人工魚巢應(yīng)用效果提升探究

藍(lán)于倩，張家俊，何景亮，吳慧英，馬海濤，萬正平

(廣州珠江水資源保護(hù)科技發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510611)

伴隨著河流梯級開發(fā)、大型水利工程的建設(shè)與調(diào)控，河流水系的水文情勢發(fā)生了水流變緩、水深增加、水域面積增大、水位波動大等變化，致使流水生境和可供魚類附著產(chǎn)卵的水生植物基質(zhì)銳減，從而影響了產(chǎn)草黏性卵魚類的生存。為降低流水生境損失和魚卵黏附基質(zhì)銳減對產(chǎn)草黏性卵魚類的影響，開展類型多樣的魚類生境恢復(fù)措施是十分必要的[1-2]。人工魚巢作為恢復(fù)措施之一，通過在流水河段人為設(shè)置可供魚類繁殖、仔魚棲息生長的設(shè)施，可彌補(bǔ)工程建設(shè)導(dǎo)致的流水生境損失，為受影響魚類提供適宜的攝食、繁殖、生長和庇護(hù)的空間。人工魚巢現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于淡水流域及河口漁業(yè)資源及其生境的修復(fù)和管理，是保護(hù)淡水流域生物多樣性和制定漁業(yè)管理措施等方面的有效途徑[3-4]。

人工魚巢技術(shù)的應(yīng)用歷史悠久[5]。自20世紀(jì)70年代起人工魚巢在人工養(yǎng)殖領(lǐng)域發(fā)展成為一種漁業(yè)產(chǎn)業(yè)，從最早應(yīng)用于鯉魚、鯽魚養(yǎng)殖，逐漸推廣到更多魚類品種，發(fā)揮了改善和修復(fù)漁業(yè)環(huán)境、提高漁業(yè)資源的作用。隨著全國各地漁業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，越來越注重生態(tài)養(yǎng)殖、綠色發(fā)展，2013年起人工魚巢技術(shù)在修復(fù)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中開始發(fā)揮重要作用[7]。然而人工魚巢的研究仍不成熟，存在基礎(chǔ)理論研究落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展[5]、漁業(yè)增殖效果缺乏系統(tǒng)性論述[1]、相關(guān)技術(shù)規(guī)范少[6]、在材料選擇與實(shí)施和管理維護(hù)辦法方面沒有明確規(guī)定[1-2]等情況。

目前，人工魚巢在流水環(huán)境的應(yīng)用較少，效果不明確。現(xiàn)有研究多注重基質(zhì)材料和本身的結(jié)構(gòu)形態(tài)變化，很少關(guān)注到其抗水流沖刷能力、使用耐用性和后期維護(hù)便捷性。因此，人工魚巢在流水環(huán)境應(yīng)用過程中普遍存在難以適用于流速和水位變化大的江河環(huán)境等適用環(huán)境局限、工藝實(shí)用性與持久性不高等問題。為增強(qiáng)實(shí)用性和操作便捷性、提升流水環(huán)境中的應(yīng)用效果，本研究探討不同類型人工魚巢的適用性特點(diǎn)，總結(jié)人工魚巢效果提升的改進(jìn)對策，進(jìn)而從結(jié)構(gòu)形式、固定方式、材料選擇和操作方法4個方面創(chuàng)新設(shè)計(jì)適用于流水環(huán)境的貼岸式人工魚巢。

1 研究對象

為探究不同類型人工魚巢在流水環(huán)境的適用性及其提升辦法，本研究以結(jié)構(gòu)形式差異較大的護(hù)岸式人工魚巢、漂浮式人工魚巢、網(wǎng)片式人工魚巢為研究對象進(jìn)行對比分析(圖1)。

