（捕捞学专业论文）深水网箱生物量声学监控系统的试验研究.pdf

上海海洋大学硕士学位论文 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自 撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者虢葬洋 日期：莎。矽年月仪日。 上海海洋人学硕士学位论文 一_ 二一 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密 学位论文作者繇环砰 同期：出归年占月o l o 日 指导教师签名多掰 日期：d 刀汐年歹月日 答辩委员会成员名单 姓名工作单位职称备注 窦硕增中国科学院海洋研究所研究员主席 中国水产科学院黄海水 马绍赛研究员委员 产研究所 梁振林中国海洋大学教授委员 宋协法中国海洋大学教授委员 慕永通中国海洋大学教授委员 委员 委员 中国水产科学院黄海水 李娇助理研究员秘书 产研究所 答辩地点中国海洋大学多媒体答辩日期 2 0 1 0 6 2 上海海洋大学硕士学位论文 深水网箱工况声学监控系统的试验研究 s t u d yo nu n d e r w a t e r a c o u s t i cs y s t e mf o rm o n i t o r i n g d e e p w a t e rn e t c a g ef a r m i n g 学位论文完成时间：2 q ! q 生三旦 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 乙七磊 - 上海海洋人学硕士学位论文 该研究由国家8 6 3 计划课题( 2 0 0 6 a a l 0 0 3 0 2 ) 、国家科技支撑 计划课题( 2 0 0 6 b a d 0 9 a 1 3 ) 资助 上海海洋大学硕士学位论文 7 。 深水网箱生物量声学监控系统的试验研究 。摘要 随着深水抗风浪网箱的推广应用，我国的海水网箱养殖逐渐从1 0m 等深线向 2 0 m 以深海域发展，养殖区域不断扩大，网箱趋于大型化，养殖生产中迫切需要 解决水下观察和安全监控等技术问题。已有的光学水下监视系统，由于对海区水 体透明度要求较高，使用中具有很大的局限性。而声波在同一种媒介中的传播速 度基本为一常数，对目标的分辨率和检测距离与水介质的透明度无关，是理想的 信息载体。因此，利用声呐探测技术，定量评估和监测网箱圈养水体内的生物量 变化，研究开发用于深水网箱养殖过程安全管理的声学监控设施，将具有更广泛 的应用。 利用声学原理进行鱼群探测和资源评估的基础是鱼体目标强度。为此，首先以 黄海、东海主要养殖鱼类许氏平鲇和大黄鱼为研究对象，在消声水池中选用 k f 一6 8 双屏彩色探渔仪等仪器在5 0 k h z 和2 0 0 k h z 工作频率下对研究对象目标强 度及背向反射声截面与体重和体长的关系进行研究。试验结果显示，体重和体长 均可用做定量表述上述两种鱼类目标强度的参数。t s 大始在5 0 k h z 频率下身体各 向目标强度值介于3 2 6 3 d b - 5 8 0 1 d b ；2 0 0 k h z 频率下身体各向目标强度介于 2 9 3 d b - - 5 6 9 9 d b 。t s 许氏平- 在5 0 k h z 频率下身体各向目标强度值介于3 1 9 3 d b 6 4 6 8 d b ；2 0 0 k h z 频率下身体各向目标强度介于31 7 4 d b - - - 6 3 2 6 d b 。身体各向目 标强度大小为t s 一向 t s 背向 t s 头向 t s 肭。通过计算得到不同频率下待测样本 侧向目标强度和体长的关系式。5 0k h z ：t sx 黄a = 2 4 8l o gl ( c m ) 一7 3 9 ( t 1 0 向) ；2 0 0 k h z ：t s 大黄鱼= 2 3 9l o gl ( c m ) 一7 1 3 ( 侧向) 5 0k h z ：t s 许氏平- = 2 5 7l o gl ( c m ) 一6 9 1 6 ( 俱0 向) ；2 0 0k h z ：t s 许氏平袖= 2 6 4l o gl ( c m ) - 7 0 8 ( 侧向) 。试验结果为深水网箱声学水下 监测系统的设计提供基础数据支持。 在得到黄海海域和东海海域主要养殖对象许氏平鲇和大黄鱼目标强度数据，以 及两种鱼类目标强度和体长的关系式基础上，基于生物资源量声学评估原理，设 计并试制一种水下声学监测仪。为验证和完善设计方案，在中国水产科学研究院 渔业机械仪器研究所的消声水池中，对试制的样机进行了模拟测试。