燈光圍網漁船集魚燈水中照度分布及合理配置研究

葉超++錢衛國 陳峰

摘要：根據浙嶺漁23391燈光圍網漁船的集魚燈布置參數，對該船的水中照度分布進行計算。結果表明，漁船集魚燈總功率為344 kW時，10 lx的等照度曲線水平方向最遠在80 m左右，水深方向不超過40 m；0.1 lx照度最深可至約70 m水深，最遠為200 m左右；當總功率減為168 kW時，等照度曲線所在水層僅減少5 m左右。以0.01 lx為誘集的最低照度，增加1倍的集魚燈功率，在水平方向上約能增加16.1%的有效誘集距離。從集魚燈的安裝配置情況來看，浙嶺漁23391漁船目前的配置還是比較合適的。從集魚燈總功率的配置來看，可以考慮將集魚燈總功率下調到280 kW。

關鍵詞：集魚燈；水中照度；合理配置；圍網漁船

中圖分類號： S972.63+2文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）03-0195-05

收稿日期：2015-12-22

基金項目：海洋漁業科技示范推廣新建項目（編號：浙財農[2014]214號）。

作者簡介：葉超（1991—），男，江蘇淮安人，碩士研究生，主要從事集魚燈以及魚類行為研究。E-mail：1121142109@qq.com。

通信作者：錢衛國，博士，副教授，主要從事魚類行為以及集魚燈研究。E-mail：wgqian@shou.edu.cn。

光誘圍網漁業因其漁法簡單、漁獲質量好而得到大力推廣，已成為我國當前最主要的漁業方式之一[1]。集魚燈作為光誘漁業的重要誘魚和集魚裝置，其燈光強度的大小、水中光強分布特點，以及集魚燈種類的選擇等都會影響到其捕撈效率[2-3]。國內外學者對大型專業光誘漁船的集魚燈光照度分布及與捕撈對象適應性方面做了大量的研究工作[4-10]，而對燈光圍網漁船集魚燈的合理配置方面研究相對缺乏[11]。本研究根據“浙嶺漁23391”燈光圍網漁船的集魚燈配置數據，結合其所用的4 kW型金屬鹵化物集魚燈（下稱4 kW型集魚燈）的光強分布配光曲線，對漁船的水中照度分布及其合理配置（燈高、燈距）進行理論計算和研究。

1材料與方法

1.1光誘圍網漁船及集魚燈參數配置

浙嶺漁23391燈光圍網漁船參數：總長58 m，型寬 8.8 m，型深4.0 m；總質量498 t；主機功率440 kW，副機功率1 090 kW。浙嶺漁23391的集魚燈布置分內外兩側，內側集魚燈21盞×2列，其燈中心距海面高8.2 m，外側集魚燈22盞×2列，其燈中心距海面高8.7 m，內外側水平間隔1.2 m。每盞燈功率均為4 kW，集魚燈類型為4 kW直筒型金屬鹵化物燈，內外側共計86盞集魚燈（圖1、表1）。

1.24 kW直筒型金屬鹵化物集魚燈

4 kW直筒型金屬鹵化物燈基本參數見表2，在上海海洋大學集魚燈測試實驗室使用GO-2000分布光度計測定所得的配光曲線見圖2，對該集魚燈各個方向的發光強度進行擬合，得到配光曲線函數如下：

[JZ（]Iθ=-5 175.17+32 039.8×[KF（]sinθ[KF）]。[JZ）][JY]（1）

式中：I為發光強度（坎德拉，cd）；θ為方位角（弧度）。

[FK（W14][TPYC22.tif][FK）]

1.3計算方法

集魚燈水中照度的計算方法采用疊加法照度計算模式計算集魚燈在水中的照度分布[12-13]。根據光誘圍網漁船的集魚燈布置的相關數據，使用自主開發的“水上集魚燈水下光場計算系統V1.0”（國家軟件登記號：2010SR042147）進行理論計算[14]。計算內外側2側各自點亮以及內外側同時點亮這3種情況在水下的照度分布數據。得出內側總功率 168 kW 外側176 kW以及內外側共344 kW的3組數據并分別計算：（1）繪制船舷右側中部不同總功率時的水中照度剖面圖；（2）不同集魚燈高度時的水中照度0.1 lx和10 lx水體體積變化趨勢；（3）船舷右側表層0.1 m水深處0～200 m水平范圍的照度（計算步長5 m）；（4）近表層20 m水深處0～200 m范圍的照度（計算步長5 m）。

