生態(tài)型人工魚礁的設(shè)計

摘 要：為了給魚類提供良好的生存環(huán)境，文章設(shè)計了一種由海藻魚礁、變流魚礁和保育魚礁組成的復(fù)合浮魚礁。海藻魚礁為魚類提供食物及產(chǎn)卵地；變流魚礁能將上層富含浮游生物和溫度較高的海水送入下層，實現(xiàn)了上、下層海水交換的功能；保育魚礁為魚類提供較多的躲藏空間。

關(guān)鍵詞：設(shè)計；海藻魚礁；變流魚礁；保育魚礁

引言

近年來，由于環(huán)境污染、過度捕撈等原因，我國漁業(yè)資源處于嚴(yán)重衰退狀態(tài)，嚴(yán)重影響到漁業(yè)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。因此，保護(hù)近海漁業(yè)資源成為目前最重要的任務(wù)。建設(shè)人工魚礁是改造近海漁場的一項根本措施，是造福于子孫后代的百年大計[1]。人工魚礁是模仿海洋中天然礁石、為水生生物的棲息、生長、繁育場所而人為設(shè)置在水域中的構(gòu)造物[2]。其目的是改善海域生態(tài)環(huán)境，營造海洋生物棲息的良好環(huán)境，為魚類等提供繁殖、生長、索餌和庇敵的場所，達(dá)到保護(hù)、增殖和提高漁獲量的目的。

當(dāng)前發(fā)展海洋牧場應(yīng)用較多的是底層人工魚礁，由于受限于人工魚礁與海水深度的限制，在較深的海域，人工魚礁的建設(shè)成本和投放成本大幅提高，甚至不能投放底層魚礁。底層魚礁對于上層水域的作用效果也是有限的。我國當(dāng)前近海污染嚴(yán)重，大量開發(fā)，需要我們向較深的海域進(jìn)發(fā)來開發(fā)海洋牧場增加漁業(yè)產(chǎn)量。底層魚礁已不能完全滿足當(dāng)前的需要。浮魚礁則可以通過錨繩固定到較深的海域，發(fā)揮作用的礁體懸浮或漂浮于上層海域。然而當(dāng)前浮魚礁的研究應(yīng)用較少，文章針對象山港地域設(shè)計了一種能夠充分利用各個水層和投放于較深水域的浮魚礁。有針對性的結(jié)構(gòu)，為魚類提供合適和足夠的躲藏場所，為親魚提供產(chǎn)卵場所，為幼魚提供保育所。

1 浮魚礁總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

浮魚礁主要由海藻魚礁、變流魚礁及保育魚礁三個魚礁主體和浮球、連接繩、錨繩、錨塊這四個附件所構(gòu)成的，浮魚礁總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，三個魚礁單體按照各自的作用進(jìn)行位置布置，海藻礁在最上層便于接受陽光，變流魚礁在中間最大的實現(xiàn)海水交換效能，保育魚礁處于最下邊為底層魚的幼魚提供保育所。

1.浮球；2.海藻魚礁；3.變流魚礁；4.連接繩；

5.保育魚礁；6.錨繩；7.錨塊

圖1 浮魚礁配置

該魚礁還可以根據(jù)不同水深進(jìn)行擴(kuò)展以適應(yīng)在不同的海深。中國海岸線長達(dá)18000多公里，管轄海域約300萬平方公里，有渤海，黃海，東海，南海，平均海深從不到百米到近千米深，有大量的海域可供我們進(jìn)行海洋牧場建設(shè)，但是在海深從幾十米到千米的海域中投放底層魚礁是不現(xiàn)實的，發(fā)揮的作用也是有限的。文章設(shè)計的浮魚礁就可以克服底層魚礁作用范圍受到自身高度限制的缺點，利用錨繩和浮球?qū)⑵洳贾玫叫枰l(fā)揮作用的水層。