试验采用的 模型网箱依据周长4 0 m 的h d p e 圆形网箱尺度，按1 ：5 模型比尺制作，并选择体 型与许氏平鲇和大黄鱼相似的淡水鱼进行实验。首先使用水下声学监测系统测试 空网的i ! t 标强度，将空网目标强度数据剔除，然后每次投放1 0 尾鱼到模拟网箱中 测试鱼群的目标强度信号，每次测试1 0 m i n ，测试4 至5 次，将目标强度根据公式 i 上海海洋大学硕士学位论文 转换成其反向散射声截面，取数据的算术平均数，然后根据公式将平均反向散射 声截面转换为实验样本的目标强度，为最终实验结果。得到模拟网箱中不同数量 鱼群的目标强度数据。在实验中总结水下声学监测系统样机设计中存在的不足， 根据实验情况改进样机的性能，试制出由超声波换能器阵，收发控制器，数据采 集器、外部供电电源和工作电脑等组成的深水网箱工况声学监控系统正样机。换 能器阵采用球冠面结构，7 个超声波基元位于正六边形的六个顶点和中心位置，基 元间间距大于声束角，以保证各基元声束主瓣不会相互重叠，同时扩大监测范围， 减少盲区。 对试制的监控系统样机在山东省青岛市胶南琅琊镇深水网箱养殖场进行了海 上实测。试验网箱为周长4 0 m 的h d p e 圆形深水网箱，网衣水下深度6 m ，网箱养 殖鱼类为许氏平鲇，平均个体重量o 5 埏，试验时将换能器在安放于水深0 2 m 处， 分别对放养数量为2 0 0 尾、3 0 0 0 尾、5 0 0 0 尾、1 5 0 0 0 尾4 个网箱和空网箱( 无鱼) 的声学信号进行了采集，以目标强度测试结果作为数据统计依据。结果表明i 在 网箱内鱼群密度较小( 5 0 0 0 尾) 的情况下，试制的水下声学监测系统可以直观反 映深水网箱中养殖鱼类的生物量随着数量的增减而发生变化，基本达到对深水网 箱中鱼群生物量变化的监测的设计目的；当网箱内鱼群密度较大时，目标强度增 加的幅度和规律性与预期的结果不甚一致，分析原因，一是可能由于仪器设备信 号饱和的原因，二是由于鱼群密集于网箱内的有限区域内，密度过大，仪器精度 无法满足所致，这有待于今后可通过选择性能更好的换能器，提高仪器设备性能 加以完善。 关键词：深水网箱；声学监控系统；目标强度；许氏平鲇；大黄鱼 一 上海海洋大学硕士学位论文 a s t u d yo nu n d e r w a t e ra c o u s t i cs y s t e mf o rm o n i t o r i n gt h e bi o m a s so fd e e p w a t e r n e t c a g e a b s t r a c t w i t l lt h er a p i dp o p u l a r i z ea n da p p l yo fd e e p w a t e ra n t i w a v ec a g e ，t h es e ac a g e c u l t u r ei no u rc o u n t r yg r a d u a l l yf r o m10 mt o2 0 m b ye x p a n d i n gm a r i n ec u l t i v a t i o n r e g i o na n dt h ec a g e st e n dt ol a r g e s c a l e ，t h ea q u a c u l t u r ep r o d u c t i o n sf a c et e c h n i c a l o b s t a c l e st h a tr e m a i nt ob eo v e r c o m ee x i g e n t l y t h e r ea r eg r e a tl i m i t a t i o n si nu s ew i t h t h ee x i s t i n g o p t i c a lu n d e r s e as u r v e i l l a n c es y s t e m ，b e c a u s et h e yn e e dt h eh i g h e r t r a n s p a r e n c yo fs e aw a t e r b u tt h es o u n dt r a v e l sn e a r l yac o n s t a n ti nas a m em e d i u m t o c h e c kt h er e s o l u t i o no ft h et a r g e ta n