a)護(hù)岸式人工魚巢是一種布設(shè)于河湖水陸交接區(qū)域的魚巢形式，可分為魚巢砌塊和植物拋石護(hù)岸2種。其中：魚巢砌塊是一種新型生態(tài)護(hù)岸構(gòu)件，根據(jù)魚類等水生生物的生活習(xí)性定制成尺寸適宜和結(jié)構(gòu)鏤空的單體，分層布置于河岸帶，利用孔隙大、透氣性強(qiáng)的特點(diǎn)種植水生植物，在保留傳統(tǒng)硬質(zhì)化護(hù)岸水土保持、抵抗沖刷等功能的同時，營造具有良好景觀效果的魚類自然棲息環(huán)境[8-9]。植物拋石護(hù)岸是一種水生植物種植與拋石護(hù)岸施工相結(jié)合的技術(shù)工藝，在拋石護(hù)岸中預(yù)留種植孔，既保持水土，又營造自然的魚類棲息環(huán)境。

b)漂浮式人工魚巢是一種布設(shè)于河湖表面的魚巢形式。通常以竹竿、PVC管或浮島材料為漂浮載體，以水生植物、棕櫚片等為魚卵黏附基質(zhì)，懸掛于水下，搭配鋼絲繩、預(yù)制水泥墩、固定樁等作為連接和位置固定[10]。

c)網(wǎng)片式人工魚巢是一種布設(shè)于水體內(nèi)部的魚巢形式。通常利用沉子或簡單漂浮框架結(jié)構(gòu)將聚乙烯材質(zhì)網(wǎng)片懸掛于特定水層，網(wǎng)片呈片狀分布，也可立體式重疊，魚卵黏附基質(zhì)量最高[11]，多應(yīng)用于靜水或養(yǎng)殖池。

a)護(hù)岸式人工魚巢

b)漂浮式人工魚巢

c)網(wǎng)片式人工魚巢

2 研究方法

通過護(hù)岸式、漂浮式和網(wǎng)片式人工魚巢的適用性評價(jià)研究，在總結(jié)不同類型人工魚巢優(yōu)勢性能的基礎(chǔ)上，探究人工魚巢工藝的改進(jìn)對策，創(chuàng)新設(shè)計(jì)適用于流水環(huán)境的人工魚巢。適用性評價(jià)研究選取了結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性、操作便捷性、魚類偏好性3個維度，共設(shè)置9項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，采用排序賦分法進(jìn)行評價(jià)。具體的評價(jià)賦分細(xì)則見表1。

表1 適應(yīng)性研究評分方式匯總

根據(jù)適用性評價(jià)研究的3個維度評分結(jié)果，分析不同類型人工魚巢的性能優(yōu)劣，篩選其中適用于流水環(huán)境的性能特點(diǎn)，用于人工魚巢的應(yīng)用效果提升和工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

3 研究結(jié)果

3.1 人工魚巢適用性評價(jià)

3.1.1人工魚巢結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性評價(jià)

人工魚巢結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性評價(jià)由結(jié)構(gòu)性能、固定性能、過水性能3個指標(biāo)組成，具體的賦分結(jié)果見表2。

表2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性評分結(jié)果

在結(jié)構(gòu)性能上，護(hù)岸式人工魚巢多為混凝土、礫石、砂子澆筑而成，結(jié)構(gòu)牢固耐用，性能最強(qiáng)；漂浮式人工魚巢多采用PVC管、PVC浮塊為載體，形成整體漂浮塊，結(jié)構(gòu)相對牢固；網(wǎng)片式人工魚巢主體結(jié)構(gòu)為尼龍繩串聯(lián)聚乙烯網(wǎng)片，結(jié)構(gòu)相對松散。賦分排序?yàn)椋鹤o(hù)岸式>漂浮式>網(wǎng)片式。

在固定性能上，護(hù)岸式人工魚巢固定于河岸，受水流沖擊影響小，固定性能強(qiáng)；漂浮式人工魚巢和網(wǎng)片式人魚巢相對遠(yuǎn)離河岸，易受水位上漲、水流沖刷影響，其中漂浮式人工魚巢常采用鋼絲繩、錨、樁作為連接固定，固定性能更好些。賦分排序?yàn)椋鹤o(hù)岸式>漂浮式>網(wǎng)片式。

在過水性能上，網(wǎng)片式人工魚巢為線條型結(jié)構(gòu)，水下阻力低，過水性能最強(qiáng)；護(hù)岸式人工魚巢緊貼河岸，避免與水流的直接沖擊；漂浮式人工魚巢主體框架粗大，水下阻力高。賦分排序?yàn)椋壕W(wǎng)片式>護(hù)岸式>漂浮式。

