Эффекты влияния шума судна на распределение и оценки запасов рыб

УДК 534.883:639.2.081.9

М.Ю. Кузнецов, ТИНРО-Центр, Владивосток

ЭФФЕКТЫ ВЛИЯНИЯ ШУМА СУДНА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ОЦЕНКИ ЗАПАСОВ РЫБ

Обсуждаются различные аспекты проблемы судовых шумов, связанные с промыслом и исследованиями рыбных запасов. Приводятся результаты исследования влияния гидроакустического шума на поведение и распределение рыб различных видов. Влияние шума на эффективность промысла и эхоинтеграционные оценки запасов рыб классифицировано на несколько факторов, среди которых особенно важны отпугивающее действие шума на рыб, изменение угла наклона рыб, селектирующее влияние шумового поля судна и непосредственное его наложение на полезный сигнал при эхоинтегрировании.

Любое судно создает гидроакустическое поле, характеризующееся определенным энергетическим спектром и направленностью. Спектр гидроакустических шумов большинства научно-исследовательских и промысловых судов занимает диапазон частот от единиц герц до нескольких килогерц. Основная энергия шума сосредоточена в диапазоне частот до 1000 Гц, причем максимальный спектральный уровень шума наблюдается на частотах 10-500 Гц и существенно спадает на частотах выше 1000 Гц [1, 2]. Основными источниками подводных шумов судна служат судовые двигатели, гребные винты, турбулентные потоки при обтекании корпуса и др. [3].

Большинство промысловых видов рыб - сельдевые, тресковые, лососевые - имеют хорошо развитый слух. Диапазон воспринимаемых частот составляет у различных рыб от 0 до 2000 Г ц, реже - до 5 кГц [4]. Максимальная (пиковая) слуховая чувствительность большинства промысловых видов рыб приходится на частоты до 1000 Гц, т.е. находится в диапазоне с максимальной энергией спектра шумов судна. Согласно различным исследованиям, реакция рыб на шумовое поле судна во многом сходна с оборонительной (защитной) реакцией этих рыб на приближение естественного хищника и сопровождается активным избеганием опасности [5, 6]. Характер реакции определяется видовым стереотипом защитного двигательного поведения рыб различных этологических групп на шумовой раздражитель. Оборонительная реакция малоподвижных придонных рыб характеризуется в большей степени их затаиванием, чем стремлением уйти из опасной зоны, а быстрых приповерхностных рыб - более активным горизонтальным избеганием шумового поля судна. Реакция вертикально мигрирующих видов рыб сопровождается как горизонтальными, так и вертикальными движениями этих рыб [2]. Например, пелагические скопления сельди реагируют на

шум судна на дистанциях 300-400 м, иногда - свыше 500 м. В экспериментах с норвежской сельдью (рис. 1) действие шума на рыб начиналось за 540 м до подхода судна к бую с эхолотом. Реакция сопровождалась интенсивным вертикальным погружением и рассеянием (уменьшением плотности) рыб [1]. Фоновое распределение восстанавливалось только через 2-3 мин после прохода судна. Подобные эффекты были зарегистрированы на более глубоко залегающих скоплениях зимующей сельди, на нагульных скоплениях сайки, мойвы, пикши, трески и других объектах. Реакция этих рыб в пелагиали сопровождалась преимущественно горизонтальным рассеянием рыб, в придонной области - вертикальным погружением и уплотнением рыб вблизи дна. Таким образом, избегательная реакция рыб может существенно снизить уловистость пелагических тралений и, наоборот, повысить эффективность придонных тралений, если горизонтальное избегание невелико.

Время, мин.

Рис. 1. Реакция скопления сельди при прохождении судна Результаты экспериментов на скоплениях преднерестового минтая в заливе Аляска с использованием свободно дрейфующего буя с эхолотом [7] показали, что шум судна вызывал уменьшение акустической плотности скоплений преднерестового минтая (Sа) в 2-2,5 раза. Причем сила реакции разреженных пелагических скоплений минтая ночью была заметно выше, чем придонных скоплений днем. Аналогичные результаты получены на скоплениях неполовозрелого минтая. Реакция избегания проявлялась как у рыб, находящихся в 30 м от поверхности, так и на более типичных для минтая глубинах 100-200 м. Реакцию минтая на шум промыслового судна наглядно иллюстрирует рис. 2. Отчетливо видно «приседание» минтая при подходе судна к бую и его последующее рассеяние в шумовом поле гребного винта.

