CN111612351A - 一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，包括如下步骤：S1：灾害危险性H计算；S2：承载体脆弱性V计算；S3：结构抗力Z计算；S4：网箱破坏风险指数RI计算，

S5：养殖网箱破坏风险评估；根据网箱破坏风险指数RI的数值评估养殖网箱破坏风险，当RI≧0.5时，养殖网箱破坏风险性随着数值的增大而增大；当RI﹤0.5时，所述网箱结构安全；当RI﹥0.7时，所述网箱结构破坏。本方法可用于复杂海况下海洋养殖网箱设施破坏风险的评估，可同时考虑风暴潮增水、台风浪、海流等多重致灾因子的影响，并可实现对不同致灾强度的定量计算，从而能够全面反映养殖网箱所处海洋环境的危险性。

Description

一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法

技术领域

本发明涉及海洋工程防灾减灾技术领域，具体而言是一种海洋养殖网箱 设施破坏风险评估方法。

背景技术

我国是世界第一水产养殖大国，养殖产量占世界总产量的70％以上。但 总体而言，我国海水养殖的设施化和工程化水平不高，养殖生产基本处于低 技术水平的数量规模化发展。2002年我国所拥有海水养殖网箱就超过100万 箱，近海筏式养殖面积达100万公顷。但由于养殖设施简陋、装备水平落后， 无法抵御较大风浪和较恶劣的海况条件。据不完全统计，我国每年因风暴潮 和台风给近海养殖造成的损失均在几十亿元以上，养殖生产仍主要“靠天吃 饭”。

海洋养殖是一大系统工程，养殖设施结构安全是制约海洋养殖产业发展 的最大瓶颈。外海海域天然屏障少，养殖设施势必将受到恶劣的海况条件的 考验。作为高投入、高产出、高风险的海洋养殖业，养殖设施装备的安全将 决定整个生产的成败。海洋养殖设施具有一定抵御风浪和海流的能力；但海 洋养殖网箱设施的安全性问题依然存在，一旦遇到超强台风的正面袭击，损 毁概率很大。

我国东南沿海处于热带气旋等海洋灾害性天气高发区域，设施渔业遭受 风暴潮、台风浪、强流等恶劣海况的严峻威胁，养殖设施及养殖鱼类受灾损 失严重，严重阻碍了我国海洋设施养殖产业的健康发展。海洋养殖网箱是目 前我国最为典型、应用最广的一种海水养殖设施，它主要由浮架系统、网衣 系统、锚碇系统和配重系统四部分组成。海洋养殖网箱通常布放在水域面积 开阔、水体交换较好的海域，水深、浪大，海洋灾害风险极大。海洋养殖网 箱受灾破坏形式主要表现为网箱浮架断裂、变形，网衣破裂、脱落，系泊系 统断缆、走锚。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估 方法。本发明主要利用网箱破坏风险指数RI＝危险性H×脆弱性V×结构抗力 Z，并根据网箱破坏风险指数RI的数值来判断网箱的破坏风险。

本发明采用的技术手段如下：

一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，包括如下步骤：

S1：灾害危险性计算；

基于目标海域实测或推算的海况资料，计算灾害的危险性H；危险性主 要是指可对网箱造成破坏的风暴潮灾害，主要包括风暴潮增水、灾害性海浪 (重现期和浪高的综合效应)和海流的作用。