2 浮魚礁三個魚礁主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 海藻魚礁

餌料場是形成漁場的最重要的原因，更是魚礁可以聚集魚類等水生生物的根本原因，因此在礁體上種植水生植物，為魚類提供食物來源是聚集魚類的最直接的方法。把海藻魚礁放置于靠近海面的位置，是因為海藻需要進(jìn)行光合作用，為讓海藻獲得更多的陽光。現(xiàn)有很多人在尼龍繩上栽種藻類，因此文章也采用該種方法，用了直徑較大的尼龍繩作為礁體的一部分，在其上種植藻類。這樣的設(shè)計可為將卵產(chǎn)到有細(xì)長條外形的結(jié)構(gòu)物上的海洋生物提供產(chǎn)卵場所，同時種植的藻類又可以作為產(chǎn)卵區(qū)的掩護(hù)并提供陰影和提高海水中的溶氧量。

海藻魚礁結(jié)構(gòu)如圖2所示，用兩個相同的支撐上下間隔3m放置，支撐的外圓直徑為2米，內(nèi)圓直徑為1.2米，材料直徑為70毫米，中間用8根或多根尼龍繩連接，在尼龍繩上種植海藻等水生植物。支撐采用內(nèi)外同心環(huán)的結(jié)構(gòu)可以固定較多的尼龍繩以增加種植植物的數(shù)量以及提供更多的為水生生物附著的空間。

1.上支撐；2.種藻尼龍繩；3.下支撐

圖2 海藻魚礁

2.2 變流魚礁

人工魚礁可以改變礁區(qū)周圍海域的水流環(huán)境，產(chǎn)生局部的上升流，在海流的作用下還會形成背渦流，在背流面形成一定的靜水區(qū)。上升流把海底的沉積物和營養(yǎng)鹽送到上層水域，加快物質(zhì)的循環(huán)，促進(jìn)上層浮游植物的生長，在當(dāng)?shù)匦纬奢^為豐富的餌料場。背渦流同樣會吸引一些魚類的聚集。浮魚礁不同與底層魚礁，它在海水中懸浮，可以處于不同的水層，因此可以設(shè)計合適的形狀將上層海水送到底層，將上層溫度較高，溶氧多和浮游生物量豐富的海水送到下層水域。

設(shè)計的變流魚礁，如圖3所示，是用四個具有改變水流作用的喇叭口彎管經(jīng)過合理的固定和布置構(gòu)成的魚礁。每個喇叭口彎管的小口端在下，大口端在上，豎直放置。四個彎管的大口朝向四個方向中心對稱分布，使用上下兩個固定板將其固定到確定的位置，并四個固定桿將固定板鎖緊。這種分布可以使不同方向來流都可以進(jìn)入喇叭口彎管，形成向下的水流，促進(jìn)上下層的海水的交換。

在喇叭口彎管的彎吼處有固定耳朵，如圖4所示，在耳朵上留有安裝孔可以與上固定板向配合，上固定板的安裝孔如圖5所示。此處彎管的外徑和上固定管的內(nèi)徑相等，正好可以配合在一起，彎管耳朵的下表面與上固定板的上表面接觸通過安裝孔將其固定定到一起。上下固定板（下層固定板見圖6）都留有四個固定孔來安裝固定桿，固定桿可以將上下固定板鎖緊，使彎管和固定板固定不變形。同時固定桿也是將變流魚礁固定到連接繩上的位置，防止直接將變流魚礁其他薄弱的部位與連接繩連接造成變流魚礁的損壞。

2.3 保育魚礁

象山港地處歐亞大陸東部的亞熱帶季風(fēng)區(qū)，暖濕多雨，四季分明，冬夏季風(fēng)交替顯著[3]。夏季象山港水域分布有大量的白姑魚、皮氏叫姑魚（Johnius belengerii）、龍頭魚（Harpadon nehereus）、長體蛇鯔（Saurida elongate）和三疣梭子蟹的幼體以及鷹爪蝦（Trachypenaeus curvirostris）的產(chǎn)卵親體存在。這些種類在象山港水域完成產(chǎn)卵與育幼階段，隨后離開象山港，洄游至東海[4]。幼體在自然界中屬于弱勢，容易被天敵和其他的肉食性魚類吃掉，因此需要魚礁需要具有較小的和多變的空間，為它們提供保育區(qū)。另外，幼魚的游泳能力比較弱，抵抗潮流的能力差，因此魚礁內(nèi)部應(yīng)能夠減緩潮流的作用。魚礁還需要具有較好的通透性使魚礁內(nèi)部的海水與外部良好的交換，保持魚礁內(nèi)部海水的清潔、含氧量較高和食物的豐富性，利于幼魚的生長。

