通过小型探鱼无人船探测大型围网养殖区大黄鱼的分布特性

为了明确大黄鱼在大型围网养殖区内的分布规律,本实验通过集成、构建具备大黄鱼探测以及水温、盐度、光照、pH、溶解氧等海洋环境探测功能的小型探鱼无人船,并在浙江省舟山市桃花岛大黄鱼围网养殖基地内开展了6次现场监测试验。实验结果表明,①在水平分布方面,大黄鱼主要分布在大型围网养殖区内礁石丰富且水流相对较缓的区域;②在垂直分布方面,大黄鱼主要分布在加权相对深度0.6~0.9的养殖海区中下层;③围网养殖海区内温度、盐度、pH、溶解氧等海洋环境条件整体变化较小（p>0.05）,大黄鱼往往分布在光照强度分别为5921±2702lx、50799±50988x、5990±542lx、3494±695lx、6836±4761lx、15395±5531lx相对较弱的区域。本实验首次通过小型探鱼无人船系统地研究了围网养殖区内大黄鱼的分布特性及相应的海洋环境对其分布的影响,结果为大黄鱼围网养殖区的操作平台选址、投喂管理、起网设计等提供了依据。     

波流作用下围网养殖工程的桩柱结构受力分析

桩柱结构广泛应用在大型围网养殖工程中,其主体结构的安全与稳定关系到围网养殖的成败。该研究以舟山桃花岛海域双排桩柱式围网养殖工程结构(Prestressed High-intensity Concrete (PHC)桩,桩径0.6 m,极限弯矩0.246 MN·m)为例,采用地基反力法中的常数法,将海床土体简化为若干个相互独立的弹簧,分析不同水流速度、波高、水深、埋深以及波流联合条件下桩柱结构的力学特性。结果表明:桩柱结构最大位移在结构顶面且随流速、波高、水深的增加而增大,随桩柱结构埋深的增加而减小;弯矩零点上下两侧正、负弯矩均沿水深方向先增大后减小,呈现镜像的"S"形,桩柱最大弯矩在海床面以下2 m范围内且随流速、波高和水深的增加而增大,随桩柱结构埋深增加而减小;单纯流速为0.8、1.0、1.2、1.5 m/s条件下,该养殖结构安全稳定,当波高大于5 m或波高3 m、流速1.0 m/s时,桩柱结构将发生破坏;根据该研究结果,桃花岛海域围网养殖工程桩柱埋深应不小于17 m,海床面以上桩柱结构露出高度与海床埋深之比以小于0.8为宜。研究结果可为类似桩柱式围网养殖工程设计和建造提供参考。     

舟山近海海域养殖水体悬浮物沉降特性试验研究

了解海水中悬浮物颗粒的静沉降特性,对于海水工厂化养殖的水源处理具有重要指导意义。该研究以舟山长峙岛海域为例,通过2019年7-9月进行的静沉降试验,分析总结水体中悬浮物浓度和粒径分布随时间的变化规律,采用斯托克斯沉速公式和重复深度吸管法计算悬浮物颗粒的沉降速率。结果表明:1)在悬浮物静沉降特性试验中,沉降装置直径的小幅度变化对沉降结果的影响基本可以忽略;2)舟山近海海域表层海水悬浮物的粒径分布属于粉砂范畴,很难通过静沉降的方式完全除去;3)沉降初期,以大颗粒悬浮物沉降为主,沉降速率大;沉降中后期,以小颗粒悬浮物絮凝沉降为主,沉降速率小;4)通过重复深度吸管法计算得到舟山近海海域悬浮物沉降速率范围为0.001～0.01cm/s,并通过非线性拟合,得到悬浮物平均沉降速率与悬浮物浓度之间的Logistic曲线关系。研究结果可以为舟山近海海域工厂化水产养殖用水悬浮物去除提供数据支撑。     

养殖密度对圆形循环水养殖池自清洗能力的影响

循环水养殖具有养殖密度大、环境污染低、经济效益高的优点，是重要的水产养殖模式。然而，如何快速高效地排出养殖池内的残饵粪便等污物，降低其对水质的影响是循环水养殖模式中面临的首要问题。该研究采用物理试验研究鱼类养殖密度对圆形循环水养殖池的水动力特性及污物运动汇集的影响，揭示不同流量驱动下养殖密度与养殖池自清洗能力的响应关系。结果表明：提高鱼类养殖密度会降低养殖池内整体流场的平均流速v_avg，衰减幅度在0.05 m/s（25％）以内，并提高水中阻力系数C_t；鱼类游动引起的湍流能够导致池内污物再悬浮，有助于污物排出；集污时间同时受到养殖密度和流量的影响，9.8 L/min进水流量下集污时间都在5 min以内；进水流量为6.54 L/min时，养殖密度从0提高到6.2 kg/m³，湍流强度提高2.4倍，集污时间减少了40 min以上。因此，设计循环水养殖系统时需要综合考虑进水流量和预期养殖密度对养殖池自清洗性能的综合影响。研究结果可为圆形循环水养殖池的设计和日常管理提供参考。     

采用机器视觉和傅里叶频谱特征的循环水养殖鱼类摄食状态判别

为精准判别工厂化循环水养殖池中鱼类摄食行为动态,实现精准投喂,该研究提出一种基于傅里叶频谱特征提取并通过支持向量机分类的鱼类摄食行为判断方法。首先,对采集到的工厂化循环水养殖池中鱼群的摄食影像作水花前景提取,并从空域转化至频域;然后,在频域内构建环形滤波器,通过频谱滤波确定特征向量提取范围(更明显表征图像灰度变化剧烈程度的频谱区域),并提取区间内幅值,以此表征鱼类摄食欲望的强弱,从而可以实现鱼类摄食行为的判断。统计每一区间所得幅值样本之和并以此构建特征向量集,并将所得特征向量训练支持向量机。结果表明,该研究所提出的方法在工厂化养殖鱼类摄食行为判断方面具有很好的效果,判断准确率可达99.24%,研究结果能以极高准确率判断鱼类摄食行为,为指导精确投喂提供科学依据。     

水车式增氧机驱动下方形圆切角养殖池集污水动力试验

为探究水车式增氧机驱动下方形圆切角养殖池内污物汇集规律与流场分布特性，该研究通过物理模型试验研究了水车式增氧机在不同布设角度θ（θ为叶轮轴线与养殖池中线组成的锐角）、布设距离比d/a（d为叶轮轴线中点与最近池壁之间的距离，a为池壁边长）以及驱动流速v对方形圆切角养殖池内污物汇集与流场特性的影响。试验通过相机采集池底污物分布图像、声学多普勒流速仪测量养殖池内流场分布，利用MATLAB软件处理分析污物图像以及流速数据。结果表明：在池内形成有效水平环流是污物向池心汇集的首要条件，但水车式增氧机布设角度、布设距离比和驱动流速都影响池内有效环流的形成；在水车式增氧机靠近池壁布设工况下，其与池壁的夹角设置为70°时，集污效果最优；在水车式增氧机远离池壁布设工况下，其与池壁的夹角设置为45°时，集污效果最优，随着布设距离比的增加，中心集污效果增强，但是圆切角周边出现集污死角；水车式增氧机驱动流速影响养殖池内污物汇集，而且只有在水车式增氧机布设距离比和布设角度都合适的工况下，增加驱动流速，才能增强污物汇集效果。研究结果可为方形圆切角养殖池内水车式增氧机的布设方式提供参考与依据。