三种不同浮绳式框架养殖围网水动力性能水槽试验研究
浅海围网养殖是一种全新的海水生态养殖方式，养殖围网主要由网衣系统、框架系统、贴底系统和系泊系统组成，敷设在开放海域，主要承受风、浪、流等海洋水文因子的作用，在灾害天气袭击下会产生网衣变形和扭曲甚至绳索断裂，会造成养殖围网的养殖水体减少、安全性能下降直至设施摧毁等巨大损害。因此，研究围网系统的水动力特性十分重要，对设计完善海水养殖围网设施，提高设施的耐久性、安全性和养殖效率，具有重要的现实意义。 本研究依据渔具力学理论，结合浅海围网敷设海域的基本设施条件和水文条件等情况，参照实物养殖围网，设计制作了3组由不同浮绳式框架构成的养殖围网模型，在动水槽中进行了水流模型试验研究，分析围网的水动力特性。对比分析了不同的浮绳式框架围网在不同水流速度、不同系泊角度、不同试验水深、以及不同底部系泊条件下的水动力特性。同时通过数码相机实时拍摄获取试验时围网形状的照片信息，结合围网形状的相关计测方法，利用图像解析软件经过一系列的坐标获取、修正之后，得到围网位置坐标信息。在通过R语言编程将试验围网和浮绳式框架侧边进行了二维可视化呈现，初步得到3组浮绳式框架围网模型的侧面网衣在不同水流和不同系泊角度条件下的变形效果。 首先进行围网模型水动力特性水槽试验。根据围网列实际情况，依据田内渔具模型准则和松田胶特别准则，确定水平大比例尺50、垂直大比例尺10、小比例尺3，设计制作了有结节网衣与3种浮绳式框架(由直径0.5m与高0.8m的圆柱形泡沫浮筒浮绳式框架、长0.9m高0.6m宽0.5m的长方体泡沫浮筒浮绳式框架、直径为0.2m圆球或椭圆球塑料浮筒浮绳式框架)构成的周长为6m的方形浮绳式围网试验模型，选择预加张力系泊方法，在日本东京海洋大学进行动水槽模型试验，流速分别为17cm/s、23cm/s、28cm/s、35cm/s、45cm/s，系泊纲与水深方向的夹角(系泊角度)分别为90°、76°、74°、71°、68°、63°、59°，试验水深分别为1.35m、1.2m。试验结果如下: 3组围网模型的框架纲和系泊纲水动力与流速呈幂函数关系;除了90°系泊角以外，系泊纲受力与系泊角基本呈反比例关系，而框架纲受力与系泊角度无明显关联，它在一定区间范围内跳动变化;框架纲和系泊纲受力最大值随水深降低有所增加，当水深增大时，受力最大值有所减小。 长方体浮子浮绳式框架围网模型水流试验:当系泊角度90°时，随着流速的增大，模型系泊纲受力最大值为19.6N，框架纲受力最大值为1.5N;当流速45cm/s时，不同系泊角度下，系泊纲受力最大值为19.6N，框架纲受力最大值为5.2N。 圆柱体浮子浮绳式框架围网模型水流试验:当试验水深1.35m、系泊角度90°时，随着流速的增大，模型系泊纲受力最大值为11.2N，框架纲受力最大值为7.8N;当流速45cm/s时，不同系泊角度下，系泊纲受力最大值为12.7N，框架纲受力最大值为7.8N。当试验水深1.2m、系泊角度90°时，随着流速的增大，模型系泊纲受力最大值为12.4N，框架纲受力最大值为8.6N;当流速45cm/s时，不同系泊角度下，系泊纲受力最大值为13.8N，框架纲受力最大值为8.6N。 球形浮子浮绳式框架围网模型水流试验:当系泊角度90°时，随着流速的增大，模型系泊纲受力最大值为19.2N，框架纲受力最大值为10.8N;当流速45cm/s时，不同系泊角度下，系泊纲受力最大值为19.2N，框架纲受力最大值为11N。 其次，对围网模型试验时数码相机拍摄到的照片信息进行处理，获取围网形状变形情况。利用Plot digitizer图像解析软件从数码相机拍摄到的图片中读取坐标，经过修正得到网片各节点的坐标位置，编写计算机R语言程序实现围网侧面网衣及框架系统的二维可视化，并且利用Pracma模块中的Polyaera公式计算出侧面网衣面积。结果如下:(1)在不同水流和不同系泊角度下，长方体浮子浮绳式框架围网和圆柱体浮子浮绳式框架围网的体积保持率要明显优于球形浮子浮绳式框架围网;(2)长方体浮子浮绳式框架和圆柱体浮子浮绳式框架围网在流速45cm/s，侧面网衣面积变化较小，均小于10％，长方体浮子浮绳式框架围网侧面网衣缩减了10％，而圆柱体浮子浮绳式框架围网侧面网衣缩减了6.8％左右。对于圆柱体浮子浮绳式框架围网，水深并没有对侧面网衣的变形带来影响，网衣结构依旧保持了较为稳定的情况。而球形浮子浮绳式框架围网侧面网衣变形受系泊角度影响极大，当系泊角度到71°时，网衣面积骤减，且系泊角度进一步缩小时，网衣缩减的面积也高达将近30％以上。(3)流速对围网模型侧面网衣的影响均比较小，面积缩减最多不超过10％。 通过对3种围网模型水动力学的理论分析、水槽试验和二维可视化呈现，初步得到浅海浮绳式框架围网框架系统和系泊系统的水动力变化规律以及稳定性等水动力特性，为浅海围网设计、制作、敷设和应用提供理论依据和技术支撑。
养殖围网;浮绳式框架;水动力性能;水槽试验
浙江海洋大学
硕士
捕捞学
宋伟华;胡夫祥
2016
中文
S972.21
2019-04-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）