CC BY
187
Известия ТИНРО
2012 Том 170
ПРОМРЫБОЛОВСТВО
УДК 639.2.081.117 О.Н. Кручинин, И.В. Волвенко, В.А. Сафронов*
Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр, 690091, г. Владивосток, пер. Шевченко, 4
РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИИ ДОННЫХ ТРАЛОВ ПО ИХ ПРОЕКТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
Приведена методика расчета геометрических параметров донного трала по проектным характеристикам его сетной оболочки, выбранным из раскроечных чертежей. Сравнение расчетных параметров с результатами фактических измерений, сделанных приборами контроля орудий лова фирмы «Scanmar» при испытании трала 25,3/21,4 м, показали, что погрешность вычислений при стабильном режиме работы траловой системы не превышает 10 %. Это является вполне приемлемым при решении практических задач, в частности — при определении облавливаемых площадей для количественной оценки биоресурсов. Приведены примеры ошибок или отсутствия необходимой информации в траловых карточках, ведущие к неоднозначности в интерпретации результатов донных траловых съемок. Для более точного расчета геометрии трала предложено включать в рейсовое задание регистрацию дополнительной информации о составных частях траловой системы.
Ключевые слова: геометрия донной траловой системы, приборы контроля орудий лова, вертикальное и горизонтальное раскрытие трала, количественная оценка биоресурсов.
Kruchinin O.N., Volvenko I.V., Safronov V.A. Calculation of the bottom trawls geometry by their design parameters // Izv. TINRO. — 2012. — Vol. 170. — P. 241-255.
New method is presented to calculate geometric parameters of bottom trawl on the basement of design dimensions for its net cloth in pattern drawings. The calculated parameters are compared with the actual measurements of the 25.3/21.4 m trawl in the process of fishing made by the control gear device Scanmar. The error of the calculation does not exceed 10 % for a stable regime of the trawling, that is quite acceptable for practical tasks, as the evaluation of harvested area for quantitative assessment of bioresources. Examples of incorrect information on the trawl parameters in the trawl cards or lack of this information are presented, which cause ambiguities in interpreting the bottom trawl survey results. For more accurate calculation of the trawl geometry, some additional information on the trawl system is recommended for mandatory description in survey programs.
Key words: trawl geometry, bottom trawl, control gear device, trawl opening, quantitative assessment of biological resources.
* Кручинин Олег Николаевич, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: [email protected]; Волвенко Игорь Валентинович, доктор биологических наук, заведующий лабораторией, e-mail: [email protected]; Сафронов Владимир Анатольевич, аспирант, e-mail: [email protected].
Kruchinin Oleg N, D.Sc., leading researcher, e-mail: [email protected]; Volvenko Igor V., D.Sc., head of laboratory, e-mail: [email protected]; Safronov Vladimir A., post-graduate student, e-mail: [email protected].
Одной из задач, возникающих в процессе эксплуатации траловой системы, особенно при использовании ее для количественной оценки биоресурсов, является определение зоны облова — обловленной площади или процеженного через трал объема воды. Для этого нужно знать геометрические параметры трала, которые являются переменными величинами, зависящими от формы, размеров, материала, веса, гидродинамического сопротивления и распорных сил составных частей траловой системы (Баранов, 1947, 1969; Кондратьев, 1964; Дверник, 1973; Розенштейн, 1976, 2000; Фридман, 1981; Габрюк и др., 1982, 2005, 2008, 2010; Бойцов, Астафьев, 1983; Габрюк, 1984, 1988; Бойцов и др., 1985; Розенштейн, Недоступ, 1997; Недоступ, 1999; Габрюк, Кулагин, 2000).
В идеале при проведении учетных съемок траловая система должна быть оснащена приборами для измерения вертикального и горизонтального раскрытия устья, расстояний между крыльями трала или траловыми досками. На самом деле сейчас многие (а в недавнем прошлом — все) траулеры лишены необходимого для этого оборудования. В лучшем случае, на верхней подборе имеется прибор, который фиксирует глубину хода трала и его вертикальное раскрытие. При этом горизонтальное раскрытие с приемлемыми погрешностями (около 10-20 %) можно вычислить по эмпирическим зависимостям, связывающим силовые и геометрические характеристики траловых систем (Волвенко, 1998, 2005; Недоступ, 2011). Для этого нужна дополнительная информация: технические характеристики подбор, ваеров, кабелей, досок, данные о глубине, скорости траления, длине ваеров и др. К сожалению, такая информация зачастую тоже отсутствует.
А можно ли при отсутствии вышеперечисленных сведений, необходимых для расчетов гидродинамического сопротивления и распорных сил составных частей траловой системы, хоть приблизительно оценить геометрические параметры тралов? Например, по чертежу трала и данным о его вертикальном раскрытии вычислить горизонтальное раскрытие устья и расстояние между концами крыльев, какова будет точность таких оценок?
Дать ответы на эти вопросы — цель статьи. Ее актуальность в первую очередь определяется проблемой сопоставимости современных оценок обилия гидробионтов с архивными данными, собранными в те годы, когда в траловых карточках и рейсовых отчетах почти не было информации о траловой системе и режимах тралений. Например, в архивах и базах данных ТИНРО-центра сейчас хранятся сведения об уловах, полученных на десятках тысяч донных траловых станций в 1970-2010-х гг. (Kulik, Volvenko, 2011). Только дополнив эти ретроспективные материалы правдоподобными оценками обловленных в каждом случае зон, мы получим возможность корректного анализа многолетних рядов наблюдений за динамикой биоресурсов, а, следовательно, и основания для аргументированного прогнозирования будущего состояния сырьевой базы рыболовства.