dt h ed i s t a n c eo ft h et e s tn o ta f f e c t e db yt h e t r a n s p a r e n c yo fs e aw a t e r , s oi t sap e r f e c ti n f o r m a t i o nc a r r i e r t h e r e f o r e t h eu s eo f s o n a rt e c h n o l o g yt oq u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n ta n dm o n i t o r i n gt h eb i o m a s sc h a n g ei nt h e s e ac a g e s ，r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tt h ea c o u s t i cm o n i t o r i n gf a c i l i t i e si nt h es e c u r i t y m a n a g e m e n to f s e ac a g ec u l t u r ew i l lb ee x t e n s i v eu s e t h es o n a ru s ei nt h es e ac a g ec u l t u r eb a s e do nt h et a r g e ts t r e n g t ho ff i s h s oo u rt e s t i st oe x p l o r et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc u l t i v a t e df i s ha n dt a r g e ts t r e n g t h t h ea i mo ft h e p r e s e n ts t u d yw a st oe s t a b l i s ht h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt a r g e ts t r e n g t h ( t s ) a n dw e i g h t a n db o d yl e n g t h a n dt h er e l a t i o n s h i pw i t hd o r s a l a s p e c tr e f l e c t i o n ss e c t i o n y e l l o w c r o a k e r ( p s e u d o s c i a e n ac r o c e a ) a n db l a c kr o c k f i s h ( s e b a s t e ss c h l e g e l i )w e r eu s e d i nt h ee x p e r i m e n t t h er e s u l ts h o w st h a tb o t hw e i g h ta n db o d yl e n g t hh a st h e q u a n t i t a t i v er e l a t i o n s h i pw i t ht a r g e ts t r e n g t h a t5 0k h z ，t h ed i f f e r e n tb o d yp a r t so f l a r g ey e l l o wc r o a k e rt a r g e ts t r e n g t hw a sb e t w e e n 3 2 6 3 d ba n d 5 8 0 1 d b ；a t2 0 0k h z i t w a s 2 9 3 d bt o 5 6 9 9 d b w i t ht h eb l a c kr o c k f i s h t h a tw a s 。