◎ 文/吳超偉 常國斌 陳達杰 丁琳 馬家志 王飛

海洋漁業(yè)裝備的迅速發(fā)展給捕撈行業(yè)帶來了較高的經(jīng)濟收益，拖網(wǎng)作業(yè)是海洋漁業(yè)主要捕撈方式之一。但隨著漁業(yè)資源衰退、能源成本提高等問題出現(xiàn)，促使拖網(wǎng)網(wǎng)具必須不斷優(yōu)化性能以保護漁業(yè)資源、降低捕撈成本。本文對近六年來已有的部分拖網(wǎng)性能研究成果進行了整理、分析、探討，并就促進未來拖網(wǎng)性能研究系統(tǒng)化以及拖網(wǎng)設計及應用規(guī)范化提出了建議，供相關(guān)研究人員參考。

拖網(wǎng)作業(yè)是海洋漁業(yè)的主要捕撈方式之一，憑借著優(yōu)越的靈活性以及普適性、高效性等，橫向活躍于世界的各個海域，縱向應用在不同深淺的海層。不過在實際生產(chǎn)當中，拖網(wǎng)網(wǎng)具面臨著由于阻力高致使?jié)O船能耗大及作業(yè)收益低、拖曳速度及時間不合理導致捕撈量與品質(zhì)下降、網(wǎng)具設計不具備標準化引起管理松散等問題，致使拖網(wǎng)捕撈作業(yè)與可持續(xù)生產(chǎn)的目標背道而馳。

為了有效解決好這些問題，目前主流的漁具研究方法是采取海上實測、模型試驗、數(shù)值模擬等手段，對多種拖網(wǎng)的性能進行多變量研究。由于學者們研究角度的不同，同一頂拖網(wǎng)的性能指標、影響因子選取及組合便達數(shù)種，研究出的結(jié)果也是多樣的。當選定了一個指標后，在某幾個因子的影響下得到的最佳結(jié)果是否適用于其他因子組合的情況，這仍然需要進一步探究。從拖網(wǎng)研究整體來看，選取不同影響因子組合，導致同一頂或同一類拖網(wǎng)在進行優(yōu)劣評價時所得到的結(jié)論不同，進而使拖網(wǎng)網(wǎng)具在設計及規(guī)范化應用上有值得探究的地方。

一、當今拖網(wǎng)網(wǎng)具性能研究基礎

在漁業(yè)管理逐步完善、漁業(yè)資源衰退及捕撈成本不斷增加等眾多因素影響下，在捕撈限額制度及其他制度的管理下，拖網(wǎng)作業(yè)想要獲取更大的經(jīng)濟成效，通過提高拖網(wǎng)各方面性能實現(xiàn)降低捕撈成本是有效提高收益的手段之一。據(jù)FAO統(tǒng)計，2020年全球水生動物產(chǎn)量估計為1.78億噸，其中捕撈業(yè)貢獻了9000萬噸，帶來約1410億美元的銷售價值?？梢娭两癫稉茦I(yè)在世界漁業(yè)中仍占有較大比重，拖網(wǎng)性能的研究也因此具備著較強的實際意義。

（一）應用于拖網(wǎng)網(wǎng)具性能的研究方法

漁具的主要研究方法有海上實測、模型試驗、數(shù)值模擬，拖網(wǎng)性能研究也是主要依靠這三種方法實現(xiàn)。20世紀30年代左右，漁具設計、制作與生產(chǎn)在物理領(lǐng)域的研究興起，國內(nèi)外出現(xiàn)不少學者利用理論分析的成果，進行漁具的海上實測以及風洞或水槽試驗，以探索最優(yōu)化的漁具性能，這其中最具代表的有蘇聯(lián)的巴拉諾夫教授、日本的田內(nèi)森三郎博士等。隨著測試儀器的發(fā)展，試驗中所獲取的數(shù)據(jù)精度提升、類型多樣化，研究的成果可靠性越來越強。在近二十年內(nèi)，由于計算機技術(shù)的不斷突破以及結(jié)構(gòu)力學等理論分析的持續(xù)發(fā)展，使得一些耗時漫長或需要巨大財力的研究在短時間內(nèi)就能得到運算結(jié)果，漁具水動力特性研究的數(shù)值計算也因此取得了較大進展。這三種方法各有優(yōu)劣（見表1），而三者的互相檢驗已成為當今漁具研究的一個主流趨勢。

