沙 鋒，錢衛(wèi)國＊，，吳仲琪，陳幸駿

（1.國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心 上海海洋大學(xué)，上海 201306；2.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；3.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海海洋大學(xué)，上海 201306；4.寧波大學(xué)，浙江 寧波 315211）

0 引言

鮐魚ScomberjaponicusHouttuyn廣泛分布于西北太平洋水域，是我國東、黃海最重要的中上層漁業(yè)資源之一［1］。我國鮐魚燈光圍網(wǎng)漁業(yè)開始于20世紀(jì)70年代，至今已擁有相當(dāng)規(guī)模的專業(yè)性生產(chǎn)隊伍，近年來由于海洋捕撈壓力不斷加大，鮐魚資源逐年減少，使得鮐魚燈光圍網(wǎng)作業(yè)的漁場相對集中［2］，導(dǎo)致鮐魚燈光圍網(wǎng)漁船常匯集在某一海域同時進(jìn)行捕撈作業(yè)。漁船間競爭性捕撈加劇，各漁船為提高自身的捕撈效率，不斷地增加集魚燈的功率。集魚燈總功率的盲目增大，在相對擁擠的作業(yè)海域，漁船間的燈光干擾十分嚴(yán)重，既影響了鮐魚燈光圍網(wǎng)的捕撈效率，又造成能源的浪費(fèi)。為使集魚燈燈光得到更有效的利用，同時減少不必要的能源損耗，有必要了解鮐魚燈光圍網(wǎng)漁船的水中照度的分布情況。國內(nèi)外在這方面已有不少類似的研究，如崔淅珍 等［3］建立了線光源水中照度計算模式，對日本19總噸魷釣漁船的水中照度進(jìn)行了計算；鄭國富［4］使用經(jīng)驗(yàn)公式計算了光誘浮拖網(wǎng)漁船不同功率時的水中照度分布；錢衛(wèi)國等［5－6］對魷釣漁船的集魚燈水中照度分布進(jìn)行了計算；關(guān)于燈光圍網(wǎng)漁船水中照度分布的研究還不多見。為此，本文根據(jù)目前普遍使用的2kW型集魚燈（指水上集魚燈，下同）的有關(guān)光學(xué)特性，結(jié)合鮐魚燈光圍網(wǎng)漁船的集魚燈配置數(shù)據(jù)，對該種燈在水中的照度分布及其合理配置（燈高、燈距）進(jìn)行理論計算和研究，旨在為進(jìn)一步有效利用集魚燈燈光提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 鮐魚燈光圍網(wǎng)漁船組成及集魚燈參數(shù)配置

一組鮐魚燈光圍網(wǎng)漁船通常由1艘主燈船、1艘副燈船和1艘網(wǎng)船構(gòu)成，在撈取漁獲時還有1艘運(yùn)輸船配合，但運(yùn)輸船不參與燈光誘捕的具體作業(yè)過程。燈船在圍網(wǎng)作業(yè)中的主要作用為燈光誘魚時作為主要誘魚光源；與網(wǎng)船共同偵察魚群，擴(kuò)大偵察面積；協(xié)同網(wǎng)船和運(yùn)輸船進(jìn)行放網(wǎng)、起網(wǎng)和撈魚操作［7］。光誘作業(yè)時，一般采用三角形布置，即網(wǎng)船在上風(fēng)或上流位置，而燈船在下風(fēng)或下流位置（圖1）。以蘇州海發(fā)漁業(yè)公司的一組圍網(wǎng)漁船為例，其網(wǎng)船為“蘇漁812”，主燈船為“蘇漁324”，副燈船為“蘇漁310”，有關(guān)參數(shù)見表1和表2。

圖1 鮐魚燈光圍網(wǎng)漁船光誘示意圖Fig.1 Sketch map of light lure operationfor the light purse seine vessels

表1 燈光圍網(wǎng)漁船基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of the light purse seine vessels

表2 燈光圍網(wǎng)漁船集魚燈的布置參數(shù)Tab.2 Arrangement parameters of fish aggregation lamps on the light purse seine vessels

1.2 計算方法

集魚燈水中照度計算的方法采用疊加法照度計算模式［6，8］，根據(jù)燈光圍網(wǎng)漁船的集魚燈布置參數(shù)，使用自行開發(fā)的水上集魚燈水下光場計算系統(tǒng)V1.0（國家軟件登記號：2010SR042147），計算獲得船舷右側(cè)中部水平方向200m范圍內(nèi)不同深度的照度，并使用Surfer 8.0軟件繪制等值曲線圖。

