大潮差下浅海养殖围网防纠缠技术试验研究

李 怡， 叶修富， 马家志， 陈 舜， 萧云朴， 蔡厚才， 宋伟华

(1浙江海洋大学水产学院，浙江省海洋渔业装备技术研究重点实验室，浙江 舟山 316022；2平阳县海洋与渔业局，浙江 平阳 325400；3南麂列岛国家级海洋自然保护区管理局，浙江 平阳 325400)

大潮差下浅海养殖围网防纠缠技术试验研究

李 怡1， 叶修富1， 马家志1， 陈 舜2， 萧云朴2， 蔡厚才3， 宋伟华1

(1浙江海洋大学水产学院，浙江省海洋渔业装备技术研究重点实验室，浙江 舟山 316022；2平阳县海洋与渔业局，浙江 平阳 325400；3南麂列岛国家级海洋自然保护区管理局，浙江 平阳 325400)

大潮差海况条件会对养殖围网设施敷设产生较大影响，会发生网衣堆积严重、易纠缠、贴底网衣离底、网衣撕裂等生产安全事故，因此，网衣防纠缠技术研究非常重要。研究制作了小尺寸围网模型，采用装配横纲、沉力纲、浮力纲的方法设计3种不同的围网网衣沉降和升浮技术方案，进行模拟涨潮、落潮的网衣堆积试验研究。选取网衣堆积较明显的水位(水位分别降低30～60 cm)进行分析。结果显示：水位降低30 cm时，方案C，即采用浮沉力纵向向下递增分布的方法，网衣堆积高度最大，堆积系数最小；当水位降低分别为40 cm、50 cm、60 cm时，也得出同样的结果。研究表明：网衣堆积高度越大，堆积系数越小，网衣能够在更多层面堆积，发生纠缠的可能性越小。实际应用效果证明方案C适合在大潮差海域应用。

围网养殖；网具纠缠；堆积高度；堆积系数；模型试验；大潮差海域

浅海围网养殖是一种新型的生态养殖模式，相比海水网箱养殖具有养殖水体大、污染小、范围广等优点，日益受到重视[1-3]。浙江、福建等地沿海一带建设的浅海养殖围网主要有插栏式、桩柱式和浮绳式。相比前两种，浮绳式围网抗风浪能力强、成本低，更易推广。浮绳式围网主要由网衣、框架、贴底和系泊等系统构成。网衣在水面直接与框架系统连接，框架高出水面一定高度，无网盖；网衣在海底与贴底系统连接，直接陷入海底泥沙中，因而无网底。框架系统主要由绳索和浮子构成。贴底系统主要由绳索和锚链组成，保证锚链和贴底网衣完全陷入海底泥沙中。锚泊系统主要由木桩和系泊绳索组成，用以固定围网设施结构。

浙江沿海地区存在大潮差水文，潮差最大值达到甚至超过6 m，会对浮绳式围网敷设产生较大影响。养殖围网网衣与海底无缝连接，在风浪流的作用下，网衣在水中会发生一定的弯曲，要求网衣高度大于最大水深，确保大潮时网衣能在水深方向充分展开。当潮水低潮位时，网衣高度大于水深甚至几倍于水深，围网会堆积，网衣发生纠缠；当潮水上涨时，由于此时网衣展开的高度要小于水深，会出现浮于水面的围网框架结构下沉、贴底网衣离底、网衣撕裂等生产安全事故。小潮时网衣纠缠会导致养殖水体减少，影响养殖效果[4-5]。国内外对捕捞围网沉降性能进行过研究[6-11]，而关于养殖围网防网衣纠缠的研究鲜见报道。本文根据养殖围网敷设海区的海况、底质及潮差情况，确定实际围网的形状、结构尺寸和网衣的材料形式，制作了小尺寸围网模型，设计3种不同方案，进行模拟涨落潮的网衣堆积试验，旨在为大潮差下浅海养殖围网的健康生产提供参考。

1 模型设计制作与试验方法

1.1 模型设计

1.1.1 试验准则

由于养殖围网是一种周长大、高度相对小的特种渔业设施，如果依据一个大比例尺的模型准则就会出现由于垂直深度相对太小而影响试验的情况，因而分别选用水平和垂直方向2个大比例尺。参考日本学者松田皎的渔具模型试验准则[12-13]，实物围网周长275 m、高13 m，水平、垂直方向大比例尺如公式(1)[14]：

(1)

