Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проблем технологии промысла лосося ставными неводами и постановка задач исследования 9
1.1. Историческая справка 9
1.2. Анализ поведения лососей 19
1.2.1. Особенности поведения лососей 19
1.2.2. Оборонительно-пищевое поведение (ОПП) системы триотрофа лососей 25
1.3. Анализ конструкций ставных неводов, способов монтажа и технологии промысла 31
1.3.1. Анализ основных элементов ставных неводов 31
1.3.2. Анализ конструкций ставных неводов 40
1.3.3. Анализ способов монтажа ставных неводов 49
1.3.4. Анализ технологии промысла ставными неводами 53
1.4. Анализ причин аварий ставных неводов 61
1.5. Анализ методик расчёта ставных неводов 64
1.6. Постановка задач исследования 68
2. Расчёт элементов крыла ставного невода 71
2.1. Выбор элементов крыла ставного невода 71
2.2. Расчет сетной части крыла невода 73
2.3. Расчет якорных оттяжек 81
2.4. Расчет характеристик якоря 84
2.5. Расчет загрузки крыла невода 86
2.6. Расчет оснастки верхней подборы плавучестью 87
2.7. Расчет параметров остропки и оснастки крыла 88
3. Экспериментальные исследования 93
3.1. Экспериментальные исследование держащей силы якорей 93
3.2. Экспериментальное исследование поведения лососей с помощью светотрасс 100
3.3. Экспериментальные исследования уловистости двухзаходных неводов 104
4. Предложения по совершенствованию технологии промысла лосося ставными неводами 108
4.1. Двухзаходная конструкция ставного невода 111
4.2. Способ установки ставных неводов на якорях с подъякорниками 115
4.3. Усовершенствованная технология промысла ставными неводами 119
Выводы 125
Список использованной литературы 128
Приложения 138
Приложения А. Листинг программа расчёта характеристик якорных линей ставных неводов 139
Приложение Б. Патенты 145
Приложение В. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки 152
Приложение Г. Акты внедрения 154
- Оборонительно-пищевое поведение (ОПП) системы триотрофа лососей
- Анализ технологии промысла ставными неводами
- Экспериментальные исследование держащей силы якорей
- Усовершенствованная технология промысла ставными неводами
Введение к работе
Актуальность темы. Ставной неводной лов имеет большое промысловое значение в экономике Дальнего Востока. С его помощью добывается 90 % лосося и 100 % нерестовой сельди, значительная доля которой составляет экспортную продукцию.
В отечественном рыболовстве используются конструкции ставных неводов с устаревшей технологией постановки, переборки и выливки улова. До последнего времени одной из значимых проблем ставного промысла - штормо-устойчивости - уделялось мало внимания. Так, в путину 2004 г. свыше 100 неводов, установленных на западной Камчатке, были разрушены тайфуном. Рыбная промышленность понесла значительные убытки.
В последние годы эта проблема приобретает особую актуальность в связи с прогнозами больших подходов лососей.
Разработке методов расчета и оптимизации параметров ставных неводов посвящены работы Ф.И. Баранова, Н.Н. Андреева, А.И. Трещева, А.Ф. Лексут-кина, B.C. Калиновского, В.Н. Войниканиса-Мирского, Е.Е. Шапунова, В.Ф. Канина, Е.Д. Каракоцкого, В.В. Гулина, В.А. Ионаса, В.А. Маркина, В.М. Ха-лилова, М.Н. Коваленко, О.М. Лапшина, А.А. Недоступа, М. Tauti, М. Nomura и других авторов.
Цели работы. Совершенствование технологии промысла лососей ставными неводами и разработка конструкции ставного невода, способа установки, а также методики расчета и оптимизации характеристик ставных неводов с учётом поведения лососей.