31 9 3 d bt o 一6 4 6 8 d b a n d 31 7 4 d bt o 6 3 2 6 d b ，r e s p e c t i v e l y b o t ha t5 0k h za n d2 0 0k h z t h et a r g e ts t r e n g t ho f f i s hb e l l yw a sm a x i m a ia n dt h ef i s ht a i lw a sm i n i m a l t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h em e a n l a t e r a lt sa n dl e n g t hw a sp o s i t i v e b o t hf o r5 0a n d2 0 0k h z a t5 0k h z ：t sx t 鱼= 2 4 ：8l o g l ( c m ) 一7 3 9 ( s i d ed i r e c t i o n ) ；a t2 0 0k h z ：t s 大黄鱼= 2 3 9l o gl ( e r a ) 一71 3 ( s i d ed i r e c t i o n ) ，a n da t5 0 k h z ：t s 许氏平妯= 2 5 7l o gl ( c m ) 一6 9 16 ( s i d ed i r e c t i o n ) ；a t2 0 0k h z ：t s r = 2 6 4l o gl ( c m ) 一7 0 8 ( s i d ed i r e c t i o n ) t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t sp r o v i d et h ed a t aw h i c hs u p p o r tt od e s i g n u n d e r w a t e ra c o u s t i cm o n i t o r i n gi n s t r u m e n t s b a s eo nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dp r i n c i p l e so fa c o u s t i ca s s e s s m e n to ft h e a m o u n to fb i o l o g i c a lr e s o u r c e s ，w ed e s i g na n dh a v et r i a l p r o d u c e dt h eo n ek i n do fn e w u n d e r w a t e ra c o u s t i cm o n i t o r i n gi n s t r u m e n t ，a n dd ot h es i m u l a t i o nt e s t sb yi t t h et e s t m o d e lo nt h eb a s i so f1t ol0s c a l ew i t hh d p ec i r c u l a rc a g es c a l eo f4 0 mc i r c u m f e r e n c e ， a n du s ef r e s h w a t e rf i s h e si u s tl i k ey e l l o wc r o a k e ra n db l a c kr o c k f i s ho nb o d i l yf o r l t l f i r s tm e a s u r et h et a r g e ts t r e n g t ho ft h ee m p t ) rn e ta n dr e m o v e d ，t h e np u tl0f i s hi nt h e m o d e lt ot e s tt h et a r g e ts t r e n g t h ，10m i n u t e sf o re a c ht e s t ，t e s t4t o5t i m e s ，t oc o u n tt h e i i i 7 上海海洋大学硕士学位论文 a r i t h m e t i ca v e r a g eo fd a t ao b t a i n e df o rt h ef i n a lr e s u l t s a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a l s i t u a t i o ni m p r o v e dm o d e l ，t h ev i r t u a lp r o t o t y p em a k eu pw i t hu l t r a s o n i ct r a n s d u c e r a r r a y , t r a n s c e i v e rc o n t r o l ，d a t aa c q