面,降低船舶耗能是渔业企业可以内部研究解决的一个途径,而在面对入渔区域渔业政策时,了解并分析其管理措施对作业船队的影响则相当关键。
  本文是根据本人在上海开创远洋渔业公司(SKFC)金枪鱼围网船队金汇8及金汇18上近两年的海上一线实践工作经验,分析了金汇8(2014年7~10月、2015年7~10月)及金汇18(2014年4月~2016年3月)的生产数据,综合在船期间与船队海上总指挥、船长等沟通交流获得的信息所撰写。以期通过对金汇8及金汇18的作业位置、作业方式、目标鱼种渔获量等特征的分析,了解了金汇18作业的渔场重心及其变动规律,结合单位捕捞努力量产量(CPUE)和海水表层温度数据(SST)之间的关系来发现作业海域渔场的变化规律。同时,通过一系列的数据处理对比分析,总结出中西太平洋渔业管理措施如VDS、集鱼装置(FADs)禁渔期及公海禁渔等措施对金枪鱼围网船队及企业的影响。在综合以上分析之后,为中国大陆在中西太平洋生产的金枪鱼围网企业提出了一些相应的方案和建议,以企帮助其提高捕捞效率和降低生产成本。本研究的主要结论如下:
  (1)通过对金汇18在2014-2016年间在中西太平洋金枪鱼渔获进行分析可知,随附群所捕获的渔获量较大,自由群相对较少。近年来受中西太平洋金枪鱼渔业管理组织延长FAD禁渔期等政策的影响,对中国大陆的金枪鱼围网捕捞效率和企业的经营效益有较大的负面影响。金汇18作业一般在在每年第一、三季度CPUE月平均值较高,第二、四季度CPUE月平均值偏低,其中第三季度最高,而第二季度最低,这可以说明金汇18在第一、三季度的作业能力强于第二、四季度,可以得出随附群作业方式的捕捞能力强于自由鱼群作业方式的捕捞能力。
  (2)为了研究渔场重心变动的原因,将CPUE与海表面温度进行空间分布的叠加进行分析,2014年第二季度渔场重心所在的SST分布在温度为29.88℃~30.14℃的范围内,第三季度渔场重心的SST范围在29.99℃~30.43℃之间,而第四季度的渔场重心 SST的分布范围最高,为30.47℃~30.89℃内,其中在以FADs作业方式为主的产量较高,其渔场大部分集中在29.7~30.5℃的区间内,以自由鱼群作业方式为主的渔场分布范围较为分散。渔场重心在第二季度在赤道附近分布较为均匀,而在第三季度则主要分布在南纬5°S以北海域,在第四季度,渔场作业在北纬海域则几乎不存在。在分析CPUE和SST之间的关系后可以看出,在2014-2015年间,CPUE和SST的关系呈正相关关系,即CPUE随着作业海域的温度升高而升高,相关系数达到0.7以上。而在2015年后期和2016年早期,CPUE在保持相对稳定的前提下,作业海域的SST相对较低,平均比前一年下降0.5℃,这可能于2015年底与2016年出发生的大范围的厄尔尼诺(El Nino)现象发生有着很大的关系。发生厄尔尼诺现象时期,中西太平洋渔场中心会相对向东偏移,即主要处于西经范围以内。而在西经范围内温度相对较低,因此产量也受到较大的影响(图3-8)。
  (3)分析上海开创远洋渔业公司2012-2015年“双边协议”船在各区域所购作业天数的实际利用率,可以看出由于厄尔尼若现象的影响使得渔场重心整体东移。根据上海开创远洋渔业公司金汇8和金汇18在2014年及2015年FADs禁渔期(7-10月)生产数据通过SPSS软件进行处理后得出线性回归结果,以此建立模型,以产量为因变量比较在FADs禁渔期金汇8和金汇18的产量高低。线性回归模型的回归结果表明,在不同年份,空间与群性影响金枪鱼出现的强弱程度是不同的,模型中各个因子系数的显著性也有所不同。模型显示在同等渔场下,持有FADs禁渔期豁免证书的金汇18产量要远高于被禁捕FADs的金汇8。这可以说明金汇18在第一、三季度的作业能力强于第二、四季度,而中西太平洋FADs禁渔期为每年的7-10月,FADs禁渔期的豁免使得金汇18在这期间产量明显提高,这印证了随附群作业方式的捕捞效率强于非随附群作业方式的捕捞效率。利用金汇18在公海开放捕捞之后在公海及专属经济区的生产数据(2015年11月至2016年12月)采用线性回归对比分析两个捕捞区域CPUE表明变量显著,回归系数为正表明捕捞地为公海的CPUE更高。
  (4)为围网船队以后制定作业计划提供参考依据及提出促进中国金枪鱼围网船队发展的对策与措施。本文针对海表面温度变化及区域渔业管理政策的优化改进建议有运用助渔设备寻找鱼群、渔情信息的沟通与分析、加快建造新船淘汰旧船、入渔区域渔业政策的充分解析及加强与当地岛国政府及政府间组织的合作及沟通等方面进行。
[博士论文] 殷雷明
捕捞学 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:鱼类的生物噪声包括:游泳噪声、生物发声和摄食噪声。它们是鱼类用于导航和定位的线索,也是个体与配偶、后代及其它同伴进行交流的通讯方式。以发声而闻名的大黄鱼(Larimichthys crocea),隶属于石首鱼科(Sciaenidae),是我国近海主要经济鱼类,具有较高的经济价值和文化价值。目前国内外关于生物噪声的研究主要包括:定位鱼群、诱集捕捞、评估海洋环境噪声、以及判断室内养殖鱼类饵料摄食情况。对于大黄鱼生物噪声的研究则主要集中在发声频谱分析和声暴露实验,而对大黄鱼的听觉特性、生物发声与其生存的声音环境的关系、声刺激条件下游泳速度与行为反应的关系、以及生物噪声与人工纯音的声诱集效果比较等研究,均尚不清楚。