表1 漁具研究方法的優(yōu)劣

（二）網(wǎng)具性能觀測指標的選取

由于漁具類型及適用條件的不同，漁具所表現(xiàn)出來的性能各異，觀測時選取的指標也不盡相同。如圍網(wǎng)在實際生產(chǎn)中表現(xiàn)出來的主要性能是水動力特性及沉降性，其主要選取的是水動力系數(shù)（水阻力）和沉降深度及沉降速度等指標。延繩釣主要的性能則為漁獲率及選擇性等。而本文的探討對象——拖網(wǎng)，在捕撈作業(yè)過程中展現(xiàn)出的主要性能有水動力特性、擴張性及經(jīng)濟性能等。在拖網(wǎng)性能的研究過程中，不論是海上實測、模型試驗還是數(shù)值模擬，多數(shù)學者所選取的主要的性能觀測指標是網(wǎng)具阻力、網(wǎng)口高度、能耗系數(shù)等。根據(jù)拖網(wǎng)作業(yè)的特性，文中將圍繞網(wǎng)具阻力、網(wǎng)口高度及能耗系數(shù)這三個較能充分展示拖網(wǎng)網(wǎng)具性能的指標進行分析。

（三）拖網(wǎng)網(wǎng)具性能研究趨勢

基于21世紀計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬在拖網(wǎng)性能研究中開始廣泛應用，如Rong Wan等（Ocean Univ China, Fishery Coll）構(gòu)建南極磷蝦拖網(wǎng)的數(shù)值模型，王永進等（中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所）構(gòu)建大網(wǎng)目底拖網(wǎng)網(wǎng)具的數(shù)學模型，劉莉莉等（浙江海洋大學水產(chǎn)學院）以日本某四片式中層拖網(wǎng)為例構(gòu)建模型等，都得出了數(shù)值計算模型能在一定程度上對拖網(wǎng)進行仿真模擬，并通過軟件支持為拖網(wǎng)設計及性能預測提供有價值的信息。此外，由于物種、資源和環(huán)境的保護受到世界廣泛重視，拖網(wǎng)的選擇性研究也活躍起來。De Robertis Alex 等（Alaska Fisheries Science Center）改造遠洋拖網(wǎng)保護小型北極魚類，Broadhurst Matt K.（NSW Department of Primary Industries, Fisheries Conservation Technology Unit, National Marine Science Centre, Southern Cross University）等利用魚眼的改造排除了更多的副漁獲物等，以上均證實了選擇性拖網(wǎng)不僅在保護漁業(yè)資源上能發(fā)揮良好功效，也能在燃油消耗量與副漁獲量之間求取利益提升。當然最直接的研究還是依靠水槽或是海域，配合網(wǎng)口高度測量儀器、測速儀等漁業(yè)測試儀器，研究節(jié)能型拖網(wǎng)的基本參數(shù)以及合適的生產(chǎn)條件。

二、拖網(wǎng)網(wǎng)具阻力指標研究進展

拖網(wǎng)網(wǎng)具的總阻力包括了網(wǎng)衣部分、綱索部分、主要屬具部分三項。網(wǎng)衣部分計算阻力時常用日本田內(nèi)網(wǎng)片阻力計算公式等；綱索部分由于結(jié)構(gòu)及作業(yè)狀態(tài)的差異，計算阻力的公式也不盡相同；主要屬具中也因?qū)倬叩牟煌瑢е掠嬎惴绞讲煌?。隨著傳感器等現(xiàn)代儀器技術(shù)的發(fā)展，在實驗中可直接借助如LC-FW-200型測力傳感器、Lu-A型測力傳感器等測力系統(tǒng)輕松獲取實物或模型阻力數(shù)據(jù)。而當前的數(shù)值模擬大多基于有限元法進行阻力計算。