Достижению намеченных целей подчинено решение следующих задач:
исследовать эффективность промысла лососей ставными неводами;
изучить поведение кеты и горбуши в зоне действия ставного невода;
выполнить анализ конструкций ставных неводов, способов монтажа и технологии промысла;
проанализировать методики расчёта ставных неводов;
провести анализ аварий ставных неводов;
разработать методику расчёта элементов ставных неводов (якоря, оттяжек, буев, крыла);
~ разработать методику расчёта крыльев ставных неводов, как при отсутствии течений, так и при их наличии;
определить экспериментально коэффициенты держащей силы различных типов якорей;
разработать ставной невод для промысла лососей;
разработать более надёжный способ установки ставных неводов;
усовершенствовать современную технологию промысла лососей ставными неводами.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Совершенствование методики конструирования ставных неводов:
-
расчёт оттяжек для крепления неводов;
-
расчёт характеристик крыльев неводов;
1.3. расчёт якорей с подъякорниками. 2. Совершенствование технологии эксплуатации ставных неводов:
-
методика установки;
-
методика переборки и вышивки улова;
-
методика использования светотрасс.
Научная новизна заключается в обосновании показателя эффективности промысла лосося ставными неводами:
-
определены видовые различия поведения лососей, на основе которых разработана новая конструкция ставного невода;
-
разработана усовершенствованная технология промысла ставными неводами и предложен впервые способ привлечения лососей с помощью света в ставной невод и отпугивания ластоногих;
-
разработан усовершенствованный способ установки ставных неводов, экспериментально определены коэффициенты держащей силы различных типов якорей и внедрён способ установки неводов на якорях с подъякорниками;
-
обоснованы параметры крыльев и разработана методика расчёта ставных неводов для промысла лососей, позволяющие определять характеристики ставных неводов и осуществлять их оптимизацию;
-
разработана методика расчёта основных элементов ставного невода: крыла, якорей, якорных оттяжек, буев.
Практическая значимость и реализация. Разработанное математическое и программное обеспечение ставного неводного промысла позволяет на стадии проектирования рассчитывать характеристики ставных неводов и находить их оптимальные значения.
Разработана усовершенствованная конструкция ставного невода (Пат. РФ № 2311025), внедрённая в ЗАО «Курильский рыбак» в 2006 г. и ООО «Береговое» в 2009 г. Разработана технология промысла ставными неводами (Пат. РФ № 47622, № 2311025), которая внедрена во многих рыболовных компаниях Камчатки. Разработан способ установки ставных неводов на однолапых якорях, который внедрён в ОАО РК «Моряк-Рыболов» на промысле кеты ставным неводом в зал. Ольга в 2005 г. и в ЗАО «Курильский рыбак» в зал. Курильском в 2007 г.
Учебное пособие «Технология промысла лососей на Дальнем Востоке», внедрено в учебный процесс Дальрыбвтуза и КамчатГТУ. Электронный вариант учебного пособия официально зарегистрирован в отраслевом фонде алгоритмов и программ.
Результаты исследований опубликованы в справочнике по прибрежному рыболовству и монографии «История техники рыболовства».
Личный вклад автора. Автору принадлежит разработка методики расчета характеристик ставных неводов, методики расчёта крыла ставного невода при отсутствии течения и при его наличии, методики проведения экспериментов в условиях промысла и определения коэффициентов держащей силы якорей различных типов. В работах, выполненных в соавторстве, автор принимал равное участие в постановке задач, их решении и анализе результатов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались автором на Международной научно-практической конференции «Рыбохозяйст-венное образование Камчатки в XXI веке» (Петропавловск-Камчатский, 2002); на Международной научно-технической конференции «Наука и обра-зование-2007» (Мурманск, 2007); на II съезде рыбаков (Владивосток, 2007); на Международной научной конференции «Исследования морового океана» (Владивосток, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, из них 2 патента; в изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 3 работы.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографического списка из 104 наименований и приложения, в котором приведены документы, подтверждающие внедрение результатов исследований. Содержит 21 таблицу, 45 рисунков.