15

30

Время

Рис. 2. Реакция скоплений минтая на шумовое поле рыбопромыслового судна

Шумы судов могут существенно повлиять на распределение объектов лова и условия промысла. При проведении тралово-акустических съемок минтая в северо-западной части Берингова моря, когда исследования выполнялись с обеих сторон конвенционной линии между Россией и США (в 2002 и 2008 гг.), основные скопления мигрирующего минтая были сосредоточены к юго-востоку от конвенционной линии в экономической зоне США (рис. 3).

Вероятно, продвижение минтая в северо-западном направлении сдерживало шумовое поле, создаваемое промысловыми судами, непрерывно курсирующими вдоль конвенционной линии, как правило, в местах выхода рыбы в российскую зону. Иначе чем объяснить такие

высокие плотности в зоне США и отсутствие эхозаписей в зоне России, притом, что условия обитания на момент выполнения съемки были благоприятными для нагула минтая с обеих сторон конвенционной линии (рис. 4).

174 175 176 177 178 179 180 179 178 177 176 175 174 173 V

Долгота

Рис. 3. Распределение относительной плотности скоплений минтая Эа

Рис. 4. Распределение плотности

Дистанция, на которой теоретически возможна избегательная реакция минтая на акустическое поле судна типа РТМС, составляет 350-400 м. Эти расчеты подтверждают приведенные выше данные, полученные для минтая, сельди и других объектов с помощью буев и стационарно установленных эхолотов. Особенно шумы судов могли повлиять на распределение пелагических скоплений, обитающих в толще воды на изобатах менее 200 м и, возможно, поэтому имеющих в июле, как видно из рис. 4, гораздо меньшую площадь распространения в российскую зону, чем придонные скопления.

Сила и продолжительность избегающей реакции существенно зависит от физиологического состояния рыб. Рыбы обычно легко возбуждаются в состоянии повышенной двигательной активности (например, в периоды миграций). Питающиеся рыбы менее активны и индифферентны к акустическим раздражителям, чем нерестящиеся объекты (рис. 5). Весьма показательны в этом отношении эксперименты, выполненные в норвежских фиордах на скоплениях зимующей и нерестящейся сельди (рис. 5). Реакция избегания зимовальной сельди вызывала потери энергии эхосигнала (акустической плотности рыб) до 80 % и более [5]. Та же сельдь, но уже во время нереста абсолютно не реагировала на шум судна [6]. Таким образом, двигательное поведение и дистанции реагирования на шум судна определяют не только пределы физического восприятия шума, но и пищевые и репродуктивные потребности, отражающие физиологическое состояние рыб.

________ г 80 -

= = 70 -

1 60 -

£ | 50  ь Ё 40

II30'

2 20

^_____________________________I >* 10

0 т----------------1---------------1

Нерест Питание Миграции тт „

Нерестующая сельдь Зимующая сельдь Физиологическое состояние рыб

Рис. 5. Влияние физиологического состояния рыб на реакцию избегания

Резюмируя вышеизложенное, можно заключить, что как пелагические, так и придонные рыбы воспринимают шум судна как сильный раздражитель. Дистанция реагирования рыб, по данным различных исследователей, существенно варьирует от 40 до 500 и более метров

(чаще от 100 до 200 м) в зависимости от вида (слуховых способностей) рыб, времени суток, уровня шума и физиологического состояния рыб. Это означает, что шум судна может оказывать существенное влияние на результаты оценки запасов рыб и эффективность промысла. На рис. 6 представлена схема, иллюстрирующая влияние шума судна на тралово-акустические оценки запасов рыб и уловы промысловых судов. Влияние шума на эхоинтеграционную оценку классифицировано на несколько факторов, среди которых особенно важны отпугивающее действие шума на рыб и непосредственное его наложение на полезный сигнал эхолота, вследствие чего вносятся дополнительные погрешности при эхоинтегрировании.

Рис. 6. Эффекты влияния шума судна на поведение и оценки запасов рыб

Уменьшение плотности скоплений рыб под судном при их обтекании шумового поля судна служит источником погрешности эхоинтеграционных съемок, выполняемых с помощью средств вертикальной эхолокации, как, впрочем, и траловых оценок численности и биомассы рыб. Кроме того, шум судна может быть причиной потери значительной части улова, особенно на траловом промысле быстрых пелагических рыб.

