新型人工魚礁材料節(jié)能減排效果的初步研究

楊倩+袁榕+楊軍+馬成龍+于佳禾

摘要：我國漁業(yè)資源日益衰退，海洋污染不斷擴(kuò)大，新型人工魚礁材料的研發(fā)將成為修復(fù)和優(yōu)化海域生態(tài)環(huán)境，建設(shè)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展海洋牧場的關(guān)鍵要素。探索人工魚礁新材料節(jié)能減排效果將有助于節(jié)約建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，科學(xué)評估魚礁區(qū)建設(shè)效果以及節(jié)約建設(shè)成本。

通過分析人工魚礁的制造組分，運(yùn)用CO2排放量計(jì)算關(guān)系式：Q=（E×A-B）×R×44/12，對其不同條件下的碳排放量進(jìn)行對比計(jì)算，探討了不同礁型、材質(zhì)下的人工魚礁所產(chǎn)生的碳排放量。

關(guān)鍵詞：人工魚礁材料；節(jié)能減排；生態(tài)環(huán)境；經(jīng)濟(jì)可持續(xù)

一、研究背景

（一）漁業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，漁業(yè)捕撈強(qiáng)度逐漸增加，海洋污染范圍不斷擴(kuò)大。我國海洋漁業(yè)資源的衰退現(xiàn)象日益嚴(yán)重，尤其是近海的漁業(yè)資源更是匱乏。海水養(yǎng)殖業(yè)作為對海洋捕撈資源的補(bǔ)充行業(yè)，逐漸得到了快速發(fā)展。但海水養(yǎng)殖帶來的環(huán)境、病害及質(zhì)量安全問題日益凸顯，漁業(yè)發(fā)展中的資源與環(huán)境以及由此帶來的一系列問題已成為制約我國海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)乃至海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一。

當(dāng)前主要海洋國家已將戰(zhàn)略發(fā)展要點(diǎn)轉(zhuǎn)到海洋牧場的開發(fā)與研究之中，一些發(fā)達(dá)國家也對此投入較大的精力。由此可見，海洋牧場的發(fā)展已成為當(dāng)今海洋領(lǐng)域研究的主要趨勢。海洋牧場的迅速發(fā)展也帶動(dòng)了一個(gè)領(lǐng)域——人工魚礁的設(shè)計(jì)與制造，對于新型人工魚礁的節(jié)能減排效果進(jìn)行研究已成為一項(xiàng)重要課題。

（二）海洋牧場的興起

“海洋牧場”是指在一定海域內(nèi)，采用規(guī)模化漁業(yè)設(shè)施和系統(tǒng)化管理體制，利用自然的海洋生態(tài)環(huán)境，將人工放流的經(jīng)濟(jì)海洋生物聚集起來，像在陸地放牧牛羊一樣，對魚、蝦、貝、藻等海洋資源進(jìn)行有計(jì)劃和有目的的海上放養(yǎng)。海洋牧場的相關(guān)研究領(lǐng)域主要有音響馴化、魚礁設(shè)計(jì)、增殖養(yǎng)殖等。

人工魚礁是人為在海中設(shè)置的構(gòu)造物，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。它的不同形狀、材質(zhì)、重量、體積等都影響著礁體在海底的吸附能力。因此對人工魚礁形狀和材質(zhì)進(jìn)行研究就顯得尤為重要。

二、人工魚礁的相關(guān)內(nèi)容

（一）人工魚礁的外觀影響

礁體設(shè)計(jì)的影響因素主要有礁體的大小、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及不同材料的選擇。其中，不同材料的比例對魚礁的生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程中的碳排放量也有著不同的影響。

1.礁體的大?。?/p>

礁體的大小指的是礁體的外形尺寸，主要是寬和高，其取決于水深、流速和水深及魚種。隨著魚礁的事業(yè)的發(fā)展，礁體大小發(fā)生了很大的變化。由簡單到組合，由小型到大型。因此，礁體的大小和設(shè)計(jì)要考慮到礁體投放的穩(wěn)定性，礁體建造技術(shù)的復(fù)雜性，投放的難以程度，并兼顧經(jīng)濟(jì)效益，力求達(dá)到集魚效果好、施工簡單、投放方便并且成本低廉。

2.礁體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：

日本學(xué)者曾對人工魚礁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，主要設(shè)計(jì)了對角型、圓筒形、四角形魚礁單體模型。通過實(shí)驗(yàn)，我們可以定量的分析礁體周圍流體的變化、生物因素以及空間因素的影響范圍。

