燈光圍網(wǎng)漁船集魚燈水中照度分布及合理配置研究

葉超++錢衛(wèi)國 陳峰

摘要：根據(jù)浙嶺漁23391燈光圍網(wǎng)漁船的集魚燈布置參數(shù)，對該船的水中照度分布進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，漁船集魚燈總功率為344 kW時(shí)，10 lx的等照度曲線水平方向最遠(yuǎn)在80 m左右，水深方向不超過40 m；0.1 lx照度最深可至約70 m水深，最遠(yuǎn)為200 m左右；當(dāng)總功率減為168 kW時(shí)，等照度曲線所在水層僅減少5 m左右。以0.01 lx為誘集的最低照度，增加1倍的集魚燈功率，在水平方向上約能增加16.1%的有效誘集距離。從集魚燈的安裝配置情況來看，浙嶺漁23391漁船目前的配置還是比較合適的。從集魚燈總功率的配置來看，可以考慮將集魚燈總功率下調(diào)到280 kW。

關(guān)鍵詞：集魚燈；水中照度；合理配置；圍網(wǎng)漁船

中圖分類號： S972.63+2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）03-0195-05

收稿日期：2015-12-22

基金項(xiàng)目：海洋漁業(yè)科技示范推廣新建項(xiàng)目（編號：浙財(cái)農(nóng)[2014]214號）。

作者簡介：葉超（1991—），男，江蘇淮安人，碩士研究生，主要從事集魚燈以及魚類行為研究。E-mail：1121142109@qq.com。

通信作者：錢衛(wèi)國，博士，副教授，主要從事魚類行為以及集魚燈研究。E-mail：wgqian@shou.edu.cn。

光誘圍網(wǎng)漁業(yè)因其漁法簡單、漁獲質(zhì)量好而得到大力推廣，已成為我國當(dāng)前最主要的漁業(yè)方式之一[1]。集魚燈作為光誘漁業(yè)的重要誘魚和集魚裝置，其燈光強(qiáng)度的大小、水中光強(qiáng)分布特點(diǎn)，以及集魚燈種類的選擇等都會(huì)影響到其捕撈效率[2-3]。國內(nèi)外學(xué)者對大型專業(yè)光誘漁船的集魚燈光照度分布及與捕撈對象適應(yīng)性方面做了大量的研究工作[4-10]，而對燈光圍網(wǎng)漁船集魚燈的合理配置方面研究相對缺乏[11]。本研究根據(jù)“浙嶺漁23391”燈光圍網(wǎng)漁船的集魚燈配置數(shù)據(jù)，結(jié)合其所用的4 kW型金屬鹵化物集魚燈（下稱4 kW型集魚燈）的光強(qiáng)分布配光曲線，對漁船的水中照度分布及其合理配置（燈高、燈距）進(jìn)行理論計(jì)算和研究。

1材料與方法

1.1光誘圍網(wǎng)漁船及集魚燈參數(shù)配置

浙嶺漁23391燈光圍網(wǎng)漁船參數(shù)：總長58 m，型寬 8.8 m，型深4.0 m；總質(zhì)量498 t；主機(jī)功率440 kW，副機(jī)功率1 090 kW。浙嶺漁23391的集魚燈布置分內(nèi)外兩側(cè)，內(nèi)側(cè)集魚燈21盞×2列，其燈中心距海面高8.2 m，外側(cè)集魚燈22盞×2列，其燈中心距海面高8.7 m，內(nèi)外側(cè)水平間隔1.2 m。每盞燈功率均為4 kW，集魚燈類型為4 kW直筒型金屬鹵化物燈，內(nèi)外側(cè)共計(jì)86盞集魚燈（圖1、表1）。

1.24 kW直筒型金屬鹵化物集魚燈

4 kW直筒型金屬鹵化物燈基本參數(shù)見表2，在上海海洋大學(xué)集魚燈測試實(shí)驗(yàn)室使用GO-2000分布光度計(jì)測定所得的配光曲線見圖2，對該集魚燈各個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行擬合，得到配光曲線函數(shù)如下：