3.1.2人工魚巢操作便捷性評價(jià)

人工魚巢操作便捷性評價(jià)由安裝靈活性、安裝耗費(fèi)、維護(hù)耗費(fèi)3個指標(biāo)組成，具體的賦分結(jié)果見表3。

表3 操作便捷性評分結(jié)果

在安裝靈活性和安裝耗費(fèi)上，網(wǎng)片式人工魚巢以聚乙烯材質(zhì)網(wǎng)片為主體結(jié)構(gòu)，材料價(jià)格低且簡單輕便，可提前預(yù)制好，現(xiàn)場用船運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢眠M(jìn)行投放即可，安裝耗費(fèi)的人力、物力少，操作更為靈活；護(hù)岸式人工魚巢以魚巢砌塊或者拋石護(hù)岸為主體結(jié)構(gòu)，材料價(jià)格高且厚重，安裝涉及大型施工機(jī)械，耗費(fèi)人力、物力多，操作最為復(fù)雜；漂浮式人工魚巢介于兩者之間。賦分排序?yàn)椋壕W(wǎng)片式>漂浮式>護(hù)岸式。

在維護(hù)耗費(fèi)上，護(hù)岸式人工魚巢固定于堤岸，維護(hù)工作相對簡單，大部分工作可在陸地上完成，僅需定期開展垃圾清潔即可；漂浮式和網(wǎng)片式人工魚巢漂浮于水上，維護(hù)工作必須借助船只水上操作，難度較高，維護(hù)內(nèi)容包括了位置調(diào)整、垃圾清理和受損修補(bǔ)；尤其漂浮式人工魚巢因其漂浮載體較大、水下阻力大，出現(xiàn)垃圾攔截、魚巢受損的情況會更多。賦分排序?yàn)椋鹤o(hù)岸式>網(wǎng)片式>漂浮式。

3.1.3人工魚巢魚類偏好性評價(jià)

人工魚巢魚類偏好性評價(jià)由與周邊環(huán)境相容性、魚卵黏附效果2個指標(biāo)組成，具體的賦分結(jié)果見表4。

表4 魚類偏好性評分結(jié)果

在與周邊環(huán)境相容性上，護(hù)岸式人工魚巢與河岸形成一體，相容性最高；其次是缺少漂浮載體的網(wǎng)片式人工魚巢，組成部件少；具有明顯漂浮框架的漂浮式人工魚巢與周邊水域環(huán)境的差異最高，相容性最低。賦分排序?yàn)椋鹤o(hù)岸式>網(wǎng)片式>漂浮式。

在魚卵黏附效果上，護(hù)岸式人工魚巢、漂浮式人工魚巢和網(wǎng)片式人工魚巢對應(yīng)的魚卵黏附基質(zhì)分別為水生植物枝葉、天然植物葉片(或植物根系)和人工網(wǎng)片。根據(jù)工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)資料查閱的情況，天然植物葉片基質(zhì)的誘魚效果最佳[1,12-13]，材料天然、無環(huán)境污染；其次為人工材料，成本低且可重復(fù)利用；水生植物枝葉雖為天然植物，但位置固定，淹沒時間短。賦分排序?yàn)椋浩∈?網(wǎng)片式>護(hù)岸式。

3.2 人工魚巢優(yōu)勢性能分析

綜合結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性、操作便捷性、魚類偏好性3個維度的賦分，3種人工魚巢類型的總得分見表5。

表5 適用性評分匯總

從表格數(shù)據(jù)可看出：相比漂浮式人工魚巢，護(hù)岸式和網(wǎng)片式人工魚巢的適用性優(yōu)勢更為明顯。護(hù)岸式人工魚巢的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性更具優(yōu)勢，主要體現(xiàn)于：①安裝位置貼近岸邊，既避免水流直接沖擊，又方便岸上開展施工和維護(hù)；②魚巢材質(zhì)堅(jiān)硬牢固，被破壞的可能性低。網(wǎng)片式人工魚巢的運(yùn)維便攜性更具優(yōu)勢，主要體現(xiàn)于：①材料簡單輕便，可提前預(yù)制，現(xiàn)場快速投放；②線條型結(jié)構(gòu)，過水性能最強(qiáng)，可適應(yīng)流水環(huán)境。

