應(yīng)用于大水面養(yǎng)殖的精準(zhǔn)起捕設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分級(jí)試驗(yàn)

游洋，王萍，張華，曲曉玉，馮德軍，桂福坤

(1.浙江海洋大學(xué)國家海洋設(shè)施養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，浙江舟山 316022；2.浙江海洋大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江舟山 316022；3.浙江海洋大學(xué)船舶與海運(yùn)學(xué)院，浙江舟山 316022；4.浙江海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，浙江舟山 316022)

大水面養(yǎng)殖是指利用海洋、湖泊、水庫等水域開展養(yǎng)殖的一種總稱。近年來國家出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)大水面生態(tài)漁業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，保障了大水面養(yǎng)殖的發(fā)展空間，推動(dòng)了大水面漁業(yè)發(fā)展，促進(jìn)了大水面養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型升級(jí)。通過養(yǎng)殖而獲取的優(yōu)質(zhì)海產(chǎn)品正逐步成為人們餐桌上的主角，而“吃魚難”的問題也轉(zhuǎn)變成如何“吃好魚”，消費(fèi)者更多地要求魚規(guī)格統(tǒng)一化，品質(zhì)不受損，鮮活程度高[1-2]。現(xiàn)有的大水面養(yǎng)殖多使用圍網(wǎng)、刺網(wǎng)、張網(wǎng)等傳統(tǒng)捕撈模式進(jìn)行起捕[3-5]，這些起捕模式都為大批量起捕，人工成本高且耗時(shí)多，在起捕過程中多使用網(wǎng)目密度高的網(wǎng)衣直接起捕，在提拉過程中網(wǎng)目會(huì)產(chǎn)生形變對(duì)魚體造成擦傷，使養(yǎng)殖戶難以根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行定量、定規(guī)格捕撈；而釣捕、籠捕等小批量捕撈模式捕撈量少、無法分級(jí)捕撈。因此研發(fā)按需、定時(shí)、暫養(yǎng)、損傷小的起捕設(shè)備對(duì)大水面起捕具有重要意義。

目前常用的分級(jí)捕撈裝置精準(zhǔn)分級(jí)大都采用先起捕、后分級(jí)的模式，使用手動(dòng)分級(jí)和機(jī)械式自動(dòng)分級(jí)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)，整個(gè)捕撈過程中易使魚體損傷、易脫水造成魚體二次損傷，對(duì)品質(zhì)造成顯著影響[6-7]。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)水中分級(jí)進(jìn)行了研究，JOHNSONS,et al[8]設(shè)計(jì)了剛性的鋁制分級(jí)柵和“Flexi-Panel”的柔性分級(jí)柵，都是安裝在地拉網(wǎng)上用于分離魚，需要漁船牽引，操作復(fù)雜，不適合大水面養(yǎng)殖；魯偉等[9]研制的PVC管柔性格柵分級(jí)裝置應(yīng)用于網(wǎng)箱養(yǎng)殖，具有分級(jí)捕撈的作用，但這種設(shè)備綁在網(wǎng)衣上，分級(jí)區(qū)域較小，部分魚會(huì)從分級(jí)結(jié)構(gòu)的底部逃出；鄭國富等[10]設(shè)計(jì)出了一種剛性棱臺(tái)框架，分級(jí)柵格使用PVC 管制成，但是在分級(jí)過程中網(wǎng)衣易發(fā)生變形影響分級(jí)效率；陳曉龍等[11]針對(duì)大水面設(shè)計(jì)了一套通過改變網(wǎng)衣網(wǎng)孔大小逐級(jí)進(jìn)行調(diào)控的起捕裝置，但依靠改變網(wǎng)孔進(jìn)行分級(jí)，直接提拉網(wǎng)衣起捕，對(duì)魚易造成損傷。在已有的研究中，通過分級(jí)柵分級(jí)的效率明顯優(yōu)于網(wǎng)孔分級(jí)，但在分級(jí)柵間距的設(shè)計(jì)時(shí)通過擬合體重和體寬的關(guān)系，根據(jù)所需體重計(jì)算出體寬[12-13]，直接將體寬設(shè)計(jì)為分級(jí)柵間距，沒有對(duì)體寬和分級(jí)柵間距的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的研究。此外，目前分級(jí)只能篩選大于某一規(guī)格的魚，無法精確篩選體寬為具體某一規(guī)格或者某一區(qū)間規(guī)格的魚[14-15]。

