内容与方法

研究历史与现状

研究贡献与今后的发展思路

内容与方法

人类从事渔业活动的历史悠久，并很早就提出了渔具的概念。从广义上讲，渔具指的是在水域直接进行水产经济动物生产及适应的工具；而从狭义上讲，渔具是指敷设在水域中的捕捞工具、养殖设施等。就捕捞渔具分类来讲，我国按其作业方式分为12大类：拖网、围网、刺网、地拉网、张网、敷网、抄网、掩网、陷阱类、钓具、耙刺类、笼壶类，网渔具占了较大部分，而海水网箱可以归属为一种特殊的定置渔具。在各种生产手段和条件下，渔具的设计将涉及多方面的问题，而其关键之一是与海洋环境(水流和波浪等)的相互作用。与其他海洋工程结构物不同是网渔具主体部分大多是由柔性线编织或绞捻而成的网衣和纲索，在水中既要承受浪和流等条件影响产生的水动力，也要保证一定的生产形状，这与各类渔具的作业方式和渔具不同构件有着密切的联系。为此人们在设计、制作渔具和进行渔业生产时必须研究其构件在水中受力，同时由此进行渔具整体的受力分析。从研究物体和相互作用的对象来看，显然是属于流体力学范畴，但由于渔具种类的不同，其生产原理和方式均各不相同，无论是某一类构件或不同构件组合的渔具整体都带来了多方面和独特的要求，这些导致了问题的复杂性，因此传统的流体力学又不是很适应渔具的多样性和复杂性。当然各种渔具都有时间、空间的约束，在生产过程中有稳定的受力和形状存在，即有可探明的一定变化规律，因此又分别是传统的静力学、运动学和动力学问题。另外渔具是以生产水产经济动物为对象，它们对渔具在水体中的运动也有一定的影响，反过来渔具的运动也要适应鱼类行为，两者之间相互作用。因此不论采取什么方法处理，既要遵循力学的基本原理，又要考虑到渔具的作业特点，在此基础上，人们探索渔具及其构件与水体产生相对运动后的形状和受力变化规律，即形成了渔具力学。

渔具力学是研究渔具在作业时，渔具及其构件周围的流态及水动力，水动力与各种物理参数的关系、渔具形状和作用力之间的关系，以及有关计算方法的科学。渔具力学是建立在多门学科基础上，既是与力学、海洋学有关的学科，也是与材料学、数学等有关，依靠各学科的支撑而发展的。因此渔具力学是一门专业性强的学科，随着渔业生产的需要而产生、发展，并着重解决渔业工程中的生产实际问题。

正因为渔具力学起源于生产，服务于生产实践，并随着生产的发展而发展，所以研究渔具力学的主要方法是通过生产试验、实验观察和数据分析及计算机数值模拟等方法，找出各种因素间的相互关系，推导出经验公式或半经验公式。其中模型试验方法由于具有条件可控性、可重复性的特点而成为最重要的研究手段。模型试验的目的首先是观察设定条件下的系统应答，再者是能够将该设定条件下的系统应答参数换算到实物上去。因此模型实验设计、实验手段和数据处理是研究渔具力学的重要关键，并随着实验设备和条件的改善、处理方法的进步、计算模拟速度的提高，渔具力学得到了快速的发展。其研究结果可为改进渔具性能、增加生产安全、降低成本、提高生产效率等方面提供依据。现阶段，渔具力学发展到了一定的阶段，积累了大量的研究成果，可为我们今后的学习和研究借鉴。

由于渔业生产有其特殊性，其研究方法也有本身特点。从研究手段来看，一般采用理论分析、实验室实验与海上现场观测三者相结合的方法进行，这是一种理论与实际相结合的方法，这种方法无论在国内还是国外经长期实践证明对于海洋结构物的研究是卓有成效的。而从研究角度来看，可从微观的角度来研究构成渔具的最小单元的力学性质，如一个结节、一个目脚或单个网目的水动力；然后研究渔具部件的力学性质，如网衣、纲索的张力和形状；再研究渔具整体的力学性质，如拖网系统运动；最后通过建立数学模型来分析或模拟渔具运动，以上方法又可交差综合使用。