u i s i t i o n ，e x t e r n a lp o w e rs u p p l ya n d w o r kc o m p u t e r t h e nw eu s et h ev i r t u a lp r o t o t y p et od ot h es e aa q u a c u l t u r ef i e l dm e a s u r e t h ec a g e i sh d p ec i r c u l a rc a g es c a l eo f4 0 mc i r c u m f e r e n c e ，n e t w o r ks u i t su n d e r w a t e rd e p t ho f 6 m ，c a g ec u l t u r eb l a c kr o c k f i s h ，t h ea v e r a g ei n d i v i d u a lw e i g h to f0 5 k g t h eu l t r a s o n i c t r a n s d u c e ri sp u to 2 mu n d e r w a t e r , m e a s u r et h et a r g e ts t r e n g t ho f2 0 0 ，3 0 0 0 ，5 0 0 0 ， 15 0 0 0i nf o u rc a g e sr e s p e c t i v e l ya n dt h ee m p t yc a g e t h er e s u l ts h o w st h a tw h e nt h e d e n s i t yi nt h ec a g e si ss m a l l t h es y s t e mc a nb ed i r e c t l yr e f l e c t e dt h eb i o m a s sc h a n g e s w i t ht h ef i s hn u m b e ri nt h ec a g e s ，b a s i c a l l yr e a c h e dt h ep u r p o s e b u ti td i d n tw o r kw e l l w h e nt h ed e n s i t yi sl a r g e t h a tm a yb ed u et ot h ee q u i p m e n ts i g n a li sb e c o m et h eu t m o s t l i m i t o rt h ef i s hd e n s i t yi st o ol a r g ei nal i m i t e da r e a ，t h ee q u i p m e n ta c c u r a c yc a n t r e a c h t h i sc a nb ei m p r o v e db ys e l e c t i n gap r e f e r a b l et r a n s d u c e rt oi m p r o v ee q u i p m e n t a c c u r a c y k e yw o r d s ：d e e p w a t e rn e t - c a g e ，a c o u s t i cm o n i t o r i n gs y s t e m ，t a r g e ts t r e n g t h ，b l a c k r o c k f i s h ，b i gy e l l o wc r o a k e r ， i v 上海海洋大学硕士学位论文 目录 摘要i a s t u d yo nu n d e r w a t e ra c o u s t i cs y s t e mf o rm o n i t o r i n gt h eb i o m a s so fd e e p w a t e r 】n e t c a g e ：i i i a b s t r a c t i i i 目录v 弓i 言1 第一章文献综述3 1 国内外先进的海水网箱系统3 1 1p e 或h d p e 圆形重力式网箱3 1 2 钢结构板架式网箱：j 4 1 3 张力腿( t l c ) 网箱4 1 4 碟形网箱。：5 1 5 锚拉式海洋圆柱网箱。j 。6 1 6f a r m o c e a n 网箱6 1 7 船形组合网箱7 1 8 浮绳式网箱7 1 9 升降式网箱j 8 2 国内网箱水下监控系统研究进展j 1 0 2 1 光学监控系统1 1 2 2 声学监控系统。