人工鱼巢应用效果提升探究

蓝于倩，张家俊，何景亮，吴慧英，马海涛，万正平

(广州珠江水资源保护科技发展有限公司，广东 广州 510611)

伴随着河流梯级开发、大型水利工程的建设与调控，河流水系的水文情势发生了水流变缓、水深增加、水域面积增大、水位波动大等变化，致使流水生境和可供鱼类附着产卵的水生植物基质锐减，从而影响了产草黏性卵鱼类的生存。为降低流水生境损失和鱼卵黏附基质锐减对产草黏性卵鱼类的影响，开展类型多样的鱼类生境恢复措施是十分必要的[1-2]。人工鱼巢作为恢复措施之一，通过在流水河段人为设置可供鱼类繁殖、仔鱼栖息生长的设施，可弥补工程建设导致的流水生境损失，为受影响鱼类提供适宜的摄食、繁殖、生长和庇护的空间。人工鱼巢现已被广泛应用于淡水流域及河口渔业资源及其生境的修复和管理，是保护淡水流域生物多样性和制定渔业管理措施等方面的有效途径[3-4]。

人工鱼巢技术的应用历史悠久[5]。自20世纪70年代起人工鱼巢在人工养殖领域发展成为一种渔业产业，从最早应用于鲤鱼、鲫鱼养殖，逐渐推广到更多鱼类品种，发挥了改善和修复渔业环境、提高渔业资源的作用。随着全国各地渔业产业转型，越来越注重生态养殖、绿色发展，2013年起人工鱼巢技术在修复生态环境领域中开始发挥重要作用[7]。然而人工鱼巢的研究仍不成熟，存在基础理论研究落后于产业发展[5]、渔业增殖效果缺乏系统性论述[1]、相关技术规范少[6]、在材料选择与实施和管理维护办法方面没有明确规定[1-2]等情况。

目前，人工鱼巢在流水环境的应用较少，效果不明确。现有研究多注重基质材料和本身的结构形态变化，很少关注到其抗水流冲刷能力、使用耐用性和后期维护便捷性。因此，人工鱼巢在流水环境应用过程中普遍存在难以适用于流速和水位变化大的江河环境等适用环境局限、工艺实用性与持久性不高等问题。为增强实用性和操作便捷性、提升流水环境中的应用效果，本研究探讨不同类型人工鱼巢的适用性特点，总结人工鱼巢效果提升的改进对策，进而从结构形式、固定方式、材料选择和操作方法4个方面创新设计适用于流水环境的贴岸式人工鱼巢。

1 研究对象

为探究不同类型人工鱼巢在流水环境的适用性及其提升办法，本研究以结构形式差异较大的护岸式人工鱼巢、漂浮式人工鱼巢、网片式人工鱼巢为研究对象进行对比分析(图1)。

a)护岸式人工鱼巢是一种布设于河湖水陆交接区域的鱼巢形式，可分为鱼巢砌块和植物抛石护岸2种。其中：鱼巢砌块是一种新型生态护岸构件，根据鱼类等水生生物的生活习性定制成尺寸适宜和结构镂空的单体，分层布置于河岸带，利用孔隙大、透气性强的特点种植水生植物，在保留传统硬质化护岸水土保持、抵抗冲刷等功能的同时，营造具有良好景观效果的鱼类自然栖息环境[8-9]。植物抛石护岸是一种水生植物种植与抛石护岸施工相结合的技术工艺，在抛石护岸中预留种植孔，既保持水土，又营造自然的鱼类栖息环境。

b)漂浮式人工鱼巢是一种布设于河湖表面的鱼巢形式。通常以竹竿、PVC管或浮岛材料为漂浮载体，以水生植物、棕榈片等为鱼卵黏附基质，悬挂于水下，搭配钢丝绳、预制水泥墩、固定桩等作为连接和位置固定[10]。

c)网片式人工鱼巢是一种布设于水体内部的鱼巢形式。通常利用沉子或简单漂浮框架结构将聚乙烯材质网片悬挂于特定水层，网片呈片状分布，也可立体式重叠，鱼卵黏附基质量最高[11]，多应用于静水或养殖池。

a)护岸式人工鱼巢

b)漂浮式人工鱼巢

c)网片式人工鱼巢

2 研究方法

通过护岸式、漂浮式和网片式人工鱼巢的适用性评价研究，在总结不同类型人工鱼巢优势性能的基础上，探究人工鱼巢工艺的改进对策，创新设计适用于流水环境的人工鱼巢。适用性评价研究选取了结构稳固性、操作便捷性、鱼类偏好性3个维度，共设置9项评价指标，采用排序赋分法进行评价。具体的评价赋分细则见表1。

表1 适应性研究评分方式汇总

根据适用性评价研究的3个维度评分结果，分析不同类型人工鱼巢的性能优劣，筛选其中适用于流水环境的性能特点，用于人工鱼巢的应用效果提升和工艺创新设计。

3 研究结果

3.1 人工鱼巢适用性评价

3.1.1人工鱼巢结构稳固性评价

人工鱼巢结构稳固性评价由结构性能、固定性能、过水性能3个指标组成，具体的赋分结果见表2。

表2 结构稳固性评分结果

在结构性能上，护岸式人工鱼巢多为混凝土、砾石、砂子浇筑而成，结构牢固耐用，性能最强；漂浮式人工鱼巢多采用PVC管、PVC浮块为载体，形成整体漂浮块，结构相对牢固；网片式人工鱼巢主体结构为尼龙绳串联聚乙烯网片，结构相对松散。赋分排序为：护岸式>漂浮式>网片式。

