賀春玉 王圓圓

大水面是指我國內(nèi)陸水域中的江河、湖泊、水庫、河道、低洼塌陷地等，不包括人工開挖的池塘和建造的養(yǎng)殖槽等。在全國500萬hm2可養(yǎng)殖水體中，大水面約占80%。但養(yǎng)殖產(chǎn)量占比很小，不足20%。

大水面的傳統(tǒng)養(yǎng)殖，主要靠天，靠經(jīng)驗，天然的大好資有效利用率不高，有些甚至還造成了一定程度的面源污染源。

究其原因，主要在于：其一，養(yǎng)殖成本高。包括人工、飼料、管理等。其二，養(yǎng)殖設施陳舊，養(yǎng)殖方式落后，導致養(yǎng)殖產(chǎn)量低，成活率和起捕率低。其三，養(yǎng)殖技術(shù)落后，大多數(shù)養(yǎng)殖均采取的是傳統(tǒng)的人放天養(yǎng)的粗放式養(yǎng)殖和管理技術(shù)，養(yǎng)殖周期長、疫病難以控制等，造成養(yǎng)殖產(chǎn)量和質(zhì)量不穩(wěn)定，養(yǎng)殖效益低。其四，環(huán)保意識不強，養(yǎng)殖尾水排放不達標等，對環(huán)境造成不良影響。

針對大水面?zhèn)鹘y(tǒng)養(yǎng)殖現(xiàn)狀，國家相關(guān)部委出臺了一系列政策。2019年9月，大水面生態(tài)漁業(yè)現(xiàn)場推進會在浙江省召開。會議強調(diào)，要充分保障大水面漁業(yè)發(fā)展空間，對于近幾年在環(huán)境保護督查中超出法律法規(guī)要求被迫退出的大水面漁業(yè)，要在科學論證的基礎上，重新恢復生產(chǎn)，積極推進大水面生態(tài)漁業(yè)發(fā)展。

新時期發(fā)展大水面生態(tài)漁業(yè)具有重要意義，要準確把握推進大水面生態(tài)漁業(yè)發(fā)展的總體要求，堅持綠色發(fā)展、合理利用，堅持因地制宜、分類施策，堅持科技引領、創(chuàng)新驅(qū)動，堅持質(zhì)量興漁、三產(chǎn)融合。走出一條水域生態(tài)保護和漁業(yè)生產(chǎn)相協(xié)調(diào)的高質(zhì)量綠色發(fā)展道路。為此，在多年研發(fā)傳感設備、養(yǎng)殖設備、自動化控制、物聯(lián)網(wǎng)軟件以及大數(shù)據(jù)分析平臺的基礎上，提出大水面生態(tài)漁業(yè)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新方案，以期促進我國大水面漁業(yè)養(yǎng)殖方式的轉(zhuǎn)變，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、促進漁民增收。

1方案設計

1.1設計原則

采用先進的工業(yè)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)理念，讓先進要素、技術(shù)創(chuàng)新相互滲透、緊密交融。構(gòu)建大水面生態(tài)漁業(yè)的生產(chǎn)體系、經(jīng)營體系和服務體系。實現(xiàn)漁業(yè)養(yǎng)殖、加工、休閑旅游、文化創(chuàng)意、科普教育、電商平臺等產(chǎn)業(yè)深度融合。

1.2設計結(jié)構(gòu)

整個水域設計為：養(yǎng)殖板塊、種植板塊、加工板塊、垂釣板塊、休閑旅游板塊、科普教育板塊、品牌體驗板塊、電商平臺板塊。如圖1所示。

1.3設計內(nèi)容

1.3.1養(yǎng)殖板塊采用浮動式工程化循環(huán)水模式進行養(yǎng)殖。該養(yǎng)殖模式由硬件設施和軟件系統(tǒng)組成。硬件設施包括：槽體、推水增氧設備、底增氧曝氣設備、集排污設備、水質(zhì)監(jiān)測設備、投飼設備。軟件系統(tǒng)包括：自動化控制系統(tǒng)。養(yǎng)殖水槽面積占水域的比例在2%～5%。水槽兩端有攔魚網(wǎng)和防撞網(wǎng)，魚放在水槽內(nèi)集中“圈養(yǎng)”。在水槽上安裝推水增氧設備、底部增氧曝氣設備、水質(zhì)監(jiān)測設備、集污設備。確保水槽內(nèi)的水體富含溶氧，并產(chǎn)生一定的流速，讓“ 死水 ”變成“ 活水 ”。利用工業(yè)技術(shù)手段，采用先進的養(yǎng)殖設備和新型的養(yǎng)殖模式，實現(xiàn)全智能自動化控制的人工養(yǎng)殖方式，從而達到養(yǎng)殖方式由傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變的目的。如圖2所示。

