拦鱼网的设计与计算

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一、拦鱼网设计原理与基本要求

拦鱼网的设计应以悬索和力学模拟的有关理论为依据，借鉴网渔具设计方法，并结合拦鱼的具体要求而进行。其基本要求如下：

1．拦鱼网应能有效地拦截设计要求拦截的鱼类，并又需保证鱼类安全地离开拦鱼网；

2．当水流达到设计流速时，拦鱼网本身应有足够的抗洪强度；

3．在正常情况下，拦鱼网应保持良好的滤水性能。当漂污物的实际积聚量超过拦鱼网的实际排污能力时，必须另行设置专门的排污装置；

4．设置在航道上的拦鱼网应设有专门的过船设施，并应标有明显的航道标志或信号；

5．有条件的水域，在设计拦鱼网时应要求能兼作捕鱼工具，做到一网多用，以提高拦鱼网的经济效益和社会效益。

二、拦鱼网的设计依据

1。拦阻断面的选择 拦阻断面直接关系到拦鱼网在水中的受力、拦鱼效果、施工难度和投资大小。因此，必须正确地选择拦阻断面。选择拦阻断面时应考虑的因素比较多，基本原则是必须保证所选定的拦阻断面上的平均流速小于拦阻对象所能克服的最大流速值(又称鱼的极限流速，表46—1)。

46—1 主要淡水经济鱼类克服流速的能力

2．拦阻断面流速的计算 流速是决定拦鱼网在水中阻力值的最重要的参数；而阻力又直接关系到拦鱼网的实际抗洪能力，并与确定抛墩、锚、岸墩等重要固定装置的受力大小和本身的重量有关。流速的计算公式如下：

式中：V——拦阻断面上的流速(m／s)；

Q——某频率洪水时最大的下泄量(m／s)；

S——拦阻断面的总面积(m²)。

3．拦鱼高程的确定 拦鱼高程是指拦鱼网应拦阻的最高水位。它是确定拦鱼网实际高度的重要依据，也是两岸设置岸墩高程的依据。主要依据某设计频率洪水时所能达到的水位而定。

4．拦阻种类和规格的确定实际设计时，多以鲢、鳙为拦阻对象；而拦阻规格的大小，通常根据水域确定：大中型水域多以0．5kg以上的成鱼为主要拦阻对象；小型水库以0．25kg以上的鱼为主；而培养大规格鱼种的库湾或小Ⅱ型水库常以体长13．2cm的鱼种为拦阻低限。

5．网目尺寸的确定 拦鱼网合理的网目尺寸既能拦阻一定规格的鱼类，又能防止大量鱼类刺入网目。因此，拦鱼网的网目尺寸应小于捕捞同种规格拦阻对象的刺网的网目。根据编者的测定，拦鱼网的网目尺寸与拦阻对象规格的关系如表46—2所示。

表46—2 拦阻鲢、鳙的规格与网目尺寸的关系

三、拦鱼网设计与计算

1．拦鱼断面的测量和绘制断面图 拦阻断面的测量范围包括水上部分和水线以下断面的水深和地形等。水上测量一般采用常规的工程测量方法，水面以下断面的测量常用人工定位实测法。

经过测量并修正后得到表示拦阻断面各点水深的一系列数值，然后按统一的比例分别标在一张直角坐标上，其横坐标为拦阻断面的水平间距，纵坐标为各点相应的水深值，将各点连接起来即绘制出该处的拦阻断面图(图46—1)。

图46—1 拦阻断面图L₁，L₂，L₃分别为相应水位下的断面长度

2．拦鱼网网衣面积的计算 根据拦阻断面图，就可计算拦鱼网的面积。在计算时，按悬索理论，可采用下列比值和计算公式：

式中：L₁——断面实际长度(m)；

H₁——断面实际高度(m)；

L——拦鱼网长度(m)；

H——拦鱼网高度(m)；

S——拦鱼网面积(m²)。

上述算式可以计算整个拦网的网衣面积(用平均高度)，也可以计算各部分的面积。

3．拦鱼网网片规格的计算 拦鱼网由主网衣、敷网、盖网和缘网等四部分组成。根据网片缩结理论，计算各部分网衣规格时，取缩结系数u₁／u₂=0．64—0．66／0．77—0．75。由此拦鱼网各部分网衣的规格(以网目数表示)可由下列公式求得：

L₀=L／u₁、 m=L₀／2a；

H₀=H／u₂、 n=H₀／2a

式中：u₁——水平缩结系数；

u₂——垂直缩结系数；

H₀——网片拉紧高度(m)；

L₀——网片拉紧长度(m)；

m——网片长度方向的目数；

n——网片高度方向的目数；

2a——网目尺寸(mm)。

4．拦鱼网网衣用线量的计算 根据拦鱼网各部分网片的规格，用下式分别计算其用线量。

式中：G——网片用线量(kg)；

C——结节耗线系数(表46—3)；

d——网线直径(mm)；

G_H——单位长度的网线重量(g／m)；

N——网片总目数。

表46—3 结节耗线系数值表

图46—2 拦鱼网纲索名称与配布图

1．主上纲 2．上纲 3．上缘纲 4．力纲 5．下缘纲 6．下纲 7．主下纲

5．拦鱼网的纲索种类和规格的选择 拦鱼网的纲索名称和配布位置如图46—2。主上纲和主下纲用来承担全部负荷，常采用钢丝索，其他纲索材料均采用聚乙烯绳索。由编者经手设计的拦鱼网所用的各种纲索的规格和性能如表(46—4)所示。

