输水工程中沼蛤入侵的生态防治措施研究

余 淼(深圳市东江水源工程管理处，广东 深圳 518000)

1 概 述

沼蛤俗称淡水壳菜，英文名golden mussel，广泛分布于中国以及东南亚国家的淡水河湖、水库的硬质材料表面。沼蛤对环境的适应能力较强，并且繁殖率高，进入新的水体后迅速扩张，密集附着于重要水工结构上，容易造成严重的工程损失。

沼蛤入侵到输水管道后，在管壁上密集附着，对混凝土管损害严重，在管道接缝处尤其严重。同时，调节池进水闸门上也大量附着沼蛤，设备遭受腐蚀。由于沼蛤的入侵，输水阻力增大，管道堵塞，直接影响到工程的输水效率，同时还增加了工程检修的工作量和检修难度。停水检修期间，沼蛤大量死亡，管道内恶臭味刺鼻，甚至影响至周围环境，且对供水水质有污染[1]。

2 沼蛤污染及研究现状

深圳市东江水源工程管理处在对供水管道工程进行了全面的内部检查后发现：供水管线全径，除管线陡坡段、急流段外，管壁沼蛤附生现象严重，沼蛤附着体对混凝土损害比较严重。其中混凝土管、钢管、PCCP管及玻璃钢加沙管沼蛤附着密度分别达到2 400～3 100、2 900～3 300、700～3 000、300～2 500 个/m2[2]。

为了预防沼蛤入侵及其附着引起的生物污损对输水工程及自然生态系统带来的危害，国内外已逐渐开展了一些防治沼蛤附着污损的方法，目前广泛采用的方法主要有高压水冲、人工或机械刮除[2]。但这些方法不能维持长期的控制效果，需要反复开展，经济效果较差，并且在刮除过程中会增加管壁的粗糙程度，反而有利于沼蛤的附着。国外一般采用化学药剂消杀沼蛤，另外是溶解沼蛤足丝，使其从附着壁上脱落[3]。化学方法虽然简便，但费用高、易造成环境污染，很多情况下不宜采用。研究表明：有效而又不污染环境的防治措施必须基于沼蛤对输水管道的入侵及附着特性[1]。本文以深圳东江水源工程为研究对象，在对沼蛤的生长发育规律以及沉降特性、附着特性研究的基础上，提出输水工程中沼蛤入侵的生态防治措施。

3 沼蛤的生物特性

沼蛤的完整发育过程为：受精卵、担轮幼虫、面盘幼虫、踯行幼虫、稚贝、成贝，其中面盘幼虫又可区分为D型幼虫、前期壳顶幼虫、后期壳顶幼虫。研究成果表明，沼蛤幼虫具有运动、沉降、避光、附着等特性，各阶段沼蛤的生物特性表现出很大差异。这些特性的规律为研制生物防治沼蛤危害提供了理论依据。

面盘幼虫阶段和踯行幼虫阶段游泳运动能力都比较弱，最大运动速率约为400 μm/s，该速率与水流流速相比，可以忽略[1]。由此可见，沼蛤幼虫对远距离的水体或人工结构的入侵几乎完全依靠水流流速，而非自身的游泳能力。

通过对幼虫进行实验室静水沉降试验发现，不同初始密度条件下，沼蛤幼虫沉速级配关系曲线相似：80%的幼虫的沉速在100～1 000 μm/s， 20%的幼虫的沉速在1 000～10 000 μm/s，中值沉速约为800 μm/s[1]。

研究成果表明，沼蛤的附着特性与体长有关：体长200～400 μm为不稳定附着体长；体长小于150 μm为不具备附着能力体长；体长大于450 μm为稳定附着体长。沼蛤的附着表现出对材料的偏好性：水流条件相同的情况下，放入竹排、胶垫、粗糙PP板、水泥抹面PP板、土工布等附着材料进行试验。结果显示，沼蛤最先附着的材料是布片，随着附着时间的增长，竹排逐渐受到青睐。

4 生物吸附池设计原理

根据沼蛤发育规律和生物特性，设计了集吸附、沉降、脉动灭杀为一体的综合生物吸附池。设计原理如下[1]：为阻止沼蛤入侵输水管道，在原水经过入泵站的前池后，首先使其进入综合防治试验池进行处理；通过吸附池“吸附”之后再进入模拟实际工程运行工况的地下压力管道，压力箱涵及无压箱涵；运行半年以上，检查设施中沼蛤的存活情况，验证治理效果。治理思路是将沼蛤全部“消化”在吸附试验池中，杜绝其进入供水工程系统。生物吸附池设计原理如图1。

