中层拖网作业性能及国内研究应用进展

◎ 文/常国斌 吴超伟 陈达杰 丁琳 马家志 王飞

本文借助CiteSpace 软件，对国内以“中层拖网”为主题得到的文献进行可视化分析，并结合我国南极磷虾捕捞作业过程中遇到的问题，分析了中层拖网捕捞作业过程中的作业性能及其影响因素，希望可为南极磷虾拖网网具作业性能研究提供参考。

中层拖网，又称变水层拖网，较之其他网具表现出极高的适应性及灵活性，其在渔业生产作业并不会受到海洋地形以及海域水深的影响，故一直活跃于世界上各个海域。

中层拖网作业较为典型的就是南大洋南极磷虾捕捞。南极磷虾作为南极地区甚至是全球资源量最大的生物资源，不仅是南大洋生态系统的基石所在，更是未来人们解决蛋白质需求的希望所在。南极磷虾的捕捞以拖网作业为主，到达作业渔区时，利用垂直探鱼仪对虾群定位，在指定地点放下拖网后根据网口处网位仪检测得虾群位置，以此调整拖网深度，再通过网板、浮子及沉子等使得网具扩张，其间根据虾群变换位置不断调整网位，如调整曳纲长度改变网位，最后以一定的船速将虾群捕入拖网中。

由上述捕捞作业流程可对中层拖网有初步了解，事实上拖网系统主要由四部分组成，分别是提供动力的渔船部分、连接船与拖网的曳纲、实现拖网扩张的网板和拖网本身。捕捞作业时拖网作业性能很大程度影响着最终的渔获量，拖网作业性能又包括了与网板有关的水平扩张性，与沉子、浮子有关的垂直扩张性，与网口位置和能耗有关的水动力性能及网具整体的稳定性。本文主要叙述网具的扩张性因素和水动力因素。

南极磷虾捕捞作业生产过程中可能遇到一些问题，如由于南极磷虾昼夜移动习性引起的网位控制问题，以及作业水域、作业船只自身情况等因素可能导致的网板扩张性及稳定性进而产生的网板选择和控制调整问题。科学研究与实际生产生活是密切相关的，生产作业过程中遇到的问题往往就是从事渔业研究领域科研者未来的研究方向。本文借助CiteSpace软件对国内近40年中层拖网研究文章进行可视化分析，确定近年来研究热点方向所在，并对中层拖网捕捞作业性能影响因素进行叙述。

一、国内研究概况文献计量分析

文献计量分析法是依托计算机算法帮助人们处理分析数量繁多的文献，以此对研究对象做出合理预测与综合评价的方法。通过这种方法可以有效地避免文献选择的主观性影响，并以文献间客观存在的内在联系解释一些复杂的问题。

（一）国内中层拖网研究概况

本文数据选自中国知网（CNKI）数据库，以“中层拖网”以及“midwater trawl”为主题搜索词，不限文献时间，筛选去除没有作者的文献，再去除会议摘要以及作者单位不属于中国的文献，得到学术期刊类文献95篇，学位论文类文献8篇，成果类文献7篇，共计109篇文献。对所选文献年份进行分析，结果见图1。

图1 国内中层拖网研究文献年份分析图

由图1可见，国内对中层拖网研究大概是在20世纪七八十年代开始的，到1994年，国内对其研究呈波动上升趋势。之后直到2012年，国内一直保持稳定的发文量。2014年至2022年发文量回升，发文量最高时达6篇文章，而据web of science数据国外同期发文量最高也才10篇，年平均发文量为5.7篇。故整体趋势上看，国内对中层拖网的研究自20世纪80年代开始就保持了一定的关注度。

利用CiteSpace软件将上文通过知网数据库收集到的109篇文献进行可视化分析处理，进一步分析中层拖网研究的热点信息。图2呈现的是国内中层拖网研究文献关键词共现网络分析图。图中节点处对应绿色框显示内容即为文献关键词，文字框大小表示文献中该词汇出现频次，如图中五角星特别标注的五个节点即为文献中出现频次最高的五个关键词，其中“中层拖网”提及51次，南极磷虾提及15次，曳纲长度提及13次，模型试验提及10次，拖网提及6次，根据该结果可一定程度了解国内关于中层拖网的研究热点，如南极磷虾即为近年来国内高度关注的热点之一。两节点连线表明存在共现关系，线条粗细代表共现频率，其颜色深浅则代表共现时间的前后，颜色越深表示时间与现在越接近。

