余 淼(深圳市東江水源工程管理處，廣東 深圳 518000)

1 概 述

沼蛤俗稱淡水殼菜，英文名golden mussel，廣泛分布于中國以及東南亞國家的淡水河湖、水庫的硬質(zhì)材料表面。沼蛤?qū)Νh(huán)境的適應能力較強，并且繁殖率高，進入新的水體后迅速擴張，密集附著于重要水工結(jié)構上，容易造成嚴重的工程損失。

沼蛤入侵到輸水管道后，在管壁上密集附著，對混凝土管損害嚴重，在管道接縫處尤其嚴重。同時，調(diào)節(jié)池進水閘門上也大量附著沼蛤，設備遭受腐蝕。由于沼蛤的入侵，輸水阻力增大，管道堵塞，直接影響到工程的輸水效率，同時還增加了工程檢修的工作量和檢修難度。停水檢修期間，沼蛤大量死亡，管道內(nèi)惡臭味刺鼻，甚至影響至周圍環(huán)境，且對供水水質(zhì)有污染[1]。

2 沼蛤污染及研究現(xiàn)狀

深圳市東江水源工程管理處在對供水管道工程進行了全面的內(nèi)部檢查后發(fā)現(xiàn)：供水管線全徑，除管線陡坡段、急流段外，管壁沼蛤附生現(xiàn)象嚴重，沼蛤附著體對混凝土損害比較嚴重。其中混凝土管、鋼管、PCCP管及玻璃鋼加沙管沼蛤附著密度分別達到2 400～3 100、2 900～3 300、700～3 000、300～2 500 個/m2[2]。

為了預防沼蛤入侵及其附著引起的生物污損對輸水工程及自然生態(tài)系統(tǒng)帶來的危害，國內(nèi)外已逐漸開展了一些防治沼蛤附著污損的方法，目前廣泛采用的方法主要有高壓水沖、人工或機械刮除[2]。但這些方法不能維持長期的控制效果，需要反復開展，經(jīng)濟效果較差，并且在刮除過程中會增加管壁的粗糙程度，反而有利于沼蛤的附著。國外一般采用化學藥劑消殺沼蛤，另外是溶解沼蛤足絲，使其從附著壁上脫落[3]?；瘜W方法雖然簡便，但費用高、易造成環(huán)境污染，很多情況下不宜采用。研究表明：有效而又不污染環(huán)境的防治措施必須基于沼蛤?qū)斔艿赖娜肭旨案街匦訹1]。本文以深圳東江水源工程為研究對象，在對沼蛤的生長發(fā)育規(guī)律以及沉降特性、附著特性研究的基礎上，提出輸水工程中沼蛤入侵的生態(tài)防治措施。

3 沼蛤的生物特性

沼蛤的完整發(fā)育過程為：受精卵、擔輪幼蟲、面盤幼蟲、躑行幼蟲、稚貝、成貝，其中面盤幼蟲又可區(qū)分為D型幼蟲、前期殼頂幼蟲、后期殼頂幼蟲。研究成果表明，沼蛤幼蟲具有運動、沉降、避光、附著等特性，各階段沼蛤的生物特性表現(xiàn)出很大差異。這些特性的規(guī)律為研制生物防治沼蛤危害提供了理論依據(jù)。

面盤幼蟲階段和躑行幼蟲階段游泳運動能力都比較弱，最大運動速率約為400 μm/s，該速率與水流流速相比，可以忽略[1]。由此可見，沼蛤幼蟲對遠距離的水體或人工結(jié)構的入侵幾乎完全依靠水流流速，而非自身的游泳能力。

通過對幼蟲進行實驗室靜水沉降試驗發(fā)現(xiàn)，不同初始密度條件下，沼蛤幼蟲沉速級配關系曲線相似：80%的幼蟲的沉速在100～1 000 μm/s， 20%的幼蟲的沉速在1 000～10 000 μm/s，中值沉速約為800 μm/s[1]。

研究成果表明，沼蛤的附著特性與體長有關：體長200～400 μm為不穩(wěn)定附著體長；體長小于150 μm為不具備附著能力體長；體長大于450 μm為穩(wěn)定附著體長。沼蛤的附著表現(xiàn)出對材料的偏好性：水流條件相同的情況下，放入竹排、膠墊、粗糙PP板、水泥抹面PP板、土工布等附著材料進行試驗。結(jié)果顯示，沼蛤最先附著的材料是布片，隨著附著時間的增長，竹排逐漸受到青睞。

4 生物吸附池設計原理

根據(jù)沼蛤發(fā)育規(guī)律和生物特性，設計了集吸附、沉降、脈動滅殺為一體的綜合生物吸附池。設計原理如下[1]：為阻止沼蛤入侵輸水管道，在原水經(jīng)過入泵站的前池后，首先使其進入綜合防治試驗池進行處理；通過吸附池“吸附”之后再進入模擬實際工程運行工況的地下壓力管道，壓力箱涵及無壓箱涵；運行半年以上，檢查設施中沼蛤的存活情況，驗證治理效果。治理思路是將沼蛤全部“消化”在吸附試驗池中，杜絕其進入供水工程系統(tǒng)。生物吸附池設計原理如圖1。