式中：λL—水平方向大比例尺；λV—垂直方向大比例尺；L1—实物围网周长；L2—模型围网周长；H1—实物围网高度；H2—模型围网高度。单位均为m。下标“1” 和“2”分别表示实物和模型。计算得到：模型围网周长2.75 m，高1 m。对应潮差6 m水文条件，试验时应用水位降低60 cm及以下是符合试验要求的。

考虑到模型围网制作，网线直径与目脚长度之比选用小尺度比λd[14]：

(2)

式中：λd—小比例尺；d1—实物围网网线直径；a1—实物围网目脚长度；d2—模型围网网线直径；a2—模型围网目脚长度。单位均为mm。

1.1.2 模型围网设计

模型围网网衣采用聚乙烯(PE)单丝机编有结节网片，横目使用，缩结系数0.707。实物围网的网线规格PE 36tex×3×3、网线直径0.9 mm、目大50 mm，模型围网的网线规格PE 36tex×1×3、网线直径0.9 mm、目大25 mm。网衣由4片相同的网片缝合而成，每片网片规格如下：横目使用，横向目数57目，缩结后长度100 cm；纵向目数39目，缩结后长度68.75 cm。由于本设计主要研究网衣在大潮差条件下的工作状态，因此网片皆横目使用。考虑有结节网片的缩结，设施在浮力、沉力作用下能使网具更易于改变作业高度。该用法可减少网衣在下降时的受力，沉降效果更好。

上纲(双纲)、底纲(双纲)均长275 cm。横向装纲：共有6条纲，从上至下依次编号中纲1、2、3、4、5、6；纵向装纲：网片横向每30 cm装纲1条，主要承受拉力。具体分布如图1所示。上浮子纲及下沉子纲采用聚乙烯网线，规格36tex×13×3。网身配纲采用聚乙烯网线，规格36tex×5×3。

图1 网衣装纲设计方案正视图

1.2 设计方案

试验采用3种配纲方案：方案A，网衣横向加装6条横纲，不在纲上悬挂浮、沉子(空纲状态)；方案B，在方案A基础上，按照表1在1、3、5号纲上悬挂沉子(沉力纲状态)；方案C，在方案A基础上，按照表1在6条纲上悬挂浮、沉子(浮、沉力纲状态)。中纲上的浮沉力配备[15]：根据网目尺寸配制浮子、沉子，每个沉子的沉力为0.10 N，每个浮子的浮力为0.05 N。给定第1条中纲(沉力纲)沉力1 N，即在2.75 m的纲1上装配10个沉子，每个沉子的中心间距0.28 m。往下每条纲的浮/沉力递增0.2 N，以此类推，求出每条中纲的沉浮子的装配间距(表1)。

表1 横纲浮沉力配备

1.3 试验网装配

试验网装配工艺：①网片缝合。由于网片横目使用，故缝合网片采用横边绕缝法[16]。绕缝的缝线松紧适当，其长度约等于缝合网片部位的拉直长度。②上纲装配。上纲采用双根上纲直扣式装配法，上缘纲穿过每个网目且每隔5目打一个半结，浮子纲不穿过网目，用同型网线绕缝浮子纲与上缘纲，每隔4目打一个半结。上纲装配浮子，每个浮子间距2～3 mm。③下纲装配。下纲采用双根下纲直扣式装配法。④外加纲装配。按照图1装配，外加纲在绕线时，需穿过装配线上的每一个网目，在每个网片与网片的绕缝处打一个结，绕满一圈后头尾相接，编成一个结节。

1.4 试验条件与方法

试验在浙江海洋大学实验室可视水槽进行，水槽规格1.5×1.5×1.2 m(长×宽×高)，内壁附刻度标尺，最小刻度1 mm，最大量程1 m。实际测得双阀进水涨水流速0.9 m/h，双阀放水降水流速1.2 m/h。每次放水过程记录网衣变形情况和网衣堆积分布比例。网衣损失高度H计算方式：

H=h0-hw

(3)

式中：h0—网衣原高，本设计为100 cm；hw—当前水位，cm。堆积高度为各堆积层的高度之和，通过测量直接计算获得，最低水位设计为40 cm。

2 结果

2.1 试验数据

由于涨落水时，网衣在水中的形态是不断变化的，较短间隔内变化不明显，因此本次试验水位每降5 cm记录网衣变形状况、损失高度及堆积高度。试验数据见表2和图2。

从图2可见，当网衣损失高度为50 cm时，方案B、C堆积高度开始下降，这是由于加装的沉子纲下压而导致的。3个方案开始发生堆积的时间不同，通过观察，方案C比方案A、B推迟5 cm涨水时间(3 min)才出现堆积。网衣损失高度从20 cm向下，方案C网衣堆积高度大于方案A、B。由于堆积高度越大，网衣堆积越分散，发生纠缠的可能性就越小，因此可得出，方案C比方案A、B更能有效抗堆积。