  为了补充因过度捕捞而日益枯竭的大黄鱼资源,我国大力开展了大黄鱼增殖放流和增养殖研究工作。但目前仍存在以下主要问题:(1)标志放流回捕率低,导致增殖放流种群数据积累量少;(2)近海网箱养殖饵料沉降浪费、水污染严重、疾病爆发率高、鱼肉品质差;(3)大型深水抗风浪网箱养殖和海区放养鱼群监控和管理困难、投饵控制困难、养殖成本高和海上操作安全风险等。
  为解决以上问题,本研究提出的假设为:大黄鱼的生物噪声可以反馈鱼类行为状态;大黄鱼的听觉特性与其发声频率相匹配、与其行为反相关联;生物噪声可以直接声诱集大黄鱼,无需饵料驯化。
  基于以上假设,本论文的研究内容和方法为:(1)利用被动声学监测技术完整获取大黄鱼不同养殖环境和不同投饵模式下的生物噪声频谱,得出大黄鱼生物噪声可以反馈行为状态的结论;(2)使用听性脑干反应(ABR)技术和实验行为学手段相结合,研究出大黄鱼的听觉特性,证实与其发声频率相匹配;(3)以实验行为学手段和主成分分析(PCA)图像处理技术,对比分析出大黄鱼对生物噪声和500 Hz连续正弦波纯音的声诱集行为反应,及其诱集效果;使用像素矢量位移优化法,计算出鱼群在水槽内的平均游泳速度,并分析出大黄鱼行为反应与游泳速度的关系,解释论证了大黄鱼声诱集行为反应的原因和机理。
  主要实验结果如下:
  1、网箱养殖大黄鱼水下声音与行为反应
  利用被动声学监测技术,研究了网箱养殖水下声音与大黄鱼日常摄食和活动状态的关系,提取出网箱内体长17~20 cm的大黄鱼摄食肉糜过程中的生物噪声。结果表明:(1)网箱养殖水下声音主要为,自然环境噪声(风、碎波浪,500 Hz~24 kHz)、大黄鱼生物噪声(惊扰发声的中心频率峰值为630 Hz、摄食发声为800 Hz、游泳噪声为50~400 Hz、摄食噪声为20~2200 Hz)、人为噪声(船舶噪声50~500 Hz);(2)船舶噪声的声压级(SPL)(约87.68 dB:re1Pa)未影响大黄鱼的发声通讯交流(约98.83~101.11 dB)和摄食行为;(3)网箱内生物噪声SPL:惊扰状态>摄食状态>背景噪声。结果表明,大黄鱼生物噪声的频率主峰值和SPL强度均与行为反应有关。即行为反应程度越激烈,频率主峰值越低,SPL越高。本次实验验证了利用被动声学监测技术监测大黄鱼的生物噪声可以反馈其行为信息,适用于海上鱼群行为监管。2、室内养殖大黄鱼水下声音测量与分析
  利用被动声学监测技术,研究了室内养殖条件下水下声音频谱及主要来源,分析出养殖环境噪声与生物噪声的关系,提取出体长8~9 cm大黄鱼在室内养殖声音环境下的摄食颗粒饵料过程中的生物噪声。结果表明:(1)养殖环境噪声 SPL约110.27 dB,包括主频率峰值为100 Hz的养殖设备与水槽内壁的低频共振噪声、1250 Hz的表层水体气泡噪声、以及1600~2500 Hz的曝气石、增氧机、空气压缩机工作噪声;(2)增氧机和曝气关闭时,大黄鱼摄食过程产生的生物噪声SPL约为92.65 d B,略高于背景噪声(约为88.19 dB)。主要为游泳噪声70~500 Hz、吞食产生的水体表面搅动与气泡破裂的声音1000~2000 Hz、咀嚼颗粒饵料的噪声2000~4500 Hz;(3)增氧机和曝气开启时,背景噪声SPL高于生物噪声约17.62 dB。且生物噪声无法区别于背景噪声,但并未影响鱼类摄食行为。结果表明,室内养殖大黄鱼的生物噪声频谱特征可以反馈摄食情况,能够用于自动投饵调控,并为声诱集行为实验提供数据支持。
  3、大黄鱼听觉特性研究
  利用ABR技术,在隔音室中获取到了10 ind体长17~20 cm大黄鱼的ABR波形,绘制出大黄鱼的听力图。结果显示:(1)相同频率下,大黄鱼 ABR波形的潜伏期随S P L的下降而延长,每下降6 d B潜伏期则增加约0.8~1.2 ms,波形的幅值也随着减弱;(2)大黄鱼的听力图为“V”字型。在低频100~300 Hz大黄鱼的听觉阈值逐渐降低(约100~96 dB),听觉灵敏度逐渐增加;在500~800 Hz达到最敏感频率范围(约93~95 dB),听觉阈值在500 Hz时最低(约93 dB);在1000~4000 Hz,大黄鱼的听觉敏感度大幅度下降,听觉阈值不断升高(约97~120 dB)。结果表明,大黄鱼的听见敏感频率与其发声频率相匹配,是听觉与发声协同进化的结果,在其声通讯交流中具有重要意义。研究大黄鱼的听觉能力可以帮助我们更好的了解其对声音的反应阈值,为声诱集大黄鱼选择适宜的声刺激频率和声压级强度提供数据参考。
  4、大黄鱼声诱集实验
