STF80 A00001 Gradering: Åpen OPPDRETT PÅ STRØM- UTSATTE LOKALITETER Sluttrapport SINTEF Fiskeri og havbruk AS Januar 2000
SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Fiskeri og havbruk AS Postadresse: 7465 Trondheim Besøksadresse: Pirsenteret 7462 Trondheim Telefon: 73 59 56 50 Telefaks: 73 59 56 60 Besøksadresse Brattøra: Gryta 2 Telefon: 73 59 56 50 Telefaks: 73 59 63 63 Foretaksnr.: NO 980 478 270 MVA Oppdrett på strømutsatte lokaliteter Sluttrapport FORFATTER(E) Egil Lien OPPDRAGSGIVER(E) Norges forskningsråd RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. 840001.00.01 Åpen 120160/122 GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG 82-14-01862-5 840001 7 + 7 vedl. ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) A00001 Egil Lien Arne Fredheim ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) STF90 A00001 2000-01-24 Jostein Storøy, Forskningssjef SAMMENDRAG Vi har gjennomført flere fullskala forsøk hvor vi har verifisert våre analyseverktøy for bestemmelse av strømkrefter på merdsystemer. Vi har 2 dimensjonale analysemetoder som kan benyttes for å bestemme av strømkrefter på alle type notbur. De eksisterende beregningsprogrammene (2-D) gir ikke ønskelig nøyaktighet mhp deformasjon av notburet. Spesielt viser det seg for nøter hvor man benytter bunnring i stedet for separate loddvekter. I prosjektet har vi spesielt sett på bruk av systemer med ett punkts forankring. Dette vil redusere risiko for rømning grunnet propellskader. Vi har utviklet nye forankringskonsepter. Disse er søkt videreført. Det er utviklet et nytt forankringsprogram som tillater vilkårlig antall linesegmenter med grensebetingelser både mot overflata og bunn. Nødvendig ved kombinert bruk av multibøyer og kjetting. Vi har videreutviklet et dataprogram, NetSim, som beregner 2-D krefter og deformasjon av notsystemer i bølger og strøm. Vi vil gjennom nye prosjekt utvikle modeller hvor vi kan det på en 3 dimensjonal deformasjon av notsystemer. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 Havbruk Aquaculture GRUPPE 2 Merd Fish cage EGENVALGTE Notdeformasjon Net pen deflection
2 INNHOLDSFORTEGNELSE Side MÅLSETTING 3 RESULTATER 4 NOTAT NR. 1 Fullskala forsøk Tauing av merd på Frosta 2 Forslag til anordning som viser strømtilstanden ved oppdrettsanlegg 3 Programmet NetSim - 2-dim. simulering av notdeformasjon i strøm og bølger 4 Bedriftsbesøk Frøyaringen, vurdering av konsept 5 Analyse av svai fortøyning av Frøyaringen 6 Måling av strøm og deformasjon av merd, Varaldsøya 7 Atferd hos laks i en stormerd på en strømutsatt lokalitet Appendix A B Presentasjon : Offshore Cage systems, 1 st International Symposium on Cage Aquaculture in Asia. Taiwan 2-6 November 1999 Overhead-presentasjon fra forsøk
3 MÅLSETTING Målsettingen for prosjektet oppnås ved å tilfredstille følgende delmål : Dokumentere strømkrefter på og deformasjon av nøter utsatt for store strømhastigheter. Etablere biologiske og tekniske kriterier for oppdrett av laks på strømutsatte lokaliteter. Utarbeide forslag til forbedrede anleggskonsepter som ivaretar de biologiske og de tekniske kriteriene som blir etablert i prosjektet. Bakgrunn Utviklingen innen havbruksnæringen de siste årene har gått mot merder i mer åpne farvann på store dyp med høye strømhastigheter. Denne utviklingen