Для этого нами последовательно решались следующие задачи: 1) обоснование методики расчета горизонтального раскрытия и прочих геометрических параметров донных тралов по их проектным характеристикам при известном вертикальном раскрытии устья; 2) сбор информации для таких расчетов с чертежей тех тралов, которые чаще других использовались в учетных съемках ТИНРО в различные годы; 3) верификация предложенной методики путем сравнения расчетных величин с фактическими данными инструментальных измерений; 4) сопоставление расчетных величин с архивными материалами донных траловых съемок для поиска ошибок, искажающих многолетние ряды мониторинга состояния водных биоресурсов.
Материалы и методы
Принятые допущения и обозначения
При разработке методики нами сделаны следующие допущения: 1) вертикальные сечения сетной оболочки трала представляются в форме эллипса; 2) отношение
размеров осей эллипса постоянно в любом вертикальном сечении; 3) периметр устья трала в процессе траления остается неизменным. Первое из этих допущений широко распространено в теории и практике промышленного рыболовства (Баранов, 1947, 1969; Войниканис-Мирский, 1983; Розенштейн, 2000; Недоступ, 2009, 2011). Второе и третье допущения соблюдаются, по-видимому, в случае правильной оснастки трала и при более-менее стабильном режиме траления (с постоянной скоростью, без зацепов трала за дно, без забивания трала илом или травой).
Понимая, что идеальных тралений в практике лова встречается не так уж много, мы, однако, вынуждены принять все три допущения, так как более конкретная информация о режиме траления и соответствующей форме трала, как правило, неизвестна. Степень правдоподобности сделанных допущений далее можно будет оценить при сравнении расчетных величин с данными фактических измерений, сделанных при технических испытаниях тралов.
Методику расчета поясняет схема на рис. 1, где изображен донный трал в двух проекциях: вид сбоку и вид сверху. Римскими цифрами на ней обозначены плоскости сечения: I — по гужу верхней подборы, II — по гужу нижней подборы, III — по месту присоединения мешка.
Английскими буквами обозначены: hвn — вертикальное раскрытие устья трала в сечении I, м; h — вертикальное раскрытие трала в сечении II, м; hмеш — вертикальное раскрытие мешка трала в сечении III, м; Ь — длина топенанта от конца крыла до сечения I, м; Ь2 — длина топенанта от сечения I до сечения II, м; Ьъ — длина топенанта от сечения II до сечения III, м; Ьске — длина сквера, м; Вр — расстояние между концами крыльев трала, м; В— горизонтальное раскрытие устья трала в сечении I, м; Вн — горизонтальное раскрытие трала в сечении II, м; Вмеш — горизонтальное раскрытие мешка трала в сечении III, м. Греческими буквами обозначены углы: а — угол атаки сетной оболочки трала в вертикальной плоскости, град; в — угол атаки сетной оболочки трала в горизонтальной плоскости, град.
Сущность методики заключается в том, что из раскроечного чертежа трала находим периметр эллипсовидного сечения I. Далее по заданному значению вертикального раскрытия he определяем горизонтальное раскрытие В. По известному отношению h /В находим h , В в эллипсовидном сечении III и горизонтальный угол
в. п в. п мешу меш А ^
Рис. 1. Схема к расчету горизонтального раскрытия донного трала Fig. 1. Scheme to calculation of the bottom trawl horizontal opening
атаки р. По известной длине топенанта Ь и углу атаки в определяем искомое горизонтальное раскрытие Вк . При необходимости определяем также параметры hнnи Внп эллипсовидного сечения II.
Алгоритмы расчета
1. Из раскроечного чертежа трала определяем Ь Ь2, Ь3 и находим периметры сечений как сумму размеров верхней, нижней и боковых пластей:
Р (яч) 2С^^яч(в.пл)а’яч(в.пл)и 2(в.пл) ^яч(н.пл')аяч(н.пл')и2(н.пл')) 4^яч(бок.пл)аяч(бок.пл)и 2(бок.пл)'> (1)
где N , , N , , N ,, . — количество ячей по периметру сечения в верхней, ниж-
яч(в.плу яч(н.пл) яч(6ок.пл) 11^ 17
ней и боковых пластях без учета ячей, забираемых в шов; а . , а . , а ,г , — шаг
'} *■ ’ яч(в.плу яч(н.пл) яч(оок.пл)
ячей в верхней, нижней и боковых пластях, м; и2(ет), и2(нял), и2(^б.окпл) — коэффициенты посадки верхней, нижней и боковых пластей по периметру сечения.
2. Находим горизонтальное раскрытие устья трала в сечении I:
В = 2а , (2)
в.п в.п
где ав.п — большая полуось эллипса.
Согласно формуле Рамануджана (http://m.wikipedia.org/wiki/эллипс) периметр эллипса приблизительно равен р « п[з(а + Ь) (За + Ь)(а + ЗЬ)], где а и Ь — его большая
и малая полуоси.
Эта формула достаточно точна: при соотношении полуосей а/Ь от 1 до 1000 относительная погрешность вычисления не превышает 0,40 %, а от 1 до 30 — 0,23 %. Решив данное уравнение относительно а, находим:
+ Р) - 20п2Ь2 - \кЪ + ЗР (3)
УІЗ Р (АлЪ
6п
где Р = Р(1) ; а = В /2; Ь = h /2.
' / яч^ в.п ’ в.п
3. Находим отношение размеров осей эллипса, которое принимаем постоянным в любом вертикальном сечении:
X = h /В = Ь/а. (4)
в.п в.п
4. Находим горизонтальное и вертикальное раскрытие мешка трала в сечении III:
В = 2 а ...
меш меш /С\
к = 2 Ъ ’
меш меш
где а , Ь — большая и малая полуоси эллипса в сечении III, которые находим из
меш7 меш 7 А
известного уравнения периметра эллипса (Бронштейн, Семендяев, 1986):
Р »^|_1.5(а + Ь) -л[аЬ ], (6)
где а = В /2; Ь = h /2 = ха.