Изменение угла наклона рыб при погружении по сравнению с дорсальным аспектом в спокойном состоянии может служить причиной уменьшения силы цели рыб и увеличения, таким образом, погрешности оценки их численности тралово-акустическим методом [8].

Погрешность может возникать и при оценке размерного состава рыб, поскольку известно, что более взрослые (крупные) рыбы сильнее реагируют на акустические раздражители, чем их молодь [9]. Особенно

значительным селектирующее влияние шума может быть при изучении смешанных скоплений рыб разных видов и размерных классов, имеющих, к тому же, различные энергетические возможности (скорости плавания) и поведение. Нет необходимости говорить об отрицательном следствии такого влияния на эффективность тралового промысла.

Суда, выполняющие оценки запасов рыб, в идеале не должны влиять на поведение рыб, захватываемых эхоинтегрирующей аппаратурой и орудиями лова, или свести это влияние к минимуму. В 1995 г. ICES дал рекомендации по уровню шума судов, согласно которому уровень шума судна на частотах ниже 2 кГц не должен превышать порог восприятия рыбами шума на расстоянии 20 м [10]. Частотная характеристика уровней шума, ограничивающая зону влияния судна на поведение рыб, согласно ICES, показана на рис. 7.

Частота, Г ц

Рис. 7. Характеристики подводных шумов научно-исследовательских судов США относительно рекомендуемой ICES

Суда, обычно используемые в съемках, являются очень шумными. Например, уровень шума НИС «Миллер Фримен» (США) во время эхосъемки превышает рекомендуемый ICES уровень приблизительно на 25 дБ (почти в 20 раз) и на 15 дБ (в 6 раз) во время траления на частоте 100 Гц.

Новое судно «Оскар Дайсон» (США) построено с учетом рекомендаций ICES по шуму. По нашим оценкам превышение шума как составляющей эхосигнала НИС «Профессор Кагановский» (ТИНРО-Центр) над так же оцененным шумом НИС «Оскар Дайсон» на частоте 38 кГц составляет около 30 дБ (превышает рекомендуемый уровень более чем в 30 раз).

Библиографический список

1. Knudsen H.P., Mitson R.B. Some causes and effects of underwater noise on fish abundance estimation // Full papers of 6 ICES Symposium on Acoustic in Fisheries and Aquatic Ecology. Bergen, 2002. P. 1148-1158.

2. Кузнецов М.Ю. Гидроакустические методы и средства дистанционного управления поведением рыб на промысле: моногр. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2007. 130 с.

3. Простаков А.Л. Гидроакустика и корабль: моногр. Л.: Судостроение, 1967. 100 с.

4. Popper A.N., Fay R.R., Platt C., Sand O. Sound detection mechanisms and capabilities of teleost fishes // Sensory Processing in Aquatic Environments. - N. Y.: Springer-Verlag, 2003. P. 3-38.

5. Vabs R., Olsen K., Huse I. The effect of vessel avoidance of wintering Norwegian spring spawning herring // Fisheries Research. 2002. Vol. 58. P. 59-77.

6. Skaret G., Axelsen B. E., Nottestad L., Ferno A., Johannessen A. The behaviour of spawning herring in relation to a survey vessel // ICES Journal of Marine Science. 2005. Vol. 62. P. 1061-1064.

7. Wilson C.D. Fish avoidance to a research survey vessel // ICES Symposium on Fish Be-haviour in Exploited Ecosystems. Bergen, Norway, 2003. P. 78.

8. McQuinn I.H. A review of the effects of fish avoidance and other fish behaviours on acoustic target strength, special identification and biomass estimation // ICES FAST WG. St. John's, Canada, 1999. 17 p.

9. Engas A., Lokkeberg S., Ona E., Soldal A. V. Effects of seismic shooting on local abundance and catch rates of cod (Gadus morhua) and haddock (Melanogrammus aeglefinus) // Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1996. Vol. 53. P. 2238-2249.

10. Mitson R.B. Underwater noise of research vessels: review and recommendations // ICES Cooperative Research Report. Copenhagen, 1995. № 209. 61 p.