  使用实验行为学手段和 PCA图像处理技术,分别对体长约17~20 cm,40 ind的成鱼组和体长约8~9 c m,300 i nd的幼鱼组,进行无饵料投喂水下声诱集实验,并基于“两点法”计算出平均游泳速度,统计出运动轨迹和鱼群数量变动,最后测定胃蛋白酶活力变化作为生理指标参考。结果显示:(1)幼鱼组的声诱集效果为:摄食原声>摄食噪声>500 Hz纯音。效果最佳的摄食原声1 mi n内的诱集率约为93%~97%,诱集停留时间约为18.4~25.8 s。声刺激后,胃蛋白酶活力的变化为:摄食原声增加约11.84%较显著,摄食噪声增加约3.11%不显著。500 Hz纯音组则下降了约12.06%较显著;(2)成鱼组的声诱集实验,总体诱集率效果均不显著(水槽和海上声音环境不同),但却诱发了实验鱼的摄食动机,使其产生水层上升运动,并伴随出现摄食动作。统计产生摄食动机的鱼群数量为:摄食原声约26.3%、人工纯音约20%、摄食噪声约19.8%;声刺激后,生物噪声组胃蛋白酶活力略有增加,人工纯音则略有降低,均不显著(暂养饵料属性不同);(3)大黄鱼的游泳速度与行为的关系为,觅食行为约1.1~1.9 LB·s-1(摄食方式不同)、自由巡航约为3.3~4.1 LB·s-1,突然加速行为(争夺饵料或避让干扰)约为7.0~8.5 LB·s-1,惊吓逃逸约为11.2~14.3 LB·s-1,在成鱼出现的加速—滑翔行为约为2.7~7.0 LB·s-1。实验结果表明,大黄鱼摄食过程的生物噪声具有声诱集效果,能够激活大黄鱼食欲和摄食动机,具有生物学意义。在适宜的声压级(110~120 dB)范围内,如若配合投饵,则会进一步提高诱集率和停留时间。
  综上所述,以上结果论证了本文提出的假设成立。解释了大黄鱼对声音产生诱集行为反应的机理,其基本要素包括:(1)大黄鱼对不同频率(低频和高频)的听力敏感度不同;(2)刺激强度(声压级)应适宜;(3)需要完整还原能够激活大黄鱼摄食动机的“声境”(频谱特征)。
  证实了生物噪声声诱集是一种可行的、对鱼体无伤害的、能够反馈鱼群行为、以及激活大黄鱼食欲和摄食动机的有效方法。该方法能够推广应用于声诱集捕捞、定点投饵,大水体鱼群行为监管等领域;证实了大黄鱼的听觉特性与其发声频率相匹配,在海洋环境噪声评估和保护听觉敏感的石首鱼科鱼类等领域具有参考价值。
  由于实验条件有限,声诱集行为实验是在室内水槽中完成的。今后将继续开展相关研究工作,深入研究生物噪声在海区放养声导鱼以及标志放流回捕等研究中的应用,并进行野外实验数据补充。
[硕士论文] 苏志鹏
捕捞学 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:南极磷虾(Euphausia superba)分类上属于甲壳类浮游动物,广泛分布于环南极大陆架水域,是地球上已知的生物量最大的单种生物,且其体内具有人类全部所需的氨基酸,因具极大的潜在开发利用价值而备受世界各国的关注。单船中层拖网是捕捞磷虾的主要作业方式,我国捕捞渔船使用的磷虾拖网也从2009年的大网目磷虾拖网改进为小网目磷虾拖网。和大网目拖网相比,小网目拖网规格相对较小,作业时不会出现如大网目拖网那样的相互缠绕,操作较为方便简单,起、放网也较节省时间。作者曾于2015年和2016年随我国南极磷虾捕捞渔船赴南极执行农业部南极海洋生物开发专项相关调查工作,认为我国南极磷虾捕捞渔船目前使用小网目磷虾拖网在海上捕捞作业过程中还存在一些问题,需要展开研究:(1)如何确定网位水层与拖速和曳纲长度的变化,找出其规律。(2)南极磷虾具有昼夜垂直移动习性,使得网位的控制有一定的难度,需要通过控制浮沉比配备的同时,还需要知道如何配置重锤的重量才能使得能达到某一水层且网具性能会发生怎样的变化?循环水槽试验中无法对于重锤影响水层的研究,本章主要是研究重锤对网具性能的影响。(3)网板的扩张性能与网具的配置关系,网具阻力在整个拖曳系统占据怎样的地位,对于海上使用的网板按照田内准则制作模型网板,通过拖曳水槽研究网板的阻力与曳纲和速度的变化以及网板在拖网系统中阻力分配情况。(4)南极磷虾拖网内衬网网衣较多,且内衬网网目较小,虽然捕捞产量效果较为理想,但阻力较大可能会使得能耗会增大。因此,内衬网的线面积对网具性能的影响也是值得研究的问题。(5)完成模型试验后对比海上实际测量的网具阻力和网口高度的变化与拖速和曳纲长度的关系,研究海上实测和模型试验的南极磷虾拖网性能。
  上述(1)的问题和下述(1)的试验结果是基于作者于2015年2月-7月在青岛远洋捕捞有限公司“明开轮”在南极执行项目时海上拖网试验收集的数据,通过研究分析得出网位变动与拖速和曳纲间的关系,试验网记为1号拖网。上述(2)、(3)、(4)、(5)四项研究的问题和下述(2)、(3)、(4)、(5)的试验结果均是基于作者于2016年1月至5月在中国水产有限公司“龙腾轮”的执行南极磷虾项目时,对渔船所使用的拖网完成实际海上测试后发现的一些主要问题,并通过模型试验研究得出的主要结果,试验网可记为2号拖网。
  本文通过海上实际生产时的拖网捕捞数据,结合东京海洋大学循环水槽和日本水产工学研究所拖曳水槽模型试验,得到的主要结果如下:
  (1)南极磷虾拖网(Net1)的网位变化主要由曳纲长度决定,曳纲每增加20 m,网位深度平均下降约1.9 m,曳纲长度对磷虾拖网网位的影响极显著。拖速由低速(1.0 Kn)增至高速(3.0 Kn)时,网位平均上升速率约2.9 m/Kn,网口高度平均降低19.8%。拖速对网位和网口高度的影响显著。网位调节至稳定状态需要一定时间,一般平均需要3 min。