表2 3种方案网衣变形情况

图2 网衣堆积高度变化

2.2 试验结果

选取发生堆积较明显时的水位，以10 cm为间隔，选取水位降低30～60 cm时的高度变化计算堆积系数A：

A=H/h

(4)

式中：H—网衣损失高度，cm；h—网衣堆积高度，cm。

表3 3种方案堆积系数

从表3可得出，水位降低30、40、50、60 cm时，方案C比方案A的堆积高度分别增加了66.67%、75%、123.08%、80%；方案C比方案A的堆积系数分别减少39.40%、42.42%、55.26%、45%；方案C比方案B的堆积高度分别增加66.67%、90.91%、123.08%、170%；方案C比方案B的堆积系数分别减少39.40% 、47.22% 、55.26% 、63.33%。由此可得出，采用在网衣上、中、下各高度装配浮沉子纲，可使各段网衣因受到不同的浮沉力而在不同层面堆积，达到改善网衣堆积、减少网衣纠缠的目的。通过模型试验准则，可将模型试验的结果换算并运用到实物网的装配设计中。

3 实际应用

分别于2009年9月和2014年11月制作了5个围网，在温州市南麂列岛的国姓岙和马祖岙海域进行围网敷设，敷设水域水底较平坦，而海域潮差较大。为防止在大潮差下网衣发生纠缠，可将本试验防纠缠方案应用到浅海围网设计中。实物围网防堆积装配方案如下，以2009年9月敷设在国姓岙的大围网为例进行分析。所围水域近似圆形，周长273.5 m，面积6 000 m2左右。考虑水平缩结系数0.707，设计制作围网长度273.5/0.707=386.85 m。

3.1 围网高度确定

设最低潮水深为Hl，最大潮差为Ht，此时围网处于垂直状态。实际情况下，围网布设在水中由于波浪和海流的作用会使网衣产生弯曲，故要考虑这部分的损失，从理论上推算，可在考虑波高和潮差的基础上增加10%的高度。设最大波高H3，故围网高度Hp：

Hp=(Hl+Ht+H3/2)×1.1

(5)

选择2009年中最大潮差即8月21的数据，敷设水域的高潮高5.86 m，低潮高0.08 m，潮差5.78 m。测量2009年4月11至13日敷设水域最大水深及测量时的潮高，根据公式(6)求出敷设海域对应水深：

HS=Hh+Hd-Hm

(6)

式中：Hs—对应敷设水深，m；Hh—高潮高，m；Hd—所测最大水深，m；Hm—测量时潮高，m。

表4 敷设水域水深的测量情况

据此分析，敷设水深应按9.27 m计算。而敷设围网的高度还应考虑网底卷沙的长度，故实际敷设围网高度为：

Hp=(Hl+Ht+H3/2)×1.1+0.5=(9.27+ 1.5)×1.1+0.5=12.35 m

(7)

式中，加1.5 m是考虑波高3 m时波浪有1.5 m的水面抬高，乘以1.1是考虑使网片高度富余点，加0.5 m是考虑网底卷沙袋或锚链，此高度为缩结后的高度(由力纲缩结)。故设计制作围网的网衣高度为12.35/0.707=17.46 m(垂直缩结系数0.707，17.46 m为缩结前高度)。

根据以上设计，按照高平潮时水深9.27 m计算，围网养殖容量约为55 200 m3，相当于几十个深水网箱的有效养殖水体。另外，马祖岙3个围网也近似圆形，周长300 m，养殖容量均达到70 000 m3以上，目前在浙江沿海推广应用。

3.2 围网制作

围网为聚乙烯单丝无节结网片，周长取缩结长度275 m、高13 m，网衣目大5 cm，与目前使用的大网箱材料一样，两层网衣使用。为便于敷设，网衣由6块网片缝合而成，其中5块网衣规格均为长50 m、高13 m，1块网衣长25 m、高13 m。

