曲秉東

摘要：箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁在實(shí)際使用中，常在波浪作用下表現(xiàn)出不同的動(dòng)力方向，故而加強(qiáng)水動(dòng)力特性分析很有必要。在此之上，本文簡(jiǎn)要分析了箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁的特征，并從構(gòu)建浮魚(yú)礁研究模型、以圖像傳感器采影像、精準(zhǔn)化處理采集影像、明確浮魚(yú)礁受力方向等方面予以論述，以此為浮魚(yú)礁的合理利用指明新的方向。

關(guān)鍵詞：波浪作用;箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁;水動(dòng)力特性

前言：箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁是人工魚(yú)礁的重要類型，它主要具備魚(yú)類棲息、誘集作用，若將其應(yīng)用于漁業(yè)、撈捕行業(yè)，有利于維護(hù)海洋環(huán)境的均衡性。一般而言，浮魚(yú)礁適合多種魚(yú)藻、貝類海洋生物的棲息。而隨著水源流動(dòng)方向的變化，浮魚(yú)礁也將隨之出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，為了進(jìn)一步發(fā)揮出浮魚(yú)礁作用，還需針對(duì)水動(dòng)力特性進(jìn)行深究，便于提出可行性建議，用于消除波浪刺激下浮魚(yú)礁產(chǎn)生的不良影響。

一、箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁的特征

人工魚(yú)礁主要是為水生生物提供棲息場(chǎng)所的結(jié)構(gòu)，也常作為捕魚(yú)業(yè)誘捕魚(yú)類生物的重要途徑。經(jīng)過(guò)放置人工魚(yú)礁，可達(dá)到大范圍捕捉魚(yú)類的目的，如（圖一）所示。一般而言，其材料多以高聚乙烯、尼龍、泡沫等材料為主，也可選用建筑廢料等，由此產(chǎn)生生態(tài)保護(hù)作用。至于箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁，是將人工魚(yú)礁設(shè)計(jì)成箱體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的浮動(dòng)類魚(yú)礁。結(jié)合相關(guān)研究成果，可發(fā)現(xiàn)，此類別魚(yú)礁的穩(wěn)定性優(yōu)良，而且其形成的框架結(jié)構(gòu)能夠容納更大規(guī)模的水生生物。因此，在選擇浮魚(yú)礁時(shí)，還需從容納量、透水性等方面進(jìn)行考慮，便于設(shè)計(jì)后的人工魚(yú)礁擁有廣泛的使用范圍。本文具體以PVC+PE材質(zhì)的浮魚(yú)礁作為研究對(duì)象，分析出現(xiàn)波浪時(shí)，它的水動(dòng)力特性情況，經(jīng)過(guò)綜合分析后，可為后續(xù)浮魚(yú)礁的有效利用提供依據(jù)，甚至可增加誘捕成功率，促進(jìn)漁業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

二、波浪作用下箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁水動(dòng)力特性研究?jī)?nèi)容

（一）構(gòu)建浮魚(yú)礁研究模型

為了進(jìn)一步驗(yàn)證箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁在波浪作用下的水動(dòng)力特性，需先行建模，以此消除實(shí)踐中風(fēng)力、溫度等多個(gè)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。其中建模環(huán)節(jié)，需確定好模型的質(zhì)量，常按照，根據(jù)水的密度（ρ）、浮魚(yú)礁PE網(wǎng)衣體積（vm1）、水的體積（vm2）計(jì)算出模型質(zhì)量，之后以計(jì)算出浮力差。式中ρw、vp、分別代表的是流體密度、流體體積、理論模型數(shù)量，以此掌握波浪作用下，水浮力的變化規(guī)律。