使用Surfer 8.0軟件繪制等值曲線圖。并將surfer繪制出的等值曲線細分為若干份，將每份近似看作直線，計算出每一份與坐標軸（橫坐標代表海平面，縱坐標為水下深度）包圍的梯形面積，累加得出等值曲線包圍的總面積，截面積與船長乘積即為該光照范圍包含的水體體積。計算水中照度分別為10 lx和0.01 lx時的水體體積，并將2個水體的差值作為有效誘集水體體積進行分析比較。

2水中照度分布

2.1不同總功率時的水中照度

在海水光學衰減系數為0.15時（以東海圍網漁場透明度為11.3 m計算），計算獲得集魚燈內外側水中照度的斷面分布（圖3）。圖中虛線為浙嶺漁23391漁船目前集魚燈總功率344 kW、內側21盞×2列、外側22盞×2列時的照度分布；實線為若將內側集魚燈數量減少至10盞×2列、外側集魚燈數量減少至11盞×2列、總功率168 kW時的照度分布情況。由圖3可知，水平方向離船40 m以內的照度值較高，多為100 lx以上，特別是離船30 m以內的近表層的水中照度可達500 lx以上。100 lx照度最深可至20 m以上，最遠為 40 m 左右。10 lx照度最深可至40 m水深，最遠為 80 m 左右。0.1 lx照度最深可至約70 m水深，最遠大于 200 m，為250 m左右。但2種不同總功率時的水中照度相差不大，等照度曲線所在各水層相差僅5 m左右。在海表面，集魚燈總功率344 kW時，0.01 lx照度離船的最大水平距離為500 m；集魚燈總功率168 kW時，0.01 lx照度離船的最大水平距離為420 m。可見減少近一半的集魚燈功率，有效水平誘集范圍僅減少約16%。水下20 m時情形：集魚燈總功率344 kW時，0.01 lx照度離船的最大水平距離為180 m；集魚燈總功率168 kW時，0.01 lx照度離船的最大水平距離為 155 m；可見減少近一半的集魚燈功率，有效水平誘集范圍僅減少約14%。[FL）]

[FK（W14][TPYC33.tif][FK）]

為計算不同集魚燈數量配置時的有效水體體積情況，在該船原有燈光配置的情況下，適當增加或減少每排集魚燈燈數時（表3），即將總功率由488 kW逐步減少至168 kW，V10的水體體積從122 000 m3減小至85 000 m3，體積減少 37 000 m3，減少了30.3%；V0.1的水體體積從422 000 m3減小至330 000 m3，體積減少92 000 m3，減少了21.8%；V0.1-V10的水體體積從300 000 m3減小至240 000 m3，體積減少 60 000 m3，減少了20%（圖4）。

浙嶺漁23391漁船的裝配功率為344 kW，燈數為86盞，若將燈數增加至122盞，V10、V0.1、V0.1-V10水下體積分別增加13.0%、8.8%、7.1%。若將燈數減少至42盞，V10、V0.1、V0.1-V10水下體積分別減少21.3%%、14.9%、14.3%。

由上述可知，增加集魚燈的數量可在一定程度上增加有效誘集體積，但具體安裝使用時，仍需考慮漁船的實際結構，以浙嶺漁23391目前的情況來看，它可以安裝集魚燈的范圍比較有限，它的燈間距為0.5～0.7 m，不適宜增加集魚燈數量。而將其每列集魚燈減少4盞，即集魚燈總功率減少至280 kW時，其有效誘集水體體積從279 439.8 m3減少至 272 571.3 m3，也就是說減少64 kW集魚燈總功率僅減少 2.5% 的有效誘集水體體積。

[TPYC44.tif][FK）]

2.2不同總功率時與船水平距離20 m處的斷面照度

圖5為集魚燈總功率分別為344 kW和168 kW時，與船水平距離20 m處的斷面照度分布情況。由圖5可知，在集魚燈功率為344 kW時，10 lx等照度曲線最深可達40 m左右，1 lx 等照度曲線約在55 m水深處，0.1 lx等照度曲線約在 70 m 水深處。

