输水工程淡水壳菜污损风险及减缓措施

高菲 梅朝 陈思宝 吉绪新 段光福

摘要：针对罗田水库—铁岗水库输水隧洞工程潜在的淡水壳菜入侵风险，对两座水库开展了淡水壳菜及其水生生境调查。结合水生生境、浮游动植物、底栖动物、鱼类等数据，分析水库水生动物多样性时空格局及其对淡水壳菜生长繁殖的影响，探讨淡水壳菜防治的关键影响因素。从罗田水库、铁岗水库、输水管道及其他构筑物3个方面开展淡水壳菜污损时空分布预测，并提出减缓淡水壳菜生物污损的措施与建议。

关 键 词：淡水壳菜； 生物污损； 风险预测； 输水隧洞; 罗田水库； 铁岗水库

中图法分类号： X52

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S1.001

0 引 言

罗田水库—铁岗水库输水隧洞工程（以下简称“罗铁工程”）设计承接珠三角水资源配置工程来水约8.6亿m3/a，将西江鲤鱼洲取水口来水在深圳境内进行合理的分配和使用，通水后可实现西江引水、东部供水和东深水三大境外水源间的互联互通。

由于该水域具有极强的连通性，淡水壳菜将无法避免地迁移至罗铁工程。淡水壳菜环境适应性非常高，一旦入侵引水工程无法完全消除［1］；其不定期暴发，将改变输水管道内壁糙率，造成工程水头损失，影响供水能力。同时淡水壳菜足丝附着力强，可分泌有机酸腐蚀管壁，引起或加速输水钢管劣化和破坏，为避免影响供水生产保障，应采取措施尽快清除引水工程中淡水壳菜［2］。

本文结合淡水壳菜生长习性，对罗田水库、铁岗水库开展淡水壳菜及其水生环境调查，预估淡水壳菜污损风险的重点区域，采取针对性的控制与处理措施抑制输水管中淡水壳菜的生长，以期减少其对输水管道的侵蚀和对供水能力的影响。

1 调查结果与分析

1.1 调查方案

2020年8月9～15日，开展了罗铁工程淡水壳菜及水生生态专项调查。调查点位主要包括西江鲤鱼洲取水口、铁岗水库、罗田水库等。调查方案详见表1。

L1位于犀牛陂水厂在罗田水库的取水口，L2位于罗田水库库周，L3位于罗铁工程取水口，L4位于珠三角水资源配置工程出水口，L5位于罗田水库库心，L6位于罗田水库坝下。

T1位于铁岗水库库心，T2位于铁岗水库与石岩水库连通管道进水口，T3位于铁岗水库库周，T4位于罗铁工程出水口，T5位于铁岗水库坝下，T6位于铁岗水库与西丽水库连通管道进水口（图1～2）。

其中在铁岗水库T4～T6点位、罗田水库L3～L6点位采用三角拖网，开展较大范围的淡水壳菜现状调查。

调查时间处于淡水壳菜繁殖旺盛期，此时淡水壳菜分布广、密度高。调查范围选取代表水域特性的库周、库心、连通其他水库或水厂的取水口、出水口等区域，同时结合现场走访及历史文献资料，可较为真实地反映调查范围内淡水壳菜的生存现状。

1.2 样品采集与处理

1.2.1 水生生物采集及处理方法

浮游生物用13#、25#浮游生物网采集，定量样品用5L有机玻璃采水器采集后用40%的甲醛溶液固定，经沉淀、浓缩、定容后，采用高倍生物显微镜进行淡水壳菜幼虫及其他浮游生物鉴定、计数和形态观察。

淡水壳菜及其他着生生物可用刀片或硬刷刮（刷）盛后装入样品瓶中，采用鲁哥氏液固定，以不加固定液为对照，供活体观察用。

底栖动物用带网夹泥器采集，清砂后分拣捡出全部贝壳类底栖动物；小型软体动物用改良彼得生采泥器采集；将采得的泥样经40目、60目分样筛筛洗，用5%甲醛溶液固定，4 ℃保存后计数。