在進(jìn)行合理配置時，以漁船一側(cè)0.01lx和10lx燈照度曲面所圍水體體積大小來評價［6］，同樣以上述軟件的有關(guān)計算來實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果

2.1 水中照度分布

2.1.1 主燈船

圖2為主燈船集魚燈功率為180kW時的水中等照度曲線分布。由圖2可知，在主燈船總功率為180kW的情況下，100lx的等照度曲線基本分布在離船側(cè)水平距離30m的位置，且水深在15m以內(nèi)；10lx的等照度曲線水平方向最遠(yuǎn)在56m左右，水深方向不超過20m；1lx的等照度曲線水平距離最遠(yuǎn)約距離船側(cè)水平距離100m，水深方向最深為25m；0.1 lx的等照度曲線水平方向最遠(yuǎn)在180m左右，水深方向不超過35m；離船水平距離40m、垂直距離40m處的照度約為0.01lx。

2.1.2 副燈船

副燈船中部右舷側(cè)的水中等照度曲線分布如圖3所示。由圖3可知，在總功率為120kW的情況下，100lx的等照度曲線基本分布在離船側(cè)水平距離25 m的位置，且水深在10m以內(nèi)；10lx的等照度曲線水平方向最遠(yuǎn)在46m左右，水深方向不超過18m；1lx的等照度曲線水平距離最遠(yuǎn)約距離船側(cè)水平距離88m，水深方向最深為23m；0.1lx的等照度曲線水平方向最遠(yuǎn)在162m左右，水深方向不超過30m；離船水平距離30m、垂直距離38m處的照度約為0.01lx。

圖2 主燈船集魚燈功率為180kW時的水中等照度曲線分布Fig.2 Contours of underwater irradiance of 180kW output power of fish aggregation lamps in main light vessel

圖3 副燈船集魚燈功率為120kW時的水中等照度曲線分布Fig.3 Contours of underwater irradiance of 120kW output power of fish aggregation lamps in vice light vessel

2.1.3 網(wǎng)船

圖4 網(wǎng)船集魚燈功率為40kW時的水中等照度曲線分布Fig.4 Contours of underwater irradiance of 40kW output power of fish aggregation lamps in ner vessel

網(wǎng)船中部右舷側(cè)的水中照度分布如圖4所示。由圖4可知，在總功率為40kW的情況下，100lx的等照度曲線主要分布在離船側(cè)水平距離21m左右的位置；10lx的等照度曲線水平方向最遠(yuǎn)在45m左右，水深方向不超過15m；1lx的等照度曲線水平距離最遠(yuǎn)約距離船側(cè)水平距離88m，水深方向最深為20m；0.1lx的等照度曲線水平距離最遠(yuǎn)約距離船側(cè)163m，水深方向最深為30m；離船水平距離38m、垂直距離35m處的照度為0.01lx左右。

2.2 合理配置研究

2.2.1 主燈船

集魚燈燈高（指燈離水面的高度，下同）分別為4.6，4.8和5.0m，燈距分別為0.20，0.22，0.24，0.26和0.28m時，漁船一側(cè)0.01lx和10lx等照度曲面所包含的水體體積V0.01和V10見表3。從表3中數(shù)值上來看，V0.01－10最大值（115 774.30m3）所對應(yīng)的燈距為0.26m，燈高為5.0m；其次為115 313.10m3，對應(yīng)的燈距為0.28m，燈高為5.0m。主燈船（蘇漁324）當(dāng)前的燈高為4.8m，燈距為0.24m，對應(yīng)的V0.01－10值為113 952.15m3，比較表中數(shù)據(jù)可知，在保持燈高4.8m 不變的情況下，V0.01－10值已經(jīng)最大。因此，不必考慮增大該船目前的燈距。而在保持燈距不變的情況下，增大燈高到5.0m，則可增大0.8%的有效水體體積。在燈距增大到0.26m，燈高增大到5.0m時，則可增加1.6%的有效水體體積。

表3 主燈船不同燈高燈距時的水中照度V0.01和V10Tab.3 Value of V0.01and V10with different height and space of the fish aggregation lamps