綜上所述，目前的研究及實(shí)際生產(chǎn)中，大水面養(yǎng)殖起捕存在起捕量難控制、魚體損傷難解決、漁獲物規(guī)格不一致等問題。本文根據(jù)大水面起捕的要求，設(shè)計(jì)了一套通過改變分級(jí)柵間距控制魚類體寬的起捕設(shè)備，可以起捕大于某一體寬的魚類。對(duì)起捕設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了介紹，通過小尺寸試驗(yàn)研究分級(jí)柵間距與鱸魚體寬的關(guān)系確定分級(jí)柵設(shè)計(jì)原則，針對(duì)分級(jí)柵無法篩選單一規(guī)格或某一區(qū)間規(guī)格的魚，提出了具有無級(jí)可調(diào)功能的雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證雙層結(jié)構(gòu)的可行性，為未來大水面養(yǎng)殖高端起捕提供參考。

1 結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

本研究設(shè)計(jì)的養(yǎng)殖精準(zhǔn)起捕設(shè)備主要由蓋網(wǎng)結(jié)構(gòu)(網(wǎng)蓋和蓋座)、分級(jí)結(jié)構(gòu)(分級(jí)柵)、取魚結(jié)構(gòu)(集魚箱)3 部分組成，圖1 為大水面養(yǎng)殖精準(zhǔn)起捕設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)起捕設(shè)備具有按需、定時(shí)起捕，以及魚類暫養(yǎng)等功能。蓋網(wǎng)結(jié)構(gòu)由網(wǎng)蓋和蓋座組成，網(wǎng)蓋為圓形結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)計(jì)吊耳與吊繩相連，單獨(dú)控制網(wǎng)蓋的升降。蓋座為圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，在捕撈過程中增大起捕設(shè)備的捕撈范圍，同時(shí)與網(wǎng)蓋更容易貼合；分級(jí)結(jié)構(gòu)為起捕設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)，位于起捕設(shè)備的中部位置，為十二邊形結(jié)構(gòu)，頂部與蓋座相連，在連接位置設(shè)計(jì)起吊結(jié)構(gòu)控制起捕設(shè)備的升降，底部與集魚箱相連，經(jīng)過誘捕進(jìn)入起捕設(shè)備的魚可以經(jīng)過分級(jí)結(jié)構(gòu)去小留大得到體寬大于某一尺寸的魚；取魚結(jié)構(gòu)在起捕設(shè)備的底部，均勻分布6 個(gè)集魚箱，當(dāng)有需求時(shí)不需要進(jìn)入起捕設(shè)備，根據(jù)需求依次打開每個(gè)集魚箱即可取魚，縮短捕撈時(shí)間，減少對(duì)其余集魚箱內(nèi)魚類的影響，保證魚類品質(zhì)。在起捕設(shè)備底部設(shè)計(jì)底座結(jié)構(gòu)防止集魚箱沉入底質(zhì)中，影響集魚箱內(nèi)魚的存活率。

圖1 大水面養(yǎng)殖精準(zhǔn)起捕設(shè)備結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Diagram of structure of the precious harvesting equipment for large water bodies