[JZ（]Iθ=-5 175.17+32 039.8×[KF（]sinθ[KF）]。[JZ）][JY]（1）

式中：I為發(fā)光強(qiáng)度（坎德拉，cd）；θ為方位角（弧度）。

[FK（W14][TPYC22.tif][FK）]

1.3計(jì)算方法

集魚燈水中照度的計(jì)算方法采用疊加法照度計(jì)算模式計(jì)算集魚燈在水中的照度分布[12-13]。根據(jù)光誘圍網(wǎng)漁船的集魚燈布置的相關(guān)數(shù)據(jù)，使用自主開發(fā)的“水上集魚燈水下光場計(jì)算系統(tǒng)V1.0”（國家軟件登記號：2010SR042147）進(jìn)行理論計(jì)算[14]。計(jì)算內(nèi)外側(cè)2側(cè)各自點(diǎn)亮以及內(nèi)外側(cè)同時(shí)點(diǎn)亮這3種情況在水下的照度分布數(shù)據(jù)。得出內(nèi)側(cè)總功率 168 kW 外側(cè)176 kW以及內(nèi)外側(cè)共344 kW的3組數(shù)據(jù)并分別計(jì)算：（1）繪制船舷右側(cè)中部不同總功率時(shí)的水中照度剖面圖；（2）不同集魚燈高度時(shí)的水中照度0.1 lx和10 lx水體體積變化趨勢；（3）船舷右側(cè)表層0.1 m水深處0～200 m水平范圍的照度（計(jì)算步長5 m）；（4）近表層20 m水深處0～200 m范圍的照度（計(jì)算步長5 m）。

使用Surfer 8.0軟件繪制等值曲線圖。并將surfer繪制出的等值曲線細(xì)分為若干份，將每份近似看作直線，計(jì)算出每一份與坐標(biāo)軸（橫坐標(biāo)代表海平面，縱坐標(biāo)為水下深度）包圍的梯形面積，累加得出等值曲線包圍的總面積，截面積與船長乘積即為該光照范圍包含的水體體積。計(jì)算水中照度分別為10 lx和0.01 lx時(shí)的水體體積，并將2個(gè)水體的差值作為有效誘集水體體積進(jìn)行分析比較。

2水中照度分布

2.1不同總功率時(shí)的水中照度

在海水光學(xué)衰減系數(shù)為0.15時(shí)（以東海圍網(wǎng)漁場透明度為11.3 m計(jì)算），計(jì)算獲得集魚燈內(nèi)外側(cè)水中照度的斷面分布（圖3）。圖中虛線為浙嶺漁23391漁船目前集魚燈總功率344 kW、內(nèi)側(cè)21盞×2列、外側(cè)22盞×2列時(shí)的照度分布；實(shí)線為若將內(nèi)側(cè)集魚燈數(shù)量減少至10盞×2列、外側(cè)集魚燈數(shù)量減少至11盞×2列、總功率168 kW時(shí)的照度分布情況。由圖3可知，水平方向離船40 m以內(nèi)的照度值較高，多為100 lx以上，特別是離船30 m以內(nèi)的近表層的水中照度可達(dá)500 lx以上。100 lx照度最深可至20 m以上，最遠(yuǎn)為 40 m 左右。10 lx照度最深可至40 m水深，最遠(yuǎn)為 80 m 左右。0.1 lx照度最深可至約70 m水深，最遠(yuǎn)大于 200 m，為250 m左右。但2種不同總功率時(shí)的水中照度相差不大，等照度曲線所在各水層相差僅5 m左右。在海表面，集魚燈總功率344 kW時(shí)，0.01 lx照度離船的最大水平距離為500 m；集魚燈總功率168 kW時(shí)，0.01 lx照度離船的最大水平距離為420 m?？梢姕p少近一半的集魚燈功率，有效水平誘集范圍僅減少約16%。水下20 m時(shí)情形：集魚燈總功率344 kW時(shí)，0.01 lx照度離船的最大水平距離為180 m；集魚燈總功率168 kW時(shí)，0.01 lx照度離船的最大水平距離為 155 m；可見減少近一半的集魚燈功率，有效水平誘集范圍僅減少約14%。[FL）]

