輸水工程淡水殼菜污損風險及減緩措施

高菲 梅朝 陳思寶 吉緒新 段光福

摘要：針對羅田水庫—鐵崗水庫輸水隧洞工程潛在的淡水殼菜入侵風險，對兩座水庫開展了淡水殼菜及其水生生境調查。結合水生生境、浮游動植物、底棲動物、魚類等數據，分析水庫水生動物多樣性時空格局及其對淡水殼菜生長繁殖的影響，探討淡水殼菜防治的關鍵影響因素。從羅田水庫、鐵崗水庫、輸水管道及其他構筑物3個方面開展淡水殼菜污損時空分布預測，并提出減緩淡水殼菜生物污損的措施與建議。

關 鍵 詞：淡水殼菜； 生物污損； 風險預測； 輸水隧洞; 羅田水庫； 鐵崗水庫

中圖法分類號： X52

文獻標志碼： A

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

0 引 言

羅田水庫—鐵崗水庫輸水隧洞工程（以下簡稱“羅鐵工程”）設計承接珠三角水資源配置工程來水約8.6億m3/a，將西江鯉魚洲取水口來水在深圳境內進行合理的分配和使用，通水后可實現西江引水、東部供水和東深水三大境外水源間的互聯互通。

由于該水域具有極強的連通性，淡水殼菜將無法避免地遷移至羅鐵工程。淡水殼菜環境適應性非常高，一旦入侵引水工程無法完全消除［1］；其不定期暴發，將改變輸水管道內壁糙率，造成工程水頭損失，影響供水能力。同時淡水殼菜足絲附著力強，可分泌有機酸腐蝕管壁，引起或加速輸水鋼管劣化和破壞，為避免影響供水生產保障，應采取措施盡快清除引水工程中淡水殼菜［2］。

本文結合淡水殼菜生長習性，對羅田水庫、鐵崗水庫開展淡水殼菜及其水生環境調查，預估淡水殼菜污損風險的重點區域，采取針對性的控制與處理措施抑制輸水管中淡水殼菜的生長，以期減少其對輸水管道的侵蝕和對供水能力的影響。

1 調查結果與分析

1.1 調查方案

2020年8月9～15日，開展了羅鐵工程淡水殼菜及水生生態專項調查。調查點位主要包括西江鯉魚洲取水口、鐵崗水庫、羅田水庫等。調查方案詳見表1。

L1位于犀牛陂水廠在羅田水庫的取水口，L2位于羅田水庫庫周，L3位于羅鐵工程取水口，L4位于珠三角水資源配置工程出水口，L5位于羅田水庫庫心，L6位于羅田水庫壩下。

T1位于鐵崗水庫庫心，T2位于鐵崗水庫與石巖水庫連通管道進水口，T3位于鐵崗水庫庫周，T4位于羅鐵工程出水口，T5位于鐵崗水庫壩下，T6位于鐵崗水庫與西麗水庫連通管道進水口（圖1～2）。

其中在鐵崗水庫T4～T6點位、羅田水庫L3～L6點位采用三角拖網，開展較大范圍的淡水殼菜現狀調查。

調查時間處于淡水殼菜繁殖旺盛期，此時淡水殼菜分布廣、密度高。調查范圍選取代表水域特性的庫周、庫心、連通其他水庫或水廠的取水口、出水口等區域，同時結合現場走訪及歷史文獻資料，可較為真實地反映調查范圍內淡水殼菜的生存現狀。

1.2 樣品采集與處理

1.2.1 水生生物采集及處理方法

浮游生物用13#、25#浮游生物網采集，定量樣品用5L有機玻璃采水器采集后用40%的甲醛溶液固定，經沉淀、濃縮、定容后，采用高倍生物顯微鏡進行淡水殼菜幼蟲及其他浮游生物鑒定、計數和形態觀察。

淡水殼菜及其他著生生物可用刀片或硬刷刮（刷）盛后裝入樣品瓶中，采用魯哥氏液固定，以不加固定液為對照，供活體觀察用。

底棲動物用帶網夾泥器采集，清砂后分揀撿出全部貝殼類底棲動物；小型軟體動物用改良彼得生采泥器采集；將采得的泥樣經40目、60目分樣篩篩洗，用5%甲醛溶液固定，4 ℃保存后計數。