1.2 工作原理

起捕設(shè)備工作主要分為誘集階段、提網(wǎng)階段、蓋網(wǎng)階段、暫養(yǎng)階段、取魚階段等5 個(gè)階段(圖2)，圖中藍(lán)色個(gè)體表示待捕的魚。在起捕前，將網(wǎng)蓋提升至水面之上，起捕設(shè)備潛于魚類適宜生活水深，并在其正上方水面拋灑飼料，誘集魚類集聚，在魚類攝食期間緩慢地將起捕設(shè)備提升至蓋座頂端露出水面，將魚限制在起捕網(wǎng)籠中。當(dāng)需要直接起捕時(shí)，應(yīng)將起捕設(shè)備靜止一段時(shí)間讓魚自由逃逸后再對(duì)籠內(nèi)留存的魚進(jìn)行起捕。起捕過程中將起捕設(shè)備升至分級(jí)柵底部距水面約40 cm 以保證魚的存活，然后根據(jù)需求量打開集魚箱，從集魚箱中取魚，這一個(gè)過程中可以做到按需定量起捕，同時(shí)在捕撈中不會(huì)對(duì)其余取魚箱內(nèi)的魚類造成損傷。當(dāng)不需要直接起捕時(shí)或取魚完成后集魚箱內(nèi)還有魚時(shí)，則將網(wǎng)蓋下降封住起捕設(shè)備，隨后將起捕設(shè)備連同網(wǎng)蓋一并下潛至魚類適宜生活水深進(jìn)入暫養(yǎng)階段。當(dāng)起捕設(shè)備內(nèi)魚全部捕撈完畢后，將起捕設(shè)備提升至水面，待有起捕需求時(shí)再次進(jìn)行起捕作業(yè)。

圖2 大水面養(yǎng)殖精準(zhǔn)起捕設(shè)備工作示意圖Fig.2 The working diagram of the precision harvesting equipment for large water bodies

2 分級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

在大水面養(yǎng)殖精準(zhǔn)起捕設(shè)備結(jié)構(gòu)中，分級(jí)設(shè)備決定著起捕設(shè)備內(nèi)魚的規(guī)格，是實(shí)現(xiàn)定制捕撈的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。本部分將通過對(duì)不同形式的分級(jí)柵進(jìn)行小尺寸試驗(yàn)，研究分級(jí)柵間距與魚體寬之間的關(guān)系，為起捕設(shè)備分級(jí)柵的設(shè)計(jì)和規(guī)格的確定提供參考。

2.1 試驗(yàn)用魚預(yù)分級(jí)試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)因購買的魚重量、體寬差距較大，為精準(zhǔn)測(cè)量分級(jí)柵分級(jí)效果，在試驗(yàn)開始前根據(jù)體寬對(duì)試驗(yàn)用魚進(jìn)行粗略分級(jí)，通過隨機(jī)抽取體型差異較大的6 尾鱸魚進(jìn)行體重體寬測(cè)量，將分級(jí)柵間距設(shè)計(jì)為15、17、19 mm 3 種規(guī)格，將鱸魚進(jìn)行預(yù)分級(jí)。

試驗(yàn)用魚預(yù)分級(jí)實(shí)驗(yàn)在浙江海洋大學(xué)國家海洋設(shè)施養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心設(shè)施養(yǎng)殖工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室跑道式試驗(yàn)水槽中進(jìn)行(圖4)，分級(jí)試驗(yàn)在玻璃一側(cè)進(jìn)行，方便觀察水槽內(nèi)魚的預(yù)分級(jí)試驗(yàn)情況。此外，在實(shí)驗(yàn)兩段放置隔板防止魚類穿過Ⅳ區(qū)通過水槽回到Ⅰ區(qū)。該分級(jí)柵主要由2 塊亞克力板材(圖3(b)(d))，多條PVC 管，多組亞克力插塊組成(圖3(c))。其中，頂部固定板兩端打有20 mm 的貫穿孔，PVC 管恰好穿過；底部固定板兩端也打有20 mm 的管貫穿穿孔，亞克力板材以及兩側(cè)的2 根PVC 管共同構(gòu)成了穩(wěn)固的分級(jí)柵主體框架；根據(jù)分級(jí)格柵設(shè)計(jì)的間距選取相應(yīng)尺寸的頂部和底部亞克力塊，起到固定分級(jí)柵尺寸的作用，分別將頂部和底部亞克力塊沿同一方向插入到頂部和底部分級(jí)柵中，相鄰的亞克力塊中間插入PVC管，保證PVC 管恰好卡在板材和亞克力塊中間不會(huì)移動(dòng)，得到規(guī)格一致的柵格間距，保證分級(jí)柵間距的準(zhǔn)確性。當(dāng)最后一個(gè)柵格如果出現(xiàn)了不能滿足分級(jí)柵間距的情況，則需要額外增加1 根PVC 管，使分級(jí)柵間距小于設(shè)計(jì)的柵格間距。

