淺析海上網(wǎng)箱可移動航行控制技術(shù)研究-畜牧漁業(yè)論文

1、淺析海上網(wǎng)箱可移動航行控制技術(shù)研究- 畜牧漁業(yè)論文淺析海上網(wǎng)箱可移動航行控制技術(shù)研究龐君（浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江舟山316021 ）摘要：進入 20 世紀(jì) 90 年代以來 ,我國海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展迅速，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟效益。 為避免這些自然災(zāi)害的損失及環(huán)境污染，使目前通常采用打樁固定或開發(fā)深水網(wǎng)箱的方式加以解決，所以就提出了對網(wǎng)箱水上航行移位和水下升降調(diào)節(jié)的機理進行研究， 在此基礎(chǔ)上提出螺旋槳驅(qū)動網(wǎng)箱水上航行和水下升降調(diào)節(jié)的控制方式，為可移位航行式網(wǎng)箱開發(fā)應(yīng)用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：網(wǎng)箱；養(yǎng)殖；可移動航行近年來我國海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展迅速，并產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟效益。但是目前網(wǎng)箱養(yǎng)殖面臨許多問

2、題，首先是由于風(fēng)浪、臺風(fēng)的作用，常遭成網(wǎng)箱移位、養(yǎng)殖魚擦傷、逃逸，甚至網(wǎng)箱和養(yǎng)殖設(shè)施遭受徹底損毀1 ；其次是由于環(huán)境污染、病毒肆虐、蟲害猖獗，給廣大漁民遭成了極大的經(jīng)濟損失，是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的“三大殺手”，已成為水產(chǎn)科技工作者的攻關(guān)難題和廣大漁民的最大心病，嚴(yán)重制約了漁業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展，極大挫傷了廣大漁民的生產(chǎn)積極性2 。為此，具有保護海洋環(huán)境功能的可移位航行網(wǎng)箱裝置具有十分重要的意義。1 目前國內(nèi)外對于網(wǎng)箱養(yǎng)殖的研究情況及發(fā)展趨勢網(wǎng)箱養(yǎng)殖始于100 多年前湄公河沿岸的柬埔寨， 是以竹木材料制成小型框式和大型船式網(wǎng)箱，主要養(yǎng)殖鯰魚、鯉科魚類等。最早發(fā)展海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖，且成功運用于規(guī)模生產(chǎn)的是日本，從2

3、0 世紀(jì) 30 50 年代，已經(jīng)成為一種重要而具特色的魚類養(yǎng)殖方式。我國的海水網(wǎng)箱養(yǎng)魚始于20 世紀(jì) 70 年代末，所使用的網(wǎng)箱絕大部分為內(nèi)灣浮排式竹、木結(jié)構(gòu)網(wǎng)箱(普通木制網(wǎng)框 )。這種網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，制作維修方便，管理簡單，投資少，小規(guī)模經(jīng)營時成本較低，是與我國農(nóng)村現(xiàn)實經(jīng)濟情況相適應(yīng)的產(chǎn)物。應(yīng)該肯定，在網(wǎng)箱養(yǎng)魚蓬勃興起的過程中，這種簡易木制網(wǎng)箱確實功不可沒?，F(xiàn)代網(wǎng)箱主要由箱體、框架、浮力裝置、投餌裝置四部分組成，附屬設(shè)施有固定器、棧橋、浮碼頭和值班房等。網(wǎng)箱依靠固定裝置與海底、海岸定位。傳統(tǒng)網(wǎng)箱一般用鐵錨做固定裝置，也有用石頭、 鋼筋水泥塊或打樁方法固定的。深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的水下固定系統(tǒng)

4、一般采用四周樁固定，樁通過固定索先連接浮筒再用聚乙烯繩索連接網(wǎng)箱，以確保固定系統(tǒng)各點受力均衡。隨著行業(yè)不斷發(fā)展，總生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，由于內(nèi)灣水域空間有限、水交換不足，網(wǎng)箱養(yǎng)殖密度不斷增高，造成局部密度過大，損害了海區(qū)環(huán)境。從而引起病害頻發(fā)，產(chǎn)品品質(zhì)低下，經(jīng)營成本升高，風(fēng)險增大等一系列問題。世界上深水網(wǎng)箱養(yǎng)魚發(fā)展較快的國家有挪威、美國、智利、西班牙、澳大利亞等，養(yǎng)殖品種主要為鮭鱒魚類。 與傳統(tǒng)網(wǎng)箱相比， 大型深水網(wǎng)箱具有抗風(fēng)浪能力強、養(yǎng)殖容量大、魚類生長速度快、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點，是網(wǎng)箱養(yǎng)魚的發(fā)展方向。從國內(nèi)外海水魚養(yǎng)殖的發(fā)展歷程來看，網(wǎng)箱大型化、海域深水化、操作機械化、經(jīng)營規(guī)模化是一個必然的過程

