NGUYÊN LÝ TÍNH TOÁN. CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ NGƯ CỤ VÀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC

PHẦN I NGUN LÝ TÍNH TỐN CHƯƠNG LÝ THUYẾT VỀ NGƯ CỤ VÀ CÁC HỆ THỐNG KHAI THÁC Sự phát triển ngư cụ hệ thống khai thác Từ xa xưa người biết sử dụng ngư cụ thơ sơ lao, tên, móc, v.v làm từ vật liệu sẵn có như: đá, xương, vỏ sò, động vật, để khai thác thuỷ sản Thời đó, để bắt cá vùng nước cạn người ta đắp bờ đất, đá, dựng đăng sậy dạng chữ V để hướng cá vào nơi đánh bắt Phương tiện lại vật chứa đựng xuồng độc mộc, rỗ tre nồi đất Sau ngư cụ cải tiến thêm bước mang tính chủ động như: câu, lờ, lọp, v.v Sự xuất lưới bước tiến quan trọng hoạt động khai thác Nhờ mà số ngư cụ đời, như: lưới rê, lưới đăng; số ngư cụ đánh bắt có tính chủ động như: lưới chụp, lưới nâng, lưới vây, lưới kéo Gần người ta phát triển thêm nhiều kỹ thuật thiết bị hàng hải phục vụ cho việc đánh bắt biển Nếu ban đầu xuồng chèo với ngư cụ đơn giản, khai thác gần bờ, sau thuyền buồm giúp ngư dân xa chở ngư cụ lớn Tiếp đến, với tàu chạy động nước tạo nên nghề khai thác mới, như: lưới kéo, lưới vây lưới rê xa bờ Ngồi ra, việc giới hố vào nghề đánh bắt (tời thu lưới) làm giảm nhiều công sức cho ngư dân Hoạt động khai thác đại đặc trưng phát triển nhanh chóng phương pháp đánh bắt chủ động Lưới kéo khai thác tầng đáy lẫn tầng mặt Lưới vây rút chì hoạt động hiệu đánh cá có tập tính sống thành đàn tầng mặt đến sâu 200 m nước Tuy vậy, loại ngư cụ hoạt động hiệu số điều kiện định mà Đặc trưng phát triển ngư cụ phương pháp đánh bắt gần cải tiến ngư cụ: mở rộng kích cỡ, tăng tốc độ kéo xử lý ngư cụ, ứng dụng vật liệu nhẹ bền làm cho nước lọc nhanh làm tăng hiệu suất ngư cụ Tuy nhiên, tăng kích cỡ hoạt động xa hơn, sâu hơn, nên phải có tàu lớn hơn, nhanh hơn, thiết bị thăm dò, khai thác trang bị ngày hiệu Việc phát triển công nghệ đánh bắt kết hợp với thông tin liên lạc, dự báo ngày cải thiện góp phần tăng sản lượng đánh bắt, giảm thời gian lại, tìm cá xử lý ngư cụ Ngoài ra, thiết bị định vị, dị cá, giám sát ngư cụ q trình hoạt động ngày tự động hoá Bảng 1.1 – Năng suất lao động ngư dân Sản lượng hàng năm/ngư dân (tấn) 10 100 400 Loại Ngư cụ Bẫy, câu cần, lưới xuồng chèo Câu kiều gần bờ, lưới giăng lưới kéo tàu nhỏ Lưới kéo tàu lớn xa bờ Lưới vây rút chì tàu lớn Nguồn: Fridman (1986) Rõ ràng việc phát triển cơng nghệ khai thác góp phần đáng kể vào phát triển ngành thủy sản Trong đó, đặc biệt khâu cải tiến ngư cụ thực hành phương pháp đánh bắt Bảng 1.1 cho ta suất khai thác qua áp dụng ngư cụ khác • Hệ thống khai thác Ngư cụ thành tố hệ thống đánh bắt, hệ thống bao gồm: máy móc xử lý ngư cụ; tàu; thiết bị kiểm sốt dị tìm cá; đối tượng khai thác; ngư trường Hiệu hoạt động khai thác tùy thuộc vào mức độ mà hệ thống có kiểm sốt nào; khả thích ứng hệ thống với điều kiện ngư trường; khả phối hợp thiết bị, đặc biệt chúng giúp điều chỉnh tham số ngư cụ để phù hợp với tập tính cá Các thành tố hệ thống khai thác đại theo Lukanov (1972) sau (Hình 1.1): Cá TB gây tác động tập tính Bộ phận giám sát TB tác động tập tính cá TB dị cá Bộ phận kiểm sốt tập tính Ngư cụ Bộ phận kiểm soát ngư cụ Trung tâm kiểm soát H 1.1 - Mơ hình thơng tin tổng qt hệ thống khai thác Trong thành tố phận theo dõi tập tính cá máy dị cá Bộ phận tác động tập tính cá nguồn sáng Bộ phận giám sát tác động tập tính cá giám sát hoạt động ngư cụ thủy thủ đồn máy móc phịng lái; phận theo dõi hoạt động lưới máy quan sát hình dạng lưới máy theo dõi sức căng cáp Trong q trình khai thác, thơng tin có mặt đàn cá thiết bị thăm dò ghi nhận truyền đến trung tâm điều