3.3 人工魚巢應(yīng)用效果提升

3.3.1人工魚巢效果提升對策

借鑒人工魚巢適用性評價(jià)研究和適用性優(yōu)勢分析的結(jié)果，從結(jié)構(gòu)形式、固定方式、材料選擇和操作方法4個方面進(jìn)行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出更適用于流水環(huán)境的貼岸式人工魚巢，具體的設(shè)計(jì)思路如下。

a)借鑒護(hù)岸式人工魚巢的布置方式。魚巢固定架貼合河堤地形進(jìn)行固定，每間隔5～10 m設(shè)置1處，使魚巢整體結(jié)構(gòu)靠近河岸，避免流速加快、水位上升造成的直接沖擊。

b)借鑒網(wǎng)片式人工魚巢的載體設(shè)計(jì)。固定架之間選用超高分子量聚乙烯纖維作為載體，結(jié)構(gòu)輕薄、鏤空，過水性能強(qiáng)，具有減少水流沖擊的優(yōu)勢。

c)創(chuàng)新固定架設(shè)計(jì)。固定架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借鑒船錨結(jié)構(gòu)，通過精準(zhǔn)的長度、角度設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)魚巢的穩(wěn)固平衡。

d)便捷維護(hù)設(shè)計(jì)。連接繩兩端巧用PVC管卡，實(shí)現(xiàn)魚卵黏附基質(zhì)與支撐結(jié)構(gòu)的便捷裝卸，方便貼岸式人工魚巢的清潔整理，降低維護(hù)工作的人員投入。

3.3.2貼岸式人工魚巢設(shè)計(jì)與實(shí)施方法

貼岸式人工魚巢由固定架、連接繩、圍欄網(wǎng)、浮球和魚卵黏附基質(zhì)5個部分組成(圖2—4)。其中：固定架是魚巢整體的支撐結(jié)構(gòu)，借鑒船錨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選用直徑16 mm的螺紋鋼筋焊接出主體支架、平衡支撐和固岸錨3個部件(圖5)，材料堅(jiān)固、結(jié)構(gòu)鏤空，既提升穩(wěn)固性能，又減少水流沖擊影響。連接繩是魚卵黏附基質(zhì)和浮球的捆綁載體，選用超高分子量聚乙烯纖維材質(zhì)，纖維強(qiáng)韌，具有耐磨、耐水解、抗紫外、抗撕咬等特點(diǎn)，兩端巧妙設(shè)置PVC管卡，方便拆裝、固定精準(zhǔn)。圍欄網(wǎng)是阻擋漂浮垃圾堆積魚巢的構(gòu)件，設(shè)置于魚巢上游側(cè)，選用超高分子量聚乙烯纖維網(wǎng)具，填補(bǔ)魚巢上游端固定架和上游3 m處地表間的縫隙。浮球是魚巢的漂浮載體，串聯(lián)于連接繩上，確保魚卵黏附基質(zhì)懸浮水層中。魚卵黏附基質(zhì)選用自然晾曬干的植物葉片，葉片舒展、接觸表面積大為宜，材料天然無污染。

貼岸式人工魚巢布設(shè)于河湖沿岸帶。首先，根據(jù)地形特點(diǎn)確定固定架的尺寸、角度，主體支架、平衡支撐和固岸錨等特定結(jié)構(gòu)需提前預(yù)制，制作完成后每隔5～10 m設(shè)置于沿岸帶，確保固定架平穩(wěn)固著于底質(zhì)。接著，串聯(lián)相鄰固定架之間的連接繩，連接繩上捆綁魚卵黏附基質(zhì)和浮球，連接繩兩端設(shè)有PVC管卡方便精準(zhǔn)固定和及時拆卸。最后，圍欄網(wǎng)設(shè)置于魚巢最上游端的固定架上，用于阻隔上游來水?dāng)y帶的垃圾和漂浮物，保持魚巢潔凈。