меш меш
Сделав необходимые преобразования с учетом формулы (4), получим решение уравнения (6) в виде
Р
а
(7)
п(1.5 + %-л[х)
5. Находим угол атаки сетной оболочки трала в горизонтальной плоскости:
Р = агат [(В&п - ВмеШ)/2(Ь3 + Ь2)]. (8)
6. Находим расстояние между крыльями трала:
В = В + 2Ц 8тр. (9)
кр в.п 1 • 4 '
7. Находим угол атаки сетной оболочки трала в вертикальной плоскости:
Ь - И
а = аг^
ма
крытие трала в сечении II:
(10)
(Ьъ + Ь2) сое р
8. Положив с весьма малой погрешностью Ьске ~ Ь находим вертикальное рас-
h ~ h - sina. (11)
н.п в.п 2 4 '
9. Находим горизонтальное раскрытие трала в сечении II:
В = h С (12)
н.п н.п
Более упрощенный алгоритм расчетов получается при допущении, что сечение мешка (сечение III на рис. 1) представляет собой окружность с диаметром dмeш. Тогда угол атаки сетной оболочки трала в горизонтальной плоскости находим из соотношения (рис. 1, вид сверху):
- (в - й ) - (В - й ) - (В - й )
^ \ кр. МЄШ ! п \ в.п. МЄШ Г п \ н.п. меш г
— = ът/З, (13)
+ L2 + L3 L2 + L3 L
откуда следует:
B«.
b„„ = в.
Ї L3 + L2 + Z, ^
V LT> + ^2 J
ґ L ^
V Z3 + L2
d L,
_____меш 1 ; (14)
L3 + V
^меш^2 (15)
L3 + L2
Угол атаки сетной оболочки трала в вертикальной плоскости находим из соотношения (рис. 1, вид сбоку)
к — ё к — ё „
= %а, (16)
меш _____________ н.п. меш
(Z3 + Z2) cose L^cosfi
откуда находим:
к _ ^e.n.L, + dMemL2 (17)
Lb + L2 .
Угол а можно найти, не вычисляя угол в, если для расчета расстояния между сечениями I и III воспользоваться теоремой Пифагора. Тогда:
h - d
a = arctg , меш . (18)
j(Z3 + Z2)2 - (
Учитывая малое отношение диаметра сечения мешка к суммарной длине топенанта, получаем весьма малую разницу в результатах вычисления угла а по формулам (10) и (16) и угла в — по формулам (8) и (13). Поэтому в приблизительных расчетах геометрии трала вполне правомерно использование алгоритма формул (13)—(18).
Вышеприведенные расчетные алгоритмы реализованы в программе Microsoft© Office Excel.
Источники данных для расчетов и их проверки
Все нужные для расчетов технические параметры почти 50 видов донных тралов (табл. 1) получены из чертежей, любезно предоставленных нам специалистами фабрики орудий лова ООО «Приморснастьсервис». Необходимо отметить, что согласно правилу нумерации тралов первая цифра должна означать длину верхней подборы без голых концов, а вторая — периметр устья трала в условной посадке 0,5. Зачастую это правило не соблюдено в чертежах, поэтому в табл. 1 в столбце «Номер трала по ГОСТу» приведены правильные обозначения тралов, которые будем использовать в дальнейшем.
Материалами для проверки методики послужили результаты наших экспериментальных работ по исследованию геометрии донной траловой системы (Мизюркин и др., 2010, 2011; Кручинин и др., 2011а, б), полученные в 2009-2010 гг. с применением гидроакустической аппаратуры «Scanmar». В комплект этой аппаратуры входили датчики измерения вертикального и горизонтального раскрытия трала и датчики расстояния между распорными досками. Датчик вертикального раскрытия устья трала крепился на верхней подборе, датчики горизонтального раскрытия — на крыльях трала, а датчики расстояния между траловыми досками располагались в защитных металлических кожухах, приваренных к траловым доскам.