khiển Từ đây, lệnh từ trung tâm điều khiển truyền đến phận kiểm sốt để kích hoạt thiết bị gây tác động tập tính cá hoăc kích hoạt thiết bị khai thác Mặt khác, hoạt động thiết bị báo trung tâm điều khiển Tại so sánh liệu từ phận giám sát từ thiết bị dò cá sở để điều chỉnh hoạt động hệ thống đánh bắt Trong hệ thống đánh bắt đại máy vi tính làm nhiệm vụ xử lý thơng tin Hình 1.1 tượng trưng cho mơ hình thơng tin hoạt động khai thác tổng quát Bất hệ thống khai thác cụ thể phần hệ thống tổng quát Chẳng hạn, khai thác lưới đăng ta có hệ thống khai thác đơn giản (H 1.2) Nhưng có thêm thành tố ánh sáng nhằm tăng cường hoạt động dẫn dụ cá đến cửa chuồng thêm thiết bị theo dõi xuất cá chuồng lưới đăng hệ thống trở nên phức tạp (H 1.3) Cá Phương tiện tác động tập tính cá Cá Ngư cụ Phương tiện tác động tập tính cá Ngư cụ Giám sát TB tác động tậo tính cá Trung tâm điểu khiển H 1.2 Mơ hình thơng tin hệ thống lưới đăng Giám sát hoạt động ngư cụ Trung tâm điều khiển H 1.3 Mơ hình thơng tin hệ thống lưới đăng có trang bị thêm thiết bị dụ dẫn quan sát 1.1 Các đặc điểm ngư cụ phân loại ngư cụ 1.1.1 Các đặc điểm ngư cụ Về lý thuyết, tiến trình khai thác xem kiểm sốt có chủ định thơng qua hệ thống đánh bắt Trong đó, thành tố quan trọng hệ thống cá, tác động ngư cụ lên cá đầu vào phản ứng cá đầu hệ thống Trong ngữ cảnh thế, phương pháp đánh bắt phân loại sau: (1) Các kiểu kiểm sốt qua tập tính cá; (2) chế đánh bắt Khai thác bao gồm hoạt động chính: (1) Tác động (hoặc kiểm sốt) tập tính cá, nhằm lơi hướng cá vào nơi mà ta muốn; (2) bắt cá, nghĩa giữ cá lại cho nước lọc qua Để kiểm sốt tập tính cá có hiệu quả, cần tạo kích thích để gây cho cá phản ứng lại theo tính chất mà ta mong muốn Ta biết phản ứng tập tính cá biểu lồi với tác động mơi trường ngoại cảnh Vì thế, chất khai thác cố lợi dụng đặc tính để gây cho cá phản ứng lại tính chất có lợi cho người khai thác chúng Các kiểu kích thích vùng tác động ngư cụ gây cho cá phản ứng như: chạy trốn tự vệ; đổi hướng đi, chạy lao bên di chuyển lên, xuống, gắng chui qua khỏi mắt lưới Phản ứng cá phức tạp có kích thích phụ trợ tăng cường như: quang, điện, âm học, thủy động học, học, Việc đánh bắt cá thực chế là: đóng (vướng); bẫy; lọc; móc-xỏ; bơm hút 1.1.2 Phân loại ngư cụ Do có nhiều loại ngư cụ nên việc phân loại phải làm rõ trước vấn đề lý thuyết, tính tốn thiết kế chúng nghiên cứu Có nhiều cách phân loại khác dựa đặc điểm kiểu dáng kỹ thuật độc đáo ngư cụ Nhưng phổ biến dựa hệ thống phân loại FAO Đó lớp phân loại nên dựa nguyên lý đánh bắt chúng Trong lớp chia phụ theo cấu trúc phương thức hoạt động ngư cụ Có 12 lớp ngư cụ là: Lưới Vây (hay gọi lưới bao lưới Rút) ngư cụ khai thác chủ động, đánh bắt theo nguyên lý lọc nước bắt cá, chủ yếu bắt cá đàn kết cụm thành đàn Lưới vây thường không bao vây đàn cá hết độ sâu nơi khai thác, mà thơng qua giềng rút chì để chặn cá xuống phía (H 1.4) Lưới Vây đánh bắt tàu tàu Nếu đánh bắt tàu lưới Vây có cánh khơng đối xứng thường áp dụng; cịn đánh tàu áp dụng lưới Vây đối xứng H 1.4 - Lưới Vây rút chì Ảnh FAO (1985) Lưới rùng ngư cụ đánh bắt theo nguyên lý lọc nước bắt cá, cấu tạo gần tương tự lưới vây khơng có giềng rút chì, lưới thả từ bờ kéo lên bờ Lưới hoạt động ven bờ (biển sông) nơi có đáy tương đối phẳng (H 1.5) H 1.5 - Lưới Rùng Ành FAO (1985) Lưới có cánh đối xứng khơng đối xứng, có túi khơng túi Do hoạt động ven bờ nên lưới rùng đánh cá từ tầng mặt đến sát đáy Điển hình cho loại lưới lưới rùng bờ biển lưới rùng tàu nhỏ Lưới Kéo (hay gọi lưới cào, lưới Giả cào) ngư cụ khai thác chủ động, đánh bắt theo nguyên lý lọc nước bắt cá, cá bị