ventes å bli ytterligere forsterket i takt med økte arealbegrensninger for realisering av produksjonsøkninger. Oppdrett på strømrike lokaliteter medfører deformasjon av merdposen ved oppdrett i konvensjonelle merder. Dette fører til at det tilgjengelige oppdrettsvolum blir redusert, noe som kan ha betydning for fiskens adferd, trivsel og vekst. Høy strømhastighet kan gi fisken problemer med å opprettholde posisjon i posen. Stor deformasjon av oppdrettsposen i strøm kan også medføre at fisken får mindre tilgang til fôret og at en del driver ut av posen før det blir spist. Målet for prosjektet er å dokumentere eksisterende beregningsprogram samt utarbeide kriterier for anleggsutstyr og produksjon av laks på strømutsatte lokaliteter. Videre skal det utarbeides forslag til anleggskonsepter som ivaretar de tekniske og biologiske kriteriene. Figuren viser et eksempel fra analyser av deformasjon av not i strøm. Den viser omrisset av et notbur for forskjellige strømhastigheter 2 Netpen in current 0-10 -5 0 5 10 15 20-2 -4-6 -8-10 -12 Uc = 0 Uc=0.2 m/s Uc=0.4 m/s Uc=0.6 m/s Uc=0.8 m/s Uc=1.0 m/s
4 RESULTATER MARINTEK har gjennom flere år forsket på nøter, deres oppførsel i bølger og strøm. Det er utviklet matematiske modeller for å bestemme krefter på anlegg i strøm og bølger. Vi har foretatt 3 fullskala forsøk med slep av ei tom merd for å verifisere evt. korrigere våre modeller. Vi har målt : Slepekraft på nota som funksjon av slepehastighet Vi benyttet en brønnbåt samt en skyssbåt til de 3 slepeforsøkene. Foran hanefoten ble det montert en strekkmåler. Hastigheten ble målt ved hjelp av et flygel. Deformasjon av notburet For å måle deformasjonen av selve notpanelet, har vi bygd 3 fleksible slanger med innebygde trykksensorer. Fra trykksensorene beregnes vertikal posisjon til gitte punkter på nota, se fig, hvorav vi kan danne oss et bilde av den deformerte nota. Målingene ble foretatt fra en mindre båt (ca 12 fot), instrumentert og slept sammen med merden. Trykksensorer Test 11, U=0.41 m/s, F=7.8 kn 0-2 0 5 10 15 20 25 30 35 40-4 -6-8 -10-12 -14-16 -18-20
5 Forsøkene ble utført ved Frosta Laksefarm s anlegg i Trondheimsfjorden hvor vi målte deformasjon på ei 70*15m (omkrets og dyp) not med tradisjonelle klumpvekter. Forsøkene viser at deformasjonen på tradisjonelt loddete notsystemer er formidable, og selv ved moderate strømhastigheter, (~0.5 m/s) fås en volumreduksjon på 80%, se fig. Test 5, U=0.19 m/s, F=4.4 kn 0-5 0 10 20 30 40-10 -15-20 Ved Midnor s anlegg ved Dolmøya på Hitra foretok vi i 1999 målinger deformasjon på not med bunnring, 90 m omkrets og 15 m dyp. Resultatene viste meget god overensstemmelse mellom strømhastigheter og krefter på anlegget. Det var større avvik for deformasjoner på notbur. 20 16 12 8 4 Slepeforsøk NetSim 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Sammenlikning mellom beregnete og målte strømkrefter på 90 m merd med bunnring Vi må utvikle en 3-D av notburet, hvor også stivhetsegenskapene til bunnringen inkluderes. Slakking av notlinet på le side representerer en risiko for propellhavari dersom et fartøy ligger fortøyd på le side. For et svai forankret anlegg vil ikke dette representere noen risiko da man entrer og fortøyer fra siden, men det kan bidra til en økt risiko for propellskader for et rammeforankret anlegg.