Таблица 1
Технические параметры донных тралов, часто использовавшихся для учетных съемок
ТИНРО в различные годы, м
Table 1
Technical parameters of the bottom trawls used often by Pacific Fish. Res. Center (TINRO) for quantitative assessment of biological resources in different times (all dimensions in meters)
Название трала по чертежу Номер трала но ГОСТу Число пластей Длина подборы P яч L! L2 L3 d
верхней нижней
23,2 (мод) 25,3/21,4 2 25,3 30,7 19,42 9,70 2,25 16,30 1,04
23,2/21,2 23,2/21,2 2 23,2 28,2 19,42 10,40 2,40 12,60 1,18
23,2 23,2/21,4 2 23,2 28,2 19,61 10,80 2,30 12,55 1,31
24,6/38,4 24,6/29,4 2 24,6 41,8 30,56 10,70 9,00 14,80 2,33
27,1 (яч 70 мм) 27,1/25,3 2 27,1 31,9 21,57 12,60 2,20 14,20 1,35
27,1 (с клин) 27,1/29,8 4 27,1 31,9 29,21 12,60 2,20 14,20 1,29
27,1/24,4 (яч 80 мм) 27,1/25,3 2 27,1 31,9 20,99 12,70 2,10 14,20 1,35
27,1/24,7 (яч 70 мм) 27,1/25,3 2 27,1 31,9 21,57 12,60 2,20 14,20 1,35
27,1/25,3 (яч 150 мм) 27,1/25,4 2 27,1 31,9 21,51 10,90 2,40 15,30 2,29
27,1/33,7 (с клин) 27,1/30,5 4 27,1 31,9 31,78 12,60 2,40 11,20 2,85
28/25,8 28,0/25,1 2 28,0 44,8 32,79 11,80 8,50 10,00 2,28
28/37,4 (б/сквера) 28,0/39,8 2 28,0 28,0 30,66 11,00 0,00 20,80 2,89
31 (2-пл) 28,0/25,0 2 28,0 44,8 32,87 12,00 8,40 16,60 1,20
31/25 28,0/25,0 2 28,0 44,8 33,13 12,00 8,40 10,10 2,28
32,5 (с клин) 32,5/46,8 4 32,5 33,7 38,20 15,10 0,70 30,10 1,02
32,5 (б/клина) 32,5/29,9 2 32,5 33,7 24,38 15,10 0,70 30,10 1,01
33,6(4-пл) 33,6/60,0 4 33,6 45,6 53,29 13,70 12,00 24,20 3,16
35/37 35,0/38,4 2 35,0 45,6 37,75 14,40 5,70 15,90 3,06
35,0/41,3 35,0/39,7 2 35,0 45,6 37,40 15,80 6,40 24,30 1,99
35,0/61,0 35,0/66,0 2 35,0 41,8 63,70 16,00 3,40 38,40 1,12
40/36,3 40,0/17,6 2 40,0 77,5 34,19 16,80 18,20 9,50 1,08
41,0 (2-пл) 41,0/44,9 2 41,0 45,0 40,11 15,80 2,90 14,60 3,27
41,0/42,3 41,0/44,8 2 41,0 45,0 40,19 15,80 2,90 14,60 3,06
42,0 42,0/32,3 2 42,0 52,2 32,61 18,00 4,00 21,00 2,08
43,0/37,3 30,6/39,2 2 30,6 48,8 39,96 12,00 9,30 20,30 2,37
44,8 (ВБТРФ) 44,8/53,6 2 44,8 56,5 48,47 21,50 2,30 29,20 2,54
45,0 (с клин) 44,5/44,2 4 44,5 56,5 49,92 22,00 3,90 24,50 1,23
45,0/34 (кревет) 45,0/32,4 2 45,0 55,4 35,76 19,70 7,80 29,10 1,33
45,0/56,0 (без скв) 45,0/60,8 2 45,0 45,0 46,87 20,70 0,00 26,70 1,32
45,6/42 45,4/43,8 2 45,4 65,2 47,35 19,20 10,50 21,40 2,41
47,0 (4-пл) 35,0/38,4 4 51,6 61,2 54,25 19,20 7,20 18,90 3,75
48,6/37,2 (4-пл) 48,6/44,8 4 48,6 63,8 57,62 19,80 10,30 18,60 3,21
49,4/32,1 (4-пл) 47,4/40,5 4 47,4 62,0 43,18 18,90 7,50 19,20 2,50
49,2/47,3 (японский) 49,2/46,9 2 49,2 60,0 47,19 18,90 6,70 31,40 1,64
50,8/37,7 50,8/40,2 2 50,8 65,8 31,20 22,70 8,80 18,70 2,47
53,0 (4-пл) 53,0/44,3 4 53,0 61,9 43,34 24,90 3,80 29,10 1,16
59,0/40,3 61,6/43,0 2 61,6 68,9 44,94 25,80 5,90 24,00 3,47
63,4/41,3 (японский) 63,4/41,3 2 63,4 76,0 39,00 27,70 5,80 42,90 1,77
64,8 64,8/46,1 2 64,8 88,6 50,52 28,00 7,50 20,20 2,79
69,0/48(1) 67,0/49,6 2 67,0 85,0 61,31 30,00 9,00 27,90 3,62
69,0/48(2) 67,0/49,6 2 67,0 85,0 59,87 30,00 9,00 29,60 2,97
59,0/40,3 61,6/43,0 2 61,6 68,9 44,94 25,80 5,90 24,00 3,47
70/71,6 70,0/77,6 2 70,0 75,0 64,84 27,80 3,70 33,60 2,54
70/56,0 70,0/24,0 2 70,0 123,4 58,42 30,00 29,00 14,00 3,29
77/59 77,0/46,7 2 77,0 118,8 63,88 32,50 20,00 21,00 4,24
76,2/46 76,2/54,9 2 76,2 102,0 56,18 32,50 15,00 32,40 3,00
99,2 (4-пл) 97,2/63,0 4 97,2 119,0 64,68 45,60 11,00 33,20 2,86
Архивная информация о записанных в траловые карточки значениях вертикального и горизонтального раскрытия донных тралов, использовавшихся в учетных съемках ТИНРО, взята из базы данных “Морская биология” (номер регистрации в Государственном регистре баз данных 0220006765, Регистрационное свидетельство № 6394 от 01.08.2000 г.).
Результаты и их обсуждение
Проверка методики расчета
Очевидным преимуществом предлагаемой методики является ее простота, а недостатком — приблизительность результатов расчетов. Последнее — «расплата» за вынужденное упрощение реальности. Во-первых, каждое из трех принятых нами допущений, возможно, не полностью соответствует действительности. Во-вторых, для простоты вычислений мы использовали формулы приблизительного расчета параметров эллипса. Не является ли совокупное упрощение чрезмерным — вопрос, ответ на который может дать только практика.
Практическая проверка вышеизложенной методики сделана на примере модифицированного донного трала 23,2 м (25,3/21,4 м), проектные характеристики которого, взятые из раскроечного чертежа, приведены в табл. 2. По ним мы рассчитали горизонтальные раскрытия трала для вертикальных раскрытий, ранее зафиксированных с помощью аппаратуры «Scanmar» при испытании этого трала. В результате этих испытаний было набрано около 130 пар значений вертикального раскрытия устья трала и расстояния между крыльями (т.е. горизонтального раскрытия трала) при различной длине кабелей.
