中層拖網(wǎng)作業(yè)性能及國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用進(jìn)展

◎ 文/常國(guó)斌 吳超偉 陳達(dá)杰 丁琳 馬家志 王飛

本文借助CiteSpace 軟件，對(duì)國(guó)內(nèi)以“中層拖網(wǎng)”為主題得到的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，并結(jié)合我國(guó)南極磷蝦捕撈作業(yè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，分析了中層拖網(wǎng)捕撈作業(yè)過(guò)程中的作業(yè)性能及其影響因素，希望可為南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)具作業(yè)性能研究提供參考。

中層拖網(wǎng)，又稱變水層拖網(wǎng)，較之其他網(wǎng)具表現(xiàn)出極高的適應(yīng)性及靈活性，其在漁業(yè)生產(chǎn)作業(yè)并不會(huì)受到海洋地形以及海域水深的影響，故一直活躍于世界上各個(gè)海域。

中層拖網(wǎng)作業(yè)較為典型的就是南大洋南極磷蝦捕撈。南極磷蝦作為南極地區(qū)甚至是全球資源量最大的生物資源，不僅是南大洋生態(tài)系統(tǒng)的基石所在，更是未來(lái)人們解決蛋白質(zhì)需求的希望所在。南極磷蝦的捕撈以拖網(wǎng)作業(yè)為主，到達(dá)作業(yè)漁區(qū)時(shí)，利用垂直探魚(yú)儀對(duì)蝦群定位，在指定地點(diǎn)放下拖網(wǎng)后根據(jù)網(wǎng)口處網(wǎng)位儀檢測(cè)得蝦群位置，以此調(diào)整拖網(wǎng)深度，再通過(guò)網(wǎng)板、浮子及沉子等使得網(wǎng)具擴(kuò)張，其間根據(jù)蝦群變換位置不斷調(diào)整網(wǎng)位，如調(diào)整曳綱長(zhǎng)度改變網(wǎng)位，最后以一定的船速將蝦群捕入拖網(wǎng)中。

由上述捕撈作業(yè)流程可對(duì)中層拖網(wǎng)有初步了解，事實(shí)上拖網(wǎng)系統(tǒng)主要由四部分組成，分別是提供動(dòng)力的漁船部分、連接船與拖網(wǎng)的曳綱、實(shí)現(xiàn)拖網(wǎng)擴(kuò)張的網(wǎng)板和拖網(wǎng)本身。捕撈作業(yè)時(shí)拖網(wǎng)作業(yè)性能很大程度影響著最終的漁獲量，拖網(wǎng)作業(yè)性能又包括了與網(wǎng)板有關(guān)的水平擴(kuò)張性，與沉子、浮子有關(guān)的垂直擴(kuò)張性，與網(wǎng)口位置和能耗有關(guān)的水動(dòng)力性能及網(wǎng)具整體的穩(wěn)定性。本文主要敘述網(wǎng)具的擴(kuò)張性因素和水動(dòng)力因素。

南極磷蝦捕撈作業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中可能遇到一些問(wèn)題，如由于南極磷蝦晝夜移動(dòng)習(xí)性引起的網(wǎng)位控制問(wèn)題，以及作業(yè)水域、作業(yè)船只自身情況等因素可能導(dǎo)致的網(wǎng)板擴(kuò)張性及穩(wěn)定性進(jìn)而產(chǎn)生的網(wǎng)板選擇和控制調(diào)整問(wèn)題?？茖W(xué)研究與實(shí)際生產(chǎn)生活是密切相關(guān)的，生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題往往就是從事漁業(yè)研究領(lǐng)域科研者未來(lái)的研究方向。本文借助CiteSpace軟件對(duì)國(guó)內(nèi)近40年中層拖網(wǎng)研究文章進(jìn)行可視化分析，確定近年來(lái)研究熱點(diǎn)方向所在，并對(duì)中層拖網(wǎng)捕撈作業(yè)性能影響因素進(jìn)行敘述。

一、國(guó)內(nèi)研究概況文獻(xiàn)計(jì)量分析

文獻(xiàn)計(jì)量分析法是依托計(jì)算機(jī)算法幫助人們處理分析數(shù)量繁多的文獻(xiàn)，以此對(duì)研究對(duì)象做出合理預(yù)測(cè)與綜合評(píng)價(jià)的方法。通過(guò)這種方法可以有效地避免文獻(xiàn)選擇的主觀性影響，并以文獻(xiàn)間客觀存在的內(nèi)在聯(lián)系解釋一些復(fù)雜的問(wèn)題。