研究历史与现状

在二十世纪30年代开始，一些主要的渔业国家学者就开始注意到渔具设计、制作与生产中所涉及到的物理学问题，相继就以理论计算分析与实际测试来研究渔具力学，其中代表性的有前苏联学者巴拉诺夫编著《渔具理论与计算》，并在后来发展、增加内容的基础上，撰写了《工业捕鱼技术》；日本学者田内森三郎编著的《水产物理学》；我国上海水产大学乐美龙编著的《渔具理论与计算一般原理》。他们从网线和纲索的结构着手，应用理论分析、相近学科的研究成果和水槽试验方法探讨纲索和网衣的受力与形状，如应用力学模拟法来解决网衣在水中形状和力学性能。但由于物体在流体中运动的复杂性，特别是柔性的网渔具，当时除了极个别情况外，要从理论上运用数学和力学方法来准确提出边值求解，实际上是难以做到的，而模型试验和探索渔具的模型试验准则研究则加强了渔具力学的研究方法论，有些问题将会得到一定程度的解决。在这方面做出贡献的有：日本学者田内森三郎在《日本水产学会志》上发表了“A relation between experiments on model and on full scale of fishing net”的论文；以后狄克逊、弗里德曼、克列斯登生等对渔具模型试验做出了探索和贡献。

20世纪80年代，我国实行改革开放，海洋渔业得到了迅速发展，渔具的设计和制作水平有了相应的提高，渔具力学研究技术和设备有了较大改善，研究水平处于世界先进水平。1988年东海水产研究所建成了我国第一个专用于渔具模型试验的静水槽实验室，在探索模型试验的准则和规范积累了大量的经验，极力推进了渔具力学的发展。

当然随着计算机技术的突飞猛进，在各个重要的工程技术领域发挥着举足轻重的作用，使大量过去难以解决的问题都迎刃而解。这不仅对渔具构件如纲索、网衣受力和形状有更具体的了解，而且还可以用来对结构比较复杂的网渔具进行分析和研究，通过建立数学模型来分析或模拟渔具运动，这也是渔具力学发展现阶段的主要体现。国内这方面的学者较多，主要代表人物如佘显炜，在2001年出版了他几十年来的研究成果《计算渔具力学导论》，国外在这方面的研究也是很活跃。从目前的渔具力学整体发展来看，这对于渔具设计、制造和渔业生产等方面都有极大的便利。

另外，近年来海上测试手段的更新也促进渔具设计和制作水平的提高，利用大型传感器、自动记录仪来记录渔具在水中的受力和形状，用超声波技术测量渔具的位置，用水下电视来监控渔具在水中的运动状态，用激光技术来测量渔具周围水体各断面流态的变化等等。这些技术和设备均使渔具研究的实验手段得到较大的改进，也有力地促进了这门学科的发展。

研究贡献与今后的发展思路

渔具工作的环境是在波涛汹涌的海洋，在水中深处要进行这方面的生产和科研是很难的事情，其研究的方法和手段同样非常困难。网衣是柔性体，网渔具在水中作业过程中，其形状和受力相互制约，在外力的作用下网衣形状会发生变化，而形状的变化又会影响作用力的分布，进而又带来了形状和作用力的相互影响，导致了问题的连续性。而传统的物理学、流体力学和海洋学等学科不能解决这复杂的问题，因而要求渔具力学是专门解决渔具这方面问题等的唯一学科，克服工作环境和研究方法上带来的困境，能使渔业得到了稳步健康的发展。同时快速发展的渔业又促进了这门学科的发展，要求能跟上产业的步伐。

但是，传统的渔具力学是建立在其他学科理论基础上，是通过建立模型来模拟渔具生产现象。因此无论从哪方面看，渔具力学的研究结论与实际生产有一定的差距，主要表现在以下几个方面：一是研究跟不上生产的实际需要、滞后于生产，二是渔具模型试验与工作环境很难完全模拟，三是对水中渔具进行全面的观察和测定尚有一定的困难，四是现有的渔具力学研究范围主要是涉及渔具在水流中的作用，而没有考虑其他如波浪因子的作用。因而需加强这些方面的研究。