論文：一種單點(diǎn)系泊式抗風(fēng)浪養(yǎng)殖船的設(shè)計(jì)

一種單點(diǎn)系泊式抗風(fēng)浪養(yǎng)殖船的設(shè)計(jì)

胡汝剛，朱鳳儀，杜訓(xùn)柏

（江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211170）

近年來，隨著人們生活水平的提升，對(duì)高端海產(chǎn)品的需求越來越旺盛，而長期以來的過度捕撈難以為繼，每年花費(fèi)數(shù)百億元進(jìn)口海產(chǎn)品，造成了大量的儲(chǔ)備外流。為此，國家已啟動(dòng)海洋牧場(chǎng)發(fā)展規(guī)劃研究，為海洋生態(tài)建設(shè)和發(fā)展指明方向。我國海岸線漫長，海洋資源豐富，而廣闊的深海區(qū)域，海洋養(yǎng)殖尚未開發(fā)，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

1 海洋養(yǎng)殖裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前我國海洋養(yǎng)殖主要在近海進(jìn)行。近海水流慢，污染不易擴(kuò)散，水質(zhì)差，難以開展高品質(zhì)魚類養(yǎng)殖，且場(chǎng)地已基本飽和。2015年國務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，明確提出在近海劃定限制養(yǎng)殖區(qū)，將海水養(yǎng)殖面積控制在220萬hm2左右，大力推進(jìn)生態(tài)健康養(yǎng)殖。因此，海洋養(yǎng)殖業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展需要向深海拓展。

我國深海養(yǎng)殖自二十世紀(jì)初從國外引入了幾套養(yǎng)殖裝置開始，經(jīng)過多年發(fā)展，取得很大進(jìn)步，發(fā)展出了多種類型的網(wǎng)箱。常見的類型有浮式網(wǎng)箱、沉式網(wǎng)箱、升降式網(wǎng)箱，一般適用于20 m水深以內(nèi)，常年風(fēng)浪較小的海域。浮式網(wǎng)箱主要在水面進(jìn)行養(yǎng)殖。該類網(wǎng)箱操作和維護(hù)如清洗、投喂等都十分方便，且易于觀察網(wǎng)箱養(yǎng)殖情況，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低。但該類網(wǎng)箱漂浮于水面，風(fēng)浪直接作用于網(wǎng)箱框架，抗風(fēng)浪能力較差，對(duì)網(wǎng)箱及框架材料的強(qiáng)度要求都很高。沉式網(wǎng)箱主要處在水面以下一定深度的水層，呈半封閉狀態(tài)，在上部留有投餌網(wǎng)口，網(wǎng)箱內(nèi)的水體積不變，在風(fēng)浪襲擊時(shí)不易受損。當(dāng)操作需要時(shí)，網(wǎng)箱可以升至水面以上。該種網(wǎng)箱養(yǎng)殖可用于暖水性魚類越冬或冷水性魚類度夏。由于該類網(wǎng)箱處于水下，不直接經(jīng)受風(fēng)浪作用，網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求比浮式網(wǎng)箱低，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，造價(jià)相對(duì)較低，但在操作、管理、觀察和維護(hù)不便，對(duì)操作的要求較高。升降式網(wǎng)箱主要在開放海域的水面進(jìn)行養(yǎng)殖作業(yè)。當(dāng)大風(fēng)浪來臨時(shí)，可采用人工注水或充氣等方法調(diào)節(jié)網(wǎng)箱所處水層，使網(wǎng)箱沉到水下一定深度，以躲避臺(tái)風(fēng)急浪的襲擊。大風(fēng)急流過后，網(wǎng)箱可被控制浮至水面。升降式網(wǎng)箱作為一種高技術(shù)養(yǎng)殖裝備，具有抵御強(qiáng)風(fēng)暴襲擊和躲避赤潮災(zāi)害的性能。但其不足之處為網(wǎng)箱的上下沉浮調(diào)整增加了網(wǎng)箱的操作復(fù)雜性和設(shè)計(jì)加工難度，造價(jià)相對(duì)也較高。

國外養(yǎng)殖在以上幾類網(wǎng)箱日趨完善的基礎(chǔ)上，近年來，開發(fā)了多種類型的養(yǎng)殖裝備，正在向大型化，智能化方向發(fā)展，如挪威某漁業(yè)公司2016年在我國訂制的超大型桁架結(jié)構(gòu)養(yǎng)殖網(wǎng)箱，實(shí)現(xiàn)了水溫水質(zhì)監(jiān)測(cè)，喂養(yǎng)，捕撈，監(jiān)控等養(yǎng)殖過程的自動(dòng)化和智能化。