Оборонительно-пищевое поведение (ОПП) системы триотрофа лососей
Взаимоотношения хищник - жертва характерны для всех звеньев пищевых цепей биосферы [51]. При этом каждое звено, кроме самых крайних, следует одновременно рассматривать как жертву для последующего звена и как хищника для предыдущего. Поведение каждого животного в природе обычно связано с поведением его кормовых организмов и в то же время с поведением охотящихся за ним хищников. Взаимные противоположно направленные контрадаптации хищника и его жертвы постоянно совершенствуются, как способы охоты, так и способы защиты, определяя тем самым доступность кормовых организмов для их потребителей. Результативность этих контрадаптаций оказывает решающее влияние на численность популяций как хищника, так и жертвы. Эта лабильность оборонительно-пищевого поведения у позвоночных обусловлена тем, что у них в данном случае главенствуют приобретаемые элементы поведения, наслаивающиеся на врожденные.
ОНИ каждого животного складывается из оборонительного и пищевого рефлексов, причем первый в естественных условиях действует всегда и сила его прямо пропорциональна степени опасности на данный момент, а второй действует не всегда и обратно пропорционален степени сытости животного. ОПП можно представить схематично в виде дроби О/П, где О - оборонительный рефлекс, П -пищевой рефлекс. Тогда О/П =1 - питание идет с осторожностью, О/П 1 - животное голодно (П 0), О/П 0 — питание прекращается (П 0).
Вышеизложенное проясняет картину ОПП лососей на фоне меняющихся условий их продвижения к берегам. Как уже отмечалось выше, вплоть до подхода к берегу, лососи продолжают питаться. Но вместе с тем подавляющее большинство особей, попавших в ставной невод, имеют пустые желудки, т.е. пищевой рефлекс прекращается (П 0). В этот период в системе триотрофа лососи выступают жертвой для многочисленных хищников: акул, белух, сивучей и тюленей. Большой ущерб рыболовству наносят нерпы, которые преграждают ход лососям к рекам. Необходимо отметить, что большой вред промыслу лососей наносит ларга в устье рек, где в период хода лососей, она образует лежбища (рис. 1.5,1.6).
По данным исследований, проведённых в конце 80-х г. XX в. [78], численность ларги на береговых лежбищах Сахалина оценивается в 10 тыс. голов, на Камчатке около 40 тыс. Нетрудно подсчитать, исходя из суточного потребления ларги в 9,0 кг [94], что за путину ими съедается рыбы приблизительно 5400 т на Сахалине и 21600 т - на Камчатке.
Из рис. 1.5, 1.6 видно, что наибольшее скопление ластоногих совпадают с местами установки ставных неводов (северо-восточное и юго-западное побережье Камчатки, заливы Терпения и Анива на Сахалине).
Эти животные хорошо освоились в районах установки ставных неводов, здесь им легче поймать рыбу. Нерпы гоняют стаи рыб идущих вдоль крыла, заплывают в невод и не столько съедают, сколько ранят рыбу.
По проведенным исследованиям на западном побережье Камчатки на реке Утка было установлено, что общая доля травмированных рыб составило 47 % [15]. При этом избирательность по полу в пользу самок превышала 80 %. К тому же только небольшое количество таких рыб имеет возможность, получив сильную травму, избежать гибели.
Погибшая рыба опускается на дно садков. Эта мертвая рыба затрудняет процесс переборки невода, и когда масса ее становится достаточно большой (несколько центнеров), то поднять дель вручную не представляется возможным. Эта ситуация, по наблюдением автора, приводит к аварии невода. Частої мы наблюдали, что при испуге нерпа, делая попытки покинуть невод и пройти через сетное полотно, приводят к порыву последнего. Ярко выраженный конфликт между ластоногими и рыбаками приводит к неконтролируемому отстрелу животных [88]. Автор был свидетелем убитых сивуча и ларги, которые лежали на берегу возле стоящего рядом ставного невода в путину 2009 г. в районе озера Невского (северо-восточное побережье зал. Терпения на Сахалине).