危险性H应依据下列公式计算：

其中：d01＝e(-p)×lg(Hm)为波浪影响值；p为累计频率，H_m为最大浪 高(单位为m)；

为d₀₁的权重；

d₀₂为风暴潮增水影响值，其等于风暴潮增水值与水深的比值；

为d₀₂的权重；

d₀₃为海流影响值，其等于海流流速与该海域历史最大流速的比值；

为d₀₃的权重。

S2：承载体脆弱性计算：

采用现场调研的方法，获得目标海域海洋养殖网箱的结构参数，利用物 理模型试验或数值模拟方法，计算网箱的水动力指标。

根据网箱的锚绳张力指标、网衣节点张力指标和浮架应力指标计算网箱 的脆弱性V；

网箱的脆弱性V计算公式如下：

其中：

d₀₄为锚绳指标，其等于锚绳张力与锚绳极限承载力的比值，可表征网箱 锚碇系统断缆、走锚；

为d₀₄的权重；

d₀₅为网衣指标，其等于网衣的网线张力与网线极限承载力的比值，可表 征网箱网衣撕破；

为d₀₄的权重；

d₀₆为浮架指标，其等于浮架的浮管应力与浮管许用应力的比值，可表征 网箱浮架断裂。

为d₀₆的权重。

S3：结构抗力计算

根据网箱结构已使用时间、网箱结构材料磨损和老化系数计算得到网箱 结构的结构抗力Z；结构抗力Z的计算公式如下；

其中：d₀₇为结构抗力指标，d₀₇＝at^k，t是网箱设施已使用的时间，a 和k是反映网箱结构材料磨损和老化的系数，可以通过测量强度变化分析计 算得到。

为d₀₇的权重，

S4：网箱破坏风险指数计算

采用灰色关联分析法分析危险性H、脆弱性V和结构抗力Z，计算网箱 破坏风险指数RI，用以表示网箱整体及主要构件的受损程度；网箱破坏风险 指数RI的计算公式如下；

其中W_H为H的权重，W_V为V的权重，W_Z为Z的权重；

W_H＝0.4，W_V＝0.5，W_Z＝0.1。

S5：养殖网箱破坏风险评估；

根据网箱破坏风险指数RI的数值评估养殖网箱破坏风险，本发明通过计 算与验证，发现了表征网箱结构安全与破坏的风险指数临界值：当RI≧0.5 时，养殖网箱破坏风险性随着RI数值的增大而增大；当RI﹤0.5时，所述网 箱结构安全；当RI﹥0.7时，所述网箱结构破坏。破坏风险指数越大，说明海 洋养殖网箱受灾破坏的风险越大，从而可为海洋养殖设施防灾减灾工作提供 参考依据。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本方法可用于复杂海况下海洋养殖网箱设施破坏风险的评估，可同时考 虑风暴潮增水、台风浪、海流等多重致灾因子的影响，并可实现对不同致灾 强度的定量计算，从而能够全面反映养殖网箱所处海洋环境的危险性；

本方法能够综合考虑复杂海况环境(即危险性)、网箱结构特性(即脆弱 性)以及设施折旧情况(即结构抗力)，全面评估海洋养殖网箱设施的破坏风 险。

本发明确定了网箱结构安全与破坏的风险指数临界值，有利于为网箱结 构安全性开展定量评估。

本方法计算效率高，可在输入网箱结构参数以及海况参数后，迅速输出 网箱破坏风险指数，可实现网箱破坏预报与台风预警的同时发布。

本方法既可对某一次台风灾害影响下某目标海域的网箱设施，开展破坏 风险的评估；又可依据历史海浪参数，对某一目标海域范围，开展网箱设施 破坏风险空间分布的评估，判定出该海域的危险区域以及适养区域，为海洋 牧场的规划提供依据。

基于上述理由本发明可在网箱结构破坏评估等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下 面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在 不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法 流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特 征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本 发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意 图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外 明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当 在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、 操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、 数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述， 附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相 关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当 情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示 出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作 为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相 似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图 中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、 右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关 系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在…… 上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个 器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术 语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。 例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在 其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或 “在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在…… 上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转 90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件， 仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有 特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，包括如下步骤：

S1：灾害危险性计算；

基于目标海域实测或推算的海况资料，计算灾害的危险性H；危险性主 要是指可对网箱造成破坏的风暴潮灾害，主要包括风暴潮增水、灾害性海浪 (重现期和浪高的综合效应)和海流的作用。