1.3.1.1槽體

槽體長24 m，寬5 m，深2.2 m。采用熱鍍鋅框架，環(huán)保玻璃鋼面板，防浪涌結(jié)構(gòu)。槽體分三段設計，前段為設備區(qū)，安裝推水增氧設備。中段為養(yǎng)殖區(qū)，安裝底部曝氣設備和水質(zhì)監(jiān)測設備。后段為集污區(qū)，安裝半封閉的底部漏斗型的集污設備。如圖3、圖4所示。

1.3.1.2推水增氧設備

流動的水體環(huán)境能夠帶來大量魚類生長所需的溶解氧，增進魚的游動，從而大大提高魚肉品質(zhì)。本系統(tǒng)通過氣提方式實現(xiàn)槽體推水功能，增加了水的流動性，把靜水變成局部流動的活水，促進了魚的生長，同時，將養(yǎng)魚槽內(nèi)的殘餌、糞便及其他懸浮物推送到槽體末端的集污區(qū)里。

采用雙段漩渦風機，通過主管道，經(jīng)由手動調(diào)節(jié)閥、分支管道將高壓氣流輸送至納米曝氣格柵，氣流在水體中迅速上升并在導流板的作用下形成水平推力，使槽體內(nèi)的靜水向槽體尾部線性流動。

每槽采用2.2 kW雙段漩渦風機（最大氣量260 m3/h）。配套納米曝氣格柵、玻璃鋼導流板及其組件。能夠確保水流流速不低于3 cm/s。

每臺風機的控制模式分為本地控制、上位機遠程控制、PLC站自動控制三種模式，且優(yōu)先級：本地控制>上位機遠程控制>PLC站自動控制。如圖5所示。

1.3.1.3集排污設備

能夠?qū)Ⅳ~槽內(nèi)的殘餌糞便有效收集并排放到塘外指定區(qū)域，降低了水質(zhì)污染，實現(xiàn)了凈化水的循環(huán)利用。

采用頂部虹吸法。每槽尾部設計排污V型槽，配一臺2.2 kW自吸泵。

每臺泵的控制模式分為本地控制、上位機遠程控制、PLC站自動控制三種模式，且優(yōu)先級：本地控制>上位機遠程控制>PLC站自動控制。如圖6所示。

1.3.1.4水質(zhì)監(jiān)測設備

采用在線熒光法的原裝進口產(chǎn)品，測量范圍（溫度）：? 0～50 ℃;測量精度（溫度） ： ±0.2 ℃;存儲溫度 ：-20～70 ℃ ;響應時間（溶解氧） ： T90<40 s。無需校準、無漂移，精確、穩(wěn)定，有效壽命長。如圖7所示。

1.3.1.5投飼設備

主要包括風機、料倉、配料盤、噴料嘴、管路、控制柜等。

能夠與總控制系統(tǒng)或者其它系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接。

具有本地操作、上位機遠程控制、PLC自動控制三種控制模式。

可靈活設置投喂選料、投喂量、投喂時間、投喂時差、投喂距離、投喂次數(shù)、投喂槽位、投喂倉位等參數(shù)。

可實時采集系統(tǒng)工況，如風機失壓、過壓，下料異常等數(shù)據(jù)。

如圖8所示。

1.3.1.6自動化控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)通過采用先進的檢測儀表、電氣控制設備和控制器，并匯集控制技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)、計算機技術(shù)等，通過采集現(xiàn)場檢測儀表、電氣設備等的參數(shù)，加以預警和控制，從而達到提高養(yǎng)殖企業(yè)的自動化操作水平，構(gòu)建集遠程控制、生產(chǎn)管理于一體的平臺。

采用分布式子站以及工業(yè)以太網(wǎng)等先進的網(wǎng)絡通訊技術(shù)，實時動態(tài)顯示現(xiàn)場設備狀態(tài)及檢測分析儀表的的參數(shù)，并對設備遠程下達各種指令。