  (2)拖网袖端水平扩张与下纲长度之比(L/S)的改变导致网具阻力的变化幅度较小,而改变拖速时网具阻力的变化幅度较大。水平扩张比(L/S)和拖速对网具阻力、网口高度均存在显著影响。在不同水平扩张下,拖速从1.5 Kn增加到3.5 Kn时,网具阻力平均增大41.19%,且随着拖速的增大,网具阻力的增大幅度减小;随着水平扩张的增大,尽管网具阻力的增大幅度也随之增大,但增大幅度不大,平均不到1%(0.925%)。在拖速分别为1.5 Kn、2.0 Kn和2.5 Kn时,网口最优形状均为L/S=0.55时;拖速为3.0 Kn和3.5 Kn时,网口最优形状均为 L/S=0.40时,表明在较高速度拖曳时,对网口的水平扩张要求不需要太大。
  (3)改变重锤重量对网口高度、网具阻力和能耗系数的变化存在显著性影响。改变重锤重量主要是为了调节南极磷虾拖网的捕捞作业水层。实际生产时,船长一般根据磷虾栖息水层昼夜垂直移动的特点,白天和晚上均要调整重锤的重量。结果表明,配置300kg重锤时,网口高度提高了约3.08%(对比未加重锤),重锤重量从300 kg增加到600 kg,网口高度变化幅度较小,但是随着重锤重量的增加,拖网能耗系数降低,装配300 kg和600 kg重锤时的能耗系数变化曲线相差很小。故可认为,在保证网具能达到预设的水层时可以不需要配置过重的重锤以便起网时方便操作。
  (4)内衬网线面积的变化对网具阻力和网口高度具有极显著影响。随着拖速的增大,内衬网线面积的变化对网具阻力的变化幅度会增大,对应的能耗系数也呈现相同的规律。在低拖速(V≤2.0 Kn)和较低的水平扩张时,在保证磷虾不会通过网目挤压或逃逸的前提下,可考虑将内衬网的线面积比优化为16.93%,即由网身第四段开始附加内衬网会更有利于捕捞效率的提高和降低能耗。
  (5)拖曳水槽试验的拖网阻力随拖速的变化在拖速低于2.5 Kn和海上实测拖网阻力基本相等,在拖速高于2.5 Kn时拖曳水槽试验的拖网阻力明显大于海上实测的拖网阻力,拖曳水槽试验的拖网阻力比海上实测的拖网阻力平均大8.76%,而通过循环水槽试验得出的网具阻力平均比拖曳水槽试验的拖网阻力大21.74%,比海上实测的拖网阻力平均大31.61%。虽然试验网板在低拖速(V≤2.0 Kn)时水平扩张很小,但在拖速超过2.0 Kn时网口扩张还是可以满足磷虾拖网作业特性的。当然为了能够保证在低拖速时网具也能达到较好的网形效果,对于低拖速,较大扩张的网板开发也是非常有意义的。因此,在接下来的拖网优化试验中,应该考虑将网具模型再变大,将主尺度缩小,扩大网板模型有利于对网板真是情况进行较好的了解和试验,降低模型失真带来的误差。通过在三种试验条件下的拖网阻力与拖速的关系拟合优化公式为:R=135.06V1.4706(R2=0.9099)。
[硕士论文] 阮超
海洋科学 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:南极磷虾,又称南极大磷虾(Euphausia superba),是生活在南大洋中的一种甲壳类浮游动物,在整个南大洋生态系统中能量和物质流动中处于关键环节。南极磷虾的生物量约为10~20亿吨,每年的可捕量也在1.5亿吨,这相当于世界渔获量的总和,是当今可利用的、最大的渔业潜在资源。因此探索南极磷虾渔场的时空分布规律及其与影响因子的关系对南极磷虾资源的合理开发和管理以及进一步提高南极磷虾的捕捞效率具有重要意义。本研究根据2010-2015年中国大型拖网渔船在南极海域48渔区捕捞的南极磷虾产量数据,并结合该区域卫星遥感获取的海洋表面温度(SST)数据、叶绿素a(Chl-a)浓度数据,以单位捕捞努力量渔获量(CPUE)作为资源丰度指标,采用数学统计方法和地理信息软件AICGIS分析南大洋南极磷虾渔场时空分布规律及其与影响因子的关系,并通过广义可加模型(GAM)分析影响因子对南极磷虾渔场时空分布的影响。研究结果如下:
  60°S~64°S、40°W~61°W范围内的海域是南极磷虾良好的作业海区。整体来说,南极磷虾渔场CPUE呈明显的季节性变化,除11月外,其余月份均可作业。12月CPUE为一年中的较低值(10.7t/h),随后到翌年5月呈逐渐增加的趋势,5月南极磷虾 CPUE为一年中的最大值(20.9t/h),随后又开始逐渐减小,9月到达一年中的最小值(4.5t/h)。12月-翌年的10月,渔场重心大致向东推移的趋势。12月-翌年2月渔场重心一直向南推移,纬度重心也向南扩展。3-6月渔场经度重心继续往北推移;纬度重心变化幅度较小,主要位于62°S附近海域。而后的7-10月渔场经、纬度重心跨度较大,呈逐渐向东北推移的趋势,并于8月和9月分别达到最东端和最北端。
  南极磷虾渔场适宜SST、Chl-a的范围也在随着月份而变化,其渔场适宜SST的范围为-0.5~1℃,适宜Chl-a浓度的范围为0.2~0.38mg/m3。适宜SST、Chl-a范围主要集中在南半球夏、秋季节(12月-翌年5月)。
  2010-2015年南极磷虾作业渔场主要分布于南极半岛及其附近岛屿的周边海域,并且随着月份的变化,南极磷虾会沿着大陆架的延伸做来回的迁移。GAM筛选出的各捕捞因子对CPUE时空分布的影响由大到小依次为:经度、拖速、Chl-a、SST、曳纲长度、网口水平扩张、网口高度、月份、拖曳水深、纬度。所有因子对CPUE的总偏差解释率为49.5%,时间因子(月份)的贡献率为1.9%;空间因子的贡献率为16.79%,其中经度贡献率较大为16.7%;环境因子的贡献率为11.61%;捕捞因子的贡献率为19.2%,其中拖速是贡献率最大的影响因子,偏差解释率达9.2%;F检验表明,经度、拖速、网口高度、网口水平扩张与CPUE呈显著的相关关系(P<0.05),而其它因子与CPUE关系不大。总体上,南极磷虾捕捞作业中最适的经度范围为47°W~61°W;适宜的拖网速度范围为2.5~3.5Kn;适宜网口高度范围为25~35m;适宜的网口水平扩张的范围为20~30m。