1.2.2 魚類調查方法

采用地籠、刺網、定置漁具、抄網等采集標本，經醫用酒精固定處理后，對標本進行分類鑒定。

1.2.3 水環境檢測指標及方法

溶解氧、pH、水溫的數據在監測點處采用YSI多參數水質監測儀現場測定；透明度利用Secchi盤測定；流速采用流速儀現場測定；水深采用測深錘在監測點處現場測定。

1.3 調查數據分析

1.3.1 分析方法

生物多樣性通常用香農-納威指數［3］和Pielou均勻度指數表征。

H=-niNlog2niN

（1）

J=H/Hmax

（2）

式中：H為香農-納威指數；ni為第i種個體數與總體數的比值；N為某點樣品中物種總個體數；J為Pielou均勻度指數。

Hmax=log2S

（3）

式中：S為樣品中總的種類數。

浮游生物以優勢度為0.02確定優勢種類。

1.3.2 西江鯉魚洲取水口

（1） 水生生境。

西江鯉魚洲取水口2個監測點水生生境平均值：水溫為29.70 ℃，透明度為0.38 m，pH為7.77，溶解氧為8.3 mg/L，流速為0.12 m/s，水深為0.95 m。

（2） 物種組成、分布與優勢種。

未發現淡水殼菜稚貝及成貝的存在，但存在一定密度的幼蟲。其中D型幼蟲1.2個/L，前期殼頂幼蟲0.3個/L，后期殼頂幼蟲2.6個/L，躑行幼蟲0.05個/L。

（3） 密度和生物量。

淡水殼菜分布數據平均值如表2所列。

1.3.3 羅田水庫

（1） 水生生境。

羅田水庫5個監測點水生生境平均值：水溫為31.86? ℃，透明度為0.92 m，pH為6.08，溶解氧為977 mg/L，流速為0 m/s，水深為85 m。

（2） 物種組成、分布與優勢種。

庫區未發現有淡水殼菜浮游階段幼蟲、著生與底棲階段稚貝、成貝。

集到魚類4種，隸屬于2目3科4屬，其中優勢種為齊氏羅非魚、鰕虎魚、、鳙；采集到浮游植物共30種，隸屬于7門25屬，優勢種為藍藻中細鞘絲藻和擬柱胞藻；采集到浮游動物共58種，其中原生動物14種，輪蟲30種，枝角類8種，橈足類6種，優勢種多為原生生物和輪蟲類；底棲動物種類相對較少，僅7種，隸屬于2門6屬，優勢種多為節肢動物。

（3） 密度和生物量。

浮游植物密度在各樣點間存在較大區別，平均值為1.6×108 cells/L；其中L1點位的浮游植物密度最大，為2.8×108 cells/L；L3點位的浮游植物密度最小，為8.3×107 cells/L。

浮游動物密度平均值為4.2×107 ind./L；其中L3點位的浮游動物密度最大，為5.2×107 ind./L；L1點位的浮游動物密度最小，為2.9×107 ind./L。

底棲動物密度平均值為1.2×106 ind./m2；其中L2點位的底棲動物密度最大，為3.0×106 ind./m2；L5點位的底棲動物密度最小，為3.2×105 ind./m2。

（4） 生物多樣性指數與均勻度。

各監測點的浮游植物多樣性指數在0.47～0.64之間波動，平均值為0.55；浮游動物多樣性指數在246～2.75之間波動，平均值為2.55；底棲動物多樣性指數在0.66～0.90之間波動，平均值為0.76；魚類多樣性指數在0.00～0.66之間波動，平均值為0.17。

各監測點的浮游植物均勻度指數在0.23～0.34之間波動，平均值為0.27；浮游動物均勻度指數在073～0.82之間波動，平均值為0.78；底棲動物均勻度指數在0.59～1.00之間波動，平均值為0.81；魚類均勻度指數在0～0.23之間波動，平均值為006。

各監測點的浮游植物優勢度集中指數在0.26～0.38之間波動，平均值為0.33；浮游動物優勢度集中指數在0.88～0.93之間波動，平均值為0.91；底棲動物優勢度集中指數在0.41～0.53之間波動，平均值為0.47；魚類優勢度集中指數在0～0.36之間波動，平均值為0.09。

1.3.4 鐵崗水庫

（1） 水生生境。

鐵崗水庫5個監測點水生生境平均值：水溫為34.00 ℃，透明度為0.81 m，pH為1035，溶解氧為13.42 mg/L，流速為0 m/s，水深為10.24 m。