（一）國(guó)內(nèi)中層拖網(wǎng)研究概況

本文數(shù)據(jù)選自中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)，以“中層拖網(wǎng)”以及“midwater trawl”為主題搜索詞，不限文獻(xiàn)時(shí)間，篩選去除沒(méi)有作者的文獻(xiàn)，再去除會(huì)議摘要以及作者單位不屬于中國(guó)的文獻(xiàn)，得到學(xué)術(shù)期刊類文獻(xiàn)95篇，學(xué)位論文類文獻(xiàn)8篇，成果類文獻(xiàn)7篇，共計(jì)109篇文獻(xiàn)。對(duì)所選文獻(xiàn)年份進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 國(guó)內(nèi)中層拖網(wǎng)研究文獻(xiàn)年份分析圖

由圖1可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)中層拖網(wǎng)研究大概是在20世紀(jì)七八十年代開(kāi)始的，到1994年，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。之后直到2012年，國(guó)內(nèi)一直保持穩(wěn)定的發(fā)文量。2014年至2022年發(fā)文量回升，發(fā)文量最高時(shí)達(dá)6篇文章，而據(jù)web of science數(shù)據(jù)國(guó)外同期發(fā)文量最高也才10篇，年平均發(fā)文量為5.7篇。故整體趨勢(shì)上看，國(guó)內(nèi)對(duì)中層拖網(wǎng)的研究自20世紀(jì)80年代開(kāi)始就保持了一定的關(guān)注度。

利用CiteSpace軟件將上文通過(guò)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)收集到的109篇文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析處理，進(jìn)一步分析中層拖網(wǎng)研究的熱點(diǎn)信息。圖2呈現(xiàn)的是國(guó)內(nèi)中層拖網(wǎng)研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析圖。圖中節(jié)點(diǎn)處對(duì)應(yīng)綠色框顯示內(nèi)容即為文獻(xiàn)關(guān)鍵詞，文字框大小表示文獻(xiàn)中該詞匯出現(xiàn)頻次，如圖中五角星特別標(biāo)注的五個(gè)節(jié)點(diǎn)即為文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻次最高的五個(gè)關(guān)鍵詞，其中“中層拖網(wǎng)”提及51次，南極磷蝦提及15次，曳綱長(zhǎng)度提及13次，模型試驗(yàn)提及10次，拖網(wǎng)提及6次，根據(jù)該結(jié)果可一定程度了解國(guó)內(nèi)關(guān)于中層拖網(wǎng)的研究熱點(diǎn)，如南極磷蝦即為近年來(lái)國(guó)內(nèi)高度關(guān)注的熱點(diǎn)之一。兩節(jié)點(diǎn)連線表明存在共現(xiàn)關(guān)系，線條粗細(xì)代表共現(xiàn)頻率，其顏色深淺則代表共現(xiàn)時(shí)間的前后，顏色越深表示時(shí)間與現(xiàn)在越接近。

圖2 國(guó)內(nèi)中層拖網(wǎng)研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析圖

圖2 中Q值為0.7989，S值為0.9394，根據(jù)設(shè)定，此表明本圖結(jié)構(gòu)明顯且可信度高。

對(duì)上述關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析圖進(jìn)一步加工處理，得到關(guān)鍵詞聚類分析圖，經(jīng)篩選得到6個(gè)主要聚類，結(jié)果如圖3所示。聚類標(biāo)簽所示主題一定程度上即為該研究領(lǐng)域研究熱點(diǎn)所在。簇號(hào)由0至7，其中有的簇類在所含文獻(xiàn)數(shù)量少于10篇時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)為不顯示，簇號(hào)0所對(duì)應(yīng)主題“網(wǎng)位儀”包含關(guān)鍵詞數(shù)量最多，覆蓋信息面最廣。相反，簇號(hào)7所對(duì)應(yīng)主題“延繩釣”所含關(guān)鍵詞數(shù)量少，涵蓋知識(shí)面也窄。

圖3 知網(wǎng)發(fā)表的中層拖網(wǎng)研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類圖譜