1.2.2 鱼类调查方法

采用地笼、刺网、定置渔具、抄网等采集标本，经医用酒精固定处理后，对标本进行分类鉴定。

1.2.3 水环境检测指标及方法

溶解氧、pH、水温的数据在监测点处采用YSI多参数水质监测仪现场测定；透明度利用Secchi盘测定；流速采用流速仪现场测定；水深采用测深锤在监测点处现场测定。

1.3 调查数据分析

1.3.1 分析方法

生物多样性通常用香农-纳威指数［3］和Pielou均匀度指数表征。

H=-niNlog2niN

（1）

J=H/Hmax

（2）

式中：H为香农-纳威指数；ni为第i种个体数与总体数的比值；N为某点样品中物种总个体数；J为Pielou均匀度指数。

Hmax=log2S

（3）

式中：S为样品中总的种类数。

浮游生物以优势度为0.02确定优势种类。

1.3.2 西江鲤鱼洲取水口

（1） 水生生境。

西江鲤鱼洲取水口2个监测点水生生境平均值：水温为29.70 ℃，透明度为0.38 m，pH为7.77，溶解氧为8.3 mg/L，流速为0.12 m/s，水深为0.95 m。

（2） 物种组成、分布与优势种。

未发现淡水壳菜稚贝及成贝的存在，但存在一定密度的幼虫。其中D型幼虫1.2个/L，前期壳顶幼虫0.3个/L，后期壳顶幼虫2.6个/L，踯行幼虫0.05个/L。

（3） 密度和生物量。

淡水壳菜分布数据平均值如表2所列。

1.3.3 罗田水库

（1） 水生生境。

罗田水库5个监测点水生生境平均值：水温为31.86  ℃，透明度为0.92 m，pH为6.08，溶解氧为977 mg/L，流速为0 m/s，水深为85 m。

（2） 物种组成、分布与优势种。

库区未发现有淡水壳菜浮游阶段幼虫、着生与底栖阶段稚贝、成贝。

集到鱼类4种，隶属于2目3科4属，其中优势种为齐氏罗非鱼、鰕虎鱼、、鳙；采集到浮游植物共30种，隶属于7门25属，优势种为蓝藻中细鞘丝藻和拟柱胞藻；采集到浮游动物共58种，其中原生动物14种，轮虫30种，枝角类8种，桡足类6种，优势种多为原生生物和轮虫类；底栖动物种类相对较少，仅7种，隶属于2门6属，优势种多为节肢动物。

（3） 密度和生物量。

浮游植物密度在各样点间存在较大区别，平均值为1.6×108 cells/L；其中L1点位的浮游植物密度最大，为2.8×108 cells/L；L3点位的浮游植物密度最小，为8.3×107 cells/L。

浮游动物密度平均值为4.2×107 ind./L；其中L3点位的浮游动物密度最大，为5.2×107 ind./L；L1点位的浮游动物密度最小，为2.9×107 ind./L。

底栖动物密度平均值为1.2×106 ind./m2；其中L2点位的底栖动物密度最大，为3.0×106 ind./m2；L5点位的底栖动物密度最小，为3.2×105 ind./m2。

（4） 生物多样性指数与均匀度。

各监测点的浮游植物多样性指数在0.47～0.64之间波动，平均值为0.55；浮游动物多样性指数在246～2.75之间波动，平均值为2.55；底栖动物多样性指数在0.66～0.90之间波动，平均值为0.76；鱼类多样性指数在0.00～0.66之间波动，平均值为0.17。

各监测点的浮游植物均匀度指数在0.23～0.34之间波动，平均值为0.27；浮游动物均匀度指数在073～0.82之间波动，平均值为0.78；底栖动物均匀度指数在0.59～1.00之间波动，平均值为0.81；鱼类均匀度指数在0～0.23之间波动，平均值为006。

各监测点的浮游植物优势度集中指数在0.26～0.38之间波动，平均值为0.33；浮游动物优势度集中指数在0.88～0.93之间波动，平均值为0.91；底栖动物优势度集中指数在0.41～0.53之间波动，平均值为0.47；鱼类优势度集中指数在0～0.36之间波动，平均值为0.09。

1.3.4 铁岗水库

（1） 水生生境。

铁岗水库5个监测点水生生境平均值：水温为34.00 ℃，透明度为0.81 m，pH为1035，溶解氧为13.42 mg/L，流速为0 m/s，水深为10.24 m。

（2） 物种组成、分布与优势种。

库区未发现有淡水壳菜浮游阶段幼虫、着生与底栖阶段稚贝、成贝。

集到鱼类16种，隶属于4目7科14属，其中优势种为齐氏罗非鱼、德州豹、纹唇鱼、、鲫鱼、七丝鲚；采集到浮游植物共44种，隶属于5门27属，优势种为拟柱胞藻、伪鱼腥藻和细鞘丝藻；采集到浮游动物共58种，其中原生动物15种，轮虫28种，枝角类8种，桡足类7种，优势种多为原生生物和轮虫类；底栖动物种类相对较少，仅13种，隶属于3门11属，优势种多为节肢动物。