lùa vào lưới sức kéo tới tàu lưới Lưới kéo làm việc mạn tàu, kéo tàu (cào đôi) Lưới kéo tàu cần phải có ván lưới để tạo độ mở ngang miệng lưới Lưới Kéo phân loại theo lưới kéo tầng đáy, lưới kéo tầng giữa, lưới Cào rường, lưới Cào đôi (H 1.6) Lưới Kéo tầng đáy Lưới kéo tầng Lưới Cào rường Lưới Cào đôi Cào khung gồm khung cứng thép có mắc lưới túi (H 1.7) Cào khung chủ yếu cào sát sâu vào đáy nhằm bắt thủy sinh vật nhỏ giáp xác, nhuyễn thể Điển hình cho loại ngư cụ cào tay cào xuồng nhỏ H 1.7 - Cào khung Ảnh FAO (1985) Lưới nâng ngư cụ khai thác chủ động, đánh bắt theo nguyên lý lọc nước bắt cá, lưới thả ngầm nước kéo nâng lên khỏi mặt nước để bắt loài cá kết tập lưới Lưới nâng thường kết hợp với nguồn sáng để tạo tập trung đàn cá Lưới nâng phân loại như: lưới vó cất tay (H 1.8a), lưới vó khung, lưới vó mạn tàu (H 1.8b) H 1.8a - Lưới vó cất H 1.8b - Lưới Vó mạn tàu Lưới Chụp ngư cụ lọc nước bắt cá, lưới thả chụp từ xuống, cá bị giữ lại lưới gom tụ lại giềng chì, kéo lên khỏi mặt nước Lưới chụp kết hợp với ánh sáng điện để tăng hiệu đánh bắt Điển hình cho loại lưới chài quăng (H 1.9), chài rà, chụp mực, H 1.9 - Chài quăng Ảnh FAO (1985) Lưới Rê lưới đóng đánh bắt theo nguyên lý lưới thả chặn ngang đường di chuyển cá, cá bị vướng vào mang bị giữ lại lưới (rê lớp) tìm cách vượt qua lưới Lưới thả cố định thả trôi Điển hình cho lưới là: lưới rê cố định; rê trôi tầng mặt tầng đáy (H 1.10) Rê tầng đáy Lưới Rê lớp Ngư cụ bẫy, loại ngư cụ đánh bắt thụ động Cá bị dẫn dụ vào nơi bố trí ngư cụ, từ cá dẫn tiếp dọc theo tường lưới để đến cửa cánh gà miệng hom khơng thể trở lại Điển hình cho lớp đăng, lọp, lú, đáy (H 1.11) lưới đăng (Nò) Tấm đăng Lú Đáy Lọp H 1.11 – Các ngư cụ dạng bẫy Ảnh FAO (1985) Ngư cụ câu, ngư cụ mà cá bị dụ, lôi cuốn, nhữ mồi tự nhiên nhân tạo bị bắt gắng ăn mồi có mắc lưỡi câu (câu có mồi) Tuy vậy, cá bị ngạnh câu móc vướng vào thân lại gần lưỡi câu (câu không mồi) Điển hình cho lớp ngư cụ câu câu cần, câu tay, câu giàn, câu chạy câu kiều (H 1.12) Câu chạy H 1.12 – Các loại Câu Ảnh FAO (1985) Câu phao Ngư cụ tóm, bắt, đâm, chĩa Các ngư cụ dùng để làm bất động bắt giữ cá cách làm bị thương, giết tóm bắt Điển hình cho lớp lao, chỉa, cào, móc ngư cụ gây sát thương cá Máy bơm lọc nước bắt cá, thiết bị bơm hút cá lẫn nước tách nước để bắt cá Điển hình cho lớp bơm hút cá tạo dòng hút mạnh nước lọc thiết bị đặc biệt, cá bị giữ lại (H 1.13) Các ngư cụ đánh bắt khác, bao gồm: lưới kéo tay, lưới bao chà, bắt cá tay (nơm, móc hang, ), chất gây ngộ độc, gây nổ, sốc xung điện làm chết cá, H 1.13 - Bơm hút cá Ảnh FAO (1985) Ngồi ra, ngư cụ cịn phân loại theo phương thức gây ảnh hưởng đến tập tính cá Việc tác động đến tập tính cá nhằm làm cho cá bơi theo hướng mà người đánh bắt mong muốn gây tác động lên giác quan cá như: thị giác, khứu giác, vị giác, xúc giác thính giác Từ gây cho cá bị hấp dẫn; xua đuổi; đánh lừa cá tránh né khỏi ngư cụ đánh bắt chúng 1.3 Hiệu suất tính chọn lọc ngư cụ 1.3.1 Hiệu suất ngư cụ Một cá ngư cụ tiếp cận nhau, ngư cụ tác động lên cá, kích thích phản ứng cá Phản ứng bị hấp dẫn, bị xua đuổi, bị đánh lừa Từ cho phép người ta áp dụng hoạt động để đánh bắt chúng Nhìn chung, tổng số cá thể quần thể ban đầu cho (N0) có lượng cá định bơi khỏi đường quét lưới, lượng cá khác chui khỏi mắt lưới, ngư cụ khơng thể giữ hết lồi với kích cỡ khác Do vậy, khơng phải tất cá thể ban đầu N0 bị bắt mà có N cá thể tổng số bị bắt Người ta gọi hiệu suất khai thác tuyệt đối (En) tỉ số số cá N thật bị bắt tổng số cá N0 có vùng hoạt động ngư cụ, có giá trị từ 0-1 En = N N0 (1.1) N = 10 N0 = 10 En = N=3 