圖3 試驗(yàn)用魚預(yù)分級(jí)試驗(yàn)分級(jí)柵Fig.3 Grading grid for the pre-grading of the fish

試驗(yàn)裝置布置如圖4 所示，試驗(yàn)時(shí)，從鱸魚暫養(yǎng)池中隨機(jī)選取一定尾數(shù)的鱸魚，放入跑道式水槽一側(cè)，開啟攝像設(shè)備，在前進(jìn)方向一側(cè)開啟造流泵，利用鱸魚頂流前進(jìn)特性讓鱸魚向前游動(dòng)，分級(jí)柵根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)為15、17、19 mm，共3種。試驗(yàn)開始后魚自由移動(dòng)20 min，試驗(yàn)結(jié)束后將游過不同分級(jí)柵的鱸魚從小到大分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)，對(duì)各區(qū)域內(nèi)的鱸魚數(shù)量及體重(g)、體寬(mm)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖4 試驗(yàn)用魚預(yù)分級(jí)試驗(yàn)布置Fig.4 Experimentalsetup forfish pre-grading

經(jīng)過試驗(yàn)用魚預(yù)分級(jí)試驗(yàn)，對(duì)165 尾鱸魚進(jìn)行了分級(jí)，試驗(yàn)后鱸魚穿越分級(jí)柵數(shù)量統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 試驗(yàn)用魚預(yù)分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果匯總Tab.1 Results of the fish pre-grading test

2.2 分級(jí)設(shè)備分級(jí)效果研究

2.2.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

在試驗(yàn)用魚預(yù)分級(jí)試驗(yàn)后，將試驗(yàn)用魚分成了4 級(jí)，為模擬起捕設(shè)備在起捕時(shí)的真實(shí)環(huán)境，驗(yàn)證分級(jí)設(shè)備分級(jí)的準(zhǔn)確性和實(shí)際應(yīng)用效果，將圖1 的起捕設(shè)備進(jìn)行簡化，根據(jù)起捕設(shè)備的分級(jí)柵設(shè)計(jì)分級(jí)結(jié)構(gòu)。

分級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)頂部固定結(jié)構(gòu)如圖5(a)所示，由外徑350 mm，厚度5 mm，高度25 mm 和外徑300 mm，厚度5 mm，高度25 mm 的亞克力標(biāo)準(zhǔn)圓管與4 個(gè)外徑350 mm，內(nèi)徑290 mm，圓心角為7.9°，厚度3 mm 的扇環(huán)狀亞克力片構(gòu)成，底部固定結(jié)構(gòu)如圖5(b)所示，由外徑350 mm，厚度5 mm，高度25 mm 和外徑300 mm，厚度5 mm，高度25 mm 的亞克力標(biāo)準(zhǔn)圓管與外徑350 mm，環(huán)寬30 mm，厚度3 mm 的圓環(huán)形亞克力片構(gòu)成。

圖5 亞克力管固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖Fig.5 Design drawing of fixed structure of acrylic tube