網(wǎng)位儀，又稱“網(wǎng)情儀”，因其可觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)外情況及簡(jiǎn)單測(cè)量周邊環(huán)境等功能而得名。在中層拖網(wǎng)中，網(wǎng)位儀屬重要的助漁儀器，可依據(jù)網(wǎng)位儀探測(cè)到的網(wǎng)具所處深度等信息，通過(guò)改變曳綱長(zhǎng)度及拖網(wǎng)船拖速實(shí)現(xiàn)不斷調(diào)整網(wǎng)位的功能，較好解決南極磷蝦生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中網(wǎng)位調(diào)整問(wèn)題。綜合聚類結(jié)果可知當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)中層拖網(wǎng)研究多集中在以模型實(shí)驗(yàn)為方法，對(duì)拖網(wǎng)本身或其組成部分（如曳綱、網(wǎng)位儀等）以及其捕撈對(duì)象南極磷蝦進(jìn)行深入的研究。

文獻(xiàn)發(fā)表機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜是用于直觀反映某領(lǐng)域研究力量分布及其有關(guān)合作關(guān)系的圖表。通過(guò)CiteSpace軟件對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理構(gòu)成文獻(xiàn)發(fā)表機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜，如圖4。

圖4 中層拖網(wǎng)文獻(xiàn)發(fā)表機(jī)構(gòu)合作共現(xiàn)圖

圖4 中節(jié)點(diǎn)代表的文獻(xiàn)發(fā)表機(jī)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)間連線表示兩者存在合作關(guān)系，顏色相近表示其研究?jī)?nèi)容有重疊之處，兩節(jié)點(diǎn)間距離同時(shí)也表示機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)相對(duì)地理距離遠(yuǎn)近。據(jù)圖4，國(guó)內(nèi)對(duì)中層拖網(wǎng)研究的主要機(jī)構(gòu)有4個(gè)，分別是“中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所”“上海海洋大學(xué)”“中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所”以及“福建省水產(chǎn)研究所”。而“上海海洋大學(xué)”和“中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所”對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)形成的連線繁多且錯(cuò)綜復(fù)雜，表明對(duì)應(yīng)的兩個(gè)研究機(jī)構(gòu)間合作關(guān)系緊密。

（二）南極磷蝦方面有關(guān)研究利用情況分析

由圖2及圖3，以“南極磷蝦”為關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)數(shù)達(dá)15篇，僅次于中心關(guān)鍵詞“中層拖網(wǎng)”。對(duì)表1中南極磷蝦有關(guān)文獻(xiàn)信息分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)南極磷蝦拖網(wǎng)方面的研究在20世紀(jì)80年代初只有零星的兩三篇文獻(xiàn)。直到2010年，國(guó)內(nèi)對(duì)南極磷蝦的研究迎來(lái)春天。究其原因，我國(guó)從2010年春天左右開(kāi)始開(kāi)展南極磷蝦商業(yè)捕撈，并于2013年引進(jìn)日本磷蝦捕撈船后正式開(kāi)始南極磷蝦商業(yè)捕撈。從文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容上看，國(guó)內(nèi)對(duì)南極磷蝦拖網(wǎng)有關(guān)研究更多偏向于以模型實(shí)驗(yàn)的方法，以漁船拖速、能耗系數(shù)及網(wǎng)口高度等因素對(duì)拖網(wǎng)網(wǎng)具性能進(jìn)行研究分析。下文根據(jù)上述分析得到研究熱點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)網(wǎng)具作業(yè)性能影響因素進(jìn)行分析論述。

表1 南極磷蝦有關(guān)文獻(xiàn)信息

二、拖網(wǎng)捕撈作業(yè)性能影響因素

上文提及拖網(wǎng)捕撈作業(yè)性能包含了網(wǎng)具擴(kuò)張性能以及水動(dòng)力性能，而影響網(wǎng)具擴(kuò)張性的兩個(gè)主要參數(shù)為網(wǎng)口高度和袖端水平擴(kuò)張，網(wǎng)口高度與浮沉力配備及手綱長(zhǎng)度等有關(guān)，袖端水平擴(kuò)張則與曳綱長(zhǎng)度及網(wǎng)板有關(guān)。水動(dòng)力性能則是反映網(wǎng)具快速性的參數(shù)，一般情況下以能耗系數(shù)的倒數(shù)表示水動(dòng)力性能，其影響因素主要為網(wǎng)具水阻力、網(wǎng)口高度及袖端間距等。

（一）擴(kuò)張方式及水平擴(kuò)張

網(wǎng)具的水平擴(kuò)張方式主要分為兩種，一種是通過(guò)網(wǎng)板實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)張的方法，這種方法廣泛應(yīng)用于拖網(wǎng)捕撈船只；還有一種是挪威用于連續(xù)捕撈的桁架拖網(wǎng)船，它是通過(guò)桁桿實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)張的方法，但這種方法適用面顯然小于第一種方法。