（3） 密度和生物量。

浮游植物密度在各样点间存在较大区别，平均值为8.6×107 cells/L；其中T4点位的浮游植物密度最大，为1.9×108 cells/L；T3点位的浮游植物密度最小，为1.5×107 cells/L。

浮游动物密度平均值为8.1×107 ind./L；其中T4点位的浮游动物密度最大，为1.3×108 ind./L；T2点位的浮游动物密度最小，为5.5×107 ind./L。

底栖动物密度平均值为2.3×106 ind./m2；其中T3点位的底栖动物密度最大，为4.5×106 ind./m2；T1点位的底栖动物密度最小，为4.50×105 ind./m2。

（4） 生物多样性指数与均匀度。

各监测点的浮游植物多样性指数在0.68～1.25之间波动，平均值为1.04；浮游动物多样性指数在211～2.57之间波动，平均值为2.39；底栖动物多样性指数在0.67～0.88之间波动，平均值为0.78；鱼类多样性指数在0.10～1.41之间波动，平均值为1.02。

各监测点的浮游植物均匀度指数在0.31～0.45之间波动，平均值为0.40；浮游动物均匀度指数在066～0.75之间波动，平均值为0.72；底栖动物均匀度指数在0.44～0.97之间波动，平均值为0.65；鱼类均匀度指数在0.05～0.50之间波动，平均值为0.36。

各监测点的浮游植物优势度集中指数在0.39～0.62之间波动，平均值为0.54；浮游动物优势度集中指数在0.85～0.89之间波动，平均值为0.88；底栖动物优势度集中指数在0.37～0.48之间波动，平均值为0.43；鱼类优势度集中指数在0.05～0.726之间波动，平均值为0.50。

2 罗铁工程淡水壳菜污损风险分析

2.1 罗田水库

2.1.1 污损影响因素

淡水壳菜对pH值的忍耐范围在6.5～9之间，在此区间，淡水壳菜稚贝、成贝将分泌黏性蛋白，其黏附于材料表面的能力最强；pH降低到6.5时即可对淡水壳菜的生存造成威胁，当pH大于9时也能够影响淡水壳菜的生存［4］。罗田水库现状pH小于6.5不利于淡水壳菜形成黏性蛋白并牢固附着。

运行期珠三角水资源配置工程取水口西江鲤鱼洲水质pH为7.77，来水量约8.6亿m3/a，将使罗田水库从分层型水库变为混合型水库，罗田水库水体更新频率约为29～30次/a［2］。水体受西江鲤鱼洲取水口pH影响，罗田水库水体pH将缓慢升高至接近中性，将逐渐适宜淡水壳菜形成黏性蛋白并牢固附着。

淡水壳菜主要摄食绿藻纲、隐藻纲、甲藻纲、细菌和陆源有机物，其主要摄食的浮游植物仅占浮游植物的0.05%，因此淡水壳菜浮游植物类食源不足。

但罗田水库库周存在较多鱼塘，通水后水面抬高，鱼塘将纳入罗田水库库容，由于鱼塘中有机物质、总氮、总磷等浓度较高，将促进水体中浮游植物的生长，为淡水壳菜提供充足的食物来源。

罗田水库总库容为2 913.5万m3，水域面积较大，L1、L2、L5库底基质主要为树叶、砂质，L3～L6库底基质主要为淤泥、腐屑。罗田水库水流速度慢，泥砂易沉积，覆盖在淡水壳菜表面导致其死亡；树叶表面光洁度较低，适宜淡水壳菜附着生长。

罗田水库优势鱼种为外来种齐氏罗非鱼，该物种为杂食性鱼类，会对淡水壳菜进行捕食，将影响淡水壳菜大规模附着生长。

因此，罗田水库通水前为封闭式水库，库区未调查到淡水壳菜；通水后受西江鲤鱼洲取水口影响较大，淡水壳菜在罗田水库内生长繁殖的适宜性升高；西江鲤鱼洲取水口淡水壳菜幼虫密度较高，易随水流进入罗田水库，并就近在出水口附近附着，因此罗田水库具有一定淡水壳菜污损风险。

