鲐鱼灯光围网渔船水上集鱼灯水中照度分布及优化配置的理论计算

沙 锋，钱卫国＊，，吴仲琪，陈幸骏

（1.国家远洋渔业工程技术研究中心 上海海洋大学，上海 201306；2.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；3.大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室 上海海洋大学，上海 201306；4.宁波大学，浙江 宁波 315211）

0 引言

鲐鱼ScomberjaponicusHouttuyn广泛分布于西北太平洋水域，是我国东、黄海最重要的中上层渔业资源之一［1］。我国鲐鱼灯光围网渔业开始于20世纪70年代，至今已拥有相当规模的专业性生产队伍，近年来由于海洋捕捞压力不断加大，鲐鱼资源逐年减少，使得鲐鱼灯光围网作业的渔场相对集中［2］，导致鲐鱼灯光围网渔船常汇集在某一海域同时进行捕捞作业。渔船间竞争性捕捞加剧，各渔船为提高自身的捕捞效率，不断地增加集鱼灯的功率。集鱼灯总功率的盲目增大，在相对拥挤的作业海域，渔船间的灯光干扰十分严重，既影响了鲐鱼灯光围网的捕捞效率，又造成能源的浪费。为使集鱼灯灯光得到更有效的利用，同时减少不必要的能源损耗，有必要了解鲐鱼灯光围网渔船的水中照度的分布情况。国内外在这方面已有不少类似的研究，如崔淅珍 等［3］建立了线光源水中照度计算模式，对日本19总吨鱿钓渔船的水中照度进行了计算；郑国富［4］使用经验公式计算了光诱浮拖网渔船不同功率时的水中照度分布；钱卫国等［5－6］对鱿钓渔船的集鱼灯水中照度分布进行了计算；关于灯光围网渔船水中照度分布的研究还不多见。为此，本文根据目前普遍使用的2kW型集鱼灯（指水上集鱼灯，下同）的有关光学特性，结合鲐鱼灯光围网渔船的集鱼灯配置数据，对该种灯在水中的照度分布及其合理配置（灯高、灯距）进行理论计算和研究，旨在为进一步有效利用集鱼灯灯光提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 鲐鱼灯光围网渔船组成及集鱼灯参数配置

一组鲐鱼灯光围网渔船通常由1艘主灯船、1艘副灯船和1艘网船构成，在捞取渔获时还有1艘运输船配合，但运输船不参与灯光诱捕的具体作业过程。灯船在围网作业中的主要作用为灯光诱鱼时作为主要诱鱼光源；与网船共同侦察鱼群，扩大侦察面积；协同网船和运输船进行放网、起网和捞鱼操作［7］。光诱作业时，一般采用三角形布置，即网船在上风或上流位置，而灯船在下风或下流位置（图1）。以苏州海发渔业公司的一组围网渔船为例，其网船为“苏渔812”，主灯船为“苏渔324”，副灯船为“苏渔310”，有关参数见表1和表2。

图1 鲐鱼灯光围网渔船光诱示意图Fig.1 Sketch map of light lure operationfor the light purse seine vessels

表1 灯光围网渔船基本参数Tab.1 Basic parameters of the light purse seine vessels

表2 灯光围网渔船集鱼灯的布置参数Tab.2 Arrangement parameters of fish aggregation lamps on the light purse seine vessels

1.2 计算方法

集鱼灯水中照度计算的方法采用叠加法照度计算模式［6，8］，根据灯光围网渔船的集鱼灯布置参数，使用自行开发的水上集鱼灯水下光场计算系统V1.0（国家软件登记号：2010SR042147），计算获得船舷右侧中部水平方向200m范围内不同深度的照度，并使用Surfer 8.0软件绘制等值曲线图。

在进行合理配置时，以渔船一侧0.01lx和10lx灯照度曲面所围水体体积大小来评价［6］，同样以上述软件的有关计算来实现。

2 结果

2.1 水中照度分布

2.1.1 主灯船

图2为主灯船集鱼灯功率为180kW时的水中等照度曲线分布。由图2可知，在主灯船总功率为180kW的情况下，100lx的等照度曲线基本分布在离船侧水平距离30m的位置，且水深在15m以内；10lx的等照度曲线水平方向最远在56m左右，水深方向不超过20m；1lx的等照度曲线水平距离最远约距离船侧水平距离100m，水深方向最深为25m；0.1 lx的等照度曲线水平方向最远在180m左右，水深方向不超过35m；离船水平距离40m、垂直距离40m处的照度约为0.01lx。

2.1.2 副灯船

副灯船中部右舷侧的水中等照度曲线分布如图3所示。由图3可知，在总功率为120kW的情况下，100lx的等照度曲线基本分布在离船侧水平距离25 m的位置，且水深在10m以内；10lx的等照度曲线水平方向最远在46m左右，水深方向不超过18m；1lx的等照度曲线水平距离最远约距离船侧水平距离88m，水深方向最深为23m；0.1lx的等照度曲线水平方向最远在162m左右，水深方向不超过30m；离船水平距离30m、垂直距离38m处的照度约为0.01lx。

图2 主灯船集鱼灯功率为180kW时的水中等照度曲线分布Fig.2 Contours of underwater irradiance of 180kW output power of fish aggregation lamps in main light vessel

图3 副灯船集鱼灯功率为120kW时的水中等照度曲线分布Fig.3 Contours of underwater irradiance of 120kW output power of fish aggregation lamps in vice light vessel

2.1.3 网船

图4 网船集鱼灯功率为40kW时的水中等照度曲线分布Fig.4 Contours of underwater irradiance of 40kW output power of fish aggregation lamps in ner vessel