图2 国内中层拖网研究文献关键词共现网络分析图

图2 中Q值为0.7989，S值为0.9394，根据设定，此表明本图结构明显且可信度高。

对上述关键词共现分析图进一步加工处理，得到关键词聚类分析图，经筛选得到6个主要聚类，结果如图3所示。聚类标签所示主题一定程度上即为该研究领域研究热点所在。簇号由0至7，其中有的簇类在所含文献数量少于10篇时系统默认为不显示，簇号0所对应主题“网位仪”包含关键词数量最多，覆盖信息面最广。相反，簇号7所对应主题“延绳钓”所含关键词数量少，涵盖知识面也窄。

图3 知网发表的中层拖网研究文献关键词聚类图谱

网位仪，又称“网情仪”，因其可观测网内外情况及简单测量周边环境等功能而得名。在中层拖网中，网位仪属重要的助渔仪器，可依据网位仪探测到的网具所处深度等信息，通过改变曳纲长度及拖网船拖速实现不断调整网位的功能，较好解决南极磷虾生产作业过程中网位调整问题。综合聚类结果可知当前国内对中层拖网研究多集中在以模型实验为方法，对拖网本身或其组成部分（如曳纲、网位仪等）以及其捕捞对象南极磷虾进行深入的研究。

文献发表机构共现图谱是用于直观反映某领域研究力量分布及其有关合作关系的图表。通过CiteSpace软件对已有数据进行处理构成文献发表机构共现图谱，如图4。

图4 中层拖网文献发表机构合作共现图

图4 中节点代表的文献发表机构，节点间连线表示两者存在合作关系，颜色相近表示其研究内容有重叠之处，两节点间距离同时也表示机构对应相对地理距离远近。据图4，国内对中层拖网研究的主要机构有4个，分别是“中国水产科学研究院东海水产研究所”“上海海洋大学”“中国水产科学研究院黄海水产研究所”以及“福建省水产研究所”。而“上海海洋大学”和“中国水产科学研究院东海水产研究所”对应节点形成的连线繁多且错综复杂，表明对应的两个研究机构间合作关系紧密。

（二）南极磷虾方面有关研究利用情况分析

由图2及图3，以“南极磷虾”为关键词的文献数达15篇，仅次于中心关键词“中层拖网”。对表1中南极磷虾有关文献信息分析可以发现，对南极磷虾拖网方面的研究在20世纪80年代初只有零星的两三篇文献。直到2010年，国内对南极磷虾的研究迎来春天。究其原因，我国从2010年春天左右开始开展南极磷虾商业捕捞，并于2013年引进日本磷虾捕捞船后正式开始南极磷虾商业捕捞。从文献研究内容上看，国内对南极磷虾拖网有关研究更多偏向于以模型实验的方法，以渔船拖速、能耗系数及网口高度等因素对拖网网具性能进行研究分析。下文根据上述分析得到研究热点内容，对网具作业性能影响因素进行分析论述。

表1 南极磷虾有关文献信息

二、拖网捕捞作业性能影响因素

上文提及拖网捕捞作业性能包含了网具扩张性能以及水动力性能，而影响网具扩张性的两个主要参数为网口高度和袖端水平扩张，网口高度与浮沉力配备及手纲长度等有关，袖端水平扩张则与曳纲长度及网板有关。水动力性能则是反映网具快速性的参数，一般情况下以能耗系数的倒数表示水动力性能，其影响因素主要为网具水阻力、网口高度及袖端间距等。

（一）扩张方式及水平扩张

网具的水平扩张方式主要分为两种，一种是通过网板实现水平扩张的方法，这种方法广泛应用于拖网捕捞船只；还有一种是挪威用于连续捕捞的桁架拖网船，它是通过桁杆实现水平扩张的方法，但这种方法适用面显然小于第一种方法。

我国使用的南极磷虾拖网船多为外国引进的二手船或改造船，2010年～2013年，我国处于南极磷虾资源开发初期，为节约成本，使用的南极磷虾拖网船为竹荚鱼、鳕鱼等拖网船改装船。鳕鱼、竹荚鱼等为高速游动鱼类，而南极磷虾游泳能力不强，单个南极磷虾最快游泳速度为7BL/s，磷虾群体游泳速度最快也不超过一节，故在捕捞作业过程中使用的船拖速一般在2节～3节。然而，由于使用的拖网为原捕捞鳕鱼等高速游动鱼时的网具，在船速不足的情况下，网具得不到较好的水平扩张，进而导致磷虾逃逸率增加的情况发生。在网具水平扩张无法满足实际需要时，为达到预期效果，改用低速时升阻比大的网板是解决方法之一。