（2） 物種組成、分布與優勢種。

庫區未發現有淡水殼菜浮游階段幼蟲、著生與底棲階段稚貝、成貝。

集到魚類16種，隸屬于4目7科14屬，其中優勢種為齊氏羅非魚、德州豹、紋唇魚、、鯽魚、七絲鱭；采集到浮游植物共44種，隸屬于5門27屬，優勢種為擬柱胞藻、偽魚腥藻和細鞘絲藻；采集到浮游動物共58種，其中原生動物15種，輪蟲28種，枝角類8種，橈足類7種，優勢種多為原生生物和輪蟲類；底棲動物種類相對較少，僅13種，隸屬于3門11屬，優勢種多為節肢動物。

（3） 密度和生物量。

浮游植物密度在各樣點間存在較大區別，平均值為8.6×107 cells/L；其中T4點位的浮游植物密度最大，為1.9×108 cells/L；T3點位的浮游植物密度最小，為1.5×107 cells/L。

浮游動物密度平均值為8.1×107 ind./L；其中T4點位的浮游動物密度最大，為1.3×108 ind./L；T2點位的浮游動物密度最小，為5.5×107 ind./L。

底棲動物密度平均值為2.3×106 ind./m2；其中T3點位的底棲動物密度最大，為4.5×106 ind./m2；T1點位的底棲動物密度最小，為4.50×105 ind./m2。

（4） 生物多樣性指數與均勻度。

各監測點的浮游植物多樣性指數在0.68～1.25之間波動，平均值為1.04；浮游動物多樣性指數在211～2.57之間波動，平均值為2.39；底棲動物多樣性指數在0.67～0.88之間波動，平均值為0.78；魚類多樣性指數在0.10～1.41之間波動，平均值為1.02。

各監測點的浮游植物均勻度指數在0.31～0.45之間波動，平均值為0.40；浮游動物均勻度指數在066～0.75之間波動，平均值為0.72；底棲動物均勻度指數在0.44～0.97之間波動，平均值為0.65；魚類均勻度指數在0.05～0.50之間波動，平均值為0.36。

各監測點的浮游植物優勢度集中指數在0.39～0.62之間波動，平均值為0.54；浮游動物優勢度集中指數在0.85～0.89之間波動，平均值為0.88；底棲動物優勢度集中指數在0.37～0.48之間波動，平均值為0.43；魚類優勢度集中指數在0.05～0.726之間波動，平均值為0.50。

2 羅鐵工程淡水殼菜污損風險分析

2.1 羅田水庫

2.1.1 污損影響因素

淡水殼菜對pH值的忍耐范圍在6.5～9之間，在此區間，淡水殼菜稚貝、成貝將分泌黏性蛋白，其黏附于材料表面的能力最強；pH降低到6.5時即可對淡水殼菜的生存造成威脅，當pH大于9時也能夠影響淡水殼菜的生存［4］。羅田水庫現狀pH小于6.5不利于淡水殼菜形成黏性蛋白并牢固附著。

運行期珠三角水資源配置工程取水口西江鯉魚洲水質pH為7.77，來水量約8.6億m3/a，將使羅田水庫從分層型水庫變為混合型水庫，羅田水庫水體更新頻率約為29～30次/a［2］。水體受西江鯉魚洲取水口pH影響，羅田水庫水體pH將緩慢升高至接近中性，將逐漸適宜淡水殼菜形成黏性蛋白并牢固附著。

淡水殼菜主要攝食綠藻綱、隱藻綱、甲藻綱、細菌和陸源有機物，其主要攝食的浮游植物僅占浮游植物的0.05%，因此淡水殼菜浮游植物類食源不足。

但羅田水庫庫周存在較多魚塘，通水后水面抬高，魚塘將納入羅田水庫庫容，由于魚塘中有機物質、總氮、總磷等濃度較高，將促進水體中浮游植物的生長，為淡水殼菜提供充足的食物來源。

羅田水庫總庫容為2 913.5萬m3，水域面積較大，L1、L2、L5庫底基質主要為樹葉、砂質，L3～L6庫底基質主要為淤泥、腐屑。羅田水庫水流速度慢，泥砂易沉積，覆蓋在淡水殼菜表面導致其死亡；樹葉表面光潔度較低，適宜淡水殼菜附著生長。