[硕士论文] 李腾
渔业 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,中国已经成为鱿鱼的主要生产国、消费国、和贸易国,中国的鱿钓渔船不仅是近岸,还是远洋,都占有很大的部分。自80年代末引进鱿钓渔业开始,中国的鱿钓渔业几经发展,慢慢由小做大,实现了从近岸到远洋的跨越式发展,已经成为中国远洋渔业的一个重要组成部分。但是近年来随着世界渔业资源的普遍衰减,在远洋方面,阿根廷渔场状况不佳,鱿钓渔业的年捕捞量波动较大,加上国际油价偏高以及市场上鱿鱼的价格持续走低,使整个鱿钓渔业增加了很多的不确定性。远洋鱿钓渔业,作为一种高成本,高耗能的作业方式,如何更好的节能降低成本,是很多渔业从业者需要思考的问题。集鱼灯作为鱿钓渔业的一种必不缺少的助渔设备,也是鱿钓渔业成本消耗的主要方面之一。集鱼灯经历了从非电源集鱼灯到如今以金属卤化物灯为主的发展阶段,集鱼灯的功率一直增加,由于国内的一些渔业从业者误认为集鱼灯的功率越大产量越好,造成了成本的加剧,能源的消耗增大,但是其捕捞效益和效率却没有达到预期的效果。
  本文针对国内鱿钓渔业追求不断提高集鱼灯总功率的问题,以金属卤化集鱼灯为研究对象,对水上集鱼灯,通过叠加法计算模型计算不同类型、不同功率配置时的诱鱼半径、诱鱼体积和钓捕深度(以离船舷处5m的位置作为鱿钓渔船的投钩位置);对于水下集鱼灯,使用光辐射理论,使用新的照度计算模型计算水下集鱼灯的诱鱼半径和诱鱼体积;根据上述计算结果,对于水上的集鱼灯,分析了钓捕深度与总功率之间的关系,并且提出如何选取最佳功率。研究表明:
  (1)对于1kW型、2kW型、3kW型和4kW型的水上集鱼灯,在水下所形成的光场中,诱鱼区(良好感应区0.1-10lx加上微弱感光区0.01-0.1lx)的半径和诱鱼水体体积都是随着集鱼灯总功率的增加而增加,但增加的幅度变的越来越缓慢,并且根据其变化趋势以及拟合的公式来看,最终会无限逼近某个值。对于4种类型的水上集鱼灯,配置1kW型时,饱和诱鱼水体体积为4.25×105m3;配置2kW型时,其饱和诱鱼水体体积为5.26×105m3;配置3kW型时,其饱和诱鱼水体体积为4.48×105m3;配置4kW型时,其饱和诱鱼水体体积为4.46×105m3;所以对于8154型的改装鱿钓渔船,配置2kW型的水上集鱼灯,其饱和诱鱼体积可以达到最大,建议配置2kW型的水上集鱼灯更为合适。对于2-5kW型的水下集鱼灯,其诱鱼半径和诱鱼水体体积也是随着功率的增加而增加,但增加的幅度同样一直减小,最终也将无限逼近某个值。可见,集鱼灯功率在一定范围内,是越大越好,但超过了一定的范围,集鱼灯功率的增大并没有带来诱鱼范围的同比增加,反而功率增加带来了能源的不必要消耗加剧;所以应对于不同规格的渔船进行灯光的适配,保证捕捞效率的同时避免能量的浪费。
  (2)对于1-4kW型的集鱼灯均存在功率较小时,钓捕深度随着功率的增加而增加,随着功率的逐渐增大,钓捕深度增加的幅度逐渐减小,最终会逐渐稳定在某个值,1kW型的集鱼灯,钓捕深度的最大不会超过41-72m,而分别配置2kW型、3kW型、4kW型的集鱼灯,其钓捕深度最大都不会超过48-80m。另外对于8154型的鱿钓渔船,以目前渔船的常用集鱼灯总功率为120kW来说,配置1kW型集鱼灯时,建议合适钓捕深度为39.3-70.4m;配置2kW型集鱼灯时,建议合适钓捕深度为44-75m;配置3kW型集鱼灯时,建议合适钓捕深度为40.2-70.9m;配置4kW型集鱼灯时,建议合适钓捕深度为39.9-70.3m。再算上船舷离水面的高度为2.5m,以2kW型集鱼灯为例,那么建议钓捕深度应为46.5-77.5m;另外因0.01lx-0.1lx的照度区域依然是鱿鱼可以感受到的光照区域,所以钓捕深度可以大于77.5m;
[硕士论文] 郭刚刚
渔业资源 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:渔船监测是获取渔船作业信息的重要来源,依托夜光遥感技术,可以实现对夜间使用集鱼灯进行集鱼、诱鱼的作业灯光渔船进行实时监测,且相对于传统渔船监测手段具有成本低廉、覆盖面广等优势,在光诱渔业上具有良好的发展前景。但目前,基于夜光遥感的远洋灯光渔船监测仍以目视解译为主,作业远洋灯光渔船自动图像检测算法的缺失,限制了夜光遥感在远洋光诱渔业上的应用。设计开发基于夜光遥感的作业远洋灯光渔船自动检测算法,可为远洋光诱渔业提供一种新的、低成本、近实时的高精度渔船作业信息来源,在渔业信息化管理、渔业资源评估,渔场分析、渔情预报以及保障渔船合法权益等方面,均具有重要意义。