圖1 生物吸附池設計流程

5 生物吸附池設計要點

根據(jù)上述設計原理和流程，設計出了如圖2所示的生物吸附池。

圖2 生物吸附池結(jié)構總平面圖

5.1 穩(wěn)定附著段吸附排設置橫鋪和豎鋪兩種形式

將含有沼蛤幼蟲的江水經(jīng)過泵(流量120 m3/h)抽入試驗池系統(tǒng)的“原水集水池”，經(jīng)過集水池的下游池壁中線位置處自池底向上開鑿的60 cm×60 cm的進水口，首先進入由橫鋪竹排(與水流方向垂直)組成的“穩(wěn)定棲息地”，即圖2中的“穩(wěn)定附著段1”。水流從靠近池底的位置以淹沒出流的方式進入“穩(wěn)定附著段1”。橫鋪竹排的下一排的竹片之間的縫隙剛好與其上鋪設的一排的竹片對齊，以增加水流從底部向上反濾過程中充分接觸竹片表面。此外，各竹片的凹面向下，像濾排過濾幼蟲一樣，將大量幼蟲濾于排上附著，加上竹排材料本身為沼蛤穩(wěn)定附著所偏好的材料，因此，本段可謂吸引沼蛤附著的優(yōu)良的棲息地。沼蛤幼蟲在此附著，并穩(wěn)定生長于此段。在“穩(wěn)定附著段2”中，設置的是豎排的竹排-吸附排結(jié)構形式(與水流方向平行)，如圖3中“I”。豎排竹排-吸附排的曲面形態(tài)利于增加沼蛤幼蟲貼近附著排面的機會，更利于幼蟲的附著。

圖3 生物吸附池內(nèi)部布置

為了控制“穩(wěn)定附著段1”及“穩(wěn)定附著段2”中沼蛤穩(wěn)定附著生長的密度，在該段同時養(yǎng)殖沼蛤的捕食魚類和競爭魚類，并在穩(wěn)定附著段與不穩(wěn)定附著段之間布設濾網(wǎng)，攔截幼魚和成魚進入下游。通過食物鏈的生態(tài)作用抑制該段中沼蛤附著密度。實際水源中，由于食物鏈的控制作用，沼蛤的生長密度處于生態(tài)系統(tǒng)平衡的密度范圍，并未形成極端優(yōu)勢物種。因此，在試驗中用于控制沼蛤附著密度的魚苗也來自水源河流中自然生長的魚類物種。在“穩(wěn)定棲息地”段的末端采用孔徑1 cm×1 cm 的濾網(wǎng)攔截，以防止幼魚和成魚進入下游的“不穩(wěn)定吸附排”段和“沉降池”段擾動水體而影響沼蛤幼蟲的不穩(wěn)定附著效果及沉降效果。魚苗在“穩(wěn)定棲息地”段中，依靠濾食水中的懸浮物質(zhì)及捕食沼蛤浮游幼蟲和附著在竹排表面的沼蛤稚貝和成貝生活，從而實現(xiàn)對沼蛤的食物競爭和捕食雙重生態(tài)抑制作用。

5.2 不穩(wěn)定吸附段吸附排兼用兩種吸附材料

水流從“穩(wěn)定棲息地”段流出后，進入附著池的“不穩(wěn)定吸附排”段，如圖 3中的“Ⅱ”、“Ⅲ”結(jié)構，該結(jié)構形式對水流的阻礙小，且可通過聯(lián)動調(diào)節(jié)附著排與水流的夾角來調(diào)整水流流速和沼蛤幼蟲接觸附著排的幾率?！安环€(wěn)定吸附排”材料為沼蛤幼蟲快速附著所青睞的柔性材料(土工布、無紡布材料)。采用對水流阻礙小的豎鋪的形式，來減少對輸水能力的影響，同時可通過聯(lián)動調(diào)節(jié)附著排與水流的夾角來調(diào)整水流流速和沼蛤幼蟲接觸附著排的幾率。吸附排應設計成拆卸方便，操作簡單的形式。當大量幼蟲向“不穩(wěn)定吸附排”上附著后，定期更換“不穩(wěn)定吸附排”，從而將其上附著的沼蛤幼蟲清除出試驗池。取出的“不穩(wěn)定吸附排”通過晾曬殺死其上附著的沼蛤后，可繼續(xù)使用。

此外，這些“不穩(wěn)定吸附排”不僅能快速吸附沼蛤幼蟲，而且幼蟲附著到吸附排上后，如未取出晾曬，則會繼續(xù)在排上進入穩(wěn)定附著。因此，可以根據(jù)進入本段的水流中沼蛤幼蟲密度調(diào)整“不穩(wěn)定吸附排”的運行方案：如幼蟲密度高，則利用其快速吸附特性，迅速清除出幼蟲；如幼蟲密度較低，則吸附排上沼蛤的附著密度不易飽和，則可考慮將“不穩(wěn)定附著排”作為“穩(wěn)定附著排”長期使用，直至其上附著的沼蛤成長至性成熟前取出，以免本段附著的沼蛤向水體排放幼蟲而繼續(xù)威脅下游的結(jié)構。