圖2 人工魚巢正面結(jié)構(gòu)示意

圖3 人工魚巢側(cè)面結(jié)構(gòu)示意

圖4 人工魚巢平面結(jié)構(gòu)示意

圖5 固定架結(jié)構(gòu)示意

4 討論與展望

4.1 創(chuàng)新人工魚巢設(shè)計(jì)，打破應(yīng)用環(huán)境局限

結(jié)合人工魚巢適用性評價(jià)研究和適用性優(yōu)勢分析的結(jié)果，貼岸式人工魚巢設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)形式、固定方式、材料選擇和操作方法4方面推陳出新。①結(jié)構(gòu)形式，貼岸式人工魚巢參考網(wǎng)片式人工魚巢的線條型設(shè)計(jì)，以鏤空的鋼筋固定架為支撐結(jié)構(gòu)，材料盡可能精簡輕便，以提高魚巢的過水性能和操作便捷性。②固定方式，貼岸式人工魚巢參考護(hù)岸式人工魚巢貼合河岸固定的方式，且創(chuàng)新船錨結(jié)構(gòu)的鋼筋固定架，增強(qiáng)魚巢穩(wěn)固性。③材料選擇，貼岸式人工魚巢選用螺紋鋼筋作為支撐結(jié)構(gòu)，與護(hù)岸式人工魚巢同樣采用牢固耐用的建筑材料進(jìn)行施工，有效提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。④操作辦法，貼岸式人工魚巢與護(hù)岸式人工魚巢同樣固定于堤岸，大部分維護(hù)工作可在陸地上完成，工作相對簡單、方便。相比傳統(tǒng)的人工魚巢，貼岸式人工魚巢具有結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用、過水性強(qiáng)、適用邊界廣、管理維護(hù)便捷等優(yōu)勢特征，在解決人工魚巢難以適用于流水環(huán)境、工藝耐用性低等難題上提供了新的思路與方法，是拓寬魚巢應(yīng)用邊界、增強(qiáng)魚巢使用效果的重要研究之一。

目前，貼岸式人工魚巢仍缺少詳細(xì)的性能測試研究與充足的應(yīng)用效果驗(yàn)證，有待進(jìn)一步研究完善。此外，量化設(shè)計(jì)參數(shù)、明確應(yīng)用邊界和優(yōu)化施工方式，也是貼岸式人工魚巢后續(xù)研究的重要內(nèi)容。

4.2 明確魚巢應(yīng)用邊界，因地制宜落實(shí)施工

人工魚巢技術(shù)作為漁業(yè)資源及其生境的重要保護(hù)措施，在緩解開發(fā)活動造成的水生態(tài)環(huán)境影響和修復(fù)受損河流生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮了越來越多的作用。然而現(xiàn)階段人工魚巢的基礎(chǔ)理論研究較為薄弱，在一定程度上限制了人工魚巢技術(shù)的推廣應(yīng)用[5]，主要體現(xiàn)于現(xiàn)有人工魚巢研究無法滿足其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。例如：人工魚巢技術(shù)缺乏相關(guān)研究成果與技術(shù)規(guī)范的指導(dǎo)，致使設(shè)計(jì)過程缺乏針對性、施工過程常出現(xiàn)效果達(dá)不到預(yù)期、資源浪費(fèi)等問題；人工魚巢缺少后期管理相關(guān)操作方法與維護(hù)工具的研究，致使后期管理人力、物力耗費(fèi)大，設(shè)施難以長期、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，影響功能發(fā)揮；人工魚巢未能做好環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益的綜合考量，致使應(yīng)用過程易出現(xiàn)障礙等。

未來人工魚巢技術(shù)的發(fā)展與推廣，將以更加系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯颗c論證為基礎(chǔ)，以綠色低碳、環(huán)境友好、快速高效、可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向，不斷提升應(yīng)用方式和拓寬應(yīng)用邊界，為人工魚巢的設(shè)計(jì)、施工和管理維護(hù)提供全方位的技術(shù)支撐，確保人工魚巢的功能發(fā)揮，從而在漁業(yè)資源增殖和修復(fù)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域挖掘到更多的發(fā)展空間。