横向装纲：分为上纲、沉子纲(1、3、5)、浮子纲(2、4、6)、底纲。其中上纲和底纲均由目前最大网箱的纲索2根使用，浮沉子纲1根使用，共8条横向纲，固定装配，共2 200 m。上纲与中纲1间距1.3 m，中纲1与中纲2间距2.6 m，中纲2与中纲3间距1.3 m，中纲3与中纲4间距2.6 m，中纲4与中纲5间距1.3 m，中纲5与中纲6间距2.6 m，中纲6与底纲间距1.3 m。纵向装纲：网片横向每7 m装纲1条，与目前使用的大网箱纲绳一样，主要承受拉力。

根据松田皎准则中力的比例计算公式(沉、浮力)[17]：

(8)

第1条沉子纲的沉力为2 600 N，往下每条纲的浮/沉力递增520 N，即第2、3、4、5、6条浮/沉力分别为3 120 N、3 640 N、4 160 N、4 680 N、5 200 N。

4 讨论

4.1 3种方案不同堆积分布比例分析

方案A：在横向不再加浮沉子纲的情况下，网衣由于本身微弱浮力，致使最先发生堆积的部位在网衣上部，并在达到最低水位时，70%堆积分布在上层，30%堆积分布在中层。方案B：在横向加3条沉力纲的情况下，上部网衣的浮力被抵消，沉力纲的沉力使网衣最先在下部堆积，90%堆积分布在下层，10%在中层，堆积系数较大，尤其当下沉力纲贴底、中沉力纲近底时，网衣堆积系数骤升。沉力纲贴底后与下纲发生纠缠，影响其在涨水时恢复原有形态。方案C：在采用浮沉力纵向向下递增分布情况下，在沉降过程中，下部浮子纲对上部沉子纲起支撑作用，沉子纲上部的浮子纲对其有向上的拉力，使受拉力作用的网衣(每层约10 cm)堆积分散到各个层面，30%堆积在上层，37%在中层，33%在下层。

4.2 推广

要解决大潮差下养殖围网网衣易纠缠的问题，需采用沉浮力纵向向下递增的方法，在不影响养殖围网效果的前提下，浮子材料可选用泡沫、塑料等，沉子材料可选用石块﹑陶瓷等，总体上可降低养殖围网的生产成本。防纠缠技术的应用，不仅提高围网养殖的生产效率，而且符合当今浅海围网养殖发展方向，具有极高的推广价值。需注意的是，在实际敷设应用时还需考虑敷设海域的水文条件、海底坡度、海底平整、围网的其他辅助工程设施，以及在围网养殖中需结合现代化的科技手段等[18-19]。

4.3 存在的缺陷及改进方向

本试验采用的是模型试验，其所处的外界条件与实物的外界条件越接近，试验结果越准确。本次模型试验结果的精确性还需要进一步提高。试验初步研究了围网形状的变化，今后需对围网的水动力性能进行研究，并可采用计算机数值模拟方法和海上试验进行对比研究，以得到更精确的结果[20]。

5 结论

针对浙江沿海地区存在大潮差的情况，设计了三种方案进行浅海养殖围网防纠缠技术模型试验。试验结果显示，选取堆积较明显的水位，水位在降低30 cm、40 cm、50 cm、60 cm时，采用沉浮力纵向向下递增分布装配方法的围网，与横向仅装配横纲、横向加3条沉力纲的围网相比，网衣堆积高度最大，堆积系数最小。因此，采用该装配方法的围网具有明显的防纠缠性能。该结果可为大潮差下浅海围网设计、海上敷设和网衣抗风浪性能提供良好的借鉴。

□

[1] 叶卫富.浅海养殖围网设施水动力性能的初步研究[D].舟山:浙江海洋学院,2012.

[2] 桂福坤,陈天华,赵云鹏,等.固定方式对桩柱式围网网片波浪力学特性影响研究[J/OL].大连理工大学学报,2017,57(3):285-292.

[3] 陈庆荣.试析海水网箱养殖对生态环境的影响和对策[J].吉林农业,2012(7):208.

[4] 张家新,宋伟华,王甲刚.浅海养殖围网敷设海域水文条件研究[J].水产科技情报, 2012,39(6):279-283.

[5] 徐国强.基于海上实测的金枪鱼围网网具性能与网形变化研究[D].上海:上海海洋大学,2016.

[6] 冯维山,许传才.围网沉子纲载荷对沉子纲沉降特性的影响[J].水产学报,1999,23(S1):112-115.