图1 生物吸附池设计流程

5 生物吸附池设计要点

根据上述设计原理和流程，设计出了如图2所示的生物吸附池。

图2 生物吸附池结构总平面图

5.1 稳定附着段吸附排设置横铺和竖铺两种形式

将含有沼蛤幼虫的江水经过泵(流量120 m3/h)抽入试验池系统的“原水集水池”，经过集水池的下游池壁中线位置处自池底向上开凿的60 cm×60 cm的进水口，首先进入由横铺竹排(与水流方向垂直)组成的“稳定栖息地”，即图2中的“稳定附着段1”。水流从靠近池底的位置以淹没出流的方式进入“稳定附着段1”。横铺竹排的下一排的竹片之间的缝隙刚好与其上铺设的一排的竹片对齐，以增加水流从底部向上反滤过程中充分接触竹片表面。此外，各竹片的凹面向下，像滤排过滤幼虫一样，将大量幼虫滤于排上附着，加上竹排材料本身为沼蛤稳定附着所偏好的材料，因此，本段可谓吸引沼蛤附着的优良的栖息地。沼蛤幼虫在此附着，并稳定生长于此段。在“稳定附着段2”中，设置的是竖排的竹排-吸附排结构形式(与水流方向平行)，如图3中“I”。竖排竹排-吸附排的曲面形态利于增加沼蛤幼虫贴近附着排面的机会，更利于幼虫的附着。

图3 生物吸附池内部布置

为了控制“稳定附着段1”及“稳定附着段2”中沼蛤稳定附着生长的密度，在该段同时养殖沼蛤的捕食鱼类和竞争鱼类，并在稳定附着段与不稳定附着段之间布设滤网，拦截幼鱼和成鱼进入下游。通过食物链的生态作用抑制该段中沼蛤附着密度。实际水源中，由于食物链的控制作用，沼蛤的生长密度处于生态系统平衡的密度范围，并未形成极端优势物种。因此，在试验中用于控制沼蛤附着密度的鱼苗也来自水源河流中自然生长的鱼类物种。在“稳定栖息地”段的末端采用孔径1 cm×1 cm 的滤网拦截，以防止幼鱼和成鱼进入下游的“不稳定吸附排”段和“沉降池”段扰动水体而影响沼蛤幼虫的不稳定附着效果及沉降效果。鱼苗在“稳定栖息地”段中，依靠滤食水中的悬浮物质及捕食沼蛤浮游幼虫和附着在竹排表面的沼蛤稚贝和成贝生活，从而实现对沼蛤的食物竞争和捕食双重生态抑制作用。

5.2 不稳定吸附段吸附排兼用两种吸附材料

水流从“稳定栖息地”段流出后，进入附着池的“不稳定吸附排”段，如图 3中的“Ⅱ”、“Ⅲ”结构，该结构形式对水流的阻碍小，且可通过联动调节附着排与水流的夹角来调整水流流速和沼蛤幼虫接触附着排的几率。“不稳定吸附排”材料为沼蛤幼虫快速附着所青睐的柔性材料(土工布、无纺布材料)。采用对水流阻碍小的竖铺的形式，来减少对输水能力的影响，同时可通过联动调节附着排与水流的夹角来调整水流流速和沼蛤幼虫接触附着排的几率。吸附排应设计成拆卸方便，操作简单的形式。当大量幼虫向“不稳定吸附排”上附着后，定期更换“不稳定吸附排”，从而将其上附着的沼蛤幼虫清除出试验池。取出的“不稳定吸附排”通过晾晒杀死其上附着的沼蛤后，可继续使用。

此外，这些“不稳定吸附排”不仅能快速吸附沼蛤幼虫，而且幼虫附着到吸附排上后，如未取出晾晒，则会继续在排上进入稳定附着。因此，可以根据进入本段的水流中沼蛤幼虫密度调整“不稳定吸附排”的运行方案：如幼虫密度高，则利用其快速吸附特性，迅速清除出幼虫；如幼虫密度较低，则吸附排上沼蛤的附着密度不易饱和，则可考虑将“不稳定附着排”作为“稳定附着排”长期使用，直至其上附着的沼蛤成长至性成熟前取出，以免本段附着的沼蛤向水体排放幼虫而继续威胁下游的结构。