N0 = 10 En = 0,3 H 1.14 - Hiệu suất khai thác tuyệt đối Thí dụ, Hình 1.14 có N = 10 cá thể xuất vùng ngư cụ hoạt động vào lúc bắt đầu khai thác Nếu có cá thể bị bắt (7 chạy thốt), hiệu suất khai thác tuyệt đối (En) là: En = N = = 0,3 N 10 tất 10 cá thể bị bắt, đó: En = N 10 = =1 N 10 Sản lượng khai thác đơn vị thời gian hoạt động (Ct) là: Ct = N T đó: N - lượng cá đánh bắt (theo số theo trọng lượng); T- thời gian khai thác Ngồi ra, Ct cịn tính dựa tham số ảnh hưởng hiệu suất khai thác là: CE , W, Et: Ct = C E * W * Et = N V Tf * * V Tf T (1.2) đây: CE = N/V - tỉ số sản lượng (N) lượng nước lọc (V) W = V/Tf - tỉ số lượng nước lọc (V) thời gian trực tiếp làm sản phẩm (Tf) chu kỳ khai thác Et = Tf /T - tỉ số thời gian trực tiếp làm sản phẩm (Tf) với tổng thời gian hoạt động khai thác (T) 1.3.2Tính chọn lọc ngư cụ Trong quần thể cá nhiều kích cỡ, tính chất mà ngư cụ đánh cỡ gọi tính chọn lọc Tính chọn lọc phụ thuộc vào ngun lý đánh bắt áp dụng tham số ngư cụ, như: kích thước mắt lưới, ngun liệu, độ thơ chỉ, hệ số rút gọn tốc độ dắt lưới Trong đó, kích thước mắt lưới có ảnh hưởng lớn đến tính chọn lọc (Treschev, 1974) Chẳng hạn Hình 1.15, lưới rê bắt cá khoảng cỡ cá xác định từ L1 đến L2, cá có chiều dài L bị đánh bắt nhiều nhất, cịn cá có chiều dài nhỏ L1 lớn L2 không bị đánh bắt Phần 100 trăm 80 sản lượng 60 cá % sản lượng 40 20 26 L1 L L2 30 35 40 45 50 55 60 CHIỀU DÀI CÁ, L (cm) H 1.15 - Phân bố cỡ cá bắt lưới rê H 1.16 - Tính chọn lọc đụt lưới kéo độ mở mắt lưới khác nha Cịn Hình 1.16 cho ta đường cong chọn lọc lưới kéo Ở đường cong có mắt lưới đụt m1 chiều dài cá < 25 cm cá khơng bị giữ lại; cá dài từ 25-47 cm bị giữ lại nhiều tùy theo cỡ (cá dài khoảng 36 cm bị giữ lại khoảng 50%), cịn cá dài 47 cm bị giữ lại đụt lưới kéo Đường cong dự đoán tính chọn lọc lưới kéo sau kích thước lưới tăng lên từ m1 đến m2 Trong trường hợp khơng có cá 30 cm bị đánh bắt; số cá có chiều dài từ 30 đến 50 cm bị giữ lại; tất cá dài 50 cm bị giữ lại, cở cá có 50% bị giữ lại tăng lên 40 cm 10 Nhìn chung ta thấy cá lớn bị đánh bắt mắt lưới kéo căng m0 lớn Tuy nhiên, ngư cụ có cỡ cá có 50% bị đánh bắt, cịn 50% Chiều dài mà có 50% cá bị bắt gọi L50% Vì thế, ta có tham số chọn lọc (S.F) là: S F = L50% m0 (1.4) S.F xem số chọn lọc ngư cụ, có liên quan mật thiết mắt lưới kéo căng m0 thi công ngư cụ Một hiểu biết rõ tính chọn lọc giúp cho q trình thiết kế, thi cơng hoạt động ngư cụ đắn Một thay đổi cỡ mắt lưới ảnh hưởng đến số lượng cỡ cá đánh bắt 1.4 Các đặc điểm kỹ thuật ngư cụ hệ thống đánh bắt Ngư cụ có tham số thiết kế kỹ thuật đặc biệt làm cho ngư cụ thành thiết bị độc đáo xét quan điểm công nghệ (Fridman, 1973) Sự khác biệt đáng kể ngư cụ cấu trúc công nghệ khác ngư cụ có kết cấu linh hoạt, ”mềm dẽo” dễ thay đổi hình dáng Chịu lực căng bản, phương chịu lực thường xuyên thay đổi Vì vậy, việc xem xét hình dáng vị trí khơng gian ngư cụ qua kiểm soát cân ngoại lực (động tĩnh) tác dụng lên ngư cụ trình đánh bắt phức tạp Sự vận động ngư cụ q trình hoạt động có ổn định có khơng ổn định Trong vận động ổn định, nhờ lưu tốc, hướng dòng chảy khơng đổi lực (trong ngồi) khơng đổi Khi đó, vấn đề cho tính tốn ngư cụ xem điều kiện dịng chảy ổn định, vận động với tốc độ không đổi Trong vận động không ổn định, tốc độ, hướng lực tác dụng lên ngư cụ thay đổi theo thời gian Vì vậy, tính tốn bao gồm cơng việc chẳng hạn như: tính tốn tốc độ kéo lưới qua đàn cá tập trung; tính tốn tốc độ cuộn rút lưới vây rút chì; tính tốn hình dạng lực kéo cho lưới rùng; tính tốn tốc độ thả xuống lưới chụp kéo lên lưới nâng, điều kiện thời tiết khác Tóm