5、 3 。綜上所述，針對我國網(wǎng)箱養(yǎng)殖具體情況，作業(yè)施工成本高、拖航移位不方便和水下升降調(diào)節(jié)不易控制的難點， 進行“具有保護海上養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境功能的網(wǎng)箱可移動航行控制技術(shù)研究”， 將會為海水養(yǎng)殖增加一種新的網(wǎng)箱模式，形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)箱養(yǎng)殖新產(chǎn)品，提高網(wǎng)箱養(yǎng)殖的安全性。 本研究具有以下幾個意義：1.1 可有效保護養(yǎng)殖環(huán)境由于近岸風(fēng)浪較小，水流較緩，適于網(wǎng)箱養(yǎng)殖，因而網(wǎng)箱設(shè)置的密度過大，超過當(dāng)?shù)睾^(qū)的養(yǎng)殖容量的情況，一些養(yǎng)殖網(wǎng)箱附近的海水污濁不堪，底部海域幾乎成了“不毛之地”， 鮮有海藻和其他生物生存現(xiàn)象。 采用可移位航行式網(wǎng)箱，重新移位調(diào)整， 有利于保護和改善養(yǎng)殖水域環(huán)境，避免因網(wǎng)箱內(nèi)未吃

6、凈的餌料以及魚類自身的一些排泄物大量、長期沉積在海底， 對海域所遭成的污染， 提高水域環(huán)境的質(zhì)量，促進養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2 降低海上作業(yè)成本可移位航行式網(wǎng)箱技術(shù)可有效地解決目前網(wǎng)箱海上施工程序復(fù)雜，要求嚴(yán)格的難題，替代作業(yè)成本高的海上打樁作業(yè)，為網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)提供一種經(jīng)濟可靠的網(wǎng)箱養(yǎng)殖新模式。1.3 抗災(zāi)減災(zāi)，減少經(jīng)濟損失可移位航行式網(wǎng)箱，可實現(xiàn)網(wǎng)箱工作水深準(zhǔn)確方便調(diào)節(jié)，在特大臺風(fēng)來臨之際，讓網(wǎng)箱下沉水中， 避免巨浪對網(wǎng)箱的直接沖擊，遭成網(wǎng)破魚逃的嚴(yán)重經(jīng)濟損失。1.4 及時避免疫情帶來的危害可移位航行式網(wǎng)箱，可實現(xiàn)網(wǎng)箱方便移位，在大規(guī)模的疫情發(fā)生時，可及時轉(zhuǎn)移養(yǎng)殖海域，避免養(yǎng)殖對象疾病爆發(fā)、

7、 蔓延，或突然大面積死亡遭成慘重損失，最大限度地降低災(zāi)害遭成的經(jīng)濟損失。1.5 加快實現(xiàn)漁民轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)我國的淺海水域面積達733 萬 hm2 之多，除近岸大多已開發(fā)養(yǎng)殖外，離岸遠的水域正在加緊科研攻關(guān)與開發(fā)。因此，開展“具有保護海上養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境功能的網(wǎng)箱航行機理及其控制研究”，將有利于大力發(fā)展網(wǎng)箱養(yǎng)魚產(chǎn)業(yè)，特別是加快抗風(fēng)浪海水網(wǎng)箱養(yǎng)魚技術(shù)在深水區(qū)域有效開發(fā)利用，能夠充分考慮海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖遭遇臺風(fēng)襲擊的三個特性：長期性、普遍性、區(qū)域性。為下船漁民們提供新的生產(chǎn)和生活空間，加快實現(xiàn)轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)。2 可移位航行網(wǎng)箱裝置的設(shè)計內(nèi)容2.1 具體實施方案具有保護海洋環(huán)境功能的可移位航行網(wǎng)箱裝置是這樣實現(xiàn)的：包括上

8、浮體、插銷機構(gòu)、移位航行螺旋漿機構(gòu)、海底基座、網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁、錨鏈和錨。其特征之一是網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁的上端通過插銷機構(gòu)與上浮體相連接，而網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁的下端與海底基座相固定。 其特征之二是在上浮體的側(cè)端面布置有移位航行螺旋漿機構(gòu)。其特征之三是海底基座與錨通過錨鏈相互連接。本網(wǎng)箱的可移位航行裝置具體工作程序如下：正常狀態(tài)下，網(wǎng)箱通過錨固定于海底，上浮體通過插銷機構(gòu)與網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁相固定，當(dāng)需要進行移位養(yǎng)殖時，首先通過輔助船，將水下固定錨收起，通過插銷機構(gòu)使上浮體與網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁相脫離，然后排出海底基座內(nèi)的壓載水，同時調(diào)節(jié)上浮體內(nèi)的壓載水， 當(dāng)網(wǎng)箱處于穩(wěn)定狀態(tài)后， 通過插銷機構(gòu)再將上浮體與網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)