6 Det bør foretas en mer omfattende studie av deformasjonen på anlegg med bunnring. Bunnringen henger som oftest i 8-10 kjettinger som går direkte opp i flyteringen. Det er ingen praksis fra utstyrsleverandører å merke kjettingene med eksakte posisjoner for låsing av kjettingen. En bunnring vil kunne vris under sammenpressing, og dermed kommer noen liner i slakk. Uten merking av posisjoner for låsing av kjettingen vil det være stor sannsynlighet for at operatøren løfter deler av ringen som dermed blir hengende skjevt og skader notlinet. For slike systemer er det meget viktig at det forefinnes manualer som beskriver operasjonsprosedyrer. Selve konstruksjonen av bunnringen burde gjennomgås. De ringene som benyttes består av PEH rør fylt med kjetting, armeringsjern eller andre vekter. Et rør har lik bøyestivhet om både vertikal og horisontal akse. Det vi i prinsippet ønsker er en stivhet om vertikal akse. For å oppnå en bedre strekkfordeling vertikalt (på kjettingen) vil det være ønskelig med en ring med lavere stivhet om horisontal akse. Andre alternativ enn bruk av sirkulære PEH rør bør derfor vurderes. Selv om vi har betydelige avvik i deformasjon mellom den 2-dimensjonelle simuleringsmodellen og forsøket, er det god sammenheng mellom krefter og strømhastighet. Dette er helt vesentlig å være oppmerksom på at analysemodellen kan benyttes for beregning av strømkrefter på notbur som er utspilt med bunnring. Høsten 1999 ble det gjennomført forsøk på Hydro Seafood sin lokalitet på Varakjelen ved Varaldsøya i Hardanger for laksens adferd i tradisjonell merd. Prosjektet skulle observere hvordan laksens atferd er i store merder med høy tetthet, mange individer og sterk strøm. Undersøkelsene ble gjennomført på en lokalitet hvor vannstrømmen tidvis er meget kraftig, opp mot 0.8 m/s og hvor det er observert dødelighet og dårlig vekst, angivelig pga sterk strøm. Generelt var det relativt lite strøm i observasjonsperioden, men observasjonene har likevel gitt økt kunnskap om atferd til laks i store kommersielle merder. Det ble observert vertikale fraksjoner hvor fisk som opplevde relativt sterk strøm valgte å stå på denne mens resten av fisken hadde en mer "normal" atferd hvor den svømte i stim og dannet en ringformet struktur i merden. Fisken hadde videre en preferanse for å stå dypt i merden, sannsynligvis en preferanse for den høyeste tilgjengelige temperaturen som er dypt nede i en fjord på denne årstiden. Lignende observasjoner er ikke gjort i ytre kyststrøk. Ingen konfrontasjoner mellom fisk og notvegg ble observert, kanskje pga. mangel på ekstreme strømforhold. Prosjektet har gitt en økt innsikt i laksens atferd i kommersielle stormerder, men samtidig avdekket et behov for videre studier for å kunne bestemme fiskens ve og vel i store oppdrettssystemer. Det ble foretatt målinger av strømmen med en nyinnkjøpt akustisk doppler. Dette utstyret viste seg å være meget hensiktsmessig og enkelt å bruke. Resultatene er beskrevet i egen rapport. Konseptutvikling I forbindelse med konseptutvikling har vi gjennomgått spesielt bruk av svai forankrede anlegg. Med fortøyning på svai menes at man benytter kun en ankerline hvor merden svinger rundt anlegget i forhold til strømretning. Vi har analysert det eksisterende konseptet hos Frøyaringen og foreslått modifikasjoner av dette systemet som vi mener sikkert vil forbedre anleggets kapasitet i sterk strøm. Her er det søkt NFR om en videreføring. En svai forankring har flere åpenbare fordeler: de har en enkel adkomst og dermed liten risiko for propellskade. man har en definert strømretning i forhold til konstruksjonen. Det er dermed enkelt å redusere strømhastigheten i merden ved bruk av avskjerming i front.
7 med en ett punkts forankring kan man bedre sikre forankringspunktet. For en normal forankring er 3 av 4 lodd inaktive. Man kan øke sikkerhetsfaktorene betydelig uten å øke de totale kostnadene. Et grunnleggende problem for fartøy som opererer rundt havbruksanlegg er å bestemme strømmens retning og hastighet. I prosjektet er det skissert et produkt som indikerer både strømretning og hastighet. Vi har etablert en dialog med Inventas A/S for å videreutvikle og å finne produsent til produktet. Konseptskissen er beskrevet i rapporten. Verktøy I prosjektperioden har vi videreutviklet NetSim 2 dimensjonal analyse av notbur i strøm og bølger. Det er nå et Windows basert program. Vi har utviklet en ny modul i analysepakken AquaSys hvor vi kan modellere opp separate forankringsliner bestående av et vilkårlig linesegment. Dette ble utviklet for å kunne foreta analyser av det videreutviklede ett-punkts forankringssystemet. Vi trengte et verktøy som kunne kombinere multibøyer og kjetting, dvs regne med samtidige grensebetingelser både mot overflaten og sjøbunnen. Programmene er beskrevet i rapporten. Instrumentering I prosjektet har vi bygd 3 liner hver med 4 trykksensorer for måling av notdeformasjon. Disse har vært brukt under alle slepeforsøkene. Vi har anskaffet en doppler strømhastighetsmåler. Bruken av en propellgiver viste seg å være tungvint. Dopplergiveren en meget enkel å bruke, og vi kan kjøre kontinuerlige målinger som logges direkte på PC.