在控制柜上設置觸摸屏，觸摸屏實現(xiàn)簡單數(shù)據(jù)檢測和遠程控制的作用，平時既可以在遠程計算機上進行數(shù)據(jù)的讀取和控制，也可以在觸摸屏上進行數(shù)據(jù)的讀取和設備的控制。

主控CPU單元采用德國西門子公司系列產(chǎn)品，PLC主站與各控制子站采用分布式工業(yè)以太網(wǎng)總線通訊，上位機與PLC過程控制層之間采用以太網(wǎng)方式通信，控制室對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行顯示和過程控制。

功能1：能夠?qū)崿F(xiàn)風機、投飼機、吸污泵、傳感器、發(fā)電機等設備的全自動關(guān)聯(lián)動作，具有冗余備份和報警機制。

功能2：當水質(zhì)傳感器監(jiān)測數(shù)值低于下限，系統(tǒng)會自動報警，同時開啟備用或者底增氧風機，進行曝氣提升。

功能3：當投飼結(jié)束，系統(tǒng)會在設定時間自動開啟吸污泵。

功能4：當設備運行出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動報警，同時開啟備用設備。

功能5：當現(xiàn)場發(fā)生停電斷電，系統(tǒng)會自動切換到發(fā)電機組進行供電。

功能……………。

如圖9所示。

圖9自動化控制

1.3.1.7養(yǎng)殖模式優(yōu)勢

養(yǎng)殖槽體可升降，不受水位、風浪影響?？梢苿?，方便調(diào)整養(yǎng)殖區(qū)域?？蓮椭?，便于調(diào)整養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖量。

養(yǎng)殖槽體壽命長。正常使用，可以運行10年以上。

養(yǎng)殖產(chǎn)量高，單槽120 m2的水面，養(yǎng)殖產(chǎn)量可達2萬kg以上。

養(yǎng)殖成本低。智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)精準投喂，可實現(xiàn)自動放苗、投喂、捕魚等?？蓪崿F(xiàn)一人管多槽，甚至可以無人現(xiàn)場值守。飼料利用率大幅提高，養(yǎng)殖管理成本和人工成本顯著降低。

捕魚方便快捷。起捕率可以實現(xiàn)100%。

養(yǎng)殖過程可以實現(xiàn)抗生素零用藥，不僅避免了污染，還提升了魚肉品質(zhì)。

集污效果顯著。采用大功率自吸泵和半封閉的底部漏斗結(jié)構(gòu)，殘飼和糞便的收集、抽取，快速徹底。集污率在45%以上。減少氮、磷、COD排放65%以上。

1.3.2種植板塊

選取水域的合理位置，搭建水面浮臺和半潛浮臺，配套環(huán)境采集設備。

水面浮臺種植水生植物，水草類如菖蒲、水葫蘆、魚腥草、夏枯草、水龍、薄荷、虎杖等。蔬菜類如空心菜、水芹菜、茭白等。鮮花類如荷花、美人蕉等。

半潛浮臺種植沉水植物，如苦草、伊樂藻、輪葉黑藻、菹草等。

環(huán)境監(jiān)測設備包括風力、光照，空氣的溫度、濕度，水體溶解氧、pH、溫度、濁度等，確保水生植物適宜的生長環(huán)境。

種植板塊的主要功能：

凈化水質(zhì)。水生植物發(fā)達的根系有較好的絮凝作用，能夠有效提高有機質(zhì)的沉降率，具有很好的除P、除N作用。

美化環(huán)境。綠葉紅花，為旅游觀光提供了天然的素材。

綠色食材。養(yǎng)殖與種植形成了 “魚菜共生模式”?？商峁┚G色有機蔬菜。

如圖10所示。

1.3.3加工板塊

建造加工中心，搭建產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)。加工的產(chǎn)品包括：活魚保鮮加工、魚肉肉丸、肉柳加工。魚排、魚干加工。綠色蔬菜保鮮加工、蔬菜凍干加工等。

產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)能夠把原材料信息、產(chǎn)品加工信息、成品物流信息和銷售信息等，精準錄入，以二維碼的方式進行掃描展示。

1.3.4垂釣板塊建設岸基垂釣設施和深水浮動垂釣設施，配套茶歇、遮陽傘等。釣獲的魚，可折價帶走，可折價回購，也可以在現(xiàn)場有償提供的廚房及廚具，進行家庭烹調(diào)。多種消費模式并存。

