拖網框架式柔性網板的初步研究

劉新宇 張崗 程丹 潘曉匯 夏平偉 王飛

[摘要]拖網捕撈是我國最主要的捕撈方式，在給社會帶來巨大經濟效益的同時，也造成了很多問題。而網板是單船底拖網中重要的結構，傳統的拖網網板由于笨重、對海底破壞嚴重、操作困難、耗能嚴重等問題，已經不能夠滿足漁具節能降耗的發展趨勢，因此，從改進網板的角度來解決這些問題是一個重要的方向，盡管近些年來國內外相關學者已經做了大量研究，但并未取得顯著地效果。通過提出一種框架式柔性網板來解決傳統拖網帶來的問題，以達到節能、降耗的目的，并為相關研究者們所借鑒與參考。

[關鍵詞]拖網捕撈狀況;底拖網網板研究;新型框架式柔性網板

[中圖分類號]S972[文獻標識碼]A

我國是漁業資源大國，然而我國的漁具裝備技術卻處于相對落后的水平。近年來，隨著生產技術的發展以及技術的引進，單船底拖網以其較高的性價比被漁業從業者廣泛使用，現已成為使用規模最大的拖網型漁具，極大的豐富了人民的物質生活。但傳統的單船底拖網不僅對海底環境造成了破壞，也一定程度上制約了漁業產業的發展。因此，展開對單船底拖網的捕撈技術研究對我國漁業的發展具有重大意義。

1拖網捕撈在整個捕撈業中占據重要地位

1.1 我國拖網捕撈的發展狀況

2007～2016年全國平均海洋捕撈總產量為12365259t，其中拖網捕撈年平均5985394t，各年產量見表1，拖網捕撈作為我國主要的捕撈方式之一，拖網產量占據總捕撈產量48.4%，從圖1可以看出拖網產量幾乎為圍網、刺網、張網、釣具等四類漁具產量的總和，并持繼續增長狀態。雖然近年來隨著漁業資源減少，海底環境日趨惡化，國家對拖網的管禁越來越嚴格，但拖網捕撈的年產量仍不可小覷。

單船底拖網因捕撈作用范圍廣、效率高、簡單易操作的性狀而備受漁民歡迎。由此，我們根據近年來拖網漁船的產量分析，可以從側面反映出單船底拖網捕撈在整個捕撈業中占據相當重要的地位。

1.2 傳統的拖網捕撈給海洋環境造成破壞

在一項新的研究報告中，近半個世紀以來，拖網漁船一共捕撈超過2.5×107t的生活在海平面400m以下的深海魚。拖網捕撈作業在給社會帶來巨大經濟效益的同時，也給海洋生態環境造成了破壞。我們并不能因為拖網對環境造成危害而徹底的拋棄。

因此，在保證產量的情況下注重對海洋環境的保護是必要的。那么我們究竟該如何對拖網進行改進以減少對海底環境的破壞呢？這對我們漁業工作者來說是一個急切需要解決的問題。

1.3 單船底拖網——拖網網板的問題突顯

目前剛性網板材料多為鋼鐵，制作成本操作成本等較高，不易大力推廣。一方面，網口水平方向的擴張必須依靠網板，另一方面，由于在投網和收網時，需要在承受巨大張力的曳綱上安裝和拆卸網板，而網板通常又都是鋼制的重物，因此投網和收網時不僅需要耗費很大的勞力，往往還伴隨著危險。另外，傳統鋼質拖網網板在操作時存在破碎的危險，而且在收放網的操作和回收過程中，也會對漁具和船體造成破壞。

從事漁業生產的船員年齡主要集中在30～50歲，漁船船員年齡結構趨向老齡化。另外船員常年生活在船上，生存環境惡劣，生活方式簡單枯燥，免疫力下降。不僅身體健康遭到影響，而且由于生活規律不規范，產生了大量的心理問題，這對捕撈生產造成很大的影響。

因此，考慮其體力身體等情況，笨重龐大的網板不適合操作，從省力、節能、安全的角度出發，就必須開發出既具備良好擴張能力，同時又具有體積小、重量輕、水阻力小等特點的節能省力型網板。

