一種單點系泊式抗風浪養(yǎng)殖船的設計

胡汝剛，朱鳳儀，杜訓柏

（江蘇海事職業(yè)技術學院，江蘇 南京 211170）

近年來，隨著人們生活水平的提升，對高端海產(chǎn)品的需求越來越旺盛，而長期以來的過度捕撈難以為繼，每年花費數(shù)百億元進口海產(chǎn)品，造成了大量的儲備外流。為此，國家已啟動海洋牧場發(fā)展規(guī)劃研究，為海洋生態(tài)建設和發(fā)展指明方向。我國海岸線漫長，海洋資源豐富，而廣闊的深海區(qū)域，海洋養(yǎng)殖尚未開發(fā)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

1 海洋養(yǎng)殖裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

當前我國海洋養(yǎng)殖主要在近海進行。近海水流慢，污染不易擴散，水質差，難以開展高品質魚類養(yǎng)殖，且場地已基本飽和。2015年國務院發(fā)布的《水污染防治行動計劃》，明確提出在近海劃定限制養(yǎng)殖區(qū)，將海水養(yǎng)殖面積控制在220萬hm2左右，大力推進生態(tài)健康養(yǎng)殖。因此，海洋養(yǎng)殖業(yè)的進一步發(fā)展需要向深海拓展。

我國深海養(yǎng)殖自二十世紀初從國外引入了幾套養(yǎng)殖裝置開始，經(jīng)過多年發(fā)展，取得很大進步，發(fā)展出了多種類型的網(wǎng)箱。常見的類型有浮式網(wǎng)箱、沉式網(wǎng)箱、升降式網(wǎng)箱，一般適用于20 m水深以內(nèi)，常年風浪較小的海域。浮式網(wǎng)箱主要在水面進行養(yǎng)殖。該類網(wǎng)箱操作和維護如清洗、投喂等都十分方便，且易于觀察網(wǎng)箱養(yǎng)殖情況，結構簡單，造價較低。但該類網(wǎng)箱漂浮于水面，風浪直接作用于網(wǎng)箱框架，抗風浪能力較差，對網(wǎng)箱及框架材料的強度要求都很高。沉式網(wǎng)箱主要處在水面以下一定深度的水層，呈半封閉狀態(tài)，在上部留有投餌網(wǎng)口，網(wǎng)箱內(nèi)的水體積不變，在風浪襲擊時不易受損。當操作需要時，網(wǎng)箱可以升至水面以上。該種網(wǎng)箱養(yǎng)殖可用于暖水性魚類越冬或冷水性魚類度夏。由于該類網(wǎng)箱處于水下，不直接經(jīng)受風浪作用，網(wǎng)箱結構的強度要求比浮式網(wǎng)箱低，結構較簡單，造價相對較低，但在操作、管理、觀察和維護不便，對操作的要求較高。升降式網(wǎng)箱主要在開放海域的水面進行養(yǎng)殖作業(yè)。當大風浪來臨時，可采用人工注水或充氣等方法調(diào)節(jié)網(wǎng)箱所處水層，使網(wǎng)箱沉到水下一定深度，以躲避臺風急浪的襲擊。大風急流過后，網(wǎng)箱可被控制浮至水面。升降式網(wǎng)箱作為一種高技術養(yǎng)殖裝備，具有抵御強風暴襲擊和躲避赤潮災害的性能。但其不足之處為網(wǎng)箱的上下沉浮調(diào)整增加了網(wǎng)箱的操作復雜性和設計加工難度，造價相對也較高。

國外養(yǎng)殖在以上幾類網(wǎng)箱日趨完善的基礎上，近年來，開發(fā)了多種類型的養(yǎng)殖裝備，正在向大型化，智能化方向發(fā)展，如挪威某漁業(yè)公司2016年在我國訂制的超大型桁架結構養(yǎng)殖網(wǎng)箱，實現(xiàn)了水溫水質監(jiān)測，喂養(yǎng)，捕撈，監(jiān)控等養(yǎng)殖過程的自動化和智能化。