在模型中選擇的各種材料材質(zhì)都應(yīng)當(dāng)與實(shí)際浮魚(yú)礁材質(zhì)相同，其中可按照等比例縮放的方式，將模型設(shè)計(jì)為與實(shí)際浮魚(yú)礁尺寸相當(dāng)?shù)难芯磕Ｐ?。之后參照?biāo)準(zhǔn)的參數(shù)設(shè)計(jì)要求，調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)值，便于得出最為可靠的研究成果。其中可細(xì)分為箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁的PVC箱體部分、PE網(wǎng)衣以及PE錨繩。關(guān)于箱體的尺寸可設(shè)計(jì)為長(zhǎng)寬分別為16cm，高為24cm，徑長(zhǎng)20mm，其密度值為646kg/m3。至于網(wǎng)衣的尺寸以長(zhǎng)寬為64cm、24cm為主，徑長(zhǎng)15mm，密度為950kg/m3。在建模后，需將模型作為研究對(duì)象，通過(guò)給予波動(dòng)力，判斷浮魚(yú)礁模型是否出現(xiàn)移動(dòng)，這樣才能確定浮魚(yú)礁在真正使用中，一旦遇到波浪，是否會(huì)發(fā)生位置偏差，并提出可行性加固措施，維護(hù)浮魚(yú)礁的運(yùn)行穩(wěn)定性[1]。

（二）以圖像傳感器采影像

在本次研究項(xiàng)目中，還專門借助圖像傳感器，對(duì)研究中的水動(dòng)力特性進(jìn)行直觀記錄，這樣才能有事實(shí)依據(jù)的總結(jié)箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁在波浪沖擊下的運(yùn)動(dòng)軌跡。首先，研究者需對(duì)箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁模型進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，包括在流體刺激下，它的運(yùn)動(dòng)曲線圖等。在研究中所選用的設(shè)備可以具備連續(xù)攝像功能的圖像傳感器，它能夠通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)光學(xué)理論的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)光學(xué)影像的合理轉(zhuǎn)化。經(jīng)過(guò)研究后可發(fā)現(xiàn)：其中選用的采集裝置，能夠達(dá)到0.1mm精度，便于更加細(xì)化的分析出受到波浪作用影響前后的數(shù)據(jù)差異;其次，相關(guān)人員還需在正式攝影前，對(duì)其模型所在位置進(jìn)行記錄，將其設(shè)為對(duì)照組，然后將波浪作用下浮魚(yú)礁的水動(dòng)力影響設(shè)為觀察組，觀察兩組是否存在對(duì)比價(jià)值。經(jīng)過(guò)多組實(shí)驗(yàn)中，可對(duì)其數(shù)據(jù)實(shí)施比對(duì);最后，還需對(duì)其采集過(guò)程進(jìn)行規(guī)范化調(diào)整。如運(yùn)行前需對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，運(yùn)行后維持設(shè)備靜態(tài)操作等，這樣才能保證使用后，在圖像采集設(shè)備的參與下，能夠獲得可靠的觀察數(shù)據(jù)。其中還需注意的是：相關(guān)人員需確定好研究周期，一般以兩分鐘為主，按照每秒10幀的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整圖像傳感器。隨著幀數(shù)的增加，其精準(zhǔn)度也會(huì)更高，故而應(yīng)圍繞研究要求，注重幀數(shù)的調(diào)整，保證本次研究后形成的多則數(shù)據(jù)能夠起到參考作用。

（三）精準(zhǔn)化處理采集影像

在長(zhǎng)達(dá)兩分鐘的研究中，對(duì)于浮魚(yú)礁模型各個(gè)點(diǎn)位圖像信息的采集與分析，可得出最終偏差值。本文專用SPSS 21.0軟件聯(lián)合MATLAB軟件處理數(shù)據(jù)與圖像，若經(jīng)過(guò)分析后，波浪作用前后圖像數(shù)據(jù)處理后得出的P值<0.05，則代表此次研究結(jié)果具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。同時(shí)，還可以運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)圖像實(shí)施灰度操作，使其保持255灰度范圍內(nèi)，在黑白對(duì)比下，可對(duì)圖像中的各個(gè)拍攝點(diǎn)的前后偏差進(jìn)行確定。通常在未遭遇波浪作用前，浮魚(yú)礁模型保持不動(dòng)。而后在波浪作用下，它將朝著不同方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，其中可根據(jù)同一個(gè)追蹤點(diǎn)的前后比對(duì)結(jié)果，繪制出對(duì)應(yīng)的影像圖，最終發(fā)現(xiàn)：在多個(gè)測(cè)量點(diǎn)變化長(zhǎng)度測(cè)量后，基本上保持0.448mm，這表明波浪作用確實(shí)會(huì)對(duì)浮魚(yú)礁的水動(dòng)力情況帶來(lái)一定影響[2]。