[7] 冯维山.围网沉子纲沉降特性试验研究[J].大连水产学院学报,1990,5(3): 37-43.

[8] 崔建章,陆赤,黄硕林.围网沉降性能测试和分析[J].海洋渔业,1984,6(1):7-10.

[9] 许柳雄,王敏法,叶旭昌,等.金枪鱼围网沉降特性[J].中国水产科学,2011,18(5):1161-1169.

[10] XU L X, LAN G XU C, YE X C, et al. Effect of the leadline weight and net setting speed on sinking speed of the tuna purse seine[J]. Journal of Fisheries of China, 2011, 35(10): 1563-1571.

[11] XU L X, WANG M F, YE X C, et al. Measurement and analysis of sinking characteristics of tuna purse seine[J]. Journal of Fishery Sciences of China, 2011, 18(5): 1161-1169.

[12] 许柳雄,唐浩.围网网具性能研究进展[J]. 中国水产科学,2016,23(3):713-726.

[13] MATUDA K,KAWAKAMI T.Experimental Verification for Similarity Law on Distorted Model Net[J]. Bulletin of the Japanese Society of Scientific Fisheries.1968,34(1):23-28.

[14] 佘显炜. 论渔具模型试验准则中的若干问题[J]. 浙江海洋学院学报(自然科学版),2004,23(4):328-333.

[15] 郭健,桂福坤,张怀慧.沉子重量与单片网衣水阻力及变形的试验研究[J].大连水产学院学报,2004,19(4):313-316.

[16] 孙满昌.渔具材料与工艺学[M].北京:中国农业出版社,2009:126-320.

[17] ZHOU C,XU L X ,HU F X. Hydrodynamic characteristics of knotless nylon netting normal to free stream and effect of inclination[J].Ocean Engineering,2015:89-97.

[18] 叶卫富,马家志,吴佳兴,等.浅海浮绳式围网设施应用研究[J].渔业现代化,2011,38(5):7-11.

[19] 关长涛,黄滨,林德芳,等.深水网箱养殖鱼类的分级与起捕技术[J].现代渔业信息,2005(7):3-6,13.

[20] 许柳雄,唐浩.围网网具性能研究进展[J].中国水产科学,2016,23(3):713-726.

Experimental study on anti-entanglement technology of purse seine for shallow sea culture in spring tide range

LI Yi1, YE Xiufu1, MA Jiazhi1, CHEN Shun2, XIAO Yunpu2, CAI Houcai3, SONG Weihua1

(1 Fishery College of Zhejiang Ocean University,Key Laboratory of Marine Fishery Equipment and Technology of Zhejiang, Zhoushan, Zhejiang 316022, China;2 Pingyang County Ocean and Fishery Bureau, Pingyang, Zhejiang 325400, China;3 Nanji Islands National Marine Nature Reserve Administration, Pingyang, Zhejiang 325400, China )

Spring tide has a great influence on installation of purse seine aquaculture facilities, including serious netting accumulation, entanglement, bottom netting getting away from the base, netting tear, etc. Therefore, it is very important to study the anti-entanglement technology of netting. A small-scale purse seine model was made and 3 different schemes for settlement and lift of netting were designed (i.e., assembled horizontal line, sinking force lines and buoyancy lines) to simulate the netting accumulation in flood and ebb tides. The water level (water level was reduced by 30-60 cm) of obvious netting accumulation was selected for analysis. The results showed that when the water level was reduced by 30 cm, because the method of longitudinal increasing downward of buoyancy and sinking force was used in Scheme C, the netting reached the maximum accumulation height and the minimum accumulation coefficient. When the water level was reduced by 40 cm, 50 cm or 60 cm, the same results were obtained. The study showed that the higher the netting was accumulated, the smaller the accumulation coefficient was, and the netting might accumulate in more layers, resulting in the less possibility of entanglement. The actual application result proves that Scheme C is suitable to be used in spring tide waters.

purse seine aquaculture; nets entanglement; accumulation height; accumulation coefficient; flume experiment; spring tide waters

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.04.007

2017-05-26

国家自然科学基金(40876049)；浙江省自然科学基金(LY14C190005)；浙江省大学生科技创新活动计划(2016R411012)

李怡(1991—)，女，硕士研究生，研究方向：现代渔业工程。E-mail：1306060578@qq.com

宋伟华(1968—)，男，教授，研究方向：海洋渔业。E-mail：whsong6806@163.com

S971.5

A

1007-9580(2017)04-044-06