CC BY
1УДК 639.2.081
А.А. Недоступ, А.О. Ражев, П.В. Насенков
Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022 e-mail: nedostup@klgtu.ru
РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОННОГО ТРАЛОВОГО КОМПЛЕКСА С УЧЕТОМ КОМПЛЕКСНОГО ВЛИЯНИЯ АБИОТИЧЕСКИХ, БИОТИЧЕСКИХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
При разработке донных траловых систем всегда имеет место определенный список эксплуатационных требований, которым донные тралы должны удовлетворять. В общем случае список требований включает функциональные требования, т. е. перечень количественных показателей объекта лова, на который направлено действие донного трала, показателей особых условий промысла и ограничений, при которых выполняется лов, экологичности лова, затрат энергии, затрат на информацию, значение сил и т. п. Неучет тех или иных особенностей эксплуатации донной траловой системы, как правило, приводит к существенным недостаткам в деятельности систем и орудий лова. Донные тралы, как следствие, могут быть неэффективны в работе, и тем самым к ним могут предъявляться особые технические условия. Разработаны предпосылки создания моделей процессов эксплуатации донного тралового комплекса с учетом комплексного влияния абиотических, биотических и антропогенных факторов и воздействия человеческого фактора на системы управления тралового комплекса.
Ключевые слова: донный трал, абиотический фактор, биотический фактор, антропогенный фактор.
A.A. Nedostup, A.O. Raghev, P.V. Nasenkov
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022 e-mail: nedostup@klgtu.ru
MODELLING THE OPERATION PROCESSES OF A BOTTOM TRAWLING COMPLEX, TAKING INTO ACCOUNT THE COMPLEX INFLUENCE OF ABIOTIC, BIOTIC AND ANTHROPOGENIC FACTORS
When designing bottom trawl systems, there is always a specific list of operational requirements that bottom trawls must meet. In general, the list of requirements includes functional requirements, i.e. a list of quantitative indicators of the object of fishing, to which the action of the bottom trawl is directed, indicators of special fishing conditions and restrictions under which fishing is performed, ecology, energy, information, forces, etc. Failure to take into account certain features of the operation of the bottom trawl system, as a rule, leads to significant shortcomings in the operation of systems and fishing gear, as well as a decrease in the environmental friendliness of the fishery. Bottom trawls, as a result, may be inefficient in operation. The prerequisites for creating models of the processes of operation of the bottom trawl complex are developed, taking into account the complex influence of abiotic, biotic and anthropogenic factors, and the impact of the human factor on the control systems of the trawl complex.
Key words: bottom trawl, abiotic factor, biotic factor, anthropogenic factor.
Всемирный фонд дикой природы (WWF) убежден, что для снижения негативного воздействия донного траления на морскую экосистему как в пределах, так и за пределами ИЭЗ, необходимо: минимизировать воздействия тралов на донные экосистемы (проведение полноценной оценки воздействия на донные сообщества, организация закрытых для донных тралений акваторий, снижение количества траулеров); разработать и внедрить новые системы управления и регулирования морскими экосистемами [1]. В случае если применение донного трала осуществляется с учетом экосистемного подхода и отвечает критериям независимых систем сертификации, Всемирный фонд дикой природы (WWF) поддержит такой промысел. Общая политика мирового сообщества в области рыболовства предусматривает, что управление рыболовством
осуществляется с точки зрения экосистемы и учитывается воздействие донных траловых систем на окружающую среду. Следовательно, для рационального и эффективного управления траловым промыслом необходимо иметь возможность количественно измерять влияние донных тралов на бентос водоема [2-9]. На сегодняшний день большинство исследований и методологий оценки воздействия донных тралов на бентос различаются по типу и оснастке тралов. Чтобы правильно проектировать и эксплуатировать донные траловые системы с уменьшенным воздействием на бентос, необходимо учитывать их влияние на уровне отдельных элементов траловой системы (траловых досок, грунтропа и кабелей) и на уровне отдельных компонентов и типов отложений на дне водоема (глубине хода траловых досок, грунтропа и кабелей). В рамках нашего исследования будет проведена количественная и качественная оценка физического воздействия на уровне элементов донных траловых систем, используемых на промысле.
В частности, это будет:
- определение глубины, на которую элементы траловой системы (траловые доски, грун-троп и кабели) проникают в морское дно;
- разработка прогностических моделей физического воздействия элементов траловой системы (траловых досок, грунтропа и кабели);
- определение элементов траловой системы, оказывающих наибольшее воздействие на бентос;
- подготовка предложений для промысловиков о том, как модифицировать их донные тралы, чтобы уменьшить воздействие на бентос водоема.