  本文根据远洋灯光渔船夜间作业时其集鱼灯灯光在美国国家极轨合作伙伴(NPP)卫星搭载的可见光红外辐射仪(VIIRS)白天/夜晚波段(DNB)影像上的辐射特征,设计了基于 NPP/VIIRS夜光遥感影像的作业远洋灯光渔船自动检测算法,对2015年西北太平洋公海日本鲭(Scomber japonicus)灯光围网渔场主渔汛期内的渔船作业信息进行了系统检测,并就灯光遥感渔船作业信息数据在渔场分析上的应用进行了探索。
  本文主要研究内容如下:
  (1)基于NPP/VIIRS夜光遥感影像数据,设计了基于峰值中值指数(SMI)、最大熵(MaxEnt)阈值分割以及局部峰值检测(LSD)的作业远洋灯光渔船自动检测算法,采用2015年西北太平洋公海灯光围网渔场内作业渔船船位监控系统(VMS)数据对该算法的识别精度进行检验发现,本文提出的作业远洋灯光渔船自动检测算法对作业远洋灯光渔船的识别精度在92%以上;
  (2)基于上述作业远洋灯光渔船自动检测算法,对2015年西北太平洋公海日本鲭灯光围网渔场主渔汛期内无云情况下的渔船作业信息数据进行检测,共获取120天,总计4644条有效的灯光围网渔船作业信息数据。
  (3)在此基础上,结合卫星遥感海表面温度(SST)和海表面高度(SSH)数据,采用广义可加模型(GAM)研究SST和SSH对西北太平洋公海日本鲭灯光围网渔船捕捞努力量的影响;基于 ARCGIS软件可视化分析海洋环境与渔船捕捞努力量的时空分布及关系特征;采用频次分析及经验累积分布函数(ECDF)相结合的方法计算渔船作业时适宜的SST和SSH范围。得到结果如下:SST和SSH均与日本鲭灯光渔船捕捞努力量存在极显著的相关关系,且SST对日本鲭捕捞努力量的影响程度高于SSH;渔船捕捞努力量集中分布于海洋锋面交汇区靠近冷锋一侧以及冷暖涡交汇区域靠近冷涡一侧;灯光渔船作业时适宜的SST和SSH范围分别为11.9~17.2℃,13.6~37.0 cm。
  本研究的创新成果主要体现在:
  (1)设计开发了基于NPP/VIIRS夜光遥感影像的作业远洋灯光渔船自动检测算法,填补了目前夜光遥感远洋灯光渔船自动检测算法的缺失,为我国远洋光诱渔业提供了一种新的渔船作业信息数据补充来源。
  (2)探索了基于夜光遥感远洋灯光渔船作业信息数据在渔场分析上应用可行性,为解决由于渔业数据不足所导致的远洋光诱渔业渔情信息匮乏问题提供了新的思路。
[硕士论文] 王伟
农业机械化 浙江海洋大学 2017(学位年度)
摘要:吸鱼泵作为围拖网渔船活鱼运输的重要部件,其质量的好坏对活鱼的影响非常巨大。为此,吸鱼泵的效率以及活鱼的损伤率一直是人们最为关心的问题。如何提高吸鱼泵的效率以及降低吸鱼泵的损伤率是各个企业追逐的重要目标。本文吸鱼泵的主要输送的对象是秋刀鱼,秋刀鱼的长度在20-35厘米左右。
  为了使合作单位能够更好的得到吸鱼泵的研究数据,对吸鱼泵进行结构设计以及通过数值模拟计算进行研究,在设计上:结合普通离心泵以及吸沙泵的特征,确定叶轮的结构和形式,并通过三维软件Solidworks对实际尺寸缩小十倍建模。在分析上:通过FLUENT软件对吸鱼泵进行单相流与两相流流场分析。单相流模型在空载工况时选取转速度进行数值模拟;两相流模型从四个方面进行数值模拟:
  1、转速;
  2、体积流量;
  3、颗粒(鱼体缩小后以颗粒描述)大小;
  4、颗粒的浓度。
  叶轮的壁面采用对称建模,并且运用柔性旋转分布,这样使得叶轮做有用功同时将流体输出到出口管。
  通过对吸鱼泵流场的分析,能够得到以下的结论:叶轮采用的柔性旋转分布,转速在1250rad/min-1450rad/min,流量在0.8Q-1.2Q最适合。鱼水混合物之比(鱼的体积与水的比例)在30%-50%适合活鱼输送。经合作企业试验,符合实际应用。
[博士论文] 唐浩
捕捞学 上海海洋大学 2017(学位年度)
摘要:金枪鱼围网是围捕类渔具中最为先进的一种作业方式,其作业原理是利用中上层鱼类的表层集群行为,采用圈捕的方式,通过收绞底纲完成包围鱼群,达到捕鱼目的。这种围捕的基本技术最初应用于鲐鱼、沙丁鱼和鳀鱼等小型鱼种,后来扩展到表层金枪鱼渔业中。目前,金枪鱼围网的目标鱼种包括鲣鱼Katsuwonus pelamis、黄鳍金枪鱼Thunnus albacares等。
  由于以前的捕捞技术是建立在渔业资源相对比较丰富、能源成本较低以及捕捞对环境影响较小的基础上,但随着渔业资源不断被开发利用,现在的渔具渔法更关注于生态环境的保护,以及能源成本的节约,从而引发了渔具设计理念的转变。围网网具发展步入到了网具性能优化的阶段,这主要是渔业管理的驱动,使人们不仅仅只关注高效的围网网具,更多地去关注生态保护及节能的优化网具。
  围网研究的主要内容有网具沉降特性、水动力特性及网具形态三方面,为了实现网具性能的优化适应现如今的捕捞策略,本研究立足于围网沉降特性和水动力特性研究,对网具本身属性和捕捞参数进行优化,以期提高网具的作业性能。网具优化的参数可包括:网具结构、网具本身属性、捕捞操作参数、放网模式等。但在网具性能优化过程中,1)围网网具的主要作业指标及影响因素有哪些?2)不同材料的网片水动力特性的变化规律?3)对于围网和拖网渔具,在水中运动均与水流呈小冲角运动,网具的水动力特性如何表现?4)优化参数对网具特性的影响效果评估?5)如何评价优化网具的渔具性能?这些问题是造成我国金枪鱼围网网具性能优化的方向不明确的一些主要原因。