在海上生產(chǎn)的拖網(wǎng)，其阻力不僅會受到本身參數(shù)大小的影響，也會受到周遭環(huán)境的影響。近些年來，拖網(wǎng)阻力多因子研究在持續(xù)進行中，以下是近幾年里部分研究團隊的研究成果（見表2）。目前針對拖網(wǎng)的研究聚焦在總體性能，阻力方面單獨研究極為少見，其他指標亦如此。故有些因子雖然存在，但在研究中并沒有進行關(guān)聯(lián)分析。同時，也存在單個因子的拖網(wǎng)性能研究，這類研究大多采用數(shù)值模擬的方法。數(shù)值模擬雖然具有預測功能，但由于產(chǎn)出的結(jié)果具有較強的限制性，該類研究大多停留在單因子變量層面，并沒有繼續(xù)往下模擬探究。雖然有些研究還會加做水槽試驗（即一個研究中采用兩種方法），但試驗主要目的是檢驗計算值，故也不會額外增添因子數(shù)量。

表2 近六年拖網(wǎng)漁具阻力與影響因子的關(guān)聯(lián)研究

由表2可知，當前在拖網(wǎng)阻力的研究中，海上實測以及數(shù)值模擬大多是為了檢驗和預測網(wǎng)具的性能，水槽試驗則主要被用于探索和比較另外兩種方法結(jié)果數(shù)據(jù)的可能性和準確性。在因子組合的挑選中，除了一些傳統(tǒng)因子組合（如拖速、水平擴張比）外，在近期的研究中還會根據(jù)拖網(wǎng)特性以及拖網(wǎng)設計理論，選擇加入部分較為罕見的研究因子如網(wǎng)線材料、背（腹）網(wǎng)與側(cè)網(wǎng)拉直寬度比等進行補充。由于拖網(wǎng)組成結(jié)構(gòu)復雜，拖網(wǎng)本身存在數(shù)種可變因子，加之網(wǎng)體外的因子也會對拖網(wǎng)阻力產(chǎn)生影響，因此除了根據(jù)經(jīng)典水阻力公式上直接顯示的一些因子組合外，因子組合的選取仍具有很高的自由度，多樣化組合對試驗設計的規(guī)范以及后續(xù)實物拖網(wǎng)的設計及評價帶來了一定程度的困擾。

三、拖網(wǎng)網(wǎng)具網(wǎng)口高度指標研究進展

拖網(wǎng)網(wǎng)具在作業(yè)中擴張性可分為水平擴張和垂直擴張，這二者之間存有負相關(guān)關(guān)系，即當水平擴展比越小時垂直擴張就越大，反之亦然。為了實現(xiàn)更好的水平擴張效果，目前大多方法是加入網(wǎng)板屬具。網(wǎng)板在水流中能夠產(chǎn)生側(cè)向力，能使得拖網(wǎng)的網(wǎng)口向兩側(cè)撐開。鑒于網(wǎng)板性能優(yōu)越以及相關(guān)研究豐富，故不贅述水平擴張。

網(wǎng)口高度作為評價拖網(wǎng)垂直擴張性能的重要指標，同樣也能依靠傳感儀器（如Marport網(wǎng)眼傳感器等）設備進行讀取。由于網(wǎng)口高度并不像水動力那般可以用計算公式作為研究影響因子組合的參考依據(jù)，其受何種因子影響及影響程度或大或小，都需要進一步探究。根據(jù)近幾年較新的拖網(wǎng)性能研究中網(wǎng)口高度研究分析（見表3）可知，仍存在較多因子未進行與拖網(wǎng)網(wǎng)口高度的顯著性分析。

表3 近六年拖網(wǎng)網(wǎng)具網(wǎng)口高度與影響因子的關(guān)聯(lián)研究

在拖網(wǎng)性能研究中，與阻力一樣，網(wǎng)口高度的研究載體，不同研究團隊的選擇也不盡相同。在多因子研究中所得到的因子與指標之間的關(guān)系結(jié)論，其所包含的一些精確數(shù)據(jù)結(jié)論在其他類型拖網(wǎng)中是否適用，仍需要進一步檢驗。