此外，曳纲长度也会影响到网具的水平扩张。南极磷虾作业水层一般在200m左右，与鳕鱼等中上层鱼类作业水层不同，所需曳纲长度不同，而曳纲长度会影响网板间距，进而影响网具的水平扩张。

（二）垂直扩张

拖网垂直扩张程度通常用网口垂直扩张系数Ch表示，网口垂直扩张系数越大表示网具捕捞效果越好。

式中H为网口高度（m），C为网口周长（m）。由式A可知垂直扩张直接与网口高度有关，而网口高度的主要影响因素为浮沉力配备。浮沉力配备分为浮力配备与沉力配备，浮、沉力配备分别影响上纲、下纲的位置，而网口高度的定义为网口中间部位上下纲间的距离。

（三）水动力性能

1.能耗系数

能耗系数（Ce）指拖网滤过单位水体所需的能量，是反映网具水动力性能的重要参数，同时也是反映拖网经济性能好坏的指标。能耗系数（单位：kW·h/104m3）用以下公式进行描述：

式B中R表示渔具在水中的阻力（KN），f为网口面积系数，S为网口面积（m2），其值为网口高度H（m）与袖端水平间距L（m）的乘积。能耗系数值越低表示网具经济性越好。式C中M表示水动力性能，其定义为网具消耗单位能量所滤过的水体体积，f为网口形状系数。由能耗系数与水动力性能的定义及公式B、C可知M是Ce的倒数，故能耗系数小的网具其水动力性能同样优良。

2.网具水阻力

上文提及水动力性能M影响因素主要有网具水阻力R、网口高度H及袖端间距L，由式C所示，得到有关M的影响因素。但实际上最为主要的因素为网具水阻力R，网口高度H及袖端间距L组成特定形状的截面积，在水作用下形成水阻力，拖网船作业时受水阻力作用消耗能量，以此产生水动力性能指标对网具经济性进行评价。

南极磷虾拖网网具水阻力估算常采用日本东京海洋大学胡夫祥教授提出的估算公式：

式中，R：阻力，KN；ρ：流体密度，kg/m3；CD：网具阻力系数；ST：网具总线面积，m2；V：拖速。

由式E网具水阻力与网具线面积、流体密度及船拖速有关，其中阻力同拖速二次方成正比。

三、研究方法

中层拖网研究方法有4种，分别是理论分析、模型试验、数值模拟和海上实测。

其中理论分析是最为基础的研究方法，渔业研究者多使用静力学等理论知识对渔具进行研究，如关键词聚类图3所示对曳纲长度为中心的研究。模型实验则依据田内准则等将实物网各作业参数换算并制作出相似比例的模型网，通过模型网在设定条件下的实验水槽中完成模拟，得到一个较为准确结果的方法。通过这种方法，可对实物网基本性能进行测试评估。数值模拟方法的优点则在于有计算机可将拖网网具在水中受力的情况模拟分析并展示在人们眼前，助力人们建立有关数学模型。最后是海上实测方法，这种方法是对设计网具的实测检验，它的优势之处在于展现了网具贴合实际生产时的状况，且可根据自己需求采集一切需要的第一手数据。实际研究时，往往多种实验方法一起使用以寻求更准确的实验结果。

四、结语与展望

在水生生物自然资源日益减少的背景下，资源量巨大的南极磷虾资源在日后或将成为人们的蛋白质储存库。包括我国在内的许多国家均给予其较大的关注度，与之对应，国内研究人员也加大了对南极磷虾拖网网具的研究力度。

目前我国南极磷虾捕捞为传统拖网捕捞方式，且有关捕捞磷虾的船多使用外国引进的改造船，导致实际生产中出现网具扩张不良、网板与网具性能不匹配等问题。结合图3 结果可知，国内研究学者从拖网捕捞作业的扩张性能与水动力性能影响因素角度出发，针对网位仪、曳纲长度等展开了深度研究，以期对拖网网具进行优化并提高捕捞效率。事实上，中国水产科学研究院东海水产研究所已经对大网目拖网改进设计且具有良好捕捞效果，故目前我国多使用大网目拖网捕捞南极磷虾。故我国对中层拖网的研究可以往小型网具性能研究方向深入，同时目前国际上较为先进的采用桁杆拖网进行的连续捕捞方式和泵吸式捕捞方式的研究也应当成为我们的重点关注对象。

但相较于其他国家，我国对南极磷虾拖网研究起步晚，有关技术落后。结合我国相关研究水平以及南极磷虾渔业面临困境，我们迫切需要更多的渔业工作者投入南极磷虾渔业领域研究，为我国极地渔业发展贡献一份力量。