分級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)物如圖6 所示，由圓柱形分級(jí)框，2 組亞克力管固定結(jié)構(gòu)，多條PVC 管，多組亞克力管組成。根據(jù)分級(jí)格柵設(shè)計(jì)的間距選取相應(yīng)尺寸的頂部和底部亞克力管，因亞克力管固定結(jié)構(gòu)環(huán)寬為20 mm，因此當(dāng)分級(jí)柵間距大于20 mm 時(shí)應(yīng)選取單個(gè)直徑小于20 mm 的多個(gè)亞克力管控制間距，頂部亞克力管在上端位置進(jìn)行打孔，在使用時(shí)通過鋼絲連接亞克力管，保證亞克力管不會(huì)掉落，分別將頂部亞克力管和底部亞克力管沿同一方向插入到頂部和底部固定結(jié)構(gòu)中，將PVC 管插入圓形可調(diào)式分級(jí)柵中，保證PVC 管恰好卡在板材和亞克力管中間不會(huì)移動(dòng)，得到規(guī)格一致的柵格間距，實(shí)現(xiàn)控制柵格間距，當(dāng)最后一個(gè)柵格如果出現(xiàn)了不能滿足分級(jí)柵間距的情況，則需要額外增加1 根PVC 管，使分級(jí)柵間距小于設(shè)計(jì)的柵格間距。

圖6 分級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖Fig.6 The photo of grading equipment

試驗(yàn)時(shí)，隨機(jī)選取體寬17～19 mm 分級(jí)區(qū)域內(nèi)的鱸魚60 尾，分級(jí)柵間距為18 mm，共進(jìn)行4 組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)15 尾魚，將魚放置在分級(jí)框內(nèi)，讓魚自由游動(dòng)20 min。分級(jí)完成后，對(duì)各區(qū)域內(nèi)的鱸魚數(shù)量和體質(zhì)量、體寬進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。試驗(yàn)裝置布置如圖7 所示，試驗(yàn)桶為內(nèi)徑2.1 m，深度為1.2 m 的暫養(yǎng)桶。

圖7 分級(jí)設(shè)備實(shí)用性驗(yàn)證試驗(yàn)布置圖Fig.7 Experimental setup for practicability verification test of grading equipment in laboratory

試驗(yàn)過程如圖8 所示，通過觀察攝像設(shè)備可以發(fā)現(xiàn)鱸魚對(duì)于分級(jí)柵并沒有明顯的排斥，體寬小于分級(jí)柵的魚在穿過分級(jí)柵后可以正?；顒?dòng)，沒有受到分級(jí)柵的影響。

圖8 分級(jí)設(shè)備實(shí)用性驗(yàn)證試驗(yàn)過程Fig.8 The process practicability verification test of grading equipment

試驗(yàn)結(jié)果如圖9 所示，60 尾鱸魚中，體寬小于18 mm 的有39 尾，大于18 mm 的有21 尾，實(shí)際穿過分級(jí)柵的有38 尾，體寬均小于18 mm，未穿過分級(jí)柵的有22 尾，其中21 尾體寬大于18 mm，1 尾體寬為17.88 mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)鱸魚在分級(jí)柵間距設(shè)計(jì)時(shí)只需要對(duì)需要起捕尺寸的魚體寬進(jìn)行測(cè)量即可，不需要對(duì)分級(jí)柵間距進(jìn)行增加或減小。由于鱸魚個(gè)體之間存在差異，個(gè)別鱸魚個(gè)體體寬較寬，體質(zhì)量較輕，這與每條鱸魚本身的生物學(xué)參數(shù)有關(guān)。

圖9 分級(jí)設(shè)備實(shí)用性驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Fig.9 The results of practicability verification test of grading equipment

2.2.2 大水面現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在對(duì)分級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確定了分級(jí)柵柵格間距的選擇依據(jù)后，設(shè)計(jì)了分級(jí)結(jié)構(gòu)大水面試驗(yàn)裝置。通過試驗(yàn)驗(yàn)證分級(jí)結(jié)構(gòu)在大水面試驗(yàn)時(shí)周圍環(huán)境對(duì)分級(jí)效果是否存在影響，分級(jí)是否具有可操作性，保證分級(jí)結(jié)構(gòu)在大水面養(yǎng)殖應(yīng)用時(shí)具有可行性。