2 問題的提出

在深海進(jìn)行養(yǎng)殖，海洋環(huán)境的影響是選擇網(wǎng)箱類型的關(guān)鍵性因素，養(yǎng)殖作業(yè)的便捷性是影響?zhàn)B殖成本與收益的關(guān)鍵性因素。常見的漂浮在水面的養(yǎng)殖裝置，其抗風(fēng)浪性能差，遠(yuǎn)離海岸，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，要經(jīng)常派船去喂養(yǎng)和維護(hù)，遇大風(fēng)浪無法躲避，收成無法保障；常見的下沉式網(wǎng)箱，抗風(fēng)浪能力大大提升，但也無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，也要經(jīng)常派船去維護(hù)，遇大風(fēng)浪時(shí)，人工操作上下沉浮十分不便。

在深海養(yǎng)殖必需要兼顧養(yǎng)殖裝備的安全性和養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益，歸納深海養(yǎng)殖的特點(diǎn)，養(yǎng)殖裝備必須滿足以下幾個(gè)條件：①養(yǎng)殖裝備要能夠固定在某一區(qū)域，能夠抵抗較大的風(fēng)浪，并且在大風(fēng)浪來臨時(shí)，能夠躲避，以防止網(wǎng)箱破壞，魚類逃走；②養(yǎng)殖裝備的專業(yè)化和集成化程度要高，便于養(yǎng)殖作業(yè)；③要便于維護(hù)和管理，具備較大的設(shè)備安裝和倉儲(chǔ)空間，盡量減少派船去遠(yuǎn)海補(bǔ)給的頻次；④結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，養(yǎng)殖消耗盡可能少，以減少投資和維護(hù)費(fèi)用。

3 方案設(shè)計(jì)

依據(jù)深海海洋環(huán)境和養(yǎng)殖作業(yè)的要求，借鑒船舶與海洋工程應(yīng)用和國內(nèi)外深水養(yǎng)殖技術(shù)的案例，設(shè)計(jì)了一種能夠滿足深海養(yǎng)殖需求的船舶。設(shè)計(jì)效果如圖1所示。①該養(yǎng)殖船借鑒深海采油裝備FPSO(浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船)相關(guān)技術(shù)，采用單點(diǎn)系泊技術(shù)，一是固定船體于某一海域，二是使船體能夠隨風(fēng)浪變化圍繞系泊裝置自由旋轉(zhuǎn)，始終使船舶處于最佳受力狀態(tài)。②借鑒多體船布置方案，設(shè)計(jì)了船首與多道方形浮筒組成的主船體框架，將上層建造后置。該船體框架高度相對(duì)較低，整個(gè)船體重心貼近于水面，穩(wěn)性極好，采用多體設(shè)計(jì)，抗搖性能優(yōu)良，在浮筒內(nèi)每隔一段距離設(shè)置水密艙壁，提高船體的抗沉性。③浮筒組成的框架空間是巨大的養(yǎng)殖區(qū)域，浮筒上部為通道，可安裝設(shè)備和供人行走，便于養(yǎng)殖觀察；利用養(yǎng)殖船上較大的空間設(shè)置風(fēng)力、太陽能發(fā)電裝置，可在遠(yuǎn)海實(shí)現(xiàn)部分能源自給。④養(yǎng)殖船是一個(gè)綜合性的平臺(tái)，設(shè)計(jì)了供少量養(yǎng)殖和維護(hù)人員居住空間，提供了安裝各種養(yǎng)殖裝備所需的場(chǎng)所，提供大空間倉庫供儲(chǔ)存餌料和其他必須物品。⑤在首部與系泊桿的連接處設(shè)置了活性連接裝置，在大風(fēng)浪來臨前，可解除連接，將養(yǎng)殖船脫離危險(xiǎn)區(qū)域。

圖1 設(shè)計(jì)圖

遠(yuǎn)離海岸的深海區(qū)域水質(zhì)優(yōu)良，浮游生物多，適合一些高品質(zhì)海產(chǎn)品的養(yǎng)殖。該養(yǎng)殖船適用于水深較深，臺(tái)風(fēng)非主要路徑的黃海、渤海等廣大海域。船體結(jié)構(gòu)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、用鋼量少、易于建造、投資成本少、使用壽命長、抗搖、抗沉性能好、生存能力強(qiáng)的特點(diǎn)。船體上部空間大，能夠儲(chǔ)存長期養(yǎng)殖所需的飼料，可安裝風(fēng)能太陽能發(fā)電裝置和其他自動(dòng)化養(yǎng)殖設(shè)備，框架結(jié)構(gòu)隔離多個(gè)養(yǎng)殖區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)多樣化養(yǎng)殖需要，且該養(yǎng)殖船無動(dòng)力系統(tǒng)，無需專業(yè)水手，養(yǎng)殖維護(hù)便捷。