2 拖網網板是當今網具的研究熱點

2.1 拖網結構的研究現狀

拖網主要由網衣、綱索等柔性體組成，形狀和空間狀態隨外力的大小而變化，當作用在拖網上的諸力處于相對平衡時，拖網將呈現相對穩定的空間狀態，保持拖網處于最佳空間狀態，對提高產量、增加效益具有重大意義。拖網目前主要分為雙船拖網和單船拖網，由于單一的雙拖網作業難以適應資源的變化，成本高，產量低，部分捕撈生產單位出現嚴重虧損的情況。而單船底拖網卻是單船拖網中使用比較廣泛、捕撈效率較高的的一種，又稱單拖，屬單船式有翼單囊型拖網類漁具。單船拖網的作業漁場及捕撈對象與雙船底拖網大同小異，主要區別是單船獨立作業。因此，漁民在選擇漁具時仍選擇單船拖網。而單船拖網的網口的水平擴張主要是靠網口前方左右兩側的網板產生的水流擴張力來完成。

單船網板拖網捕撈是在上世紀90年代迅速發展，到本世紀初生產規模已經基本穩定。由于單拖作業漁場位于東海大陸架外側，作業水深可達120m。一方面，很好的適應了東海深水區捕撈作業。另一方面，又因為拖網捕撈產量高。因此，其備受漁業工作者的推崇。

網板是單船拖網擴張拖網水平間距的主要屬具，其型式較多，目前我國常用的網板種類有：矩形平面網板、“V”形網板、雙葉片橢圓形網板、立式網板、全金屬橢圓形綜合型網板、圓盾型網板等，立式“V”形網板也有少量應用。

2.2 拖網捕撈漁具的研究創新方式眾多

對于單船底拖網來說，網具的系統包括網衣、網板、綱索、浮子、沉綱裝置等，拖網的阻力主要來源于網衣和網板，網衣阻力是漁具總阻力的最大組成部分，占漁具總阻力的38.7%～65%。網板阻力占整個網具的12.7%～27.2%。目前，網衣所使用的材料基本大同小異，其結構復雜，不易改進。而相對網衣而言，網板的改進比較容易，而且方式眾多。因此通過適當的改進可以減少網具在操作時的水阻力，從而達到節能降耗的目的。

通過查詢資料，我們把國內外相關的研究分為以下三類：

第一，主要是通過對漁用材料的創新研發和對網具的設計來降低網具的重量與作業能耗。具體方式有網衣節能，綱索、沉浮子節能，網板節能等。網衣節能方面目前多采用聚乙烯等，以及設計大疏目網口的網衣可減少網具在海水中的阻力;綱索、沉浮子節能除了采用新型漁用材料之外，還可加長下綱的長度以減弱網具對海底的摩擦，降低作業能耗。

第二，開展網板水動力性能的改進研究。20世紀60年代，日本將一種展弦比大于2.0的Subercrub型板改良成立式曲面網板，80年代，日本為了改良立式曲面網板的缺點，引入機翼的上反角和后退角，開發了立式V型曲面網板。法國也曾研制出一種底拖網作業用的滾動式新型拖網網板，尤其適用于不良底質漁場拖網作業。近年來，國內也有針對網板的一系列研究：如李崇聰等學者在小型單船拖網網板的板面上開縫，使網板背部渦流受到較大動能水流的沖擊，改善其背部的流態，從而達到減少阻力的目的，取得了較好的效果。王明彥等人通過對立式V型曲面網板的不斷深入研究，觀察到當立式V型曲面網板的板面曲率為14%、板面折角為12°、展弦比為1.60、后退角為10°時，網板具有較高的水動力性能。因此，研制擴張性能良好、耗能少的新型網板已成為國內外漁業研究者的關注重點。

第三，開發大網目、細網線的新型拖網，使用離底拖網網板等。張建華等人通過對國內外漁業節能的研究，離地網板可在不影響漁獲量的前提下分別減少油23%和12%。隨著漁場的不斷利用和捕撈對象的不斷開發，單船拖網作業方式在國內不斷擴大，但其作業漁具及操作技術大多為“V”型鐵質網板單拖漁具漁法。