Таблица 2
Проектные характеристики донного трала 25,3/21,4 м
Table 2
Design parameters of the bottom trawl 25.3/21.4 m
Параметр Сечение I Сечение II Сечение III
N , , яч(в.пл) 400 356 86
N н , яч(н.пл) 400 356 86
N ш , яч(шов) 4 4 4
аячГв.плР м 0,03 0,03 0,03
аяч(н.плР м 0,03 0,03 0,03
и2(в.пл) 0,41 0,43 0,44
и2(н.пл) 0,41 0,43 0,44
Р , м яч7 19,4 18,3 4,3
Lj, м 9,7
L2, м 2,25
L3, м 16,3
Сравнение расчетных и экспериментальных значений показано на рис. 2. Данные на рис. 2 демонстрируют довольно широкий разброс экспериментальных значений, что объясняется, по-видимому, различиями в режимах тралений. Характер изменения расчетных значений подчиняется логике процесса: при увеличении вертикального раскрытия горизонтальное — уменьшается, так как периметр устья трала остается неизменным.
Различие экспериментальных и расчетных значений на рис. 2 указывает на некоторую погрешность расчета, которую можно определить из выражения
8 = 100%
В - В
эксп р
(19)
Рис. 2. Экспериментальные и расчетные значения горизонтального раскрытия донного трала 25,3/21,4 м Fig. 2. Measured and calculated values of the bottom trawl 25.3/21.4 m horizontal opening
где В и В — экспериментальные и расчетные значения горизонтального раскрытия
эксп расч * * * гг
трала.
По формуле (19) нашли значения погрешностей для различных экспериментальных значений горизонтального раскрытия трала (рис. 3). Из данных рис. 3 видно, что величина погрешности непостоянна: наименьшие ее значения (менее 10 %) приходятся на диапазон горизонтального раскрытия от 12 до 15 м.
Более детальный анализ встречаемости экспериментальных значений горизонтального раскрытия трала и соответствующих им погрешностей расчета приведен на рис. 4.
Гистограммы на рис. 4 показывают, что погрешность расчета менее 10 % действительно приходится на диапазон горизонтального раскрытия от 12 до 15 м, который суммарно составляет около 80 % встречаемости. Этот диапазон, по-видимому, характеризует наиболее стабильный режим работы модифицированного донного трала 23,2 м. Подтверждением этому могут служить расшифровки записей параметров тралений (рис. 5), где по оси абсцисс отсчитывается время траления, мин, а по оси ординат —
Рис. 3. Погрешность расчета для различных значений горизонтального раскрытия донного трала 25,3/21,4 м Fig. 3. Calculation errors for different horizontal opening of the bottom trawl 25.3/21.4 m
Рис. 4. Встречаемость значений горизонтального раскрытия донного трала 25,3/21,4 м и соответствующих им погрешностей расчета Fig. 4. Frequency of certain values of horizontal opening for the bottom trawl 25.3/21.4 m and corresponding calculation errors
P
Ф
T
О
(U
a.
.0
H sP
O o'*
О
X
3
Ф
a.
10
12
14
16
Горизонтальное раскрытие, м
си
н
ф
У
о
си
а
о
о
X
3
ф
а
в ш
9-Ю 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 Горизонтальное раскрытие, м
ф
о
X
.0
ц
пз
h
X
о
м
S
а.
о
2
Ф S
н
3 а * о си а
Вертикальное раскрытие, м
Рис. 5. Расшифровка записей аппаратуры «Scanmar» при экспериментальных работах с донным тралом 25,3/21,4 м
Fig. 5. Decoding of the control device Scanmar records in experiment with the bottom trawl 25.3/21.4 m
геометрические параметры траловой системы (черные квадраты
— расстояние между досками, м; светлые треугольники — горизонтальное раскрытие трала, м).
На графиках (рис. 5) видно, что при стабильной работе досок горизонтальное раскрытие трала составляет около 13-14 м. При зацепах доски резко сходятся (рис. 5, а, б) и горизонтальное раскрытие уменьшается до 10-11 м. То же самое происходит, когда доски сходятся постепенно за счет повышения сопротивления траловой оболочки в процессе наполнения трала гидробионтами, илом и травой (рис. 5, в, г).
Отметим, что приведенные на рис. 5 записи сделаны при различной длине кабелей. В этой связи представляет интерес анализ погрешностей вычисления горизонтального раскрытия трала при различной длине кабелей.
Значения погрешностей, рассчитанные для средних значений вертикального раскрытия трала при различной длине кабелей, представлены на рис. 6.
Анализируя график на рис. 6, можно сделать вывод, что погрешность при отсутствии кабелей наибольшая (9 %), затем практически постоянная (около 7 %) и снижается при длине кабелей 100 м (около 4 %). Отсюда можно сделать вывод о наименьшем искажении формы траловой оболочки при увеличении длины кабелей.
Таким образом, проведенный анализ показал работоспособность методики расчета горизонтального раскрытия донного трала по его проектным характеристикам. Погрешность вычислений при стабильном режиме работы траловой системы не превышает 10 %, что является вполне приемлемым для решения практических задач, в частности, связанных с ретроспективным анализом донных траловых съемок.
10
15
20
10
15
20
10
15
Рис. 6. Погрешность расчета горизонтального раскрытия донного трала 25,3/2і,4 м при различной длине кабелей
Fig. 6. Calculation errors for horizontal opening of the bottom trawl 25.3/2L4 m in cases with certain length of the cables
Кроме того, результаты проверки подтверждают правдоподобность принятых нами теоретических допущений: донный трал в процессе работы принимает форму, близкую к проектной (см. рис. і), при этом сечения его сетной оболочки представляются в форме эллипса, а периметр устья трала меняется незначительно.