lại, tính tốn thử nghiệm để đánh giá hình dạng ngư cụ di chuyển khơng ổn định phức tạp so với ngư cụ di chuyển ổn định Mục đích lý thuyết tính tốn ngư cụ hệ thống đánh bắt là: Chọn kiểu, vật liệu phụ trợ ngư cụ cho đối tượng đánh bắt định Đánh giá ngoại lực, đặc biệt lực thủy động, tác động lên ngư cụ Đánh giá hình dáng ngư cụ tác động ngoại lực Đánh giá lực nội tại, sức căng lên ngư cụ phụ tùng Phân tích tối ưu mối quan hệ ngư cụ thành tố hệ thống khai thác Ta đạt mục đích qua phân tích dấu hiệu hữu cấu trúc công nghệ ngư cụ, qua phương pháp tính tốn chun biệt dựa lý thuyết thiết kế ngư cụ Đồng thời kỹ thuật thí nghiệm cần áp dụng, như:kiểm định đồng dạng học, kiểm định mơ hình, xây dựng thí nghiệm kỹ thuật qui mô thực tế đánh bắt thực tế nhằm đánh giá hiệu kinh tế, kỹ thuật ngư cụ 11 1.5 Đánh giá khía cạnh kinh tế, kỹ thuật cải tiến qua việc đánh bắt so sánh Có hai xu hướng đối nghịch phát triển nghề khai thác cá Đó là, ngư cụ hệ thống đánh bắt cải tiến nên làm tăng sản lượng đánh bắt ngược lại trữ lượng cá ngày giảm sút nghiêm trọng Do đó, đánh giá khía cạnh kinh tế, kỹ thuật cải tiến ngư cụ so sánh hiệu so với chuẩn hoá điều kiện khai thác (Crewe, 1964) Nếu gọi T tuổi thọ hệ thống đánh bắt mới, ứng với chi phí thiết kế, xây dựng hoạt động cho hệ thống b Giả sử, hệ thống đánh bắt tạo tổng sinh khối C, ứng với tổng giá trị A Khi đó, tỉ lệ phần thu A ứng với tổng chi phí b thước đo mức hiệu hoạt động hệ thống đánh bắt (Ec), nghĩa là: Ec = A b (1.5) Mặt khác, giá trị A tổng lượng đánh bắt diễn tả sau: A = a * Ct * T (1.6) đây: a - đơn giá đơn vị sản lượng; Ct - sản lượng đạt đơn vị thời gian Khi đó, Ec = a * Ct * T b (1.7) Người ta gọi Ec số hiệu suất kinh tế hệ thống đánh bắt mới, tỉ lệ so sánh hiệu hệ thống với hệ thống chuẩn hố, hệ thống lập dùng để so sánh Nếu ký hiệu ’n’ định cho hệ thống ’s’ hệ thống chuẩn hố, đó: Ec = E cn a n C tn Tn bs = E cs a s C ts Ts bn (1.8) đây: an/as - đặc trưng cho giá trị sản lượng đánh bắt; Ctn/Cts - đặc trưng cho khả đánh bắt tương đối hệ thống; Tn/Ts - đặc trưng cho độ dài thời gian hoạt động; bs/bn - đặc trưng cho chi phí hoạt động Nếu hiệu suất kinh kế Ec >1, hệ thống có hiệu hệ thống chuẩn hoá Cũng cần lưu ý, Ec hiệu kinh tế tương đối điều kiện khai thác định 12 CHƯƠNG CÁC NGOẠI LỰC TÁC ĐỘNG LÊN NGƯ CỤ 2.1 Các ngoại lực tác dụng lên ngư cụ Hình dáng kích thước ngư cụ hoạt động phụ thuộc vào độ lớn hướng ngoại lực tác động lên Các ngoại lực (Hình 2.1) gồm: lực trọng trường; lực thủy tĩnh; lực thủy động; lực phản ứng đáy; lực ma sát đáy; lực tạo cá; lực tải thiết bị; lực khác hoạt động máy móc khai thác Khi ngư cụ vận động không ổn định, bị chồng chành, lắc lư tốc độ thay đổi, lực quán tính xung lực ngoại lực tác động lên ngư cụ Lực nâng thuỷ tĩnh (B) Lực căng dây giềng Lực thuỷ động W–B=Q Lực trọng trường (W) Phản ứng đáy H 2.1 - Các ngoại lực tác dụng lên ngư cụ Tùy ngư cụ phương thức hoạt động mà có kiểu ngoại lực khác tác dụng lên Để đơn giản cho tính tốn, ta nên xét có lực chủ yếu, chi phối đến ngư cụ, lực khơng ảnh hưởng lớn đến ngư cụ bỏ qua 2.1.1 Lực trọng trường lực thủy tĩnh Lực trọng trường lực thủy tĩnh phân bố dọc theo bề mặt lưới dọc theo chiều dài dây giềng, tập trung phao, chì, lăn, Lực trọng trường (W) hướng xuống, lực hay lực nâng thủy tĩnh (B) lại hướng lên (H 2.1) Thông thường W B khơng khác biệt chúng là: Q=W–B (2.1) Q trọng lượng hay trọng lượng nước vật thể chìm Nếu Q dương vật thể chìm, Q âm vật thể Lực trọng trường (W) lực thủy tĩnh (B) vật thể đồng diễn tả W= γ.V (2.2) B = γw V (2.3) 13 đây: V - khối lượng vật thể (m3); γ - trọng lượng