[FK（W14][TPYC33.tif][FK）]

為計(jì)算不同集魚燈數(shù)量配置時(shí)的有效水體體積情況，在該船原有燈光配置的情況下，適當(dāng)增加或減少每排集魚燈燈數(shù)時(shí)（表3），即將總功率由488 kW逐步減少至168 kW，V10的水體體積從122 000 m3減小至85 000 m3，體積減少 37 000 m3，減少了30.3%；V0.1的水體體積從422 000 m3減小至330 000 m3，體積減少92 000 m3，減少了21.8%；V0.1-V10的水體體積從300 000 m3減小至240 000 m3，體積減少 60 000 m3，減少了20%（圖4）。

浙嶺漁23391漁船的裝配功率為344 kW，燈數(shù)為86盞，若將燈數(shù)增加至122盞，V10、V0.1、V0.1-V10水下體積分別增加13.0%、8.8%、7.1%。若將燈數(shù)減少至42盞，V10、V0.1、V0.1-V10水下體積分別減少21.3%%、14.9%、14.3%。

由上述可知，增加集魚燈的數(shù)量可在一定程度上增加有效誘集體積，但具體安裝使用時(shí)，仍需考慮漁船的實(shí)際結(jié)構(gòu)，以浙嶺漁23391目前的情況來看，它可以安裝集魚燈的范圍比較有限，它的燈間距為0.5～0.7 m，不適宜增加集魚燈數(shù)量。而將其每列集魚燈減少4盞，即集魚燈總功率減少至280 kW時(shí)，其有效誘集水體體積從279 439.8 m3減少至 272 571.3 m3，也就是說減少64 kW集魚燈總功率僅減少 2.5% 的有效誘集水體體積。

[TPYC44.tif][FK）]

2.2不同總功率時(shí)與船水平距離20 m處的斷面照度

圖5為集魚燈總功率分別為344 kW和168 kW時(shí)，與船水平距離20 m處的斷面照度分布情況。由圖5可知，在集魚燈功率為344 kW時(shí)，10 lx等照度曲線最深可達(dá)40 m左右，1 lx 等照度曲線約在55 m水深處，0.1 lx等照度曲線約在 70 m 水深處。

當(dāng)集魚燈功率為168 kW時(shí)，水深20 m以內(nèi)的照度值與344 kW時(shí)相比，減少一半左右。例如，168 kW時(shí)的200 lx、100 lx等照度曲線分別與344 kW時(shí)的100 lx、50 lx等照度曲線，幾乎完全重合。從等照度曲線所在的水層來看，隨著深度的加大，兩者的距離差不斷縮小，并逐漸相近。例如，168 kW時(shí)，0.1 lx等照度曲線約在63～68 m水深處，與344 kW時(shí)相差僅約5 m（圖5）。

2.3不同總功率時(shí)的水中照度分布

[CM（24]圖6-A為集魚燈總功率分別為172[KG*3]kW和84[KG*3]kW時(shí)海[CM）]

[FK（W25][TPYC55.tif][FK）]

水表面0.1 m處的照度分布情況。由圖6-A可知，在集魚燈功率為172 kW時(shí)，水平距離20 m以內(nèi)的照度多大于 400 lx，距離30 m處的照度在100 lx左右，10 lx等照度線距離船約為 80 m，1 lx等照度線距離船約150 m。