Выполненную проверку, разумеется, следует повторить на примерах других тралов. Вместе с тем нужно проанализировать зависимость погрешности расчета от других параметров тралений: скорости, глубины, длины ваеров. Это — задача дальнейших исследований и тема следующих публикаций.
Примеры расчета горизонтального раскрытия тралов, использовавшихся в донных съемках ТИНРО
На основе вышеизложенной методики по заданным значениям вертикального раскрытия проведен расчет геометрических параметров тралов, использовавшихся в донных траловых съемках ТИНРО с і977 по 20 і 0 г., и найдены зависимости расстояния между концами крыльев от вертикального раскрытия устья трала в виде аппроксимации полиномами второй степени: y = ax2 + bx + с с достоверностью R2 не ниже 0,999.
Для иллюстрации данных расчета и аппроксимации выбрали два трала 35,0/4і,3 м и 69,0/48,0 м, частота использования которых в съемках составила соответственно 2799 раз и 2455 раз. Оба трала — четырехпластные, их проектные характеристики, взятые из чертежей, приведены в табл. 3.
Таблица 3
Проектные характеристики донных тралов 35,0/4і,3 и 69,0/48,0 м
Table 3
Design parameters of the bottom trawls 35.0/4L3 m and 69.0/48.0 m
Характеристика Тралы
35,0/4і,3 69,0/48,0
L , м в.п 35,0 67,0
L , м н.п 45,6 85,0
P , м в.п 37,4 6і,3
P , м н.п 30,і 38,2
L , м і5,8 30,0
L2, м 6,4 9,0
L3, м 24,3 27,9
L , м топ 46,5 66,9
P , м мет7 6,3 іі,4
Пример расчета расстояния между концами крыльев и их аппроксимаций приведен в табл. 4, где выделены возможные значения вертикального раскрытия и расстояния между крыльями, которые находили из условия, что отношение Вр/Ь. п изменяется в пределах 0,45-0,65 (Коротков, 1998; Габрюк, Кулагин, 2000).
Расчетные и аппроксимированные значения горизонтального раскрытия донных тралов 35,0/41,3 и 69,0/48,0 м
Table 4
Calculated values of horizontal opening of the bottom trawls 35.0/41.3 m and 69.0/48.0 m and its values approximated from actual measurements
h в.п В кр В /L кр в.п Коэффициент Аппрокси- мация Погрешность, %
Трал 35,0/41,3
1 27,2 0,78 27,2 0,0
2 26,8 0,77 а -0,0533 26,8 0,0
3 26,3 0,75 b -0,2459 26,3 0,0
4 25,7 0,73 с 27,489 25,7 0,1
5 24,9 0,71 24,9 0,0
6 24,1 0,69 24,1 0,1
7 23,1 0,66 23,2 0,1
8 22,1 0,63 22,1 0,1
9 20,9 0,60 21,0 0,0
10 19,7 0,56 19,7 0,0
11 18,4 0,52 18,3 0,1
12 16,9 0,48 16,9 0,2
13 15,3 0,44 15,3 0,1
Трал 69,0/48,0
1 52,6 0,79 52,6 0,1
3 51,8 0,77 а -0,0401 51,7 0,1
5 50,6 0,76 b -0,2714 50,6 0,1
7 49,0 0,73 с 52,92 49,1 0,1
9 47,1 0,70 47,2 0,2
11 45,0 0,67 45,1 0,3
13 42,5 0,63 42,6 0,3
15 39,8 0,59 39,8 0,2
17 36,7 0,55 36,7 0,0
18 35,1 0,52 35,0 0,1
19 33,4 0,50 33,3 0,2
20 31,5 0,47 31,5 0,3
21 29,6 0,44 29,5 0,3
22 27,6 0,41 27,5 0,3
23 25,5 0,38 25,5 0,1
Данные табл. 4 показывают, что возможные значения вертикального и горизонтального раскрытия, во-первых, находятся в довольно широком диапазоне, во-вторых, существенно различаются для этих двух типов тралов. Видно также, что найденные аппроксимации весьма точны, погрешность для большинства значений составляет менее 0,3 %, что дает возможность применения их в дальнейших расчетах.
Сравнение расчетных данных с данными учетных съемок
Анализ расчетных данных и сравнение их с информацией в карточках составили отдельную трудоемкую и творческую работу, направленную на выяснение вопросов:
— что на самом деле представляет собой трал, зафиксированный в карточке (например, под номиналом 27,1 или 35,0);
— из каких соображений проставлялись в карточках те или иные значения вертикального и горизонтального раскрытия трала;
— по какому горизонтальному раскрытию (устья трала или между крыльями) считали обловленную зону, плотность скоплений и запас.
Для сравнительного анализа использовали данные тех же двух тралов 35,0/41,3 и 69,0/48,0 м. Вертикальные и горизонтальные раскрытия этих тралов, взятые из карточек (экспериментальные данные), и горизонтальные раскрытия в сечениях по крыльям, по верхней и нижней подборам, рассчитанные по формулам (1)—(12), приведены в табл. 5, где жирным шрифтом отмечены расчетные значения горизонтального раскрытия, приблизительно совпадающие с таковыми, выбранными из траловых карточек.