riêng vật thể (kg/m3); γw - trọng lượng riêng nước Đối với nước γw = 1000 kg/m3 nước biển γw = 1025 kg/m3 Công thức (2.1) vật thể không đồng (rỗng bên trong), chẳng hạn phao vật khác Nếu cần tính lực trọng trường W, theo cơng thức (2.2) ta cần lấy thể tích ngồi, cần tính lực nâng thủy tĩnh theo cơng thức (2.3) tổng khối lượng vật thể phải tính Khơng nên dùng (2.2) để tính trọng lượng lưới, khó có thể tích lưới thật Nếu biết trọng lượng vật thể khơng khí, ta tính trọng lượng nước theo theo công thức sau: Q = Eγ W (2.4) đây: W - trọng lượng vật thể đồng khơng khí (kg), Eγ - hệ số lực (hoặc sức chìm), nghĩa lực làm nâng lên làm chìm xuống nước kg khối vật chất cho, tính sau: Ey = γ −γw γ = 1− w γ γ (2.5) Đối với vật liệu γ < γw; vật liệu chìm γ > γw Do vậy, Eγ âm phao, dương chì (xem Bảng 2.1) BẢNG 2.1 – Trọng lượng riêng hệ số lực sức chìm vài vật liệu ngư cụ Vật liệu Polyamide Polyvinyl alcohol Polyester Polyethylene Polypropylene Cotton, Gai Plastic bọt Bần Gỗ Dương (vỏ) Sậy (rỗng) Gỗ vân sam Gỗ bulơ Gỗ sồi Chì Hợp kim đồng Gang, thép Đá Trọng lượng riêng (kgs/m) 1140 1280 1380 950 920 1500 120-180 250 330 100 550 710 850 11300 8500 7400 2700 Hệ số sức (-) hệ số sức chìm (+) Trọng lượng nước % trọng lượng khơng khí Sức nước % trọng lượng khơng khí +0,10 +0,20 +0,26 +0,08 -0,11 +0,32 12 22 28 33 - 450-730 -3,10 -2,11 -9,25 -0,86 -0,44 -0,21 +0,91 +0,88 +0,86 +0,62 91 88 86 63 300 200 900 82 41 18 - (Eγ) nước nước biển +0,12 +0,22 +0,28 +0,05 -0,09 +0,33 -7,3 đến -4,5 -3,00 -2,03 -9,00 -0,82 -0,41 -0,18 +0,91 +0,88 +0,86 +0,63 14 Đất sét nung Nước Nước biển 2200 1000 1025 +0,55 - +0,53 - 55 - - Thí dụ 2.1 Tính tổng lực giềng phao lưới vây rút chì có trang bị 1500 phao xốp Biết trọng lượng khơng khí phao xốp 0,2 kg Giải: Tổng trọng lượng phao khơng khí là: W = 0,2 x 1500 = 300 kg Sức riêng Eγ phao xốp tính theo cơng thức (2.5) tra từ Bảng 2.1 suy luận từ phao plastic bọt Ở thí dụ ta lấy: Eγ = – Theo công thức (2.4), tổng lực Q phao viền phao là: Q = -6 x 300 = -1800 kg, âm hay Thí dụ 2.2 Cần viên chì sét nung để lắp vào giềng chì vàng lưới để tạo lực chìm 10 kg, trọng lượng viên chì khơng khí 0,5 kg Giải: Trọng lượng viên chì sét nung nước tính dựa theo hệ số chìm Eγ Từ Bảng 2.1, ta có: Eγ = +0,55 Theo cơng thức (2.4), trọng lượng viên chì nước là: 0,55 x 0,5 = 0,28 kgs, dương hay hướng xuống Vậy, số chì cần thiết là: 10/0,28 = 36 viên chì Thí dụ 2.3 Tính trọng lượng ván lưới kéo hình chữ nhật (3,0 x 1,5 x 0,08) m, ván nặng 1100 kg không khí Giải: Để tính trọng lượng Q ván nước ta áp dụng cơng thức (2.1), trước hết ta cần tính lực nâng thủy tĩnh B Thể tích V ván là: V = x 1,5 x 0,08 = 0,36 m3 chọn trọng lượng riêng nước 1000 kg/m3, đó: B = 1000 x 0,36 = 360 kg Vậy trọng lượng ván nước tính theo (2.1) là: Q = W - B = 1100 – 360 = 740 kg 2.1.2 Các lực thuỷ động tác dụng lên lưới 2.1.2.1 Áp lực thủy động dòng chảy Lực thủy động tự sinh ngư cụ vận động nước dòng nước di chuyển gặp phản ứng ngư cụ Độ lớn hướng dòng chảy định khả chịu tải ngư cụ, làm ảnh hưởng đến hình dáng hiệu suất đánh bắt 15 ngư cụ Ta cần nắm rõ lực thủy động số lượng chất lượng để phục vụ cho thiết kế lưới cải tiến ngư cụ có Để có giá trị mặt số học lực cản, lực thủy động, lực tổng quát tác động lên ngư cụ để phân lực theo thành phần véctơ nó, nhóm phận ngư cụ cần đặt dịng chảy có tốc độ biết trước bể thí nghiệm Trong trường hợp, biết lực cản nhóm phận ngư cụ hệ số lực thủy động tính tốn 2.1.2.2 Hệ số thủy động (C) Hệ số thủy động (C) hệ số không thứ nguyên, cung cấp thông tin cần thiết sở ảnh hưởng tính chất vật lý lưới (độ thơ, kích