  为此,本研究通过海上实测调查的结果,得到了网具的作业性能的影响因素,在实测的基础上开展新兴材料的网具水动力特性研究,了解不同材料和不同结节类型的网片水动力特性,量化分析下纲配重、放网速度对网具性能的影响,以及不同材料的网具沉降特性的差异,最终提出我国金枪鱼围网的优化方案,并通过动水槽试验评估优化后网具性能效果。主要研究结果如下:
  (1)渔船的放网速度及网具的沉降速度为决定捕捞成功与否的关键因素;鱼群的运动速度越快,捕捞的可能范围将急剧下降。当鱼群移动速度(下潜速度)超过1.5 m/s时,除非极具表层洄游性鱼类之外,稍具有一定深度的鱼群,则无捕获的可能;投网位置的选择不能忽视,投网位置与鱼群中心的距离越近,易导致鱼群的反应,从而增加逃逸概率;网具规模较大时,必须配合操作条件及鱼群的动态性能的判断作业,从而增加捕获成功率。
  (2)海洋环境和捕捞参数对围网沉降特性影响:应用广义可加模型(GAMs)对88网次的海上实测自由鱼群捕捞数据进行分析得到:120 m水层的海流速度是环境因素当中对围网沉降深度影响最大的因素;长高比较小的围网具有较好的沉降性能;长高比、放网时间和括纲长度对沉降深度影响显著;而长高比、放网时间、60 m水层流速、括纲长度和跑纲长度对沉降速度影响显著;建立的沉降深度和沉降速度最佳模型可用于预测在不同渔法操作和环境条件下的网具沉降性能,这对于成功捕捞自由鱼群是十分必要的。
  (3)动水槽试验结果显示,无结节聚乙烯(PE)网片的水动力系数与网目占空率有关;当网片平行于来流方向时,占空率与阻力系数存在负相关关系,而当网片垂直于来流时两者关系为正相关;网片倾斜于水流放置时,阻力系数随着冲角的增加而增大,升力系数在冲角为50°(临界冲角)时达到最大;当冲角小于该临界冲角时和大于临界冲角时,阻力系数和占空率的关系正好相反,即在小冲角下升、阻力系数与占空率均呈负相关关系,而在大冲角时呈现完全相反的结果。通过非线性拟合得到了聚乙烯网片的水动力系数公式:
  CD90=5.568α0.292 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
  (4)对尼龙(PA)网片,雷诺数和占空率对其水动力系数的影响较为显著,随着雷诺数的增大,阻力系数减小并逐渐趋于平稳;占空率与平行阻力系数存在负相关关系,而与法向阻力系数呈正相关关系;网片倾斜于水流时,升力系数在冲角为50°(临界冲角)时达到最大;当冲角小于该临界冲角时和大于临界冲角时,阻力系数和占空率的关系正好相反,即当冲角趋于0°时占空率越小阻力系数越大,而当冲角趋于90°占空率越大阻力系数越大;在相同条件下,有结网片的阻力系数是无结网片阻力系数的1.23~1.35倍;当雷诺数低于2200,PE网片的阻力系数较PA网片大;但当雷诺数大于2200,PA网片阻力系数反而小于PE网片。根据试验结果拟合了尼龙网片的水动力系数经验公式:
  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)小冲角是围网和拖网渔具在水中作业时较普遍的情况,通过自主设计的试验装置,进行了网片水动力的小冲角试验。发现试验框架在0-20°范围内表现稳定,即框架阻力低于总阻力的20%,满足试验的基本要求;小冲角条件下,网片阻力系数与雷诺数、占空率和冲角有关;阻力系数随着冲角的增大而增大,但与占空率和冲角呈负相关关系;相同占空率的无结节尼龙网片的阻力系数约占有结节网片的77.9%。根据试验结果推导出了小冲角条件下的网片阻力系数公式:CD=0.172α-0.407Re-0.031(1+sinθ0.905)1.822上式可应用在渔具(围网、拖网等)与水流呈小冲角作业时,网具理论计算及数值模拟方面,同时也可利于此公式对围网模型准则进行修正。
  (6)聚乙烯、尼龙和涤纶3种网片的沉降性能动水槽试验结果表明:网片的沉降深度随着沉降时间的增加而增加,直至达到最大沉降深度;下纲配重的增加使网片的沉降特性有着显著性的提高,其中聚乙烯网片的提升幅度最大,其次是尼龙和涤纶网片;占空率与网片的平均沉降速度呈负相关关系;不同材料的网片沉降特性存在显著性差异,涤纶网片的沉降特性最佳,依次是尼龙网片和聚乙烯网片;试验结果证明结节网片的沉降特性劣于无结网片。
  (7)下纲配重和放网速度对沉降特性影响:利用天然水域中的金枪鱼围网模型网试验结果与海上实测结果进行了对比。结果发现,下纲重量的增加和放网速度的增大,有利于模型网的沉降性能提升;下纲配重是影响网具沉降性能最重要的因素;对比网具中部和取鱼部的沉降速度,围网翼端位置的沉降速度最大;模型网的沉降速度达到实物网的97.2%左右,可近似认为模型网的沉降速度能够客观反应实物网的沉降速度。这表明了我们的模型试验可作为一种重要的补充方法去评估原型网的实测性能。
  (8)在基础试验的结果上,利用小冲角阻力系数公式对围网模型网准则进行修正,然后制作模型网和设计模型网动水槽试验。本研究采用两种优化的模型网进行动水槽试验:模型网主网衣部位的网目由原来的25 mm更换为30 mm;模型网主网衣1/3部位(靠近下缘网附近)网衣由30 mm更换为45 mm。通过试验结果发现:1)侧流放网是较为理想的放网模式,相比于其它放网模式可使优化网具在沉降特性、包围面积方面有着显著的提高;2)从括纲张力角度来说,顺流放网为较佳放网模型,因其产生较小的括纲张力。取鱼部的张力较网翼部的张力大,两个部位的张力均在绞纲完成时达到最大;3)网目增大使网具沉降性能提升和括纲绞收时间减小。对下缘网附近的网目进一步增大,使网具阻力减小9.26%;4)顺流放网时,网船移动距离和漂移距离均最小,网目增大网具阻力减小使网船的漂流距离减小。可认为上述网具优化方案是切实可行的,在网具节能、网具形态和沉降特性方面均有显著性作用,可作为我国大型围网网具性能优化的主要方向。