分級(jí)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置如圖10 所示，試驗(yàn)裝置由不銹鋼方管一次成型，直徑1 m，高度1 m。裝置中間有1根不銹鋼方管，根據(jù)試驗(yàn)要求可以設(shè)置0.5 m 和1 m 2 個(gè)高度的分級(jí)區(qū)，用于測(cè)試鱸魚在大水面中逃逸的效果。分級(jí)柵間距根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；浮筒保證裝置在測(cè)試時(shí)一直浮于水面，防止鱸魚從頂部逃逸；防逃網(wǎng)用于留存穿過分級(jí)柵的鱸魚，以便試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)鱸魚的數(shù)量和生長指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

圖10 大水面試驗(yàn)裝置Fig.10 Experimental set up of practicability verification test of grading equipment in large water bodies

選取舟山市長峙島一處池塘內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(圖11)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)分級(jí)柵間距為20 mm。試驗(yàn)中隨機(jī)選取23 尾鱸魚，在岸邊將其放置在分級(jí)裝置中，然后將試驗(yàn)裝置慢慢推至遠(yuǎn)離岸邊處靜置30 min。試驗(yàn)完成后將裝置拉回進(jìn)行計(jì)數(shù)，觀察鱸魚逃逸情況，逃逸的鱸魚留存在防逃網(wǎng)中。試驗(yàn)通過統(tǒng)計(jì)分級(jí)裝置內(nèi)和防逃網(wǎng)內(nèi)鱸魚的數(shù)量及測(cè)量鱸魚的體重、體寬來確定分級(jí)效果。

圖11 分級(jí)結(jié)構(gòu)大水面試驗(yàn)場(chǎng)地Fig.11 The large water bodies test site for graded structures

試驗(yàn)完成后對(duì)所有魚的體重體寬進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果如圖12 所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，23 尾鱸魚中，體寬小于20 mm 的有19 尾，全部穿過分級(jí)柵，大于20 mm 的有4 尾，全部未穿過分級(jí)柵。試驗(yàn)結(jié)果表明分級(jí)效果明顯，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以使用該分級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)魚進(jìn)行分級(jí)。

圖12 試驗(yàn)逃逸情況Fig.12 The result of fish escapes in the filed test

3 分級(jí)柵優(yōu)化設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

在對(duì)分級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可行性驗(yàn)證后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的分級(jí)捕撈裝置存在2 個(gè)問題：(1)在分級(jí)間距調(diào)整時(shí)不能根據(jù)需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)無級(jí)分級(jí)，例如在本試驗(yàn)中使用的亞克力管及PVC 管在每次調(diào)整分級(jí)柵間距時(shí)都需要更換，耗時(shí)較多，浪費(fèi)材料；(2)分級(jí)柵只能篩選大于某一規(guī)格的魚，無法進(jìn)行單一規(guī)格或某一區(qū)間魚的篩選。結(jié)合目前市場(chǎng)所需的規(guī)格個(gè)性化訂制需求，對(duì)起捕設(shè)備分級(jí)柵進(jìn)行了優(yōu)化，提出了具有無級(jí)可調(diào)功能的雙層分級(jí)柵設(shè)計(jì)(圖13)。雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓形，具有按需精準(zhǔn)捕撈、自動(dòng)機(jī)械控制、自由無損逃逸、起捕防逃保護(hù)等功能，主要由分級(jí)柵結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)組成。其中分級(jí)柵結(jié)構(gòu)每層由不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)和可移動(dòng)式結(jié)構(gòu)組成。不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)由2 組定尺寸固定框、多條柵桿、主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)和控制模塊組成，2 組定尺寸固定結(jié)構(gòu)相互連接，不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)為階梯狀，便于與可移動(dòng)結(jié)構(gòu)配合，保證在柵桿間距調(diào)節(jié)時(shí)的準(zhǔn)確性。在制作前根據(jù)起捕規(guī)格確定最大柵桿間距，根據(jù)高度設(shè)計(jì)安裝柵桿，不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖13(a)所示裝有主動(dòng)輪結(jié)構(gòu)，與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，用于調(diào)節(jié)柵桿間距，精度可達(dá)0.01 mm；可移動(dòng)結(jié)構(gòu)由2 組無級(jí)可調(diào)固定框、多條柵桿和從動(dòng)輪組成?？梢苿?dòng)結(jié)構(gòu)為階梯狀，根據(jù)設(shè)計(jì)需求確定柵桿間距，當(dāng)無級(jí)可調(diào)固定框移動(dòng)至不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)中間位置時(shí)為柵桿間距最小位置，裁截一定長度的柵桿使其長度恰好為無級(jí)可調(diào)式結(jié)構(gòu)之間的垂線距離，保證無級(jí)可調(diào)結(jié)構(gòu)可以卡在不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)上不滑落，從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)在主動(dòng)輪的推動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