保育魚礁總體結(jié)構(gòu)如圖7所示，在上下固定板中間固定較多的圓管總體上將水流的速度減慢，并形成狹小的夾縫，限制大型的食肉魚類的進(jìn)入，保護(hù)幼魚。

上下固定板開孔如圖8所示，其開孔與內(nèi)部的圓管同心，在保育魚礁的上下面形成通透的通道，有利于海水的交換和幼魚的進(jìn)入。內(nèi)部圓管為，中央采用直徑為300mm圓管，其余采用直徑為200mm的圓管，側(cè)面的開孔方式如圖9所示，圓管開孔將單根圓管的空間和圓管之間的空間連在一起，安裝方向為圓管側(cè)孔同向于圓管所在的固定板的半徑方向，提高了礁體的通透性，有利于海水進(jìn)入魚礁內(nèi)部。

2.4 魚礁投放附件的設(shè)計

由于浮魚礁礁體重力大于其受到得浮力，要在海水中能夠穩(wěn)定得懸浮，需要具增加其浮力。投放區(qū)域海流速度較大，浮魚礁會受到很大的水平方向的水阻力，浮魚礁要保持基本向上的狀態(tài)則需要有剩余浮力來均衡水阻力。浮魚礁應(yīng)在其投放區(qū)域能夠穩(wěn)定的存在，才能較好的發(fā)揮其魚礁的功能，因此需要具有足夠的錨塊來固定浮魚礁浮球的固定方式如圖10所示。

魚礁的錨系方式有緩錨定和張緊錨定的兩種，當(dāng)魚礁完全浸入海水中時錨繩總是處于張緊狀態(tài)，為張緊錨定；錨繩與礁體高度和大于水深，稱為緩錨定。由于象山港的潮流速度大，采用張緊錨定時，會有很大的水流力，要使魚礁有較小的傾斜角度，就需要體積很大的浮球和更重的錨塊。因此采用緩錨定的方式來錨定魚礁。采用混凝土塊作為錨塊，單根錨繩連接魚礁礁體與錨塊。取錨繩長與礁體高的和水深為1.2的常用經(jīng)驗比例的緩錨系方式。

3 結(jié)束語

文章設(shè)計的浮魚礁將三種不同功能的上層魚礁、中層魚礁及下層魚礁組合成一體，海藻魚礁由具有細(xì)長外形特點的材料構(gòu)成，可以發(fā)揮種植藻類提供食物和產(chǎn)卵場所的作用。變流魚礁由四個喇叭口彎管構(gòu)成，在潮流的作用下，將上層海水輸送到下層的。保育魚礁由上下蓋板和中間帶孔的直管構(gòu)成，即具有良好的通透性，又可以營造靜水區(qū)，提供產(chǎn)卵保育場所。

參考文獻(xiàn)

[1]黃雄.人工魚礁發(fā)展概況[J].海岸工程，1989，03：69-74.

[2]黃曉燕，倪文，陳德平，等.粉煤灰人工魚礁的國內(nèi)外研究進(jìn)展[J].齊魯漁業(yè)，2010，08：6-10.

[3]姜亞洲，林楠，袁興偉，等.象山港游泳動物群落結(jié)構(gòu)及多樣性[J].生態(tài)學(xué)雜志，2013，32（4）：920-926.

[4]劉金霞，王琦，谷德賢.不同材料類型人工魚礁建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益淺析[J].北京水產(chǎn)，2008（3）：6-9.

作者簡介：盛晚霞（1991，8-），女，上海海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械工程研究生。

*通訊作者：張麗珍。