3.礁體材料的選擇：

隨著人工魚礁的不斷發(fā)展，礁體材料的選擇是目前的研究熱點(diǎn)，探尋新型的、節(jié)能的、價(jià)格低廉的理想材料顯得尤為重要。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝土是比較理想的構(gòu)筑材料。其強(qiáng)度高、副作用低、結(jié)實(shí)耐用、成本低廉來源方便，所以在國內(nèi)被廣泛應(yīng)用于人工魚礁的的制造。人工魚礁制造常使用的等級是C20，它的配合比為：0.47：1：1.342：3.129，即水泥、沙子、石子配比約等于1：1：3。

（二）魚礁制造材料的實(shí)驗(yàn)分析

1、混凝土魚礁使用的主要材料

（1） 混凝土：

主要由水泥、礦物外摻劑、砂、石以及外加劑組成。水泥和礦物外加劑作為膠結(jié)材料，起著將砂石膠結(jié)并形成強(qiáng)度的作用。其中硅酸三鈣是主要膠結(jié)材料。其等級為C2O，水泥、沙子、石子配比約等于1：1：3。

（2）煤粉灰：

它的主要作用在于改善混凝土的流動(dòng)性和黏聚性，本身沒有強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們通過調(diào)整它在混凝土的含量，將其作為唯一變量，探究不同條件下礁體的碳排放量。

（3）貝殼粉：

貝殼粉雖然有一定強(qiáng)度，但是相對于煤粉灰而言粘合度較低。它具有低能耗、易獲得、成本低等優(yōu)點(diǎn)，它主要作用是在于混凝土的后期強(qiáng)度的增長。

（4）外加劑：

外加劑的作用很多，保證混凝土強(qiáng)度，改善混凝土的和易性、耐久性、施工性，是混凝土中必不可少的材料之一。

（5）水泥：

作為常見的建筑材料，水泥在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的碳排放量是比較大的。其在人工魚礁材料中主要是起到改善混凝土黏聚性的作用。

2.實(shí)驗(yàn)思路

①實(shí)驗(yàn)思路：在正常C20配比強(qiáng)度下，用貝殼粉（需提前做成分分析）來改變水泥的添加量，替換水泥的量為0%、10%、15%、20%、25%、30%。測試指標(biāo)玄武巖纖維無捻粗紗一樣，并做海底生物指標(biāo)測試。

②實(shí)驗(yàn)思路：在正常C20配比強(qiáng)度下，用粉煤灰來改變水泥的添加量，替換水泥的量為0%、10%、20%、30%、40%、50%。對應(yīng)著做海水浸泡檢測和生物指標(biāo)測試。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及碳排放量的計(jì)算

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在人工魚礁的制造過程中，它的強(qiáng)度等級采用混凝土C20，水泥、沙子、石子配比約等于1：1：3。

按照單個(gè)魚礁重2.37噸計(jì)算，水泥熟料的CO2排放因子為0.86，單個(gè)傳統(tǒng)魚礁CO2排放量約2.04噸。使用貝殼粉、粉煤灰等新材料調(diào)整魚礁材料配比，通過改變水泥含量，在不改變甚至加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的前提下顯著降低碳排放量，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

三、探尋新型人工魚礁材料的重要意義

1.環(huán)保意義

①人工魚礁建設(shè)可有效增加浮游植物的密度和生物量，提高海區(qū)的初級生產(chǎn)力；進(jìn)行低碳、環(huán)保型礁體材料的研制，將通過降低人工魚礁制造過程中的碳排放量，在一定程度上擴(kuò)大人工魚礁生態(tài)系統(tǒng)固碳的范圍，實(shí)現(xiàn)礁體本身的固碳作用。

②保護(hù)海域水質(zhì)和底質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。通過海洋牧場建設(shè)，建立健康的近海生態(tài)系統(tǒng)，可對海洋水質(zhì)和底質(zhì)起到有效的調(diào)控和修復(fù)作用。

2.經(jīng)濟(jì)意義

①經(jīng)濟(jì)成本較低。由于新型人工魚礁建造成本低，取材容易，并且其化學(xué)成分使其在海水中的性能穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的耐腐蝕功能，而且易被生物附著，可使水域中生物種類和生物量快速增長。

②人工魚礁在海底會形成一個(gè)較適宜魚類生存的生態(tài)環(huán)境，此種方式具有養(yǎng)殖成本低，成品品質(zhì)優(yōu)良等特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益較高。

③新型人工魚礁材料的研究不僅會降低碳排放量，減少能耗，在材料的選材中還會使得企業(yè)減少高造價(jià)原料的使用，降低生產(chǎn)成本，有利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]田濤，陳勇，陳辰，劉永虎，陳雷，王剛，張曉芳.獐子島海洋牧場海域人工魚礁區(qū)投礁前的生態(tài)環(huán)境調(diào)查與評估[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào)endprint