隨著研究的不斷深入，復翼式網板和噴射式網板等也相繼研發面世。

3 框架式柔性網板的提出

3.1 框架式柔性網板的可行性

水動力理論分析：根據漁具力學理論，水動力一般與漁具的有效作用面積、與水流的相對運動速度平方、擴張系數成正比：，面積，從而來研究分析柔性擴網裝置的結構與規格。網板產生擴張力的原理與飛機的機翼產生升力，使飛機升上天空的原理是一樣的。當網板與水流產生相對運動時，由于網板剖面形狀的影響，使網板背流面的流速較快，網板迎流面流速較慢。通過伯努利定理得知：“流速大壓強小，流速小壓強大”。這就使得網板兩面產生了水的壓強差，即產生了壓力差，使網板具有擴張力。由此可見在影響拖網擴張的因素不變，而改變其網板材料的情況下，實現同樣的擴張效果是可行的。

3.2 框架式柔性網板的材質和結構

在柔性材料選材方面，帆布由于其強度大，耐腐蝕，是一項較好的選擇。通過對網板受力的分解，可以把網板的水動力分解成與網板運動方向相垂直的擴張力和網板運動方向相平行的水阻力，其中擴張力起到擴張網具、增加掃海面積的作用，使拖網盡可能多捕獲魚群。由于柔性材料易彎曲的特征，故此應用有一定硬度的剛性框架對柔性帆布作固定，再拖網橫向設計制作橫向擴張裝置。

通過對網板采用框架結構一定程度上對網板起到了固定作用，同時其雙層結構也很好為網口在水平方向上的擴張提供了充分的力。而框架式流線性結構設計極大的減小了網具在水流中所受的阻力，同時極大的降低了能耗，框架和帆布構成的新型網板的上下翼的水流入口都比水流出口大，這樣便使得網板運動時在網板內部形成壓強差，而這一壓強差同時產生作用于拖網網口水平方向上的力，致使網口達到水平方向上的擴張。

3.3 框架式柔性網板的優勢

采用柔性水平擴網裝置，相比原有的剛性網板減輕了重量，可以更好的使網具離地作業，減小了對海底的破壞程度，符合海洋生態文明建設要求的生態型捕撈;采用柔性擴網裝置較大程度上減小水阻力，從而降低油耗，減輕勞動強度，進而降低勞動成本。

柔性材料水中重量小。在船只進行拖曳作業時，不會因為海中水流紊亂及海底坑洼不平等因素造成網具傾覆的危險，與剛性材料相比具有更高的穩定性和可靠性。同時柔性材料加工方便，質地柔軟，成本低廉，相較于傳統剛性材料而言使用成本減少，可以使單船拖曳作業操作更加方便，船員更加省力。

我國江浙等地出現的帆張網就是利用這些特點。根據對帆張網作業時所受水動力的研究發現。帆布材料在水流作用下會發生“橫向彎曲后墜，上下橫臥現象”，實際受力面積為設計面積的約60%。所以想實現預計將網具水平擴張達到理想狀態必須增加其設計面積。增加設計面積必將會使所受的阻力增加，合理選擇網板幾何形狀和裝配方式可以提高水動力效率是解決這一問題的關鍵步驟。

4 結語

自上世紀九十年代以來我國漁業產業就開始面臨一系列嚴重的問題。由于過去人們對漁業資源的過度捕撈以及海洋氣候環境的惡劣變化，20世紀80年代以來，海洋漁業出現了資源衰竭、海洋生態環境嚴重破壞等問題。自從引進單船網板拖網后，由于捕撈產量大、易操作、環境受限程度低，一直受漁業從業者的推崇。但網板作業近年來隨著燃油價格高漲、網板耗能大已經成為行業內的詬病，尤其是隨著遠洋漁業的開發，漁船必將大型化，同時必然要求網板體積增大，這顯然不能滿足于海洋漁業的迫切發展。國內外雖然從未停止對新型網板的研究，但大多僅限于對網板的結構本身的改進，不能從本質上解決耗能嚴重，遠洋漁業開發的需求，因此我們從節能降耗、緊貼漁業大型化的角度，對單船拖網網板進行研究是必要的。

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