而當(dāng)集魚燈功率為84 kW時(shí)，與172 kW時(shí)相比，相同照度的水平距離相差約10 m，如84 kW時(shí)1 000 lx最遠(yuǎn)約 10 m，172 kW時(shí)最遠(yuǎn)約20 m；84 kW時(shí)400 lx最遠(yuǎn)約20 m，172 kW時(shí)最遠(yuǎn)約30 m；從海平面等照度曲線來看，隨著離船距離的加大，兩者的距離差稍稍增大，但并不是成倍增加，光度強(qiáng)度降至1 lx時(shí)，距離相差才至20 m。

圖6-B為集魚燈總功率分別為172 kW和84 kW時(shí)水深20 m處的照度分布情況。由圖6-B可知，在集魚燈功率為 172 kW 時(shí)，水平距離60 m以內(nèi)的照度均大于2 lx，距離 80 m 處的照度在0.5 lx左右，0.01 lx等照度線距離船約為180 m。

當(dāng)集魚燈功率為84 kW時(shí)，與172 kW時(shí)相比，相同照度的水平距離同樣也相差約10 m，如84 kW時(shí)120 lx最遠(yuǎn)約 15 m，172 kW時(shí)最遠(yuǎn)約25 m；84 kW時(shí)80 lx最遠(yuǎn)約22 m，172 kW 時(shí)最遠(yuǎn)約32 m；從水深20 m處等照度曲線來看，隨著離船距離的加大，兩者的距離差也是稍稍增大，當(dāng)光度強(qiáng)度降至0.01 lx時(shí)，距離相差才至25 m。

假設(shè)0.01 lx為誘集魚的最佳照度[15-17]，則在水平方向上，2種不同總功率情況時(shí)，0.01 lx的最遠(yuǎn)距離分別為155 m和180 m，可見，增加1倍的集魚燈功率，約能增加16.1%的有效距離。

[CM（24]由圖6-B還可以看出，由于金屬鹵化物集魚燈在水中[CM）]

[FK（W22][TPYC66.tif][FK）]

的衰減很快，水深20 m處的照度在數(shù)值上來看很小。當(dāng)總功率為172 kW時(shí)，與船最相近的水域（離船約40 m，光線可達(dá)區(qū)域），其照度也僅為10 lx左右；離船40～70 m處的照度為0.5～10 lx。

2.4合理配置研究

對集魚燈在不同安裝情況下的有效水體體積進(jìn)行計(jì)算和分析，這里主要改變集魚燈的燈高和燈間距。當(dāng)集魚燈燈高分別為內(nèi)側(cè)7.4 m、外側(cè)7.9 m，內(nèi)側(cè)8.2 m、外側(cè)8.7 m，內(nèi)側(cè)9.0 m、外側(cè)9.5 m時(shí)，燈距分別為0.63、0.67、0.71、0.75、079、0.83 m時(shí)，計(jì)算得漁船一側(cè)0.1 lx 和10 lx等照度曲面所包含的水體體積V0.1和V10見表4。

由表4可知，當(dāng)燈高為內(nèi)側(cè)7.4 m外側(cè)7.9 m時(shí)，V10的水體體積為107 000～110 000 m3，V0.1的水體體積為 374 000～382 000 m3，V0.1-V10的水體體積為267 000～273 000 m3。當(dāng)燈高為內(nèi)8.2 m外8.7 m時(shí)，V10的水體體積為106 000～109 000 m3，V0.1的水體體積為381 000～385 000 m3，V0.1-V10的水體體積為273 000～278 000 m3。當(dāng)燈高為內(nèi)9.0 m外9.5 m時(shí)，V10的水體體積為107 000～109 000 m3，V0.1的水體[JP2]體積為386 000～391 000 m3，V0.1-V10的水體體積為278 000～[JP]283 000 m3。可見，隨燈高的增大，各照度的水體體積均呈增加趨勢。但在相同的燈高情況下，增大集魚燈間距，并不一定總能增大各照度的水體體積。