Это позволит определить политику в области щадящего рыболовства и реализовать Стратегию развития рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации путем продвижения конкурентоспособного, экологически устойчивого и экономически выгодного рыболовства, внесет свой вклад в оценку показателей, касающихся физического воздействия донного тралового промысла, его влияния на среду обитания и целостность морского дна. Предполагается, что предложения по донному траловому промыслу будут использоваться для принятия решений в отношении разрешенной промысловой деятельности, что позволит рыбохозяйственному комплексу Российской Федерации подготовиться к будущим мерам управления и отреагировать на них, модифицировать свои донные тралы, разработать элементы донных траловых систем с меньшим воздействием на бентос водоема и соответствующим образом выбрать методы тралового промысла. Таким образом, обеспечивается постоянный доступ к рыболовным участкам и обеспечивается экологически устойчивая и экономически выгодная эксплуатация донных и придонных скоплений гидробионтов [10].
На рис. 1 изображена схема донной траловой системы.
При рассмотрении любой физической и биологической системы, а такими являются донные траловые системы и объекты лова как объекты исследования, целесообразно распределить все переменные, характеризующие систему или имеющие к ней какое-либо отношение, на три множества (рис. 2):
Осна-сш а е е{жн =й пес оср-ы [куктшт и)
Рис. 1. Схема донной траловой системы
1) входные переменные иг, ..., ит, характеризующие внешние воздействия на входы систем;
2) переменные состояния Х1, Хг, ..., Хп, - внутренние (промежуточные) переменные, совокупность которых полностью характеризует свойства системы;
3) выходные переменные У1, У г, ..., Уг, представляющие те реакции на внешние воздействия и те состояния системы, которые представляют интерес для исследователя.
и иг
Переменные состояния Х1, Хг, Хп
У1
->У1
ит
-* Уz
Рис. 2. Входные, переменные и выходные параметры системы
Рассмотрим абиотические, биотические и антропогенные факторы воздействия на системы управления тралового комплекса.
К абиотическим факторам относятся все влияющие на донную траловую систему параметры окружающей водно-воздушной среды и дна водоема: глубина места лова и связанное с ней давление воды; течение водных масс; сила ветра; волнение; температура воздуха и воды; наличие льда; соленость; прозрачность; характер и рельеф грунта и т. д. Абиотические факторы являются входными параметрами системы и (рис. 2). Входные воздействия и зависят от множества факторов окружающей водно-воздушной среды и дна водоема.
К биотическим факторам относятся все возможные влияния, которые испытывают промысловые гидробионты со стороны окружающих гидробионтов. Другими словами, влияние популяций рыб или других организмов на промысловый запас. Ограничения могут быть наложены на донный разовый промысел присутствием в районе морского зверя и птиц, присутствие в больших количествах молоди ценных пород рыб в распределенных стаях на дне водоема, а также наличие и распределение кормовых объектов. К данным факторам отнесем поведение рыб -комплекс условий, требующих от них определенного действия, чтобы выжить и сохранить потомство: скорость движения (бросковая, плавания); плотность скопления; распределение; реакция на раздражители; дальность видимости; миграции. На рис. 3 изображены представители донно-придонных слоев водоемов. Биотические факторы являются переменными параметрами системы X (рис. 2).
Рис. 3. Гидробионты: а - треска; б - пикша; в - камбала морская
Антропогенные факторы - это факторы, обусловленные воздействием человека на бентос водоема. Антропогенные факторы являются входными и переменными параметрами и и X (рис. 2). Контакт донных тралов с морским дном может привести к проникновению в грунт элементов донной траловой системы (траловых досок и грунтропа), боковому смещению бентоса и возникновению поля давления, передаваемого через бентос. Это также увеличивает суммарное сопротивление донных тралов. Следовательно, могут быть последствия для окружающей среды, а также воздействие на эффективность промысловых операций, что влияет на выбросы оксидов азота, оксидов серы и парниковых газов.