1 2 3 声波在网箱养殖中其它应用14 3 1 声波技术对深水网箱中生物量的监测。1 4 3 2 声波技术对深水网箱网衣附着生物的监测和清除1 s 3 3 声波技术应用于深水网箱投饵的监测。1 6 3 4 声波发射装置安装的问题- 1 7 第二章大黄鱼和许氏平鲇声反射特征与体重和体长关系的研究1 8 1 试验材料和方法18 1 1 试验材料。1 8 1 2 试验仪器和环境1 9 1 3 试验方法1 9 1 4 试验数据分析2 0 2 试验结果与讨论：2 0 2 1 试验结果2 0 2 2 讨论。2 6 3 结1 沧2 8 3 1 体重和体长均可对鱼类单体目标强度进行定量表述2 8 3 2 不同频率下大黄鱼和许氏平鲇身体各向目标强度大小顺序2 8 3 3 不同频率测试中大黄鱼和许氏平鳓侧向目标强度和体长的关系式2 8 3 4 水下声学监测系统有效工作频率。2 8 3 5 水下声学监测系统最低目标强度测定值的确定2 8 v 上海海洋大学硕士学位论文 第三章水下声学监测系统对模拟深水网箱中鱼声反应特征的实验测定2 9 1 试验材料和方法2 9 1 1 试验材料：2 9 1 2 试验仪器和环境2 9 1 3 试验方法。3 0 1 4 试验数据分析3 0 2 试验结果31 2 1 模拟网箱中鱼群生物量和数量的关系3 1 3 讨论3 ：1 3 1 模拟网箱中投放试验样本数量1 0 尾- - 2 0 尾生物量的变化3 2 3 2 模拟网箱中投放试验样本数量3 0 尾时生物量的变化3 2 3 3 模拟网箱中投放试验样本数量4 0 尾时生物量的变化3 2 3 4 模拟网箱中投放试验样本数量5 0 尾一6 0 尾时生物量的变化3 2 4 结论一3 2 4 1 水下声学监测系统在模拟网箱中实验结论3 2 第四章水下声学监测系统对深水网箱中鱼群声反应特征的实验测定3 3 1 试验材料和方法3 3 1 1 试验材料3 3 1 2 试验仪器和环境3 3 1 3 试验方法- i ：3 3 2 试验结果3 4 2 1 深水网箱实测生物量变化曲线3 4 3 讨论3 5 3 1 空网数据的采集与信号剔除3 5 3 2 实测网箱中许氏平鲇数量2 0 0 尾时生物量的变化趋势3 5 3 3 实测网箱中许氏平鲇数量3 0 0 0 尾时生物量的变化趋势3 5 3 4 实测网箱中许氏平蚰数量5 0 0 0 尾时生物量的变化趋势3 5 3 5 实测网箱中许氏平隹由数量1 5 0 0 0 尾时生物量的变化趋势3 s 4 结 仑：3 6 第五章结论和展望。_ 3 7 1 结论3 7 1 1 对大黄鱼和许氏平鲇目标强度测定3 7 1 2 水下声学监测系统在模拟网箱中性能的测定。3 7 1 3 水下声学监测系统对深水网箱中养殖鱼类目标强度的测定。3 7 2 展望3 8 附录3 9 参考文献4 0 致谢4 3 v i 上海海洋大学硕士学位论文 引言 上世纪8 0 年代以来，我国水产养殖业高速发展，养殖产量连续1 2 年位居世界 第一位，年平均增长速度达1 3 。截至2 0 0 8 年底，全国深水网箱数量4 0 0 0 只，养 殖产量3 5 6 7 3 吨。我国已成为世界上第一个养殖产量超过捕捞产量的国家。 近年来，海洋渔业资源同渐匮乏，针对这一现状科研工作者提出建设海洋牧 场的构想。日本、美国等国家相继开展海洋牧场规划设计、试验论证工作，总结 出丰富的经验，取得良好的经济、社会效益。网箱是海洋牧场得以实现的载体， 近海网箱养殖具有破坏养殖海域环境、养殖品种口感、质量无法与野生鱼类相媲 美、缺乏抵御台风侵袭的能力等不足。因此，深水抗风浪网箱养殖成为各国科研 工作者探索的重要领域。目前国外已经研制成功并广泛应用的网箱主要包括：挪 威的h d p e 网箱并u t l c 张力腿网箱、美国的海洋站网箱和海洋平台式网箱、瑞典的 f a r mo c e a n 网箱以及日本的浮绳式网箱。我国研制抗风浪网箱起步较晚，中国 水产科学研究院等科研单位承担国家“十五”8 6 3 计划项目“深海抗风浪网箱的研 制”的研究工作，研制出h d p e 双管圆形深海抗风浪网箱，已经形成定型产品投入 生产。国内关于深水网箱基础配套设施的研究起步晚，缺少监测网箱生物量设备、 自动投饵设备、网衣清洁设备研发和应用。因此，科研工作者积极开展针对深水 网箱相关配套设施的研究工作。 网箱水下监系统不仅可以对网箱内生物量的变化进行监控，而且可以监控网 衣是否破损、饵料投喂和网衣附着物情况等，及时向养殖户提供信息，节省大量 的人力、物力，节约养殖成本，提高生产效率。