2 問題的提出

在深海進行養(yǎng)殖，海洋環(huán)境的影響是選擇網(wǎng)箱類型的關鍵性因素，養(yǎng)殖作業(yè)的便捷性是影響?zhàn)B殖成本與收益的關鍵性因素。常見的漂浮在水面的養(yǎng)殖裝置，其抗風浪性能差，遠離海岸，無法實現(xiàn)自動化，要經(jīng)常派船去喂養(yǎng)和維護，遇大風浪無法躲避，收成無法保障；常見的下沉式網(wǎng)箱，抗風浪能力大大提升，但也無法實現(xiàn)自動化，也要經(jīng)常派船去維護，遇大風浪時，人工操作上下沉浮十分不便。

在深海養(yǎng)殖必需要兼顧養(yǎng)殖裝備的安全性和養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益，歸納深海養(yǎng)殖的特點，養(yǎng)殖裝備必須滿足以下幾個條件：①養(yǎng)殖裝備要能夠固定在某一區(qū)域，能夠抵抗較大的風浪，并且在大風浪來臨時，能夠躲避，以防止網(wǎng)箱破壞，魚類逃走；②養(yǎng)殖裝備的專業(yè)化和集成化程度要高，便于養(yǎng)殖作業(yè)；③要便于維護和管理，具備較大的設備安裝和倉儲空間，盡量減少派船去遠海補給的頻次；④結構盡可能簡單，養(yǎng)殖消耗盡可能少，以減少投資和維護費用。

3 方案設計

依據(jù)深海海洋環(huán)境和養(yǎng)殖作業(yè)的要求，借鑒船舶與海洋工程應用和國內(nèi)外深水養(yǎng)殖技術的案例，設計了一種能夠滿足深海養(yǎng)殖需求的船舶。設計效果如圖1所示。①該養(yǎng)殖船借鑒深海采油裝備FPSO(浮式生產(chǎn)儲油船)相關技術，采用單點系泊技術，一是固定船體于某一海域，二是使船體能夠隨風浪變化圍繞系泊裝置自由旋轉，始終使船舶處于最佳受力狀態(tài)。②借鑒多體船布置方案，設計了船首與多道方形浮筒組成的主船體框架，將上層建造后置。該船體框架高度相對較低，整個船體重心貼近于水面，穩(wěn)性極好，采用多體設計，抗搖性能優(yōu)良，在浮筒內(nèi)每隔一段距離設置水密艙壁，提高船體的抗沉性。③浮筒組成的框架空間是巨大的養(yǎng)殖區(qū)域，浮筒上部為通道，可安裝設備和供人行走，便于養(yǎng)殖觀察；利用養(yǎng)殖船上較大的空間設置風力、太陽能發(fā)電裝置，可在遠海實現(xiàn)部分能源自給。④養(yǎng)殖船是一個綜合性的平臺，設計了供少量養(yǎng)殖和維護人員居住空間，提供了安裝各種養(yǎng)殖裝備所需的場所，提供大空間倉庫供儲存餌料和其他必須物品。⑤在首部與系泊桿的連接處設置了活性連接裝置，在大風浪來臨前，可解除連接，將養(yǎng)殖船脫離危險區(qū)域。

圖1 設計圖

遠離海岸的深海區(qū)域水質優(yōu)良，浮游生物多，適合一些高品質海產(chǎn)品的養(yǎng)殖。該養(yǎng)殖船適用于水深較深，臺風非主要路徑的黃海、渤海等廣大海域。船體結構具有設計簡單、用鋼量少、易于建造、投資成本少、使用壽命長、抗搖、抗沉性能好、生存能力強的特點。船體上部空間大，能夠儲存長期養(yǎng)殖所需的飼料，可安裝風能太陽能發(fā)電裝置和其他自動化養(yǎng)殖設備，框架結構隔離多個養(yǎng)殖區(qū)域，可實現(xiàn)多樣化養(yǎng)殖需要，且該養(yǎng)殖船無動力系統(tǒng)，無需專業(yè)水手，養(yǎng)殖維護便捷。