2.1.2 污损分布预测

从平面分布来说，珠三角水资源配置工程鲤鱼洲取水口的幼虫，将在出水口附近集中沉降分布，淡水壳菜污损风险较高；罗田水库库周鱼塘将提供充足的营养给浮游植物，同时降低水体透光率，因此罗田水库库周鱼塘也将成为淡水壳菜分布较为集中的区域。

从纵向分布来说，由于罗田水库中流速较慢，淡水壳菜在水体中易于沉降，且淡水壳菜幼虫具有避光性，推测罗田水库上层水体中将分布有D型幼虫、前期壳顶幼虫，中下层水体分布后期壳顶幼虫、踯型幼虫。

2.2 铁岗水库

2.2.1 污损影响因素

铁岗水库现状pH大于9，将对淡水壳菜生长造成一定影响。运行期罗铁工程从罗田水库引水约2.5亿m3/a至铁岗水库，铁岗水体更新频率约为2～3次/a，但仍然为分层型水库，pH受罗田水库影响最大，有进一步下降的趋势，可能会逐渐接近适宜淡水壳菜形成黏性蛋白并牢固附着的区间。

在铁岗水库中，淡水壳菜主要摄食的浮游植物占全部浮游植物的1.2%，因此淡水壳菜食源不足，生长繁殖将受到限制。

铁岗水库优势鱼种为外来种齐氏罗非鱼，会捕食淡水壳菜，影响淡水壳菜大规模附着生长。

铁岗水库现状总库容为9 950万m3，水域面积较大，T1、T2、T4库底基质主要为淤泥，T3、T5、T6库底基质主要为砂质。铁岗水库水流速度慢，泥、沙易沉积，覆盖在淡水壳菜表面导致其死亡。

铁岗水库库区未调查到淡水壳菜幼虫、活体稚贝或成贝，仅在T6监测点调查到淡水壳菜稚贝残体，经调查判断为东部引水工程西铁段输水管道中冲刷后淡水壳菜脱落、死亡、破碎所致。

因此，铁岗水库在罗铁项目通水前与石岩水库、西丽水库连通，生物污损风险主要源自石岩水库、西丽水库；罗铁工程通水后，同时受到罗田水库、西丽水库、石岩水库及其与铁岗水库连通的输水管道影响，淡水壳菜在铁岗水库内生长繁殖的可能性较罗田水库大，且适宜性较通水前升高。因此铁岗水库具有一定淡水壳菜污损风险。

2.2.2 污损分布预测

从平面分布来说，T2点位与石岩水库连通，T6点位与西丽水库连通，罗铁工程供水后T4与罗田水库连通，连通的输水隧洞出口及库湾区水体流速均小于04 m/s，流速较慢，适宜淡水壳菜沉降，因此淡水壳菜幼虫将主要在铁岗水库T2、T4、T6处出水口附近聚集，随着水体流速变慢，逐渐沉降，淡水壳菜污损风险相对较高。

从纵向分布来说，铁岗水库T2、T4、T6处水体具有一定混合性，各发育期幼虫分布较为均匀，无明显分层分布；在铁岗水库其他水域中由于流速较慢，淡水壳菜易于沉降，分布情况与罗田水库类似。

2.3 输水管道及其他构筑物

2.3.1 污损影响因素

罗铁项目输水隧洞干线全长21.68 km，全程采用压力钢管内衬砌结构，除罗田水厂采用泵压输水外，其余均采用重力流输水，隧洞直径为5.2 m，相应糙率取0.015左右。设罗田阀室、长流陂阀室共计2座阀室，公明检修排水井、五指耙水厂分水井、铁岗工作井共计3座分水井，罗田水厂提升泵站1座。

因此，罗铁工程可能发生生物污损的部位主要是阀室、检修井、泵站等构筑物，以及输水管道。

2.3.2 污损分布预测

从平面分布来说，进水口拦污栅、喇叭口平均流速在0.4～0.6m/s之间，适宜淡水壳菜附着；叠梁门段、检修门槽段、事故门槽段流速在1.02～1.11 m/s［2］，流速偏大，淡水壳菜相对附着较难。