我國(guó)使用的南極磷蝦拖網(wǎng)船多為外國(guó)引進(jìn)的二手船或改造船，2010年～2013年，我國(guó)處于南極磷蝦資源開(kāi)發(fā)初期，為節(jié)約成本，使用的南極磷蝦拖網(wǎng)船為竹莢魚(yú)、鱈魚(yú)等拖網(wǎng)船改裝船。鱈魚(yú)、竹莢魚(yú)等為高速游動(dòng)魚(yú)類，而南極磷蝦游泳能力不強(qiáng)，單個(gè)南極磷蝦最快游泳速度為7BL/s，磷蝦群體游泳速度最快也不超過(guò)一節(jié)，故在捕撈作業(yè)過(guò)程中使用的船拖速一般在2節(jié)～3節(jié)。然而，由于使用的拖網(wǎng)為原捕撈鱈魚(yú)等高速游動(dòng)魚(yú)時(shí)的網(wǎng)具，在船速不足的情況下，網(wǎng)具得不到較好的水平擴(kuò)張，進(jìn)而導(dǎo)致磷蝦逃逸率增加的情況發(fā)生。在網(wǎng)具水平擴(kuò)張無(wú)法滿足實(shí)際需要時(shí)，為達(dá)到預(yù)期效果，改用低速時(shí)升阻比大的網(wǎng)板是解決方法之一。

此外，曳綱長(zhǎng)度也會(huì)影響到網(wǎng)具的水平擴(kuò)張。南極磷蝦作業(yè)水層一般在200m左右，與鱈魚(yú)等中上層魚(yú)類作業(yè)水層不同，所需曳綱長(zhǎng)度不同，而曳綱長(zhǎng)度會(huì)影響網(wǎng)板間距，進(jìn)而影響網(wǎng)具的水平擴(kuò)張。

（二）垂直擴(kuò)張

拖網(wǎng)垂直擴(kuò)張程度通常用網(wǎng)口垂直擴(kuò)張系數(shù)Ch表示，網(wǎng)口垂直擴(kuò)張系數(shù)越大表示網(wǎng)具捕撈效果越好。

式中H為網(wǎng)口高度（m），C為網(wǎng)口周長(zhǎng)（m）。由式A可知垂直擴(kuò)張直接與網(wǎng)口高度有關(guān)，而網(wǎng)口高度的主要影響因素為浮沉力配備。浮沉力配備分為浮力配備與沉力配備，浮、沉力配備分別影響上綱、下綱的位置，而網(wǎng)口高度的定義為網(wǎng)口中間部位上下綱間的距離。

（三）水動(dòng)力性能

1.能耗系數(shù)

能耗系數(shù)（Ce）指拖網(wǎng)濾過(guò)單位水體所需的能量，是反映網(wǎng)具水動(dòng)力性能的重要參數(shù)，同時(shí)也是反映拖網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性能好壞的指標(biāo)。能耗系數(shù)（單位：kW·h/104m3）用以下公式進(jìn)行描述：

式B中R表示漁具在水中的阻力（KN），f為網(wǎng)口面積系數(shù)，S為網(wǎng)口面積（m2），其值為網(wǎng)口高度H（m）與袖端水平間距L（m）的乘積。能耗系數(shù)值越低表示網(wǎng)具經(jīng)濟(jì)性越好。式C中M表示水動(dòng)力性能，其定義為網(wǎng)具消耗單位能量所濾過(guò)的水體體積，f為網(wǎng)口形狀系數(shù)。由能耗系數(shù)與水動(dòng)力性能的定義及公式B、C可知M是Ce的倒數(shù)，故能耗系數(shù)小的網(wǎng)具其水動(dòng)力性能同樣優(yōu)良。

2.網(wǎng)具水阻力

上文提及水動(dòng)力性能M影響因素主要有網(wǎng)具水阻力R、網(wǎng)口高度H及袖端間距L，由式C所示，得到有關(guān)M的影響因素。但實(shí)際上最為主要的因素為網(wǎng)具水阻力R，網(wǎng)口高度H及袖端間距L組成特定形狀的截面積，在水作用下形成水阻力，拖網(wǎng)船作業(yè)時(shí)受水阻力作用消耗能量，以此產(chǎn)生水動(dòng)力性能指標(biāo)對(duì)網(wǎng)具經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)具水阻力估算常采用日本東京海洋大學(xué)胡夫祥教授提出的估算公式：