thước mắt lưới, vật liệu, hệ số rút gọn, ) phương diện lực thủy động tác dụng lên Lưu ý hệ số thủy động C có giá trị áp dụng ngư cụ ta muốn thiết kế thiết phải đồng dạng với ngư cụ thí nghiệm C= Hệ số thủy động (C) định nghĩa công thức: R q * St (2.6) đây: R - lực cản thủy động (kg) q= ρ V - áp lực hãm thủy động (kg/m2) ρ - mật độ nước ≈ 100 kg-s2/m4 (105 nước biển) V - vận tốc chuyển động ngư cụ nước, lưu tốc nước so với ngư cụ đứng yên (m/s) St - tiết diện ngư cụ so với phương dòng chảy (m2) Nếu hệ số thủy động C biết trước (từ thí nghiệm mơ hình), ta dùng để tính lực cản thủy động lên phận lưới theo công thức: (2.7) R = C q St Lưu ý kết lực cản thủy động mà góc tống α (là góc hợp phương dòng chảy mặt phẳng chịu lực ngư cụ) tương tự góc tống có từ thí nghiệm mơ hình α H 2.4 – Góc tống α Trong thực tế, hệ số thủy động C đo ứng với góc tống định (H 2.4) Ta biểu đồ hệ số thủy động C theo góc tống α khác (H 2.6) 2.1.2.3 Hệ số lực bổng (Ry) hệ số lực cản ma sát (Rx) R Ry V V Rx V α (a) (b) Lực cản thủy động Lực ma sát bề mặt (c) Gồm hai loại lực H 2.5 - Các loại lực thủy động16 phụ thuộc vào phương lưới Khi mặt lưới trực giao phương dịng chảy (H 2.5a), lưới phụ thuộc chủ yếu vào lực cản thủy động Nếu mặt lưới song song với phương dịng chảy (H 2.5b) dọc theo bề mặt cúa phụ thuộc vào lực cản ma sát thủy động Nếu lưới hợp với phương dòng chảy góc tống α phụ thuộc hai vào lực cản thủy động lực cản ma sát Khi đó, tổng lực cản thủy động R diễn tả theo thành phần là: lực cản ma sát (Rx) song song với phương dòng chảy; lực bổng thủy động (Ry) trực giao với phương dịng chảy Chính lực bổng Ry làm ảnh hưởng đến hình dáng ngư cụ Chẳng hạn, độ mở cao túi lưới rùng miệng lưới kéo tăng lên hay giảm xuống tùy thuộc vào thay đổi lực bổng Ry Lực bổng Ry phụ thuộc vào lưu tốc dịng chảy góc tống α Cx Cy tương ứng hệ số lực cản ma sát hệ số lực bổng thủy động Các hệ số có nhờ qua thí nghiệm mơ phỏng, đó: Cx = Rx q Cy = Ry (2.8) q Các hệ số Cx Cy phụ thuộc vào góc tống α lưới Tuy nhiên, phụ thuộc vào tỷ số diện tích lưới chiếm chổ (Es) tính chất vật lý dòng chảy biểu thị qua hệ số nhớt động học Reynolds (Re) Cx Cy Cx 1.2 Lưới Hệ số lực thủy động 1.0 Cx = Cx(α) 0.8 0.6 0.4 Cy 0.2 10o 20o 30o 40o 50o Góc tống 60o 70o 80o αo H 2.6 Hệ số lực cản ma sát (Cx) hệ số lực bổng (Cy) phụ thuộcvào α 2.1.2.4 Tỷ số diện tích lưới (Es) hệ số lọc nước (Ef) lưới Tỷ số diện tích lưới (Es) tỉ số diện tích lưới chiếm chổ lưới diện tích mở thật lưới Được tính sau: Es = St St St E D D ⎛ D ⎞ K = = = k t = t ⎜1 + K k t ⎟ = n S U U S o Eu S Eu a Eu a ⎝ 2a ⎠ E u đây: 17 (2.9) S - diện tích thật lưới, S = (U1.L)*(U2.H) = U1.U2.S0 =Eu.S0 (Eu = U1.U2 hệ số sử dụng lưới; S0 diện tích giả lưới) St - diện tích phần lưới chiếm chổ, S t = S Dt ⎛ D ⎞ ⎜1 + K k t ⎟ = K n S a ⎝ 2a ⎠ Kn gọi tham số diện tích lưới, tính theo biểu thức sau: Kn = Dt ⎛ D ⎞ ⎜1 + K k t ⎟ a ⎝ 2a ⎠ Diện tích lưới bao gồm gút Ek = Diện tích lưới khơng kể gút đây: tham số hiệu chỉnh diện tích Nếu độ thơ kích thước mắt lưới đơn vị (theo mm) diện tích St lưới đơn vị với diện tích giả S0 (theo m2) Khi thường người ta chọn: Ek ≈ 1,10 cho gút lưới dệt đơn gút vuông; Ek ≈ 1,15 cho lưới gút đôi; Ek ≈ 1,60 áp dụng cho Dt/2a lớn (= 0,06) Diện tích mở rộng thêm gút Diện tích gút – (2 * độ rộng sợi * chiều dài gút) Kk = - = -(Độ thô sợi )2 (Độ thô sợi)2 Cụ thể: Kk = 10,1 cho lưới gút vuông; Kk = 9,7 gút đơn; Kk = 14,8 gút dệt đôi Từ cơng thức (2.9) ta thấy, lưới có hệ số rút gọn kích thước cạnh mắt lưới nhỏ độ thơ lưới lớn tỉ số diện tích lưới Es lớn, làm cho lưới nặng lực ma sát thuỷ động lớn Để