5.3 沉降池段加入黏土和細沙

水流流出“附著池”段后，進入“沉降池”段，水中殘留的沼蛤幼蟲逐漸沉入池底。沉降池底填入一部分黏土和細沙，以使沼蛤在受沉降作用落入池底后，由于呼吸和濾食作用均受到池底黏土、細沙落淤作用的阻礙，沉降到池底的沼蛤幼蟲一般會迅速死亡，而不至于在此生長附著。經(jīng)過沉降池的沉降作用，水中基本無沼蛤幼蟲，因此，水流可通過沉降池末端的溢流堰溢流出綜合防治試驗池系統(tǒng)，進入地下管涵接受長期檢驗。

5.4 池尾設置脈動滅殺管線

為了充分清除剩余的沼蛤幼蟲，在吸附池的最末端布設一定長度的脈動滅殺管線(圖3中“Ⅳ孔板管脈動滅殺段”)接受脈動水流的滅殺。此段由3條U型的孔板管組成。U型孔板管的進水口均位于沉降池末端接近水面處，并在其上放置可以過濾雜物的梅花片，以保證進入孔板管的水流是經(jīng)過充分沉降的上清液。U型孔板管的拐彎處靠近沉降池上游，拐彎后，孔板管轉(zhuǎn)向下游，其出水口位于沉降池下游堰的底部，出流方式為自由出流，通過閥門控制孔板管中流量。其中2 條細孔板管的外管直徑為150 mm；1條粗孔板管，外管直徑為250 mm?？装骞苡赏夤?、支撐管、孔板組成。為方便孔板裝卸操作，U型孔板管分為多段，通過法蘭盤密封連接。

U型孔板管中水流是在水頭差驅(qū)動下通過孔板管的，本試驗中孔板管進、出口水位差為1.3 m，由于水流經(jīng)過孔板管及各孔板時的沿程水頭損失和局部水頭損失，用于驅(qū)動水流的水頭會有所降低，因此，可通過改變孔板管中的孔板數(shù)量來調(diào)節(jié)水頭損失，以及調(diào)節(jié)孔板管末端閥門的方式控制孔板管中的水流流速。根據(jù)實驗，孔徑10 mm，孔距2.5 mm，板厚0.8 mm 的大孔板是綜合優(yōu)選的孔板形式。另外，當平均流速>0.9 m/s 時，湍流脈動對沼蛤幼蟲均有滅殺效果，且流速為1.3 m/s 左右時，滅殺效果最佳。

6 生物吸附池防治效果及討論

從試驗后的結(jié)果看，治理試驗池壁上的沼蛤附著密度衰減速率比輸水工程中快。在試驗池進水口至下游5 m范圍內(nèi)，壁面上沼蛤的附著密度由1 600個/m2衰減到低于200個/m2，至沉降池的起始端(25 m)處時附著密度已達0個/m2。

沉降池段的主要作用是為了保證水流中的沼蛤幼蟲充分沉降。幼蟲沉底后，由于泥沙落淤的影響，幼蟲的呼吸與進食均受到阻礙，從而無法在池底成活下來，因此該段池底也未發(fā)現(xiàn)沼蛤成貝附著。地下結(jié)構壁面上未發(fā)現(xiàn)沼蛤的附著，即使在極易于沼蛤附著的粗糙壁面及結(jié)構形式變化段如地下檢修井斷面處、閘門斷面處均未發(fā)現(xiàn)沼蛤附著，說明防治試驗池的治理效果良好。

從沼蛤發(fā)育規(guī)律、生物特性以及生物吸附池的試驗研究成果可以看出，通過物理或生物殺滅的方法是可行的，而且效果明顯。但是，將生物吸附池投入實際工程不是簡單的將試驗用的生物吸附池到現(xiàn)場進行放大使用。因此，還 需要針對實際運行情況下的水流、建設環(huán)境等具體條件，修改生物吸附池設計方案，進一步驗證自然水體、實際工程建筑物的情況下滅殺沼蛤的效果；同時還要針對實際場地是否能滿足生物吸附池投產(chǎn)建設所需條件；建設期間要進行的機械作業(yè)是否可行，是否對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響等問題進一步研究。

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[1] 徐夢珍,王兆印,王旭昭.輸水通道中沼蛤入侵及水力學防治[J]. 水利學報,2013,44(7):856-862．

[2] 徐夢珍,曹小武,王兆印.輸水工程中沼蛤的附著特性[J].清華大學學報(自然科學版),2012,52(2):170-176．

[3] 李名進,蘇學敏.長距離輸水管涵貝類生長成因分析及防除對策[J].人民珠江,2007,(3):29-34．