在分級(jí)柵間距需要調(diào)節(jié)時(shí)，控制系統(tǒng)向兩級(jí)不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)分別發(fā)出指令，不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)中的主動(dòng)輪得到響應(yīng)后開始轉(zhuǎn)動(dòng)，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)中的從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)受主動(dòng)輪作用開始反向移動(dòng)。例如當(dāng)不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)發(fā)出順時(shí)針旋轉(zhuǎn)指令時(shí)，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的從動(dòng)輪隨不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖13(c)所示。在間距調(diào)整時(shí)存在相鄰分級(jí)柵間距不一的情況，設(shè)計(jì)時(shí)以間距大的一側(cè)為設(shè)計(jì)間距，當(dāng)設(shè)計(jì)間距到達(dá)設(shè)定間距后主動(dòng)輪停止運(yùn)動(dòng)，分級(jí)柵間距調(diào)節(jié)完畢。

圖13 雙層分級(jí)柵設(shè)計(jì)概念圖Fig.13 Conceptual diagram of double layergrading grid

針對(duì)設(shè)計(jì)的雙層分級(jí)柵，為驗(yàn)證分級(jí)柵的性能，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室模型進(jìn)行驗(yàn)證。在模型設(shè)計(jì)時(shí)簡化結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了長方形單側(cè)逃逸驗(yàn)證分級(jí)效果，設(shè)計(jì)如圖14(c)所示。分級(jí)柵設(shè)計(jì)最大間距為20 mm，主要由不可移動(dòng)和無級(jí)可調(diào)式結(jié)構(gòu)組成。不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)由2 塊階梯狀亞克力板材如圖14(a)，多條PVC 管(直徑20 mm壁厚2 mm)組成，亞克力板材孔距為62.5 mm。無級(jí)可調(diào)式結(jié)構(gòu)由2 塊階梯狀亞克力板材如圖14(b)，與不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)亞克力板材以中心對(duì)稱安裝，多條PVC 管(直徑20 mm 壁厚2 mm)組成，亞克力板材孔距為62.5 mm，PVC 管裁截長度為兩塊亞克力板材之間的垂線距離，保證PVC 管可以恰好卡在不可移動(dòng)結(jié)構(gòu)上。分級(jí)柵只在一個(gè)側(cè)面設(shè)置，其余三面?zhèn)让婧偷酌孢M(jìn)行布網(wǎng)，分級(jí)柵采用手動(dòng)調(diào)節(jié)，距離通過游標(biāo)卡尺進(jìn)行控制，精度為0.1 mm，調(diào)節(jié)完成后使用4 個(gè)長尾夾進(jìn)行固定。

圖14 雙層分級(jí)柵試驗(yàn)裝置Fig.14 Experimental setup of doublelayer grading grid test device