9、向樁相固定， 最后啟動移位航行螺旋漿機構(gòu)，將網(wǎng)箱移位至指定的養(yǎng)殖海域。2.2 移位航行網(wǎng)箱的基本組成如圖 1 、圖 2 所示，可移位航行式網(wǎng)箱由上浮體、插銷機構(gòu)、航行螺旋槳、升降螺旋槳、 網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁、 固定錨和海底基座組成， 其中網(wǎng)箱動力來源于輔助船，上浮體上的升降螺旋槳、航行螺旋槳在航行狀態(tài)和錨固狀態(tài)可進行轉(zhuǎn)換，通過插銷機構(gòu)將上浮體與網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁實現(xiàn)固定連接。網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁焊接于海底基座上， 形成一個整體框架。 每根網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁的底部配有固定錨，海底基座內(nèi)部含有注排水泵。2.3 網(wǎng)箱水上航行機理及其控制如圖 1 所示，根據(jù)可移位航行式網(wǎng)箱的基本組成，網(wǎng)箱在水上航行具體試驗方法和手段如

10、下：海底起浮，第一步將上浮體與網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁鎖緊；第二步啟動注排水泵，將海底基座內(nèi)的壓載水排出， 同時調(diào)節(jié)上浮體內(nèi)的壓載水， 使得網(wǎng)箱處于最佳穩(wěn)性狀態(tài)。螺旋槳狀態(tài)轉(zhuǎn)換，將螺旋槳轉(zhuǎn)換成航行狀態(tài)；網(wǎng)箱的穩(wěn)性調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)上浮體和海底基座內(nèi)的水量，使得網(wǎng)箱保持最佳穩(wěn)定狀態(tài)。啟航，在插銷機構(gòu)將上浮體和網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁鎖緊之后，啟動航行螺旋槳驅(qū)動網(wǎng)箱前進或后退。2.4 網(wǎng)箱水下升降調(diào)節(jié)機理及其控制如圖 2 所示，根據(jù)可移位航行式網(wǎng)箱的基本組成，網(wǎng)箱在水下升降調(diào)節(jié)具體試驗方法和手段如下：海底錨固時，啟動注排水泵，向海底基座內(nèi)注水，使得海底基座帶動網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁下沉至海底。 然后布防固定錨， 將整個海底基座錨

11、固于海底。下降控制調(diào)節(jié)（該方式應(yīng)用在遇有大風(fēng)浪天氣時），將上浮體注滿壓載水，同時啟動升降螺旋槳，帶動上浮體下降至預(yù)定深度， 最后通過網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁的銷孔鎖緊上浮體。 上升控制調(diào)節(jié) （該方式應(yīng)用在大風(fēng)浪天氣過去之后，在海浪平靜時），解除上浮體與網(wǎng)箱沉浮導(dǎo)向樁之間的鎖緊狀態(tài)，上浮體排水向上浮動至水面自由狀態(tài)。2.5 可行性分析由上述可移位航行網(wǎng)箱的基本組成可知，網(wǎng)箱的主體包括上浮體和海底基座，為保障網(wǎng)箱順利移位航行， 就要確保網(wǎng)箱主體平穩(wěn)地從座底狀態(tài)過渡到漂浮航行狀態(tài)，其技術(shù)措施是通過網(wǎng)箱上浮體和海底基座的壓載水調(diào)撥，使得網(wǎng)箱主體獲得最佳穩(wěn)性。 由于螺旋槳的推進和船舶壓載平衡都是現(xiàn)實成熟的技術(shù)，因此利用自己單位擁有的省級重點水動力試驗室和省級海水增養(yǎng)殖重點中試基地，對可移位航行網(wǎng)箱進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與水動力性能匹配研究，并有望取得創(chuàng)新成果。3 結(jié)論可移位航行網(wǎng)箱的特色在于網(wǎng)箱的移位航行和水下升降技術(shù)操作方便可行，可有效地解決目前網(wǎng)箱海上施工程序復(fù)雜，要求嚴(yán)格的難題， 替代作業(yè)成本高的海上打樁作業(yè)， 為網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)提供一種經(jīng)濟可靠的網(wǎng)箱養(yǎng)殖新模式?？梢莆缓叫芯W(wǎng)箱的創(chuàng)新之處是集成網(wǎng)箱水上移位航行與水下升降功能于一體，通過螺旋槳實現(xiàn)網(wǎng)箱水下深度調(diào)節(jié)與航行移位，能有效地解決活