В ходе исследования проанализированы теоретические и опытные данные российских и зарубежных ученых по влиянию зарезания в грунт траловых досок и грунтропа донных тралов [4-26]. Обозначены результаты экспериментальных исследований, которые измеряют грунтоди-намическое сопротивление траловых досок и грунтропа, которые представляют собой некоторые компоненты буксируемых элементов донных траловых систем, находящихся в контакте с морским дном. Доказано, что грунтодинамическое сопротивление элементов донных траловых систем зависит от их веса в воде, геометрии, типа грунта, глубины захода, удельного сопротивления грунта, связности грунта, коэффициента трения, коэффициента, учитывающего энергию на отбрасывание пласта грунта, зависящего от формы отвала и свойств грунта, скорости букировки и от того, катятся или нет детали грунтропа. В ходе исследования выявлено:
- грунтодинамическое сопротивление траловых досок увеличивается по мере увеличения веса;
- угол атаки, крена и дифферента траловой доски влияет на грунтодинамическое сопротивление, так как коэффициент, учитывающий энергию на отбрасывание пласта грунта, зависит от формы отвала и свойств грунта;
- грунтодинамическое сопротивление деталей грунтропа увеличивается по мере увеличения их веса;
- грунтодинамическое сопротивление неподвижных деталей грунтропа больше сопротивления качения;
- получена зависимость грунтодинамического коэффициента сопротивления кабелей от их удлинения, зарезания в грунт и угла атаки и деталей грунтропа;
- неподвижные детали оснастки донных траловых систем могут проникать в морское дно на меньшую глубину, когда они буксируются на более высоких скоростях, но когда они катятся, такой зависимости нет.
Переменными состояниями донной траловой системы Xi, X2, ..., Xn возможно управлять для снижения отрицательного воздействия на бентос водоема посредством системы «автотрал» [22].
Биотические факторы будем рассматривать в контексте наших исследований [27]. Скорость плавания рыбы в воде пропорциональна частоте и амплитуде колебаний тела и хвоста и укладывается в рамки определенных математических уравнений.
Донное и придонное траление широко признано одной из наиболее интенсивных форм широкого воздействия на бентос водоема, в результате которого во взвешенном состоянии образуются обширные шлейфы отложений и растворенных питательных веществ. Однако до сих пор нет информации о пробах в траловом шлейфе и нет понимания этих явлений. Этот недостаток знаний мешает понять более широкие последствия донного траления и разработки новых орудий рыболовства для ограничения влияния на бентос водоема. Понимание данного процесса позволит разработать эксплуатационные требования, которым донные тралы должны удовлетворять. В общем случае список требований включает функциональные требования, т. е. перечень количественных показателей объекта лова, на который направлено действие донного трала, показателей особых условий промысла и ограничений, при которых выполняется лов, экологичности лова, затрат энергии, затрат на информацию, значение сил и т. п.
Исследование выполнено в рамках выполнения государственного задания по теме «Разработка физических, математических и предсказательных моделей процессов эксплуатации донного и разноглубинного траловых комплексов».
Литература
1. Греков А.А., Павленко А.А. Сравнение ярусного и тралового донных видов промысла в Баренцевом море для разработки предложений по устойчивому использованию морских биоресурсов Баренцева моря. - Москва - Мурманск: Всемирный фонд дикой природы (WWF). - 52 с.
2. Коротков В.К. Трал, поведение объекта лова и подводные наблюдения за ними. - М.: Пищевая промышленность, 1972. - 271 с.
3. Коротков В.К. Реакция рыб на трал, технология их лова. - Калининград: СЭКБ АО «МАРИНПО», 1998. - 397 с.
4. Fryer R.J., Summerbell K., O'Neill F.G. A meta-analysis of vertical stratification in demersal trawl gears // Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. - 2017. - Vol. 74 (8). - P. 1243-1250.
5. O'Neill F.G., Summerbell K., Ivanovic A. The contact drag of towed demersal fishing gear components // Journal of Marine Systems. - 2018. - № 177. - P. 39-52.
6. Can pulse trawling reduce the mechanical impact on the benthic ecosystem in the bottom trawl fishery for sole? / A.D. Rijnsdorp, J. Depestele, N. Hintzen, A. Ivanovic, F.G. O'Neill, H. Polet, J.J. Poos, J. van Rijssel // Abstract from ICES Annual Science Conference 2018. Hamburg, Germany.
7. Mitigating seafloor disturbance of bottom trawl fisheries for North Sea sole Solea solea by replacing mechanical with electrical stimulation / A.D. Rijnsdorp, J. Depestele, O.R. Eigaard, N.T. Hintzen, A. Ivanovic, P. Molenaar, F. O'Neill, H. Polet, J.J. Poos, T. van Kooten // PLoS One. -2020. 15 (11).