网船中部右舷侧的水中照度分布如图4所示。由图4可知，在总功率为40kW的情况下，100lx的等照度曲线主要分布在离船侧水平距离21m左右的位置；10lx的等照度曲线水平方向最远在45m左右，水深方向不超过15m；1lx的等照度曲线水平距离最远约距离船侧水平距离88m，水深方向最深为20m；0.1lx的等照度曲线水平距离最远约距离船侧163m，水深方向最深为30m；离船水平距离38m、垂直距离35m处的照度为0.01lx左右。

2.2 合理配置研究

2.2.1 主灯船

集鱼灯灯高（指灯离水面的高度，下同）分别为4.6，4.8和5.0m，灯距分别为0.20，0.22，0.24，0.26和0.28m时，渔船一侧0.01lx和10lx等照度曲面所包含的水体体积V0.01和V10见表3。从表3中数值上来看，V0.01－10最大值（115 774.30m3）所对应的灯距为0.26m，灯高为5.0m；其次为115 313.10m3，对应的灯距为0.28m，灯高为5.0m。主灯船（苏渔324）当前的灯高为4.8m，灯距为0.24m，对应的V0.01－10值为113 952.15m3，比较表中数据可知，在保持灯高4.8m 不变的情况下，V0.01－10值已经最大。因此，不必考虑增大该船目前的灯距。而在保持灯距不变的情况下，增大灯高到5.0m，则可增大0.8%的有效水体体积。在灯距增大到0.26m，灯高增大到5.0m时，则可增加1.6%的有效水体体积。

表3 主灯船不同灯高灯距时的水中照度V0.01和V10Tab.3 Value of V0.01and V10with different height and space of the fish aggregation lamps

2.2.2 副灯船

集鱼灯灯高分别为4.6，4.8和5.0m，灯距分别为0.26，0.28，0.30，0.32和0.34m 时，渔船一侧0.01lx和10lx等照度曲面所包含的水体体积V0.01和V10见表4。从表4中数值上来看，V0.01－10最大值（104 779.18m3）所对应的灯距为0.28m，灯高为5.0m；其次为104 679.90m3，对应的灯距为0.30m，灯高为5.0m。副灯船（苏渔310）当前的灯高为4.8m，灯距为0.30m，对应的V0.01－10值为102 656.62m3，比较表4中数据可知，在保持灯高4.8m不变的情况下，V0.01－10值偏小。因此，考虑减小该船目前的灯距至0.28m，可得最大V0.01－10值。而在保持灯距不变的情况下，增大灯高到5.0m，则可增大1.8%的有效水体体积。而当灯距减少到0.28m，灯高增大到5.0m时，则可增加2.1%的有效水体体积。

表4 副灯船不同灯高灯距时的水中照度V0.01和V10Tab.4 Value of V0.01and V10with different height and space of the fish aggregation lamps

2.2.3 网船

集鱼灯灯高分别为8.6，8.8和9.0m，灯距分别为0.56，0.58，0.60，0.62和0.64m时，渔船一侧0.01lx和10lx等照度曲面所包含的水体体积V0.01和V10见表5。从表5中数值上来看，V0.01－10最大值（161 691.51m3）所对应的灯距为0.64m，灯高为9.0m；其次为160 859.53m3，对应的灯距为0.62m，灯高为9.0m。网船（苏渔812）当前的灯高为8.8m，灯距为0.60m，对应的V0.01－10值为158 994.26m3，比较表5中数据可知，在保持灯高8.8m不变的情况下，目前灯距0.60m时的V0.01－10值最大。因此，不考虑改变灯距。而在保持灯距不变的情况下，增大灯高到9.0m，则可增大0.9%的有效水体体积。而在灯距增大到0.64m，灯高增大到9.0m时，则可增加1.7%的有效水体体积。

表5 网船不同灯高灯距时的水中照度V0.01和V10Tab.5 Value of V0.01and V10with different height and space of the fish aggregation lamps

3 讨论与小结

（1）本文主要针对2kW型金属卤化物集鱼灯进行计算和研究，该灯是各向异性的光源，其配光曲线极坐标函数［4］为：在具体的渔业生产使用中，应合理配置集鱼灯的安装高度，以获取尽可能大的光诱有效范围。由上述计算可知，一般增加灯高可获得更多的有效水体体积，但从鲐鱼灯光围网渔业实践来看，灯船上的集鱼灯离水面高不应低于4.5m，也不宜太高，否则会造成风阻过大，影响渔船稳性，一般可控制在4.5～5.5m之间，而网船由于船体结构特殊而有所不同。

（2）本文研究的主灯船和副灯船属于同一类型的渔船，在灯高均为4.8m的情况下，集鱼灯功率分别为180kW和120kW时，对水中照度分布曲线（图2、图3）比较可以看出，尽管功率相差60kW，其1lx的等照度曲线离船最远的水平距离仅相差12m左右，0.01lx的等照度曲线离船最远的水平距离也仅相差18m左右。可见，大幅度提高集鱼灯盏数和功率并不能很有效地提高光诱范围，因此，在集鱼灯的使用上应避免当前的这种灯光功率的盲目攀比情况。

（3）有关集鱼灯在水中照度分布的计算方法有点光源 计 算 法［9－10］、线 光 源 计 算 法［3，11］、传 统 经 验 方法［4，12］等。本文将集鱼灯按照几何定律和折射定律分别进行照度的叠加计算，理论上更为确切，但仍是在理想状态下进行水中照度计算的，与实际生产有一定的差距。本文根据鲐鱼围网渔船水上集鱼灯配置的现况，对其水中照度分布进行了计算，并提供了一种探索灯光渔业集鱼灯合理配置的基本思路，相关学者和科技人员可参照本研究作进一步的拓展。

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