На основе данных [94] нами подсчитано [88], что запасы тюленей в российской экономической зоне составляют вместе с моржами около 2,1 млн. голов (353,8 тыс. т). По оценкам экспертов, только рыбы ими съедается около 3,3 млн. т, что на 1,0 млн. превышает промышленную добычу на Дальнем Востоке. В прошлом, вплоть до 1995 г. ежегодно добывалось около 50 тыс. голов всех видов тюленей. В настоящее время промышленный промысел (судовой) не ведётся. На протяжении последних 20 лет аэроучётов не проводилось, поэтому численность запасов проводится ориентировочно. Исходя из этого, доля аборигенного лова составляет не более 4 % от запаса. Так, добыча тюленей с моржами в 2008 г. рекомендовалась на уровне 2007 г., что составило 77,15 тыс. голов (8,30 тыс. т) [78].
При анализе поведения лососей в зоне действия ставного невода выявилось следующее:
1. В зависимости от определённых условий (рельеф дна возле берега, присутствие хищников, наличие физических раздражителей и др.) движение лососей относительно береговой черты может проходить на разном удалении;
2. Имеются видовые различия поведения лососей;
3. Поведение возле ставного невода и в ловушке можно рассматривать как нахождение рыб в ситуации новизны;
4. Мотивационное возбуждение лососей происходит как результат внутренних потребностей — движение на нерест, но мотивация может возникать под действием определённых раздражителей -; воздушно-пузырьковых завес, пневмо-излучателей, светотрасс. С помощью светотрассы удалось изменить характерное поведение, рыб;
5. Нерпы используют ловушку ставного невода для поимки лосося, тем самым наносят определённый вред промыслу, который приводит иногда к аварии невода.
Анализ технологии промысла ставными неводами
После постановки невода технология промысла состоит из следующих операций:
- переборки садков;
-подсушки садка-накопителя;
- выливки улова в прорезь;
- транспортировки прорези к судну-приемщику;
- перегруза рыбы из прорези на борт приемщика.
В целом инвариантность отдельных технологических операций показана на рис. 1.17. Одной из важных проблем является механизация основных процессов неводного лова [82]. Этот вид промысла отличает большая доля ручного труда; такие операции, как подготовка пикулей, постановка, монтаж и демонтаж механизировать не представляется возможным. Во многих случаях в отечественном рыболовстве преобладает ручная переборка садка, можно встретить выливку рыбы с помощью ручного каплера.
В отечественном рыболовстве многочисленные попытки механизировать переборку не были реализованы на практике [81,84]. Они не выходили за рамки экспериментальных работ [60,69]. Схема с пневмотрубой показана на рис. 1.18..
Японской фирмой Tokyo Awakume Co., LTD разработаны неводовы-борочные машины с гидравлическим приводом (S-l, S-2, S-3, S-3,8, S-4,5, S-5) с тяговым усилием от 1 до 15 кН (рис. 1.19, А). Две или три такие машины, установленные на шхуну, позволяют механизировать процесс переборки (рис. 1.19, Б, В).
Более сложный способ переборки ставных неводов разработан тоже в Японии фирмой Bridgestone в 1985-1987 гг. «Дзидо тэйтиами» (дословно «автоматический ставной невод») представляет собой систему воздушных шлангов, проложенных под садком (рис. 1.20, А). При заполнении шлангов воздухом они всплывают и подымают постепенно днище к поверхности (рис. 1.20, Б,В,Г), что позволяет сократить продолжительность переборки с 1 ч до 10-15 мин, численность, занятого на ней рыбаков с 15-20 до 1 чел. [18].
Современная технология промысла ставными неводами предусматривает транспортировку улова в прорезях. Как, правило, прорезь представляет собой несамоходное судно с вырезами в борту, за счет которых трюм прорези всегда наполнен водой (рис. 1.21). Когда производится выливка улова в прорезь, вода вытесняется рыбой. При предельной загрузке прорези рыба перевозится практически навалом (рис. 1.22).
При длительной транспортировке или задержке в перегрузке, рыба в прорези залегает и погибает, что ведет к снижению качества сырца. К тому же при транспортировке прорези и в порожнем и загруженном состоянии буксируют её лагом (борт о борт), что вызывает дополнительное сопротивление. Это ведет к значительным энергозатратам буксируемого судна.