目前，国内已研制的光学水下监 控器的工作原理与国外的基本相同，均是将摄像机密封于- - # b 罩壳体中，形成水 下探头，通过视频光缆将视频信号传送至水面以上进行观察。但由于光波在水中 的传导性差、吸收大、衰减快，而且在水体透明度低时，可视距离很小，因此在 应用中具有一定的局限性【2 1 。而声波在同一种媒介中的传播速度基本为一常数，在 海水中声速为1 5 0 0 m s ，对目标的分辨率和检测距离与水介质的透明度无关，是 理想的信息载体i j j 由于我国对于深水网箱水下声学监控系统的研究处于初级阶段，尚未研制出 应用于生产实践的水下声学监控系统，本文将基于我国声学监控技术的研究现状， 结合国外先进的研究成果，对大黄鱼和许氏平鲇水下声反应特征进行研究，获得 大黄鱼和许氏平鲇声反应特征与体重、体长相关数据，根据所得数据推导出两种 上海海洋大学硕士学位论文 经济鱼类声反应特征与体长的经验公式，填补国内此研究领域的空白。以期为水 下声学监控系统的研制提供数据支持。在得到两种鱼类目标强度数据后，研制出 一种水下声学监测系统，分别在模拟深水网箱和深水网箱上对网箱中不同数量养 殖鱼类进行生物量监测。总结经验、发现系统存在的问题，完善系统的性能。水 下声学监测系统设计思路是：采用生物资源量声学评估方法，通过网箱内不同养 殖品种的目标强度监测总生物量的变化，当生物量增加时，认为是鱼类正常生长， 当生物量突然减少时则实时报警，通知工作人员对网箱进行检查。生物量的变化 可以限定在一定数量的逃鱼范围，这样可对网箱的安全性实施有效的监控。 2 上海海洋大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 国内外先进的海水网箱系统 随着现代科学技术的进步和海水网箱工程技术的发展，目前世界上已开发出 多种结构型式的海水养殖网箱，其中典型的网箱系统有挪威的p e 圆形重力式网箱、 钢结构板架式网箱( s t e e lc a g es y s t e m ) 、张力腿( t e n s i o nl e gc a g e t l c ) 网箱，美 国的碟形网箱( s e as t a t i o n ) 、锚拉式海洋圆柱网箱( s e ac a g e o c e a ns p a r ) ，瑞典 的f a r m o c e a n 网箱，日本的船形网箱和高性能橡胶挠性网箱，日本和我国台湾省 的浮绳式网箱，以及不同控制方式的升降式网箱等。 1 1 p e 或h d p e 圆形重力式网箱 图1 - 1p e 圆形重力式网箱结构与固泊系统图 f i g 1 1s t r u c t u r ea n ds o l i dp a r ks y s t e mo f p er o u n dg r a v i t yc a g e 该养殖网箱按其系统组成可分为框架系统、网衣系统和锚泊系统三个部分。 所谓的p e 圆形重力式网箱，是指网箱的框架系统是由p e ( 聚乙烯) 管材和p e 连 接件组装而成，并且主要依靠下挂沉石的配重来保持网衣箱体形状的养殖网箱系 3 上海海洋大学硕士学位论文 统。 p e 圆形网箱是2 0 世纪7 0 年代初挪威h e l g e l a n dp l a s t 公司首先研制的，该网 箱利用p e 材料的耐海水腐蚀、材料的柔弹性和允许随波浪形变的特性，可在恶劣 海况环境下使用，具有较好的抗风浪能力。此外，由于该网箱框架系统采用p e 管 材，很容易实现构造均一的圆形结构型式，这使得该网箱不仅具有受力状态好和 操作管理方便的特点，而且具有使用寿命长及单位养殖水体成本和折旧费低的竞 争优势。目前世界上除挪威外，还有智利、苏格兰、韩国和我国台湾省等许多国 家和地区均生产和使用该网箱。我国自1 9 9 8 年海南省从挪威引进p e 圆形网箱以 来，加快了大型抗风浪深水网箱的研发步伐，国内的科研院所、高校与企业联合 攻关，不仅实现该结构网箱的国产化生产，而且针对引进挪威网箱在我国海区使 用中存在的问题，采用自主开发的h d p e ( 高密度聚乙烯，综合性能优于聚乙烯) 管材，在网箱结构设计、网具扎制和锚泊固定方式上进行了多项创新性改进，形 成了具有自主知识产权的抗风浪深水网箱设计与制作技术。目前h d p e 圆形网箱 已成为我国深水网箱养殖的主导产品。国内已有1 0 余个厂家生产该类网箱，养殖 用户可根据海区条件、养殖规模、养殖品种等，选择配置网箱设施。 