1.3.5休閑旅游板塊建設岸基觀光通道和水面浮動觀光走廊，如圖11所示。配套環(huán)境監(jiān)測設備和水肥供給系統(tǒng)。岸基觀光通道配套種植紫藤、凌霄花、石楠、紅楓、苦楝樹等綠色植物和獼猴桃、樹莓等經(jīng)濟作物。水面浮動觀光走廊配套綠蘿、荷花、美人蕉等。通道和走廊都互聯(lián)互通，可以到各個板塊進行現(xiàn)場體驗、觀摩。步步皆有景、遠近高低景不同。天天花不斷，季季花不同。能夠為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

1.3.6科普教育板塊采用室內(nèi)、室外相結(jié)合，搭建網(wǎng)絡視頻系統(tǒng)。以科普講座、影效、培訓、示范、咨詢、參觀、服務、實物展覽、標本展覽等方式，普及種植、養(yǎng)殖、種源、產(chǎn)品加工、疫情防范、污染防治、信息智能等科學知識。

網(wǎng)絡視頻系統(tǒng)可同步傳輸各大板塊的相關(guān)視頻進行交互、共享，增大科普教育效果。

1.3.7品牌體驗板塊對生產(chǎn)、銷售、服務進行標準化設計，融入企業(yè)自身的品牌和文化元素。做好交流、環(huán)境、網(wǎng)絡和人員的安排，搭建體驗場景。讓客戶的訴求在體驗的過程中得到完美的詮釋。

1.3.8電商平臺制定合理標準，做好產(chǎn)品分類。如鮮活配送、生鮮配送、冷凍配送等。策劃周到的服務與體驗。如現(xiàn)場體驗、視頻直播體驗、線上互動體驗等。以網(wǎng)站平臺為載體，嫁接相應的資源。利用互聯(lián)網(wǎng)的易用性、廣域性和互通性，實現(xiàn)快速可靠的網(wǎng)絡化產(chǎn)品和服務交易。既能為客戶提供直購綠色環(huán)保產(chǎn)品的專業(yè)平臺，實現(xiàn)開心消費，又能拓寬產(chǎn)品銷路，增大產(chǎn)品銷量，實現(xiàn)企業(yè)形象和品牌價值的提升。

1.3.9物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)采用云主機為服務平臺，借助4G/5G等網(wǎng)絡，通過DTU/PLC，進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，如圖12所示。例如養(yǎng)殖板塊的設備運行數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)（溶解氧、pH、溫度、氨氮等）、苗種數(shù)據(jù)、飼料數(shù)據(jù)、產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)、病害數(shù)據(jù)等。例如種植板塊的空氣溫濕度數(shù)據(jù)、光照數(shù)據(jù)、土壤溫濕度數(shù)據(jù)、苗木數(shù)據(jù)等。例如加工板塊的原材料數(shù)據(jù)、半成品數(shù)據(jù)、成品數(shù)據(jù)，庫存數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)等。

系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進行匯總、存儲、分析，形成綜合信息動態(tài)數(shù)據(jù)庫。不僅能為生產(chǎn)管理提供查詢、統(tǒng)計、報表等功能，也能為支撐大水面生態(tài)漁業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，為大水面漁業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境保護提供科學數(shù)據(jù)。

2結(jié)論

大水面生態(tài)漁業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案，采用了工業(yè)自動化技術(shù)和工業(yè)設施設備。工程化循環(huán)養(yǎng)殖模式，在一定程度上解決了傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖中存在的產(chǎn)量、成本、品質(zhì)、環(huán)保等客觀問題，推動了現(xiàn)代漁業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

按照生態(tài)設計，栽培的水生作物等植物，能夠?qū)⑻幚砗蟮酿B(yǎng)殖 “肥水”，作為營養(yǎng)液吸收。經(jīng)過植物“脫肥”后的“瘦水”又流回，為水體微生物提供營養(yǎng)，最終達到了種、養(yǎng)結(jié)合的循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)。

對養(yǎng)殖、種植所得初級產(chǎn)品，進行深加工，提高了產(chǎn)品附加值。

以養(yǎng)殖現(xiàn)場、種植場景、加工過程、產(chǎn)品展示等為內(nèi)容，開發(fā)生態(tài)休閑、旅游觀光、文化傳承、科普教育、電商平臺等功能。實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，價值鏈的提升。

采用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了種養(yǎng)、加工、銷售、服務等數(shù)據(jù)的有效共享和應用。實現(xiàn)一二三產(chǎn)的深度融合。

（收稿日期：2020-01-16）