羅田水庫優勢魚種為外來種齊氏羅非魚，該物種為雜食性魚類，會對淡水殼菜進行捕食，將影響淡水殼菜大規模附著生長。

因此，羅田水庫通水前為封閉式水庫，庫區未調查到淡水殼菜；通水后受西江鯉魚洲取水口影響較大，淡水殼菜在羅田水庫內生長繁殖的適宜性升高；西江鯉魚洲取水口淡水殼菜幼蟲密度較高，易隨水流進入羅田水庫，并就近在出水口附近附著，因此羅田水庫具有一定淡水殼菜污損風險。

2.1.2 污損分布預測

從平面分布來說，珠三角水資源配置工程鯉魚洲取水口的幼蟲，將在出水口附近集中沉降分布，淡水殼菜污損風險較高；羅田水庫庫周魚塘將提供充足的營養給浮游植物，同時降低水體透光率，因此羅田水庫庫周魚塘也將成為淡水殼菜分布較為集中的區域。

從縱向分布來說，由于羅田水庫中流速較慢，淡水殼菜在水體中易于沉降，且淡水殼菜幼蟲具有避光性，推測羅田水庫上層水體中將分布有D型幼蟲、前期殼頂幼蟲，中下層水體分布后期殼頂幼蟲、躑型幼蟲。

2.2 鐵崗水庫

2.2.1 污損影響因素

鐵崗水庫現狀pH大于9，將對淡水殼菜生長造成一定影響。運行期羅鐵工程從羅田水庫引水約2.5億m3/a至鐵崗水庫，鐵崗水體更新頻率約為2～3次/a，但仍然為分層型水庫，pH受羅田水庫影響最大，有進一步下降的趨勢，可能會逐漸接近適宜淡水殼菜形成黏性蛋白并牢固附著的區間。

在鐵崗水庫中，淡水殼菜主要攝食的浮游植物占全部浮游植物的1.2%，因此淡水殼菜食源不足，生長繁殖將受到限制。

鐵崗水庫優勢魚種為外來種齊氏羅非魚，會捕食淡水殼菜，影響淡水殼菜大規模附著生長。

鐵崗水庫現狀總庫容為9 950萬m3，水域面積較大，T1、T2、T4庫底基質主要為淤泥，T3、T5、T6庫底基質主要為砂質。鐵崗水庫水流速度慢，泥、沙易沉積，覆蓋在淡水殼菜表面導致其死亡。

鐵崗水庫庫區未調查到淡水殼菜幼蟲、活體稚貝或成貝，僅在T6監測點調查到淡水殼菜稚貝殘體，經調查判斷為東部引水工程西鐵段輸水管道中沖刷后淡水殼菜脫落、死亡、破碎所致。

因此，鐵崗水庫在羅鐵項目通水前與石巖水庫、西麗水庫連通，生物污損風險主要源自石巖水庫、西麗水庫；羅鐵工程通水后，同時受到羅田水庫、西麗水庫、石巖水庫及其與鐵崗水庫連通的輸水管道影響，淡水殼菜在鐵崗水庫內生長繁殖的可能性較羅田水庫大，且適宜性較通水前升高。因此鐵崗水庫具有一定淡水殼菜污損風險。

2.2.2 污損分布預測

從平面分布來說，T2點位與石巖水庫連通，T6點位與西麗水庫連通，羅鐵工程供水后T4與羅田水庫連通，連通的輸水隧洞出口及庫灣區水體流速均小于04 m/s，流速較慢，適宜淡水殼菜沉降，因此淡水殼菜幼蟲將主要在鐵崗水庫T2、T4、T6處出水口附近聚集，隨著水體流速變慢，逐漸沉降，淡水殼菜污損風險相對較高。

從縱向分布來說，鐵崗水庫T2、T4、T6處水體具有一定混合性，各發育期幼蟲分布較為均勻，無明顯分層分布；在鐵崗水庫其他水域中由于流速較慢，淡水殼菜易于沉降，分布情況與羅田水庫類似。

2.3 輸水管道及其他構筑物

2.3.1 污損影響因素

羅鐵項目輸水隧洞干線全長21.68 km，全程采用壓力鋼管內襯砌結構，除羅田水廠采用泵壓輸水外，其余均采用重力流輸水，隧洞直徑為5.2 m，相應糙率取0.015左右。設羅田閥室、長流陂閥室共計2座閥室，公明檢修排水井、五指耙水廠分水井、鐵崗工作井共計3座分水井，羅田水廠提升泵站1座。