Если отбросить предположение (весьма, кстати, правдоподобное) о массовых ошибках при оценке и записи наблюдателями геометрических параметров тралов, то анализ условно совпадающих значений в табл. 5 указывает на возможную неоднозначность в регистрации данных траловых станций. В одних случаях, по-видимому, зафиксировано горизонтальное раскрытие по крыльям, в других — по верхней или нижней подборам. Где именно и какое — можно только гадать. Такие данные должны быть пересчитаны по единой методике, иначе возникают очевидные трудности в сравнении результатов учетных съемок, проведенных различными судами в разные годы. Проиллюстрируем это следующим примером. Судя по данным траловых карточек (табл. 5), горизонтальное раскрытие одного и того же трала в разные годы принималось различным: порой оно варьировало в 3, 4 раза и более. Допустим, в ходе стандартной донной траловой съемки, выполненной по стандартной методике на акватории площадью 20 тыс. км2, средний улов некоторого промыслового объекта составил 50 кг на траление при облавливаемой за 1 траление площади 0,20 км2. В таком случае относительное обилие этого объекта будет оцениваться в 50,0/0,20 = 250 кг/км2, а абсолютный запас — в 250 • 20000 = 5 тыс. т. Допустим, что в другой год аналогичная съемка тем же тралом показала в точности тот же результат, однако при его интерпретации почему-то было решено, что горизонтальное раскрытие трала вчетверо меньше. Тогда в среднем облавливаемая за траление площадь составит 0,05 км2, относительное обилие — 50,0/0,05 = 1000 кг/км2, абсолютное — 1000 • 20000 = 20 тыс. т. Таким образом, четырехкратная разница в горизонтальном раскрытии трала дала различие плотности гидробионтов в 750 кг/км2 и дополнительные 15 тыс. т биоресурса, возникшие «из ниоткуда».
Другая проблема, с которой мы столкнулись при анализе данных траловых карточек, — это нумерация тралов. Например, трал с длиной верхней подборы 35 м имеет несколько модификаций и может быть двух- и четырехпластным. От этого существенно зависят параметры, по которым рассчитывается его горизонтальное раскрытие. Поэтому если в карточке обозначен трал 35 м, то непонятно, из какого чертежа выбирать проектные характеристики для расчета. Для исключения подобных неоднозначностей необходимо обязательно включать в рейсовый отчет чертеж трала, используемого в съемке.
В общем случае, как отмечалось выше (см. введение), для расчета геометрических параметров тралов необходима информация о материале, весе, гидродинамическом сопротивлении и распорной силе составных частей траловой системы. Для этого предлагаем включать в рейсовое задание регистрацию следующей дополнительной информации.
1. Чертеж трала и мешка, используемого в съемке, с обязательным указанием загрузки по нижней подборе (тип и количество загрузки) и плавучести (тип и количество кухтылей) по верхней подборе. Если были изменения в конструкции трала, то подробно указать — какие.
2. Количество, диаметр и длина кабелей (по возможности — ГОСТ).
3. Тип, размеры и вес траловой доски (по возможности — чертеж или фотографию доски).
4. Строительный угол атаки траловой доски (координаты крепления ваера и кабелей на траловой доске).
5. Диаметр и длина ваеров (по возможности — ГОСТ).
Эти данные позволят рассчитывать геометрию траловой системы по существующим в настоящее время методикам (Баранов, 1969; Стрекалова, 1980; Розенштейн,
Таблица 5
Экспериментальные и расчетные значения геометрических параметров донных тралов
35,0/41,3 и 69,0/48,0 м
Table 5
Experimental and calculated values of geometric parameters of the bottom trawls 35.0/41.3 m
and 69.0/48.0 m
Судно Год Экспериментальные данные Расчетные данные
Верт. раскр. Гориз. раскр. В кр В в.п В н.п
Трал 35,0/41,3
СРТМ «М. Бабушкина» 1992 7 16 23 16 13
10 40 20 14 11
СРТМ «Шурша» 1990 22 12 Ошибка в трал. карточке
1995 9 17 21 14 11
СРТМ «Пермское» 1987 9 17 21 14 11
СТМ «П. Кагановский» 1989 9 22 21 14 11
1998 8 16 22 15 12
1999 6 21 24 17 13
СРТМ «Ленск» 1987 9 17 21 14 11
СРТМ «Горный» 1990 12 24 17 12 9
12 22 17 12 9
СТМ «П. Леванидов» 1989 7 30 23 16 13
СРТМ «Антия» 1990 7 22 23 16 13
СРТМ «Тимашевск» 1989 8 20 22 15 12
Трал 69,0/48,0
БМРТ «Дарвин» 1989 8 28 48 28 16
РТМС «Новоульяновск» 1990 7 18 49 29 17
1991 50 26,4 Ошибка в трал. карточке
БМРТ «М. Юноны» 1992 10 24 46 27 15
РТМС «Гиссар» 1987 10 50 46 27 15
СТМ «П. Кагановский» 1996 12 18 44 26 14
15 25 40 24 12
1997 10 30 46 27 15
СТМ «П. Кизеветтер» 2001 15 30 40 24 12
42 70 Ошибка в трал. карточке
2005 8 35 48 28 16
9 40 47 28 16
10 40 46 27 15
8 28 48 28 16
9 28 47 28 16
8 30 48 28 16
2007 6 20 50 29 17
БМРТ «Гневный» 1987 60 75 Ошибка в трал. карточке
СТМ «П. Леванидов» 2000 7 25 49 29 17
2001 5 40 51 30 18
2004 6 24 50 29 17
2005 11 20 45 26 15
7 23 49 29 17
СТМ «ТИНРО» 1998 6 41 50 29 17
5 41 51 30 18
2000; Недоступ, 2009, 2011), основанным на взаимозависимости геометрических и силовых параметров трала.
Заключение
Таким образом, в результате проведенного исследования разработана методика определения геометрических параметров донного трала при известном периметре эллипсовидного сечения сетной оболочки трала, вертикальном раскрытии трала и длине крыльев. Погрешность вычислений по методике не превышает по абсолютной величине 10 %, что является вполне приемлемым для решения практических задач, связанных с ретроспективным анализом учетных донных траловых съемок.