危险性H应依据下列公式计算：

其中：d₀₁＝e^(-p)×lg(H_m)为波浪影响值；p为累计频率，H_m为最大浪 高(单位为m)；

为d₀₁的权重；

d₀₂为风暴潮增水影响值，其等于风暴潮增水值与水深的比值；

为d₀₂的权重；

d₀₃为海流影响值，其等于海流流速与该海域历史最大流速的比值；

为d₀₃的权重。

S2：承载体脆弱性计算：

采用现场调研的方法，获得目标海域海洋养殖网箱的结构参数，利用物 理模型试验或数值模拟方法，计算网箱的水动力指标。

根据网箱的锚绳张力指标、网衣节点张力指标和浮架应力指标计算网箱 的脆弱性V；

网箱的脆弱性V计算公式如下：

其中：

d₀₄为锚绳指标，其等于锚绳张力与锚绳极限承载力的比值，可表征网箱 锚碇系统断缆、走锚；

为d₀₄的权重；

d₀₅为网衣指标，其等于网衣的网线张力与网线极限承载力的比值，可表 征网箱网衣撕破；

为d₀₄的权重；

d₀₆为浮架指标，其等于浮架的浮管应力与浮管许用应力的比值，可表征 网箱浮架断裂。

为d₀₆的权重。

S3：结构抗力计算

根据网箱结构已使用时间、网箱结构材料磨损和老化系数计算得到网箱 结构的结构抗力Z；结构抗力Z的计算公式如下；

其中：d₀₇为结构抗力指标，d₀₇＝at^k，t是网箱设施已使用的时间，a 和k是反映网箱结构材料磨损和老化的系数，可以通过测量强度变化分析计 算得到。

为d₀₇的权重，

S4：网箱破坏风险指数计算

采用灰色关联分析法分析危险性H、脆弱性V和结构抗力Z，计算网箱 破坏风险指数RI，用以表示网箱整体及主要构件的受损程度；网箱破坏风险 指数RI的计算公式如下；

其中W_H为H的权重，W_V为V的权重，W_Z为Z的权重；

W_H＝0.4，W_V＝0.5，W_Z＝0.1。

S5：养殖网箱破坏风险评估；

根据网箱破坏风险指数RI的数值评估养殖网箱破坏风险，本发明通过计 算与验证，发现了表征网箱结构安全与破坏的风险指数临界值：当RI≧0.5 时，养殖网箱破坏风险性随着数值的增大而增大；当RI﹤0.5时，所述网箱结 构安全；当RI﹥0.7时，所述网箱结构破坏。破坏风险指数越大，说明海洋养 殖网箱受灾破坏的风险越大，从而可为海洋养殖设施防灾减灾工作提供参考 依据。

举例说明：波浪的最大浪高为7m，累计频率为5％，则波浪影响值d₀₁为0.80；风暴潮增水值为2m，水深20m，则风暴潮增水影响值d₀₂为0.1；海 流流速为0.4m，海域历史最大流速的比值为1m，则海流影响值d₀₃为0.4。 通过数值模拟，可计算出该海况下网箱设施锚绳、网衣和浮架的动力特性， 结合材料强度特性，进而求得锚绳指标d₀₄＝0.64，网衣指标d₀₅＝0.61，浮架指 标d₀₆＝0.59。网箱设施已使用的时间为3年，材料磨损系数为0.6，材料老化系数为0.5，则结构抗力指标为1.04。

结合各指标对应的权重值，即可计算出危险性、脆弱性及结构抗力值； 代入公式

最终计算出网箱破坏风险指数RI＝0.65。

评估结论为：网箱并未破坏，但破坏的风险性较高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对 其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通 技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并 不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：灾害危险性计算；

基于目标海域实测或推算的海况资料，计算灾害的危险性H；

S2：承载体脆弱性计算；

根据网箱的锚绳张力指标、网衣节点张力指标和浮架应力指标计算网箱的脆弱性V；

S3：结构抗力计算；

根据网箱结构已使用时间、网箱结构材料磨损和老化系数计算得到网箱结构的结构抗力Z；

S4：网箱破坏风险指数计算；

采用灰色关联分析法分析危险性H、脆弱性V和结构抗力Z，计算网箱破坏风险指数RI；

S5：养殖网箱破坏风险评估；

根据网箱破坏风险指数RI的数值评估养殖网箱破坏风险，当RI≧0.5时，养殖网箱破坏风险性随着RI数值的增大而增大；当RI﹤0.5时，所述网箱结构安全；当RI﹥0.7时，所述网箱结构破坏。

2.根据权利要求1所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，在步骤S1中，所述危险性H指可对网箱造成破坏的风暴潮灾害，包括风暴潮增水、灾害性海浪和海流的影响作用；危险性H的计算公式如下：

其中：d₀₁＝e^(-p)×lg(H_m)为波浪影响值；p为累计频率，H_m为最大浪高；

为d₀₁的权重；

d₀₂为风暴潮增水影响值，其等于风暴潮增水值与水深的比值；

为d₀₂的权重；

d₀₃为海流影响值，其等于海流流速与该海域历史最大流速的比值；

为d₀₃的权重。

3.根据权利要求2所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，在步骤S2中，网箱的脆弱性V计算公式如下：

其中：d₀₄为锚绳指标，其等于锚绳张力与锚绳极限承载力的比值；

为d₀₄的权重；

d₀₅为网衣指标，其等于网衣的网线张力与网线极限承载力的比值；

为d₀₄的权重；

d₀₆为浮架指标，其等于浮架的浮管应力与浮管许用应力的比值；

为d₀₆的权重。

5.根据权利要求4所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，在步骤S3中，结构抗力Z的计算公式如下；

其中：d₀₇为结构抗力指标，d₀₇＝at^k，t是网箱设施已使用的时间，a和k是反映网箱结构材料磨损和老化的系数；

为d₀₇的权重。

7.根据权利要求6所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，在所述步骤S4中，网箱破坏风险指数RI的计算公式如下；

其中W_H为H的权重，W_V为V的权重，W_Z为Z的权重。

9.根据权利要求8所述的一种海洋养殖网箱设施破坏风险评估方法，其特征在于，W_H＝0.4，W_V＝0.5，W_Z＝0.1。

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