На Сахалине и Курилах основным средством транспортировки улова служит деревянная прорезь («щелевик»), рассчитанная на заливку до 12-14 т рыбы (рис. 1.23). Заливают такую прорезь ручным каплёром, так как суда обслуживающие невода не имеют судовых стрел.
Существуют различные способы транспортировки улова, но все они сводятся к одной схеме - доставке улова от садка к приемному судну либо в трюме транспортного судна, либо в прорези.
Попытки разработать другие способы транспортировки улова не имели широкого внедрения. Так, на кафедре промышленного рыболовства ПКВМУ был разработан способ передачи улова с помощью сетных мешков. Капитан-директор А.А. Шкирев (Камчатка) усовершенствовал его, протянув между плавбазой и ставным неводом канатную дорогу [77].
В современных неводах применяется технология аккумулирования рыбы в садках, поэтому вводятся дополнительно садки-накопители, что увеличивает объем невода, снижая его штормоустойчивость.
Экспериментальные исследование держащей силы якорей
Для вооружения ставных неводов предлагается использовать однолапо-вые якоря, рис. 3.1. Для определения его держащей силы были проведены эксперименты [89]. В эксперименте использовался специальный стальной якорь (см. рис. 3.1) и подъякорник, выполненный из пакетированных грузов (сетные мешки с камнями). Измерения проводились с тралового бота, у которого тяга на швартовых составила 24 кН. Замеры натяжения каната производились динамометром (30 кН, максимальная погрешность 500 Н).
Методика проведения эксперимента
1. Взвешиваем динамометром подъякорник;
2. Выбираем оттяжку длиной 200 м (тогда угол а и 3, cos а «1,0);
3. На один конец оттяжки присоединяем якорь, на другой — динамометр, который закрепляем на борту судна;
4. На заданной глубине опускаем якорь в воду, вытравливаем линь;
5. Движемся на малом ходу, чтобы якорь зацепился за грунт;
6. Замеряем натяжение линя в тот момент, когда якорь отрывается от грунта;
7. В очередной раз, когда якорь хорошо зацепился за грунт, спускаем подъякорный груз. Груз спускаем при выбранном на 2/3 лине, чтобы он лег как можно ближе к якорю. Для этого линь натягивается на малом ходу судна, а груз по нему спускается с помощью дополнительного каната;
8. Измеряем натяжение каната, когда используется подъякорник.
Исходные данные для расчета кя:
- якорь — сталь, Мя = 50кг, Мпя=500 кг, kw = 0,87;
- подъякорник - камень, к = 0,6;
- коэффициент трения подъякорника / = 0,8 [19];
- глубина h = Юм;
- длина линя / = 200л ;
Данные динамометра показаны в таблице 3.1. В столбце 1 показания динамометра без подъякорника, в столбце 2-е подъякорником.
По этой методике нами в промысловых условиях были проведены экспериментальные работы по определению держащей силы двух типов якорей: стального и пикуля. Данные этих испытаний показаны в таблице 3.2.
На гистограмме показаны коэффициенты в относительных единицах На основе проведенных сравнительных испытаний различных типов якорей на различных грунтах и с подъякорными грузами установлено следующее:
1. Из якорей, применяемых для установки ставных неводов, наибольшей держащей силой обладают однолапые якоря, наименьшей - мешки с песком (пикули). Один якорь массой 100 кг имеет держащую силу 12 кН. Равнозначную держащую силу будет иметь пикулъ массой 1500 кг (20 мешков);
2. Установлено, что держащая сила пикулей резко уменьшается до 0 при перемещении его по грунту. При протаскивании стальных якорей этого не происходит. Держащая сила их изменяется скачками. При подрыве этих якорей держащая сила уменьшается приблизительно на 20-30 %, потом снова возрастает;
3. Держащая сила якоря зависит от типа грунта, для испытанного якоря она минимальна на песчаном грунте, максимальная - на илисто-песчанном;
4. Подъякорный груз позволяет увеличить держащую силу якоря на постоянную величину, равную держащей силе этого груза.