[博士论文] 姚叶明
机械电子工程 浙江大学 2016(学位年度)
摘要:海洋是人类的资源宝库,海洋渔业为人类的生存和发展提供了丰富的营养,是人类重要的食物来源。拖网作为海洋渔业中最广泛使用的捕捞技术,其产量占世界捕捞总量的百分之四十以上,重要程度不言而喻。拖网网具系统是拖网作业的重要部件,由拖网网衣、手纲、网板以及曳纲等组成,其性能对捕捞效率、拖网船能耗有着决定性的作用。因此,拖网网具系统的设计、优化是海洋渔业研究中的热点。
  拖网网具在水中运动时受水流作用而表现出极大的柔性变形,此变形也会改变网具所受的水动力,因此普遍认为拖网网具在水中的运动是一种水弹性力学行为。拖网网具水弹性力学特性主要表现为网具在水流中的受力与变形。现有拖网网具系统水弹性力学特性的分析手段主要有三种:实物海试,模型试验以及数值仿真。相较于其他两种方法,数值仿真具有使用成本低、开发周期短、参数易调整、数据一致性高、结果受干扰小的特点,在拖网网具系统的设计、优化中起到越来越重要的作用。然而,现有的拖网网具数值模拟技术还存在很多不足,最重要的一点就是其计算效率极低,一顶网具进行一次数值试验往往需要运算数天时间,严重限制了数值模拟技术在网具水弹性力学特性分析以及设计、优化方面的应用。其次,由于其计算效率低,间接的限制了拖网网具数值模型向更复杂,更精确的方向发展。
  为了克服拖网网具系统数学模型所存在的上述问题,并进一步提高系统模型的准确性,本文针对大型拖网网具系统水弹性力学特性的数值模拟方法开展了研究。论文首先给出了大型拖网网具系统结构建模的基本方法。基于所建立的网具模型以及数值求解方法,推导了网具系统的数值稳定性判据;并根据数值稳定性判据,提出了提高网具仿真计算效率的优化方法。通过优化,可以提高拖网模型的计算效率40倍左右,而由于优化引入的仿真结果的失真不超过2%。之后,本文使用流固耦合的方法进一步研究了拖网网具的水弹性力学特性,并将仿真结果与实验数据进行了对比。结果表明,使用本文所提出的拖网网具流固耦合建模方法,仿真出的流场与网具水动力结果与实验值之间的误差在2%-6%之间,而计算速度较现有的方法快上百倍,特别适用于网状结构流固耦合的水弹性力学分析计算。为了使拖网系统模型在拖曳参数变化范围较大时也能得到准确的结果,本文提出了拖网网板的六自由度建模方法,并使用海试数据对网板参数进行辨识。当在曳纲长度在200m-900m范围内变化时,使用包含网板六自由度模型的拖网系统仿真结果与海试数据的最大偏差在5%左右。最后,在前文所建立的网具数学模型的基础上,通过数值试验的方法总结归纳了拖网网具的负载特性。
  论文全文安排如下:
  第1章介绍了拖网网具系统的组成及其水弹性力学特性的研究方法,阐述了拖网网具系统水弹性力学特性数值模拟及相关内容的研究现状,交代了本课题的研究背景,指出了本课题的研究意义,说明了本课题的主要研究内容。
  第2章主要说明了使用集中质量法建立拖网网具系统结构模型的基本方法,给出了网片、目脚以及结节的水动力计算公式,推导了代表网具运动的集中质量点的运动方程。比较了网目合并方法对仿真精度的影响。
  第3章通过对拖网网具数学模型计算发散的过程进行分析,提出了基于网具集中质量模型基本单元的网具模型数值稳定性分析方法。通过将网具模型的数值求解过程等效为一个离散系统,推导了网具模型的数值稳定性判据,并据此进一步设计了网具模型的优化方法,用于提高拖网网具模型的计算效率。
  第4章建立了拖网网具与其周围水流耦合作用的模型。网具周围的流场使用有限体积法建模。在流场模型和网具模型的基础上,提出了混合体积法用于将网具离散到流场模型的控制单元中,网具对流体的阻滞力通过牛顿第三定律直接将网具水动力的反力表示在流场模型RANS方程的源项当中。为了验证所建立模型的准确性,本章将仿真得到的网具水动力和流场分布结果与实验数据进行了对比。
  第5章介绍了拖网网板的六自由度建模方法。本章首先对网板模型的几何参数以及参考坐标系进行了定义,在此基础上给出了拖网网板工作角度与水动力系数的计算公式,并推导了网板的运动方程。文中网板的水动力系数表示为网板工作角度的函数,并通过最优化算法辨识了网板的水动力系数与其工作角度间关系函数的系数。
  第6章使用前文所建立的拖网网具系统模型,对不同拖曳参数以及海浪干扰组合下的拖网网具曳纲张力进行了600组数值试验。使用数值试验结果,通过曲线拟合的方法,总结归纳了拖网网具的负载特性。最后,将网具负载特性函数计算出的曳纲张力与网具物理模型计算出曳纲张力进行了对比,验证了本文网具负载特性函数归纳方法的可行性。
  第7章对本论文的研究工作进行了概述,提出了本论文的主要结论及创新点,并展望了下一步的研究方向和研究内容。
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