8. Sediment mobilization by bottom trawls: a model approach applied to the Dutch North Sea beam trawl fishery /A.D. Rijnsdorp, J. Depestele, P. Molenaar, O.R. Eigaard, A. Ivanovic, F.G. O'Neill // ICES Journal of Marine Science. - 2021. Vol. 78 (5). - P. 1574-1586.
9. Quantifying the resuspension of nutrients and sediment by demersal trawling / S.A. Breimann, F.G. O'Neill, K. Summerbell, D.J. Mayor // Continental Shelf Research. - 2022. - 233.
10. Некоторые особенности использования придонно-пелагических тралов при промысле донных видов рыб в Баренцевом море / В.В. Акишин, И.Г. Истомин, О.М. Лапшин, А.Ю. Лихо-граев, П.Г. Михальчук, А.А. Павленко // Известия Калининградского государственного технического университета. - 2012. - № 24. - С. 207-213.
11. Биденко Г.Е. Механика грунтов // Сб. трудов АтлантНИРО. - 1971а. - Вып. L. - С. 33-54.
12. Биденко Г.Е. Испытания моделей досок в грунтовом канале // Сб. трудов АтлантНИРО.
- 1971б. - Вып. L. - С. 55-67.
13. Биденко Г.Е. О влиянии грунта на форму устья трала // Сб. трудов АтлантНИРО. - 1971.
- Вып. L. - С. 91-103.
14. Биденко Г.Е. Методика определения формы и площади устья сетной части трал // Сб. трудов АтлантНИРО. - 1971. - Вып. L. - С. 137-149.
15. Карпенко В.П., Фридман А.Л. Устройства раскрытия рыболовных тралов. - М: Пищевая промышленность, 1980. - 248 с.
16. Кондратьев В.П., Лисовский С.Ф. Экспериментальное исследование гидродинамических характеристик деталей грунтропов // Сб. трудов КТИРПиХ. - 1975. - Вып. LVII. - С. 109-112.
17. Кондратьев В.П., Лисовский С.Ф. Анализ и пути повышения проходимости грунтропов // Сб. трудов КТИРПиХ. - 1975б. - Вып. LVII. - С. 113-118.
18. Кондратьев В.П., Лисовский С.Ф. Проходимость донных тралов. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - 111 с.
19. Efficiency of the bottom trawl used for the Mediterranean international trawl survey (MEDITS) / L. Fiorentini, P.Y. Dremiere, I. Leonori, A. Sala, V. Palumbo // Aquat. Living Resour. - 1999. -№ 12(3). - P. 187-205.
20. Fish herding model by ground rope / S. Fuwa, O. Sato, K. Nashimoto, N. Higo // Nippon suisan gakkaishi. - 1988. - № 54 (7). - P. 1155-1159.
21. Fuwa S. Fish herding model by ground ropes considering reaction of fish // Nippon suisan gakkaishi. - 1988. - № 55(10). - P. 1767-1771.
22. Kotwicki S., Weinberg K.L., Somerton D.A. The effect of autotrawl systems on the performance of a survey trawl // Fishing Bulletin. - 2006. - № 104. - P. 35-45.
23. Shigeru F. Fish herding model by ground ropes considering reaction of fish // Nippon Suisan Gakkaishi. - 1989. - № 55 (10). - P. 1767-1771.
24. The shape of groundrope obtained field experiments / F. Shigeru, K. Hiroyuki, H. Masayasu, I. Takehiko, I. Munechika // Nippon Suisan Gakkaishi. - 1992. - № 58 (9). - P. 1633-1640.
25. Влияние угла атаки траловых досок на сопротивление и геометрические параметры донной траловой системы / М.А. Мизюркин, О.Н. Кручинин, В.А. Сафронов, Е.А. Захаров // Известия Калининградского государственного технического университета. 2012. - № 24. - С. 158-165.
26. Недоступ А.А., Ацапкин Е.К. Исследование коэффициента трения урезов снюрреводов // Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Наука и образование - 2007». - Мурманск: МГТУ, 2007.- С. 1030-1033.
27. Математическое моделирование поведенческих характеристик стаи рыб при облове разноглубинным тралом / А.А. Недоступ, Б.А. Альтшуль, А.О. Ражев, С.В. Дятченко, О.М. Бедаре-ва, А.А. Багрова // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - № 4 (46). - С. 181-185.