2.2.2 副燈船

集魚燈燈高分別為4.6，4.8和5.0m，燈距分別為0.26，0.28，0.30，0.32和0.34m 時，漁船一側(cè)0.01lx和10lx等照度曲面所包含的水體體積V0.01和V10見表4。從表4中數(shù)值上來看，V0.01－10最大值（104 779.18m3）所對應(yīng)的燈距為0.28m，燈高為5.0m；其次為104 679.90m3，對應(yīng)的燈距為0.30m，燈高為5.0m。副燈船（蘇漁310）當(dāng)前的燈高為4.8m，燈距為0.30m，對應(yīng)的V0.01－10值為102 656.62m3，比較表4中數(shù)據(jù)可知，在保持燈高4.8m不變的情況下，V0.01－10值偏小。因此，考慮減小該船目前的燈距至0.28m，可得最大V0.01－10值。而在保持燈距不變的情況下，增大燈高到5.0m，則可增大1.8%的有效水體體積。而當(dāng)燈距減少到0.28m，燈高增大到5.0m時，則可增加2.1%的有效水體體積。

表4 副燈船不同燈高燈距時的水中照度V0.01和V10Tab.4 Value of V0.01and V10with different height and space of the fish aggregation lamps

2.2.3 網(wǎng)船

集魚燈燈高分別為8.6，8.8和9.0m，燈距分別為0.56，0.58，0.60，0.62和0.64m時，漁船一側(cè)0.01lx和10lx等照度曲面所包含的水體體積V0.01和V10見表5。從表5中數(shù)值上來看，V0.01－10最大值（161 691.51m3）所對應(yīng)的燈距為0.64m，燈高為9.0m；其次為160 859.53m3，對應(yīng)的燈距為0.62m，燈高為9.0m。網(wǎng)船（蘇漁812）當(dāng)前的燈高為8.8m，燈距為0.60m，對應(yīng)的V0.01－10值為158 994.26m3，比較表5中數(shù)據(jù)可知，在保持燈高8.8m不變的情況下，目前燈距0.60m時的V0.01－10值最大。因此，不考慮改變燈距。而在保持燈距不變的情況下，增大燈高到9.0m，則可增大0.9%的有效水體體積。而在燈距增大到0.64m，燈高增大到9.0m時，則可增加1.7%的有效水體體積。

表5 網(wǎng)船不同燈高燈距時的水中照度V0.01和V10Tab.5 Value of V0.01and V10with different height and space of the fish aggregation lamps

3 討論與小結(jié)

（1）本文主要針對2kW型金屬鹵化物集魚燈進(jìn)行計算和研究，該燈是各向異性的光源，其配光曲線極坐標(biāo)函數(shù)［4］為：在具體的漁業(yè)生產(chǎn)使用中，應(yīng)合理配置集魚燈的安裝高度，以獲取盡可能大的光誘有效范圍。由上述計算可知，一般增加燈高可獲得更多的有效水體體積，但從鮐魚燈光圍網(wǎng)漁業(yè)實(shí)踐來看，燈船上的集魚燈離水面高不應(yīng)低于4.5m，也不宜太高，否則會造成風(fēng)阻過大，影響漁船穩(wěn)性，一般可控制在4.5～5.5m之間，而網(wǎng)船由于船體結(jié)構(gòu)特殊而有所不同。

（2）本文研究的主燈船和副燈船屬于同一類型的漁船，在燈高均為4.8m的情況下，集魚燈功率分別為180kW和120kW時，對水中照度分布曲線（圖2、圖3）比較可以看出，盡管功率相差60kW，其1lx的等照度曲線離船最遠(yuǎn)的水平距離僅相差12m左右，0.01lx的等照度曲線離船最遠(yuǎn)的水平距離也僅相差18m左右。可見，大幅度提高集魚燈盞數(shù)和功率并不能很有效地提高光誘范圍，因此，在集魚燈的使用上應(yīng)避免當(dāng)前的這種燈光功率的盲目攀比情況。

（3）有關(guān)集魚燈在水中照度分布的計算方法有點(diǎn)光源 計 算 法［9－10］、線 光 源 計 算 法［3，11］、傳 統(tǒng) 經(jīng) 驗(yàn) 方法［4，12］等。本文將集魚燈按照幾何定律和折射定律分別進(jìn)行照度的疊加計算，理論上更為確切，但仍是在理想狀態(tài)下進(jìn)行水中照度計算的，與實(shí)際生產(chǎn)有一定的差距。本文根據(jù)鮐魚圍網(wǎng)漁船水上集魚燈配置的現(xiàn)況，對其水中照度分布進(jìn)行了計算，并提供了一種探索燈光漁業(yè)集魚燈合理配置的基本思路，相關(guān)學(xué)者和科技人員可參照本研究作進(jìn)一步的拓展。

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