當集魚燈功率為168 kW時，水深20 m以內的照度值與344 kW時相比，減少一半左右。例如，168 kW時的200 lx、100 lx等照度曲線分別與344 kW時的100 lx、50 lx等照度曲線，幾乎完全重合。從等照度曲線所在的水層來看，隨著深度的加大，兩者的距離差不斷縮小，并逐漸相近。例如，168 kW時，0.1 lx等照度曲線約在63～68 m水深處，與344 kW時相差僅約5 m（圖5）。

2.3不同總功率時的水中照度分布

[CM（24]圖6-A為集魚燈總功率分別為172[KG*3]kW和84[KG*3]kW時海[CM）]

[FK（W25][TPYC55.tif][FK）]

水表面0.1 m處的照度分布情況。由圖6-A可知，在集魚燈功率為172 kW時，水平距離20 m以內的照度多大于 400 lx，距離30 m處的照度在100 lx左右，10 lx等照度線距離船約為 80 m，1 lx等照度線距離船約150 m。

而當集魚燈功率為84 kW時，與172 kW時相比，相同照度的水平距離相差約10 m，如84 kW時1 000 lx最遠約 10 m，172 kW時最遠約20 m；84 kW時400 lx最遠約20 m，172 kW時最遠約30 m；從海平面等照度曲線來看，隨著離船距離的加大，兩者的距離差稍稍增大，但并不是成倍增加，光度強度降至1 lx時，距離相差才至20 m。

圖6-B為集魚燈總功率分別為172 kW和84 kW時水深20 m處的照度分布情況。由圖6-B可知，在集魚燈功率為 172 kW 時，水平距離60 m以內的照度均大于2 lx，距離 80 m 處的照度在0.5 lx左右，0.01 lx等照度線距離船約為180 m。

當集魚燈功率為84 kW時，與172 kW時相比，相同照度的水平距離同樣也相差約10 m，如84 kW時120 lx最遠約 15 m，172 kW時最遠約25 m；84 kW時80 lx最遠約22 m，172 kW 時最遠約32 m；從水深20 m處等照度曲線來看，隨著離船距離的加大，兩者的距離差也是稍稍增大，當光度強度降至0.01 lx時，距離相差才至25 m。

假設0.01 lx為誘集魚的最佳照度[15-17]，則在水平方向上，2種不同總功率情況時，0.01 lx的最遠距離分別為155 m和180 m，可見，增加1倍的集魚燈功率，約能增加16.1%的有效距離。

[CM（24]由圖6-B還可以看出，由于金屬鹵化物集魚燈在水中[CM）]

[FK（W22][TPYC66.tif][FK）]

的衰減很快，水深20 m處的照度在數值上來看很小。當總功率為172 kW時，與船最相近的水域（離船約40 m，光線可達區域），其照度也僅為10 lx左右；離船40～70 m處的照度為0.5～10 lx。

2.4合理配置研究

對集魚燈在不同安裝情況下的有效水體體積進行計算和分析，這里主要改變集魚燈的燈高和燈間距。當集魚燈燈高分別為內側7.4 m、外側7.9 m，內側8.2 m、外側8.7 m，內側9.0 m、外側9.5 m時，燈距分別為0.63、0.67、0.71、0.75、079、0.83 m時，計算得漁船一側0.1 lx 和10 lx等照度曲面所包含的水體體積V0.1和V10見表4。

由表4可知，當燈高為內側7.4 m外側7.9 m時，V10的水體體積為107 000～110 000 m3，V0.1的水體體積為 374 000～382 000 m3，V0.1-V10的水體體積為267 000～273 000 m3。當燈高為內8.2 m外8.7 m時，V10的水體體積為106 000～109 000 m3，V0.1的水體體積為381 000～385 000 m3，V0.1-V10的水體體積為273 000～278 000 m3。當燈高為內9.0 m外9.5 m時，V10的水體體積為107 000～109 000 m3，V0.1的水體[JP2]體積為386 000～391 000 m3，V0.1-V10的水體體積為278 000～[JP]283 000 m3。可見，隨燈高的增大，各照度的水體體積均呈增加趨勢。但在相同的燈高情況下，增大集魚燈間距，并不一定總能增大各照度的水體體積。