Усовершенствованная технология промысла ставными неводами
Традиционная технология промысла ставными неводами не позволяет переработать улов более 200-250 т в сутки с одного невода. В целях совершенствования промысла лосося ставными неводами автором разработана технология с помощью плавучего садка оригинальной конструкции (Пат. № 47622) [62]. Сравнительные характеристики прорези (см. рис. 1.21) и плавучего садка показаны в таблице 4.4.
Установка сетного полотна по внутреннему контуру металлического каркаса способствует свободному перемещению воды в садке, что обеспечивает постоянную ее смену и не создает лишнего сопротивления во время транспортировки.
Помимо этого садок выполняет две функции - накопитель и транспортное средство. Причем в силу того, что сетное полотно садка при транспортировке находится в воде до самой разгрузки, накопленная в садке рыба также концентрируется свободно в воде, это сохраняет ее живой и невредимой, что способствует сохранению товарного вида рыбы и, следовательно, увеличению улова.
К тому же, перелив улова в плавучий садок сохраняет целостность невода, в виду того, что рыбы в неводе практически нет (как только она появляется - автоматически переливается в плавучий садок). Это, во-первых, не создает аварийные ситуации с неводом во время шторма, во-вторых, не нарушается экология моря, так как нет испорченной рыбы, которую в известных случаях приходится выбрасывать в море.
На рис. 4.2 показан плавучий садок - общий вид.
Плавучий садок содержит каркас 5, выполненный в виде понтона, внутри которого установлено леерное ограждение 4, поддерживаемое стойками 2. К леєрному ограждению крепят сетное полотно 3. В кормовой части садка в сетном полотне 3, находящемся ниже кромки воды устанавливают усынок 1. В носовой и кормовой части садка устанавливают небольшие кнехты или рымы, предназначенные для его буксировки и швартовки.
Плавучий садок работает следующим образом. В процессе лова плавучий садок швартуют кормовой частью к садку невода, подгоняя его к усынку садка невода (рис 4.3). После окончательной швартовки усынок садка невода пропускают в усынок 1 плавучего садка и переливают улов в сетное полотно 3 плавучего садка. После завершения этого процесса усынок садка невода вынимают из усынка 1 плавучего садка, оба усынка затягивают удавками и плавучий садок буксируют транспортным средством к месту переработки рыбы. На его место швартуют другой плавучий садок, чем обеспечивают бесперебойность лова рыбы.
Таким образом, с помощью плавучего садка экономится время при перегрузке накопленного улова в транспортирующее средство. Нами был проведён хронометраж по двум технологиям: с прорезью и плавучим садком (табл. 4.5).
К тому же нет необходимости переливать рыбу из рабочего садка невода в садок-накопитель невода, а затем в транспортирующее средство, т.е. плавучий садок позволяет сразу из рабочего садка невода выбирать улов и в живом виде транспортировать к месту переработки, что значительно увеличивает качество добытой рыбы.
Кроме того, плавучий садок позволяет повысить штормоустойчивость невода в целом, т.к. невод имеет меньшие размеры (отсутствует садок-накопитель), а следовательно и меньшее сопротивление, а отсутствие накопленной рыбы в неводе обеспечивает его сохранность во время шторма.
Плавучий садок в этом случае буксируется в безопасное место или поднимается на борт рыболовного судна.
Таким образом, с помощью запатентованного плавучего садка принципиально изменяется технология промысла. Эта технология позволяет исключить промежуточные переливы рыбы из рабочего садка в садок-накопитель, уменьшить размеры неводов, повысить производительность перегруза рыбы и уменьшить аварийность неводов в целом. С помощью плавучего садка можно не только перегружать рыбу (до 50 т за один раз), но и использовать его как транспортное средство для установки невода и якорей, перевозки грузов и т.д. (рис. 4.4).
Похожие диссертации на Совершенствование конструкций ставных неводов и технологии промысла тихоокеанских лососей