四、拖網(wǎng)網(wǎng)具能耗系數(shù)指標研究進展

能耗系數(shù)是通過計算求得的性能指標，目前在國內(nèi)仍有較多使用，多數(shù)的相關(guān)研究（見表4）是依據(jù)這一公式進行的。由于其本身是借助網(wǎng)口高度和網(wǎng)具阻力得到的一個計算值，其影響因子的種類大體與網(wǎng)口高度和阻力相同，故表4中不再重復列舉影響因子。對于能耗系數(shù)這一指標，檢索近些年已發(fā)表的論文，國外使用頻率相對較少，這主要是由于有水動力系數(shù)等其他計算值指標的存在，及利用網(wǎng)口形狀直接展示捕撈效率等體現(xiàn)拖網(wǎng)網(wǎng)具性能的方式存在所致。當然，選取其他計算值來評估拖網(wǎng)性能大多繞不開阻力或網(wǎng)口擴張，故能耗系數(shù)的替換并不會太影響拖網(wǎng)網(wǎng)具性能的研究進展。根據(jù)已有研究以及生產(chǎn)特性，易得知能耗是不可能被消除或百分百轉(zhuǎn)化為實際捕撈量的，目前能做的主要是能耗趨小化研究。

表4 近六年拖網(wǎng)網(wǎng)具能耗系數(shù)與影響因子的關(guān)聯(lián)研究結(jié)論

五、展望

雖然業(yè)界從20世紀初便開始了拖網(wǎng)性能的研究，但目前來看仍有較多問題需要學者們解決。以下從有待研究的問題以及評價體系構(gòu)建兩個方面對拖網(wǎng)性能影響因子未來的研究進行展望。

（一）有待研究的問題

隨著科技的進步，拖網(wǎng)設計也在發(fā)展。從近些年發(fā)表的論文可知，在拖網(wǎng)性能研究中存在較多的因子未進行探索或因子與研究方法結(jié)合度不足等問題。據(jù)已有文獻資料可知，拖網(wǎng)性能在空綱長度、浮沉力分布、上下綱垂度等影響因子上的研究缺失或較少。故之后的研究可嘗試從罕見因子入手，或深究已經(jīng)出現(xiàn)過的因子，從而完善拖網(wǎng)設計改進的參考數(shù)據(jù)。

此外，數(shù)值模擬作為一個新興的拖網(wǎng)研究方法，其在使用時主要是通過把拖網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行簡化，同時人為地忽略一些實際條件后采用有限元方法構(gòu)建簡化模型，再進行計算模擬。這樣的做法雖然簡便快捷，但仍需進行水槽實驗或是海上實測檢驗，結(jié)論方可利用，這無疑增添了研究工作的流程，此外數(shù)值模擬研究中因子的選取目前來看也較為單一。故在今后的拖網(wǎng)性能數(shù)值模擬研究中，應盡可能完善模型構(gòu)建的細節(jié)以及增加影響因子的種類與數(shù)量，進而提高拖網(wǎng)數(shù)值模擬研究結(jié)論在拖網(wǎng)設計與改進中的參考性。

（二）統(tǒng)一評價體系的構(gòu)建

實物拖網(wǎng)網(wǎng)具設計圖中的具體參數(shù)被確定后，一般會進行模型試驗分析模型網(wǎng)具的性能。分析過程不同、采取角度不同，可能會導致研發(fā)人員誤判拖網(wǎng)的實際優(yōu)劣。如利用統(tǒng)一的拖網(wǎng)網(wǎng)具性能評價體系，則能規(guī)范拖網(wǎng)網(wǎng)具的評價分析以及提高不同拖網(wǎng)網(wǎng)具之間的參數(shù)條件兼容性。以下提供一種基于權(quán)重的統(tǒng)一評價體系（見圖1）供大家參考，該統(tǒng)一化評價體系基于大量研究后得到的公認以及固定的因子組合以及固定的權(quán)重建立。

圖1 一種可供參考的基于權(quán)重的統(tǒng)一評價體系

以上統(tǒng)一評價體系僅為參考，其可行性尚未徹底深究。真正的統(tǒng)一評價體系建立，還需該領(lǐng)域?qū)W者們?nèi)蘸蠊餐ρ芯坎⑦_成共識才能實現(xiàn)。統(tǒng)一評價體系建立后拖網(wǎng)網(wǎng)具性能評價可實現(xiàn)趨同，這將極大推進拖網(wǎng)網(wǎng)具設計、改進的高效化與規(guī)范化。