式中，R：阻力，KN；ρ：流體密度，kg/m3；CD：網(wǎng)具阻力系數(shù)；ST：網(wǎng)具總線面積，m2；V：拖速。

由式E網(wǎng)具水阻力與網(wǎng)具線面積、流體密度及船拖速有關(guān)，其中阻力同拖速二次方成正比。

三、研究方法

中層拖網(wǎng)研究方法有4種，分別是理論分析、模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和海上實(shí)測(cè)。

其中理論分析是最為基礎(chǔ)的研究方法，漁業(yè)研究者多使用靜力學(xué)等理論知識(shí)對(duì)漁具進(jìn)行研究，如關(guān)鍵詞聚類圖3所示對(duì)曳綱長(zhǎng)度為中心的研究。模型實(shí)驗(yàn)則依據(jù)田內(nèi)準(zhǔn)則等將實(shí)物網(wǎng)各作業(yè)參數(shù)換算并制作出相似比例的模型網(wǎng)，通過(guò)模型網(wǎng)在設(shè)定條件下的實(shí)驗(yàn)水槽中完成模擬，得到一個(gè)較為準(zhǔn)確結(jié)果的方法。通過(guò)這種方法，可對(duì)實(shí)物網(wǎng)基本性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。數(shù)值模擬方法的優(yōu)點(diǎn)則在于有計(jì)算機(jī)可將拖網(wǎng)網(wǎng)具在水中受力的情況模擬分析并展示在人們眼前，助力人們建立有關(guān)數(shù)學(xué)模型。最后是海上實(shí)測(cè)方法，這種方法是對(duì)設(shè)計(jì)網(wǎng)具的實(shí)測(cè)檢驗(yàn)，它的優(yōu)勢(shì)之處在于展現(xiàn)了網(wǎng)具貼合實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的狀況，且可根據(jù)自己需求采集一切需要的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。實(shí)際研究時(shí)，往往多種實(shí)驗(yàn)方法一起使用以尋求更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

四、結(jié)語(yǔ)與展望

在水生生物自然資源日益減少的背景下，資源量巨大的南極磷蝦資源在日后或?qū)⒊蔀槿藗兊牡鞍踪|(zhì)儲(chǔ)存庫(kù)。包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家均給予其較大的關(guān)注度，與之對(duì)應(yīng)，國(guó)內(nèi)研究人員也加大了對(duì)南極磷蝦拖網(wǎng)網(wǎng)具的研究力度。

目前我國(guó)南極磷蝦捕撈為傳統(tǒng)拖網(wǎng)捕撈方式，且有關(guān)捕撈磷蝦的船多使用外國(guó)引進(jìn)的改造船，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)網(wǎng)具擴(kuò)張不良、網(wǎng)板與網(wǎng)具性能不匹配等問(wèn)題。結(jié)合圖3 結(jié)果可知，國(guó)內(nèi)研究學(xué)者從拖網(wǎng)捕撈作業(yè)的擴(kuò)張性能與水動(dòng)力性能影響因素角度出發(fā)，針對(duì)網(wǎng)位儀、曳綱長(zhǎng)度等展開(kāi)了深度研究，以期對(duì)拖網(wǎng)網(wǎng)具進(jìn)行優(yōu)化并提高捕撈效率。事實(shí)上，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所已經(jīng)對(duì)大網(wǎng)目拖網(wǎng)改進(jìn)設(shè)計(jì)且具有良好捕撈效果，故目前我國(guó)多使用大網(wǎng)目拖網(wǎng)捕撈南極磷蝦。故我國(guó)對(duì)中層拖網(wǎng)的研究可以往小型網(wǎng)具性能研究方向深入，同時(shí)目前國(guó)際上較為先進(jìn)的采用桁桿拖網(wǎng)進(jìn)行的連續(xù)捕撈方式和泵吸式捕撈方式的研究也應(yīng)當(dāng)成為我們的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

但相較于其他國(guó)家，我國(guó)對(duì)南極磷蝦拖網(wǎng)研究起步晚，有關(guān)技術(shù)落后。結(jié)合我國(guó)相關(guān)研究水平以及南極磷蝦漁業(yè)面臨困境，我們迫切需要更多的漁業(yè)工作者投入南極磷蝦漁業(yè)領(lǐng)域研究，為我國(guó)極地漁業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。