出水口岔管段、渐变段、闸门段、拦污栅段平均流速在0.4～0.9 m/s之间，适宜淡水壳菜附着。隧洞分段流速具体见表3。

淡水壳菜无论对输水钢管还是混凝土管，或者对于涂有普通防腐涂料的管道，均会大面积附着生长。本工程从防生物污损的角度，在压力钢管内壁选用光洁度较高的抛光型环氧面漆防腐蚀，通过隔绝淡水壳菜与钢管内壁金属材料直接接触，避免腐蚀管道结构，维持钢管内壁光洁度，减弱淡水壳菜附着生长能力。

由于输水管道封闭，管道中有机质、氧气等淡水壳菜生长要素的含量随管道长度递减，淡水壳菜附着密度也随距离变化。通过类比深圳市已建工程数据，可知淡水壳菜主要分布在距离取水口10 km之内的输水管道中。

踯行幼虫的最大游泳速度是400 μm/s［5］，如幼虫进入输水管道，幼虫从管道中心到壁面的距离在2.15～3.4 m之间，因此幼虫游到边壁时间最长为8.5×103 s，而输水管道设计流速在0.84～0.87 m/s，因此预测淡水壳菜幼虫这段时间沿管线可迁移最远距离在7.14～7.40 km，预测结论与已有工程经验数据基本相符。

淡水壳菜一旦入侵，将高密度附着于距取水口2 km内，超过该距离后附着密度呈指数级衰减，主要涉及到工程进水口～罗田阀室段、罗田阀室～公明检修排水井段、公明检修排水井～五指耙水厂分水井段。

从纵向分布来说，输水管道设计流速在0.84～087 m/s，适宜生长且无光照，大部分幼虫会沉降、附着在管壁上，水位线以上基本无附着生长，水位线以下基本均匀分布，不密集成团。在隧洞拐弯段，由于流速变缓，将发生落淤，且弯道凸侧附着密度高于凹侧；各处分水井箱涵处由于遇到较开敞结构，溶解氧浓度升高，附着成体密度会突然增加，一旦附着，淡水壳菜密度和面积会迅速增加。

2.4 污损时间分布预测

从时间分布的角度，铁岗水库、罗田水库通水后污损风险较通水前高。

秋冬季罗田水库、铁岗水库及输水管道中水温低于16 ℃时，淡水壳菜平均体长和平均体重较高，活性降低，死亡率较低；春夏季水温高于26 ℃时，淡水壳菜活性增强，附着数量和生物量较大，死亡率较高［6］。

3 减缓措施与建议

淡水壳菜幼虫的最大运动速率约为400 μm/s，与水流流速相比，可以忽略，淡水壳菜对远距离的水体或人工结构的入侵几乎完全依赖水流流速。若取水口邻近水域着生大量成贝，在繁殖期释放大量幼虫至水体中，将增加幼虫入侵输水管道的风险。

因此，取水口成贝的密度影响着淡水壳菜入侵的几率，在设计工程阶段，应尽量防止成体及幼虫进入输水管道，降低管道中发生生物污损的概率。

罗铁项目需要重点关注珠三角水资源配置工程出鲤鱼洲取水口淡水壳菜现状，重点防治珠三角水资源配置工程出水口水流裹挟的淡水壳菜成体及其幼虫。输水管道最容易发生生物污损，是防控的重要区域，降低管壁糙率，防止附着是目前最具可行性的防治方法。

可以在工程进水口的闸门和拦污栅前，交错放置20 mm孔径滤网，阻隔大部分的淡水壳菜成体进入本工程输水管线；选取幼虫易于附着的吸附材料，并合理布置，有效吸附水中的后期壳顶幼虫和踯行幼虫，降低幼虫进入管道的可能性，从而降低工程遭受淡水壳菜成体密集附着的威胁；工程分水井下铺设吸附材料进行诱捕吸附，并定期清理。

参考文献：

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［2］ ZHANG J H，XU M Z，SUN L，et al.Impact of golden mussel（Limnoperna fortunei）colonization on bacterial communities and potential risk to water quality［J］.Ecological Indicators，2022，144：109499.

［3］ 徐兆礼，陈亚瞿.东黄海秋季浮游动物优势种聚集强度与鲐鲣渔场的关系［J］.生态学杂志，1989，8（4）：13-15.

［4］ 王睿.长距离输水管线中淡水壳菜的氧化杀灭去除技术研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

［5］ 徐梦珍，曹小武，王兆印，等.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.

［6］ 蔡杰龙，杨永民，潘志权，等.淡水壳菜污损体系及其对输水建筑物侵蚀现状分析［J］.人民珠江，2019，40（6）：111-116，129.

（编辑：黄文晋）