5.3 沉降池段加入黏土和细沙

水流流出“附着池”段后，进入“沉降池”段，水中残留的沼蛤幼虫逐渐沉入池底。沉降池底填入一部分黏土和细沙，以使沼蛤在受沉降作用落入池底后，由于呼吸和滤食作用均受到池底黏土、细沙落淤作用的阻碍，沉降到池底的沼蛤幼虫一般会迅速死亡，而不至于在此生长附着。经过沉降池的沉降作用，水中基本无沼蛤幼虫，因此，水流可通过沉降池末端的溢流堰溢流出综合防治试验池系统，进入地下管涵接受长期检验。

5.4 池尾设置脉动灭杀管线

为了充分清除剩余的沼蛤幼虫，在吸附池的最末端布设一定长度的脉动灭杀管线(图3中“Ⅳ孔板管脉动灭杀段”)接受脉动水流的灭杀。此段由3条U型的孔板管组成。U型孔板管的进水口均位于沉降池末端接近水面处，并在其上放置可以过滤杂物的梅花片，以保证进入孔板管的水流是经过充分沉降的上清液。U型孔板管的拐弯处靠近沉降池上游，拐弯后，孔板管转向下游，其出水口位于沉降池下游堰的底部，出流方式为自由出流，通过阀门控制孔板管中流量。其中2 条细孔板管的外管直径为150 mm；1条粗孔板管，外管直径为250 mm。孔板管由外管、支撑管、孔板组成。为方便孔板装卸操作，U型孔板管分为多段，通过法兰盘密封连接。

U型孔板管中水流是在水头差驱动下通过孔板管的，本试验中孔板管进、出口水位差为1.3 m，由于水流经过孔板管及各孔板时的沿程水头损失和局部水头损失，用于驱动水流的水头会有所降低，因此，可通过改变孔板管中的孔板数量来调节水头损失，以及调节孔板管末端阀门的方式控制孔板管中的水流流速。根据实验，孔径10 mm，孔距2.5 mm，板厚0.8 mm 的大孔板是综合优选的孔板形式。另外，当平均流速>0.9 m/s 时，湍流脉动对沼蛤幼虫均有灭杀效果，且流速为1.3 m/s 左右时，灭杀效果最佳。

6 生物吸附池防治效果及讨论

从试验后的结果看，治理试验池壁上的沼蛤附着密度衰减速率比输水工程中快。在试验池进水口至下游5 m范围内，壁面上沼蛤的附着密度由1 600个/m2衰减到低于200个/m2，至沉降池的起始端(25 m)处时附着密度已达0个/m2。

沉降池段的主要作用是为了保证水流中的沼蛤幼虫充分沉降。幼虫沉底后，由于泥沙落淤的影响，幼虫的呼吸与进食均受到阻碍，从而无法在池底成活下来，因此该段池底也未发现沼蛤成贝附着。地下结构壁面上未发现沼蛤的附着，即使在极易于沼蛤附着的粗糙壁面及结构形式变化段如地下检修井断面处、闸门断面处均未发现沼蛤附着，说明防治试验池的治理效果良好。

从沼蛤发育规律、生物特性以及生物吸附池的试验研究成果可以看出，通过物理或生物杀灭的方法是可行的，而且效果明显。但是，将生物吸附池投入实际工程不是简单的将试验用的生物吸附池到现场进行放大使用。因此，还 需要针对实际运行情况下的水流、建设环境等具体条件，修改生物吸附池设计方案，进一步验证自然水体、实际工程建筑物的情况下灭杀沼蛤的效果；同时还要针对实际场地是否能满足生物吸附池投产建设所需条件；建设期间要进行的机械作业是否可行，是否对周围环境产生影响等问题进一步研究。

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[1] 徐梦珍,王兆印,王旭昭.输水通道中沼蛤入侵及水力学防治[J]. 水利学报,2013,44(7):856-862．

[2] 徐梦珍,曹小武,王兆印.输水工程中沼蛤的附着特性[J].清华大学学报(自然科学版),2012,52(2):170-176．

[3] 李名进,苏学敏.长距离输水管涵贝类生长成因分析及防除对策[J].人民珠江,2007,(3):29-34．