В результате расчетов горизонтального раскрытия тралов, использовавшихся в донных траловых съемках, выявлена неоднозначность регистрации данных в траловых карточках. Поэтому с целью совершенствования методов расчета геометрии траловой системы, предложено включать в рейсовое задание сбор и регистрацию дополнительной информации о составных частях траловой системы.
Список литературы
Баранов Ф.И. Вертикальное раскрытие трала // Рыб. хоз-во. — 1947. — № 2. — С. 25-28.
Баранов Ф.И. Избранные труды Т. 1. Техника промышленного рыболовства : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1969. — 720 с.
Бойцов А.Н., Астафьев С.Э. Оснастка входного устья разноглубинного трала // Поведение рыб и орудия лова. — Владивосток : ТИНРО, 1983. — С. 27-32.
Бойцов А.Н., Астафьев С.Э., Абалтусов С.М. Пространственное положение траловой системы // Обоснование орудий промышленного рыболовства. — Владивосток : ТИНРО, 1985.
— С. 43-47.
Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. — М. : Наука, 1986. — 544 с.
Войниканис-Мирский В.Н. Техника промышленного рыболовства : монография. — М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1983. — 488 с.
Волвенко И.В. Материал и методика // Атлас количественного распределения нектона в северо-западной части Тихого океана. — М. : Национальные рыбные ресурсы, 2005. — С. 9-20.
Волвенко И.В. Проблемы количественной оценки обилия рыб по данным траловых съемок // Изв. ТИНРО. — 1998. — Т. 124. — С. 473-500.
Габрюк В.И. Методы увязки параметров рыбных стай, трала и судна : монография. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 1984. — 139 с.
Габрюк В.И. Параметры разноглубинных тралов : монография. — М. : Агропромиздат, 1988. — 214 с.
Габрюк В.И., Бойцов А.Н., Шевченко А.И. Определение оптимальных параметров оснастки разноглубинного трала // Физические раздражители в технике рыболовства. — Владивосток : ТИНРО, 1982. — С. 102-111.
Габрюк В.И., Кулагин В.Д. Механика орудий рыболовства и АРМ промысловика : монография. — М. : Колос, 2000. — 416 с.
Габрюк В.И., Осипов Е.В., Габрюк А.В., Чернецов В.В. Механика траловой рыболовной системы : монография. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2005. — 117 с.
Габрюк В.И., Чернецов В.В., Бойцов А.Н. Основы моделирования рыболовных систем : монография. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2008. — 560 с.
Габрюк В.И., Чернецов В.В., Бойцов А.Н. Проектирование ярусных, ловушечных и траловых рыболовных систем : монография. — Владивосток : Дальрыбвтуз, 2010. — 412 с.
Дверник А.В. Влияние материала траловой сети на ее гидродинамическое сопротивление // Рыб. хоз-во. — 1973. — № 1. — С. 55-57.
Кондратьев В.П. О факторах, влияющих на горизонтальное раскрытие тралов // Тр. КТИРПХ. — 1964. — Вып. 17. — С. 106-113.
Коротков В.К. Реакция рыб на трал, технология их лова : монография. — Калининград : СКЭБ АО «МАРИНПО», 1998. — 398 с.
Кручинин О.Н., Мизюркин М.А., Сафронов В.А. Способ определения коэффициентов уловистости донного трала // Изв. ТИНРО. — 2011а. — Т. 164. — С. 374-383.
Кручинин О.Н., Мизюркин М.А., Сафронов В.А., Захаров Е.А. Геометрические параметры, натяжение ваеров и уловы донного трала в зависимости от угла атаки траловых досок //
Тр. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 125-летию Ф.И. Баранова. — Калининград : КГТУ 20116. — С. 267-275.
Мизюркин М.А., Кручинин О.Н., Сафронов В.А. и др. Геометрические параметры, натяжение ваеров и уловы донного трала при различной длине кабелей // Изв. ТИНРО. — 2011.
— Т. 164. — С. 360-373.
Мизюркин М.А., Кручинин О.Н., Сеславинский В.И. и др. Геометрия и уловистость донного трала в зависимости от длины кабелей // Тр. Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 85-летию А.Л. Фридмана. — Калининград : КГТУ, 2010. — С. 54-63.
Недоступ А.А. Исследование гидродинамического коэффициента сопротивления тралов : дис. канд. техн. наук. — Калининград : КГТУ, 1999. — 194 с.
Недоступ А.А. Метод расчета силовых и геометрических характеристик разноглубинных тралов // Изв. ТИНРО. — 2009. — Т. 157. — С. 229-246.
Недоступ А.А. Метод расчета силовых и геометрических характеристик донных тралов // Изв. ТИНРО. — 2011. — Т. 164. — С. 348-359.
Розенштейн М.М. Механика орудий рыболовства : монография. — Калининград, 2000.
— 363 с.
Розенштейн М.М. Расчет элементов глубоководной траловой системы : монография. — М. : Пищ. пром-сть, 1976. — 196 с.
Розенштейн М.М., Недоступ А.А. Метод расчета коэффициента сопротивления сетной части трала // Рыб. хоз-во. — 1997. — № 4. — С. 47-48.
Стрекалова В.Н. Определение внешних сил, обеспечивающих симметричную форму орудия лова // Тр. КТИРПХ. — 1980. — Вып. 89. — С. 50-57.
Фридман А.Л. Теория и проектирование орудий промышленного рыболовства : монография. — М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1981. — 328 с.
Kulik V.V., Volvenko I.V. North Pacific database of pelagic and bottom trawl surveys from Russian EEZ applicable to Ecosystem Based Management // Mechanisms of Marine Ecosystem Reorganization in the North Pacific Ocean : PICES annual meeting abstracts. — PICES, 2011. — P. 118.
Поступила в редакцию 20.06.12 г.