因此，羅鐵工程可能發生生物污損的部位主要是閥室、檢修井、泵站等構筑物，以及輸水管道。

2.3.2 污損分布預測

從平面分布來說，進水口攔污柵、喇叭口平均流速在0.4～0.6m/s之間，適宜淡水殼菜附著；疊梁門段、檢修門槽段、事故門槽段流速在1.02～1.11 m/s［2］，流速偏大，淡水殼菜相對附著較難。

出水口岔管段、漸變段、閘門段、攔污柵段平均流速在0.4～0.9 m/s之間，適宜淡水殼菜附著。隧洞分段流速具體見表3。

淡水殼菜無論對輸水鋼管還是混凝土管，或者對于涂有普通防腐涂料的管道，均會大面積附著生長。本工程從防生物污損的角度，在壓力鋼管內壁選用光潔度較高的拋光型環氧面漆防腐蝕，通過隔絕淡水殼菜與鋼管內壁金屬材料直接接觸，避免腐蝕管道結構，維持鋼管內壁光潔度，減弱淡水殼菜附著生長能力。

由于輸水管道封閉，管道中有機質、氧氣等淡水殼菜生長要素的含量隨管道長度遞減，淡水殼菜附著密度也隨距離變化。通過類比深圳市已建工程數據，可知淡水殼菜主要分布在距離取水口10 km之內的輸水管道中。

躑行幼蟲的最大游泳速度是400 μm/s［5］，如幼蟲進入輸水管道，幼蟲從管道中心到壁面的距離在2.15～3.4 m之間，因此幼蟲游到邊壁時間最長為8.5×103 s，而輸水管道設計流速在0.84～0.87 m/s，因此預測淡水殼菜幼蟲這段時間沿管線可遷移最遠距離在7.14～7.40 km，預測結論與已有工程經驗數據基本相符。

淡水殼菜一旦入侵，將高密度附著于距取水口2 km內，超過該距離后附著密度呈指數級衰減，主要涉及到工程進水口～羅田閥室段、羅田閥室～公明檢修排水井段、公明檢修排水井～五指耙水廠分水井段。

從縱向分布來說，輸水管道設計流速在0.84～087 m/s，適宜生長且無光照，大部分幼蟲會沉降、附著在管壁上，水位線以上基本無附著生長，水位線以下基本均勻分布，不密集成團。在隧洞拐彎段，由于流速變緩，將發生落淤，且彎道凸側附著密度高于凹側；各處分水井箱涵處由于遇到較開敞結構，溶解氧濃度升高，附著成體密度會突然增加，一旦附著，淡水殼菜密度和面積會迅速增加。

2.4 污損時間分布預測

從時間分布的角度，鐵崗水庫、羅田水庫通水后污損風險較通水前高。

秋冬季羅田水庫、鐵崗水庫及輸水管道中水溫低于16 ℃時，淡水殼菜平均體長和平均體重較高，活性降低，死亡率較低；春夏季水溫高于26 ℃時，淡水殼菜活性增強，附著數量和生物量較大，死亡率較高［6］。

3 減緩措施與建議

淡水殼菜幼蟲的最大運動速率約為400 μm/s，與水流流速相比，可以忽略，淡水殼菜對遠距離的水體或人工結構的入侵幾乎完全依賴水流流速。若取水口鄰近水域著生大量成貝，在繁殖期釋放大量幼蟲至水體中，將增加幼蟲入侵輸水管道的風險。

因此，取水口成貝的密度影響著淡水殼菜入侵的幾率，在設計工程階段，應盡量防止成體及幼蟲進入輸水管道，降低管道中發生生物污損的概率。

羅鐵項目需要重點關注珠三角水資源配置工程出鯉魚洲取水口淡水殼菜現狀，重點防治珠三角水資源配置工程出水口水流裹挾的淡水殼菜成體及其幼蟲。輸水管道最容易發生生物污損，是防控的重要區域，降低管壁糙率，防止附著是目前最具可行性的防治方法。

可以在工程進水口的閘門和攔污柵前，交錯放置20 mm孔徑濾網，阻隔大部分的淡水殼菜成體進入本工程輸水管線；選取幼蟲易于附著的吸附材料，并合理布置，有效吸附水中的后期殼頂幼蟲和躑行幼蟲，降低幼蟲進入管道的可能性，從而降低工程遭受淡水殼菜成體密集附著的威脅；工程分水井下鋪設吸附材料進行誘捕吸附，并定期清理。

參考文獻：

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（編輯：黃文晉）