試驗(yàn)時(shí)，選取體寬17～19 mm 分級(jí)區(qū)域內(nèi)的鱸魚80 尾，共進(jìn)行4 組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)20 尾魚。分級(jí)柵Ⅰ間距為18.0 mm，分級(jí)柵Ⅱ間距為17.5 mm，分級(jí)柵頂部放置在水面之上5 cm 處，防止魚跳出分級(jí)柵。試驗(yàn)中將魚放入分級(jí)區(qū)Ⅰ內(nèi)，讓魚自由游動(dòng)20 min。試驗(yàn)完成后，對(duì)各區(qū)域內(nèi)的鱸魚數(shù)量和體質(zhì)量、體寬進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖15 所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，80 尾鱸魚中，體寬大于18 mm 小于19 mm 的有38 尾，體寬大于17.5 mm 小于18 mm 的有14 尾，體寬大于17 mm 小于17.5 mm 的有29 尾。試驗(yàn)結(jié)束后分級(jí)區(qū)Ⅰ內(nèi)的鱸魚有39 尾，其中體寬大于18 mm 的鱸魚36 尾，體寬小于18 mm 的鱸魚為17.96、17.96、17.99 mm 共3 尾；分級(jí)區(qū)Ⅱ內(nèi)的鱸魚有15 尾，其中體寬小于18 mm 大于17.5 mm 的鱸魚10 尾，體寬大于18 mm 的鱸魚為18.05 mm 共1 尾，體寬小于17.5 mm 的鱸魚為17.17、17.25、17.37、17.46 mm 共4 尾；穿過分級(jí)柵在暫養(yǎng)桶內(nèi)自由游動(dòng)的鱸魚有26 尾，其中體寬小于17.5 mm 的鱸魚24 尾，體寬大于17.5 mm 的鱸魚為17.51、18.37 mm 共2 尾。試驗(yàn)結(jié)果表明，雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)分級(jí)效果較為明顯，可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到分級(jí)的效果。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)分級(jí)柵間距只需要對(duì)需要起捕尺寸的魚體寬進(jìn)行測(cè)量，分級(jí)柵設(shè)計(jì)小于等于體寬，分級(jí)柵Ⅱ的間距應(yīng)大于分級(jí)柵Ⅰ。

圖15 雙層分級(jí)柵試驗(yàn)結(jié)果Fig.15 Test results of doublelayer grading gridtest

4 結(jié)論

為解決大水面養(yǎng)殖中缺乏精準(zhǔn)起捕設(shè)備的問題，本文設(shè)計(jì)了一套依據(jù)魚類的體寬設(shè)計(jì)分級(jí)柵間距進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)捕撈的捕撈設(shè)備，通過小尺寸起捕設(shè)備開展了魚類體寬與分級(jí)柵間距關(guān)系的試驗(yàn)，主要結(jié)論如下：

(1)通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了體寬與分級(jí)柵間距之間的關(guān)系，對(duì)于鱸魚而言分級(jí)設(shè)計(jì)具有可行性，在捕撈時(shí)分級(jí)柵間距應(yīng)小于等于體寬。

(2)在分級(jí)結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出無級(jí)可調(diào)雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)，并開展了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)鱸魚具有有效性，可以對(duì)鱸魚進(jìn)行單一體寬或區(qū)間體寬分級(jí)。

本文設(shè)計(jì)了具有按需、定時(shí)、暫養(yǎng)、損傷小功能的起捕設(shè)備，主要對(duì)起捕設(shè)備的分級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)分級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，有效解決了分級(jí)柵無法篩選單一規(guī)格或某一區(qū)間規(guī)格的魚的難題。但是目前只針對(duì)鱸魚進(jìn)行了研究，以后需要對(duì)其他常見魚類進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)；無級(jí)可調(diào)雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)尚未進(jìn)行大水面養(yǎng)殖環(huán)境試驗(yàn)，下一步將對(duì)雙層分級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)地海域應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。