thuận tiện cho tính tốn tỉ số diện tích lưới (Es), người ta lập sẵn bảng tra tham số diện tích lưới Kn (Bảng 2.2) sở độ thô cỡ mắt lưới (Dt/a), áp dụng với Kk = 9,7 điển hình cho lưới gút đơn BẢNG 2.2 – Bảng tra Kn theo độ thô cỡ mắt lưới cho lưới gút đơn (Kk = 9,7) Độ thô se xoắn, Dt (mm) Kích thước cạnh mắt lưới (a) 0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 3,00 10 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 125 0,028 0,018 0,013 0,010 0,009 0,007 0,006 0,005 - 0,062 0,039 0,028 0,022 0,018 0,015 0,013 0,010 0,009 0,007 0,006 0,006 0,005 - 0,102 0,062 0,044 0,034 0,028 0,024 0,020 0,016 0,013 0,011 0,010 0,009 0,008 0,006 0,149 0,088 0,062 0,048 0,039 0,033 0,028 0,022 0,018 0,015 0,013 0,012 0,010 0,008 0,149 0,102 0,077 0,062 0,052 0,044 0,034 0,028 0,024 0,020 0,018 0,016 0,013 0,149 0,111 0,088 0,073 0,062 0,048 0,039 0,033 0,028 0,025 0,022 0,017 0,190 0,149 0,121 0,102 0,077 0,062 0,052 0,044 0,039 0,034 0,027 18 150 - - 0,005 0,007 0,010 0,014 0,022 Ta dựa vào đồ thị Hình 2.7 để tìm Kn cho lưới gút đơn lưới kép vuông (Kk = 9,7 ≈ 10,1) lưới gút kép (Kk = 14,8) 0.20 0.18 Gút kép Tham số diện tích lưới Kn 0.16 0.14 0.12 Gút đơn gút vuông 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.02 0.04 0.08 0.06 0.10 0.12 0.14 Tỉ số độ thô chiều dài cạnh mắt lưới (Dt/a) H 2.7 - Đồ thị tra tham số diện tích lưới Kn theo tỉ số (Dt/a) Hệ số lọc nước (Ef) có quan hệ với tỉ số diện tích lưới Hệ số lọc nước liên quan đến phần diện tích trống thực cho nước chảy qua Vì thế, ta lấy tổng diện tích phần lưới chiếm chổ cộng với diện tích trống dành nước diện tích thực tế lưới: Ef = – Es (2.10) Hệ số lọc nước cao cho phép dòng chảy qua lưới nhanh Vì vậy, hệ số lọc nước giúp ta nghiên cứu kiểu dòng chảy qua lưới, ngược lại tỉ số diện tích lưới giúp ta nghiên cứu hình dáng lực thủy động 2.1.2.5 Số Reynolds Số Reynolds (Re) giá trị khơng có thứ ngun, lập trạng thái đơn giản vật thể vận động chất lỏng Số Reynolds tỉ số lực quán tính với độ nhớt chất lỏng, định nghĩa là: Re = L.V ν đây: L - kích thước đại diện (m) vật thể Chẳng hạn, vật thể hình khối hay hình phẳng kích thước chiều dài thơng thường; hình cầu hình trụ đường kính 19 V - vận tốc tương đối (m/s) vật thể dòng chảy ν - độ nhớt động học môi trường chất lỏng (m2/s), (xem phụ lục 8) Số Reynolds xét theo độ thô là: Re D = D.V (2.11) ν đây: V - lưu tốc dòng chảy (m/s); D - độ thô lưới (m); ν - độ nhớt động học chất lỏng (m2/s) Chú ý độ thô lưới nên chuyển theo đơn vị mét Hệ số lực cản ma sát (Cx) Các kiểu lệ thuộc lực cản thủy động lưới vào số Reynolds cho H 2.8 α = 90o α = 90o 3.5 3.0 Es =0,50 2.5 = 0,40 = 0,30 = 0,20 = 0,10 = 0,05 2.0 1.5 1.0 102 3 10 4 10 Số Reynolds (Re = L.V/ν) H 2.8 Hệ số lực cản ma sát hàm số Reynolds Cần lưu ý ảnh hưởng số Reynolds có ý nghĩa số Re500 thỉ hệ số lực cản ma sát Cx thay đổi không đáng kể (phần bên phải đường cong gần nằm ngang) gọi khu vực mơ hình tự động Số Reynolds tham số quan trọng tính tốn thủy động lực học, đặc biệt tàu di chuyển nước Tuy nhiên, thường lưới lưới số Reynolds Re > 500 nên ảnh hưởng hệ số thủy động khơng có ý nghĩa (H 2.8) bỏ qua Các đường cong hệ số thủy động Cx Cy hàm góc tống α (H 2.6) ứng với trường hợp ReD = 6000 Es = 0,046 Đối với điều kiện ảnh hưởng Es ReD ảnh hưởng góc tống α mà đường cong dùng để tính lực cản khơng cho lưới se mà cịn tính tốn cho loại lưới với Es ReD khác 2.1.2.6 Phương pháp ước lượng xấp xĩ cho lực thủy động • Trong trường hợp thiếu giá trị hệ số thủy động Cx Cy, lực cản thủy động R (kg) lưới tính theo cơng thức đơn giản sau: R = Kh.Sn.V2 đây: 20 (2.12)