（四）明確浮魚(yú)礁受力方向

相關(guān)人員需運(yùn)用浪高儀控制波浪作用的強(qiáng)度以及高度，之后根據(jù)波高數(shù)據(jù)分析在兩分鐘內(nèi)，圖像采集點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向以及偏差程度，并做出對(duì)應(yīng)的總結(jié)，以此作為解決浮魚(yú)礁不穩(wěn)定問(wèn)題的原因調(diào)查依據(jù)。其中以下述兩組不同的波高為例予以研究：每4秒發(fā)動(dòng)一次4.56cm波高、每2.1秒發(fā)動(dòng)一次16.62s的波高，之后對(duì)其追蹤點(diǎn)的變化規(guī)律進(jìn)行分析，由此可證明隨著波高的上升，其追蹤點(diǎn)的變化幅度有所增加，而且以前、下兩個(gè)方向?yàn)榫唧w運(yùn)動(dòng)方向。這主要源于箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁是由四個(gè)角分別懸掛錨繩的方式，使其保持平穩(wěn)運(yùn)行。在波浪沖擊下。16.63cm波高下，浮魚(yú)礁模型將出現(xiàn)76mm（正向）、72mm（負(fù)向）的偏差情況。而隨著波高周期的變化，其偏差也確實(shí)出現(xiàn)了明顯差異，由此知曉：波浪作用與其波浪發(fā)生頻率也有密切關(guān)聯(lián)。經(jīng)過(guò)波高的上升正負(fù)向偏差值有所減小。關(guān)于浮魚(yú)礁模型在波浪作用下水動(dòng)力特性分析結(jié)果的總結(jié)，可按照相同倍數(shù)的擴(kuò)大，判斷浮魚(yú)礁在實(shí)際使用中也會(huì)根據(jù)模型變化結(jié)果，出現(xiàn)不同程度、不同方向的偏差情況。同時(shí)，相關(guān)研究者研究后可發(fā)現(xiàn)：它的偏差方向多以前向運(yùn)動(dòng)、下沉方向?yàn)樽兓鲗?dǎo)。為了進(jìn)一步維持浮魚(yú)礁的運(yùn)行安全，還可對(duì)其進(jìn)行加固，使其有能力抵抗波浪沖擊。同時(shí)，還可以反作用力抗衡的方式，對(duì)其上方、后方兩個(gè)方向施加壓力，使其在波浪作用下，能夠自行發(fā)出應(yīng)力消除的指令，促進(jìn)浮魚(yú)礁的自動(dòng)化運(yùn)行。

結(jié)論：綜上所述，基于波浪作用下，箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁在實(shí)際運(yùn)行中，也將隨著波浪作用，而出現(xiàn)下沉、前飄。對(duì)此，可從建模、采集影像、處理影響、受力方向等方面著手，便于調(diào)整錨繩固定方式，增加其穩(wěn)固度，為浮魚(yú)礁的正常使用奠定基礎(chǔ)。只有浮魚(yú)礁在海中保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，才能達(dá)到最優(yōu)化誘集效果，以免擾動(dòng)魚(yú)群，破壞浮魚(yú)礁的使用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張健，馮德軍，王萍，等.波浪作用下箱網(wǎng)式浮魚(yú)礁水動(dòng)力特性研究[J].中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，2019，26（05）：1014-1020.

[2]潘昀，楊鳳婷，畢春偉，等.中上層浮魚(yú)礁最優(yōu)單錨系泊方式研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，61（02）：172-179.