表46—4 大中水域拦鱼网各种纲索的规格和性能表

6．拦鱼网阻力计算

(1)网衣的阻力计算：网衣阻力的计算公式(46—4)(为简化计算并保证拦鱼网的最大抗洪强度，假定拦鱼网各部分网衣与水流方向均成90°计算)：

式中：R_网——网衣阻力(kg)；

S——网衣缩结后面积(m²)；

V——水流流速(m／s)；

d——网线直径(mm)

a——网目脚长度(mm)。

(2)纲索的阻力计算：各种纲索的阻力计算公式如下：

R_纲=K₀L·d·V² (46—5)

式中：R_纲——纲索阻力(kg)；

L——纲索长度(m)；

V——水流流速(m／s)；

d——纲索直径(m)；

K₀——纲索阻力系数。

K₀值可查图46—3。横坐标为L∶f值，可查表46—5，表中L为纲索两端的跨距(m)，S为纲索的长度(m)，f为垂度。

表46—5 L∶S与L∶f互查表

图46—3 纲索阻力系数图

(3)浮子的阻力计算：浮子常采用聚氯乙烯泡沫塑料球形浮子，它在水中的阻力可按下列公式计算：

R_浮=K₀SV² (46—6)

式中：R_浮——浮子阻力(kg)；

S——浮子的中央剖面积(m²)；

V——水流流速(m／s)；

K₀——浮子阻力系数(可查图46—4)．

图46—4 浮子阻力系数K₀=f(R．)图

图46—4中横坐标为雷诺数(V为运动速度，L为与流向一致的平板长度，μ为运动粘滞系数，常取μ=0．01)。当球形浮子直径为0．01—0．30m，流速为0．1—1．0m／s时，K0≈25。

(4)拦鱼网的总阻力计算

R_总=R_网+R_纲+R_浮

式中：R_总——拦鱼网总阻力(kg)。

7．拦鱼网在水中的重量计算

G水=G_网·q_网+G_纲·q_纲

式中：G_水——拦鱼网在水中重量(kg)；

G_网——各部分网衣在水中重量的总和(kg)；

G_纲——各种纲索在水中重量的总和(kg)；

q_网——网衣材料的沉降率(，r为网材料比重)；q纲——纲索材料的沉降率(q= r₁为纲索材料比重)。

8．拦鱼网的浮力和沉降力的计算在水流的作用下，拦鱼网上产生两个内压力(图46—5)，其中F_上力使上纲下压，F_下力使下纲上升。为了克服这两个作用力，拦鱼网需配置与之相适应(包括安全储备系数)的浮力和沉降力，才能保证拦鱼网在水中的正常状态。

图46—5 拦鱼网纵剖面受力分析图

浮力和沉降力可按悬索、力学模拟法进行计算，详见图46—6。其中：

图46—6 H／h和F／R关系图

查图中两恨曲线的相应值F_上／R和F_下／R，由此在得知R的情况下，即可求得F_上和F_下值，再加上安全储备量，即可求出拦鱼网所配备的浮力和沉降力。

9．拦鱼网的上、下纲受力计算 上纲的受力大小，可按悬索理论进行分析和计算。当悬索垂度较小时，上纲张力可按下式计算：

式中：T₀——纲索张力沿垂直于水流方向的分力(kg)；

T_上——纲索左右两悬点对称受力时的切线张力(上纲张力)(kg)；

Q——纲索张力在水流平行方向的分力(kg)；

L——拦网的跨距；

f——垂度。

拦鱼网的下纲受力较上纲受力要小，但为计算方便，假定上、下纲受力相同，所以T_上=T_下。

10．拦鱼网固定装置的受力计算 拦鱼网的固定装置包括桩、锚、岸墩等。其中，桩适用于浅水缓流的小型水域中的拦鱼网用，其他几种固定装置多为大中型水域固定拦鱼网所用。

(1)桩的计算：

桩杆粗度计算公式：

式中：d——圆柱形桩杆的最小直径(cm)；

a——方柱形桩杆的一边长度(cm)；

〔σ〕——许用抗弯应力(kg／cm²)见表(46—6)；W_max——桩杆承受的最大弯矩(kg-cm)。

表46—6 各种材料的(σ)值表

桩打入深度的计算公式：

式中：h——桩打入深度(m)；

R——桩杆上的载荷(kg)；

d——桩杆直径(cm)；

γ——底质的体积重量(kg／m³)；

β——摩擦角(水底天然斜面角)。

在潮湿而水分饱和的各种底质中，β和γ的数值见表46—7。

表46—7 各种底质的β和γ的数值表

(2)锚的计算：锚在水底所起的固着作用，用爬驻力表示，其值可用下列公式计算：

H_max=KG (46—11)

式中：H_max——锚的最大爬驻力(kg)；

G——锚的重量(kg)；

K——锚的爬驻系数(沙底5—6，粘土底10—12)。

在实际计算中，锚的总爬驻力应等于或大于网具在水中的总阻力，另加安全储备量(2—3倍)。

(3)岸墩受力计算：岸墩用来承担鱼网的总负荷。其所受的最大张力可用下列公式计算：

式中：T——岸墩所受张力(T_。n)；

T_上、T_下——上纲和下纲张力(T_。n)；

α——上、下纲间夹角。

(编者：徐森林、钟为国 审者：候恩淮、李德尚)