1 2 钢结构板架式网箱 挪威的钢结构板架式网箱( s t e e lc a g e s y s t e m ) 是由主桥道( m a i nb r i d g e ) 、双体 浮筏( c a t a m a r a n ) 、悬臂支架( o u t r i g g e r s e c t i o n s ) 及连接结构( i n t e r m e d i a t es e c t i o n s ) 组成。主桥道采用高强度的不锈钢构件， 其下连接两排泡沫塑料浮筒或聚乙烯管。 由于该网箱设有中间的车辆通道，便于实 现机械化操作 。 图1 - 2 钢结构板架式网箱 f i 2 1 2s t e e le a s es v s t e m 1 3 张力腿( t l c ) 网箱 张力腿网箱( t e n s i o nl e gc a g e ，简称t l c 网箱) ，是挪威近年来研制的另一种 新型网箱。网箱由坛子形网衣箱体、张力腿和锚碇系统组成。坛子形网衣箱体是 t l c 网箱的主体，由圆锥形的肩颈部和正六角柱形网身组成j 它们之间由拉链连 接，以利鱼苗放养和成鱼收捕( 放养和收捕时，把肩颈部取下，将网身置于类似 柔性圆柱形网箱的箱架中固定后操作) 。网箱肩颈部的颈部由高密度聚乙烯材料的 浮性圆形环管和圆柱形网衣组成；顶部有盖网，盖网与颈部网衣由拉链连接，方 4 上海海洋大学硕士学位论文 便操作；肩部是六面体圆锥形网衣。肩颈部依靠浮性圆形环管的浮力作用漂浮于 海面。网身呈正六角柱体，网身设有软性上纲绳和下纲绳，上纲绳的六个角上各 系有一个塑料大浮筒，以便在水中支挂网身和固定形状。下纲绳的六个角通过悬 挂在其下方的张力腿的吊举结构与下锚浮筒相连接。张力腿由6 根纲索构成，将 网身与锚碇相连。在遇到较大风浪时，依靠水流作用，顺流偏移，自动下沉到水 面以下，从而在一定程度上减轻波浪的冲击。至今该结构网箱已经受1 1 7 m 浪高 强大风浪的考验。网箱直 径1 6 2 8 m ，网衣箱体高 度9 1 8 m ，养殖水体 1 8 0 0 - + 1 00 0 0 m 3 ，形成多 种规格的系列产品。但该 网箱造价较高，挪威r e f a 公司生产的1 8 0 0 m 3 水体 的t l c 网箱，报价为4 万欧元。 一“哗；懒譬霭i 蕊谓 蜘i 一? 。? i? ? + it 彰一? 隧嗣群i i 逸。_ i j 一 1 4 碟形网箱 碟形网箱是美国o c e a ns p a r t e c h n o l o g y 公司研制的一种双锥形钢 结构框架网箱，又称海洋站( s e a s t a t i o n ) 网箱或中央圆柱网箱。该网箱 由直径l m ，长1 6 m 的钢管作为中央立 柱，中环由1 2 根钢管组成周长8 0 m ， 直径2 5 5 m 的1 2 边形，再用上下各1 2 根d y n e e m a 绳索与立柱两端相连，采 用高强度d y n e e m a 网衣材料，拉紧后 呈双锥碟形，抗流能力可达1 5 m s 。网 衣上设有拉链式通道，可供潜水员进 出。网箱顶部设有工作平台，可进行 网箱检查、维护和投饵等工作。网箱 图卜4 碟形网箱结构图 f i g 1 4t h es t r u c t u r eo fs e as t a t i o n 容积3 0 0 0 m 3 。利用中央立柱的充排气与充排水和下挂1 5t 重的沉石，实现网箱整 体的快速升降。该网箱系统的造价亦较高，我国浙江省嵊泗引进的碟形网箱的价 格为1 2 万美元个。该网箱经国产化研究，由浙江飞鹰集团生产制造，目前国内亦 5 耕 上海海洋人学硕士学位论文 有少量应用。 1 5 锚拉式海洋圆柱网箱 锚拉式海洋圆柱网箱( s e a c a g e o c e a ns p a r ) 也是由美国o c e a n s p a rt e c h n o l o g y 公司研制的。该网箱 由4 根1 5 m 长的钢质圆柱和8 条8 0 m 长的纲索围成，圆柱靠锚和网衣拉紧 直立固定。网衣采用高强度d y n e e m a 材料制作。 图1 - 5 锚拉式海洋圆柱网箱 f i g 1 - 5s e ac a g e o c e a ns p a r 1 6f a r m o c e a n 网箱 该网箱是由瑞典的f a r m o c e a n 公司于1 9 8 5 年首次研制的。整个网箱系统可分 为上下两个部分。下部为网箱主体，由2 个六边形圆台在主浮环处垂直复合而成， 呈坛子形状。上圆台装有浮管的 6 根辐条与主浮环连接形成网箱 框架。经防污处理的无结网衣绷 紧于框架和纲索之间，并开有输 鱼通道口，便于鱼苗的输送和转 移。在网箱的底部外圈设置一沉 环，通过吊绳与主浮环相连，沉 环提