浅海养殖围网设施水动力性能的初步研究

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浅海围网养殖是一种生态的、健康的海水养殖方式,围网设施与其它渔业工程一样,在海上敷设养殖生产时与风、浪、流等海洋水文因子发生作用,养殖效能和设施安全性能与其承受的水动力有关,因而研究围网及其主要构件在水流和波浪条件下的水动力性能,特别是浮绳式围网的框架纲、系泊纲的水动力特性是非常重要的。本研究是依据渔具力学和海洋工程力学等理论,结合围网敷设海域的基本条件和水文情况,参照围网实物设计,制作围网模型,进行波浪和水流的模型水槽试验研究,分析围网的水动力特性,并结合围网的水阻力理论计算研究了围网贴底防逃、系泊等性能。首先进行围网模型浮绳框架纲水动力特性的水槽试验。按照实际生产情况,根据田内渔具模型试验准则,设计、制作长宽高尺寸均为1m的浮绳式围网模型,选择预加张力系泊方法,在日本东京大学的动水槽进行模型试验,分析研究框架纲水动力的变化规律。试验工况为均匀流速和规则波浪,流速为10cm/s、20cm/s,周期为1.2s-2.0s(间隔0.2s),波高为9-25cm(间隔4cm)。试验结果:(1)在水流作用下,迎流纲和背流纲会随流速的变化而发生松弛和拉紧状态的变化,而侧向纲随着流速增大由松驰变为拉紧。(2)在水流和波浪共同作用下,框架纲上的水动力呈周期性、不对称变化,水动力变化周期大致和波浪的周期保持一致;在流速和波浪周期试验工况分别相同时,框架纲的水动力极值是随着波高的增加而呈线性增大,当流速为10cm/s时,迎浪纲水动力极值比背浪纲的要大,当流速为20cm/s时,情况正好相反;在相同波浪条件下,当流速由10cm/s变为20cm/s时,前端迎流纲处的水动力均降低,而两根侧向纲和后端背流纲处的水动力有较大增加。其次进行围网模型系泊纲水动力特性的水槽试验。同样采用预加张力系泊方法和依据田内准则,设计、制作周长为5.83m,高度为4.5m的围网模型,在浙江海洋学院渔具水动力静水槽进行波浪试验,研究分析系泊纲水动力的变化规律。试验波浪为规则波,在工况周期(1.0、1.26、1.42、1.68、2.0s)下,进行28种不同波高工况试验:围网系泊纲波浪力的变化与试验波相似,呈周期性、不对称变化;在同一周期下系泊纲波浪力极值随波高呈现线性增大变化,而波浪力与周期的关系较复杂;应用傅里叶变换等计算方法分析波浪力成分,围网波浪力成分主要由漂移力和2个激振力组成,与网箱的波浪力成分、网衣垂直与波浪方向时的波浪力成分组成相类似,同时对波浪力变化规律进行计算,其模拟结论和模型水槽波浪试验情况比较接近。最后按照渔具力学理论进行围网水动力计算。结合围网敷设条件、围网结构特征和主尺度,对围网进行水动力计算,分析围网贴底结构所承受的水动力。在极限工况且浮筒一半浸没在水中时,单位宽度网衣在海底处的最大张力为1654.14N,垂直方向的最大拉力为434.36N,为了能使网衣贴底防止鱼类从底部逃逸,提高围网下纲的抗拨性,则至少需要直径4.5cm的锚链用于下纲沉子贴底,确保围网海上安全生产。通过对围网水动力学的理论分析、水槽试验和理论计算,初步得出了浅海围网设施的水动力变化规律,为围网设计、制作、海上敷设和围网设施抗风浪能力、防逃性能等研究提供理论依据和技术支撑,也为渔具力学的发展提供了基础理论。
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