在固定性能上，护岸式人工鱼巢固定于河岸，受水流冲击影响小，固定性能强；漂浮式人工鱼巢和网片式人鱼巢相对远离河岸，易受水位上涨、水流冲刷影响，其中漂浮式人工鱼巢常采用钢丝绳、锚、桩作为连接固定，固定性能更好些。赋分排序为：护岸式>漂浮式>网片式。

在过水性能上，网片式人工鱼巢为线条型结构，水下阻力低，过水性能最强；护岸式人工鱼巢紧贴河岸，避免与水流的直接冲击；漂浮式人工鱼巢主体框架粗大，水下阻力高。赋分排序为：网片式>护岸式>漂浮式。

3.1.2人工鱼巢操作便捷性评价

人工鱼巢操作便捷性评价由安装灵活性、安装耗费、维护耗费3个指标组成，具体的赋分结果见表3。

表3 操作便捷性评分结果

在安装灵活性和安装耗费上，网片式人工鱼巢以聚乙烯材质网片为主体结构，材料价格低且简单轻便，可提前预制好，现场用船运输到指定位置进行投放即可，安装耗费的人力、物力少，操作更为灵活；护岸式人工鱼巢以鱼巢砌块或者抛石护岸为主体结构，材料价格高且厚重，安装涉及大型施工机械，耗费人力、物力多，操作最为复杂；漂浮式人工鱼巢介于两者之间。赋分排序为：网片式>漂浮式>护岸式。

在维护耗费上，护岸式人工鱼巢固定于堤岸，维护工作相对简单，大部分工作可在陆地上完成，仅需定期开展垃圾清洁即可；漂浮式和网片式人工鱼巢漂浮于水上，维护工作必须借助船只水上操作，难度较高，维护内容包括了位置调整、垃圾清理和受损修补；尤其漂浮式人工鱼巢因其漂浮载体较大、水下阻力大，出现垃圾拦截、鱼巢受损的情况会更多。赋分排序为：护岸式>网片式>漂浮式。

3.1.3人工鱼巢鱼类偏好性评价

人工鱼巢鱼类偏好性评价由与周边环境相容性、鱼卵黏附效果2个指标组成，具体的赋分结果见表4。

表4 鱼类偏好性评分结果

在与周边环境相容性上，护岸式人工鱼巢与河岸形成一体，相容性最高；其次是缺少漂浮载体的网片式人工鱼巢，组成部件少；具有明显漂浮框架的漂浮式人工鱼巢与周边水域环境的差异最高，相容性最低。赋分排序为：护岸式>网片式>漂浮式。

在鱼卵黏附效果上，护岸式人工鱼巢、漂浮式人工鱼巢和网片式人工鱼巢对应的鱼卵黏附基质分别为水生植物枝叶、天然植物叶片(或植物根系)和人工网片。根据工程实施经验和文献资料查阅的情况，天然植物叶片基质的诱鱼效果最佳[1,12-13]，材料天然、无环境污染；其次为人工材料，成本低且可重复利用；水生植物枝叶虽为天然植物，但位置固定，淹没时间短。赋分排序为：漂浮式>网片式>护岸式。

3.2 人工鱼巢优势性能分析

综合结构稳固性、操作便捷性、鱼类偏好性3个维度的赋分，3种人工鱼巢类型的总得分见表5。

表5 适用性评分汇总

从表格数据可看出：相比漂浮式人工鱼巢，护岸式和网片式人工鱼巢的适用性优势更为明显。护岸式人工鱼巢的结构稳固性更具优势，主要体现于：①安装位置贴近岸边，既避免水流直接冲击，又方便岸上开展施工和维护；②鱼巢材质坚硬牢固，被破坏的可能性低。网片式人工鱼巢的运维便携性更具优势，主要体现于：①材料简单轻便，可提前预制，现场快速投放；②线条型结构，过水性能最强，可适应流水环境。

3.3 人工鱼巢应用效果提升

3.3.1人工鱼巢效果提升对策

借鉴人工鱼巢适用性评价研究和适用性优势分析的结果，从结构形式、固定方式、材料选择和操作方法4个方面进行创新，设计出更适用于流水环境的贴岸式人工鱼巢，具体的设计思路如下。

a)借鉴护岸式人工鱼巢的布置方式。鱼巢固定架贴合河堤地形进行固定，每间隔5～10 m设置1处，使鱼巢整体结构靠近河岸，避免流速加快、水位上升造成的直接冲击。

b)借鉴网片式人工鱼巢的载体设计。固定架之间选用超高分子量聚乙烯纤维作为载体，结构轻薄、镂空，过水性能强，具有减少水流冲击的优势。

c)创新固定架设计。固定架结构设计借鉴船锚结构，通过精准的长度、角度设计，实现鱼巢的稳固平衡。

d)便捷维护设计。连接绳两端巧用PVC管卡，实现鱼卵黏附基质与支撑结构的便捷装卸，方便贴岸式人工鱼巢的清洁整理，降低维护工作的人员投入。

3.3.2贴岸式人工鱼巢设计与实施方法

贴岸式人工鱼巢由固定架、连接绳、围栏网、浮球和鱼卵黏附基质5个部分组成(图2—4)。其中：固定架是鱼巢整体的支撑结构，借鉴船锚结构设计，选用直径16 mm的螺纹钢筋焊接出主体支架、平衡支撑和固岸锚3个部件(图5)，材料坚固、结构镂空，既提升稳固性能，又减少水流冲击影响。连接绳是鱼卵黏附基质和浮球的捆绑载体，选用超高分子量聚乙烯纤维材质，纤维强韧，具有耐磨、耐水解、抗紫外、抗撕咬等特点，两端巧妙设置PVC管卡，方便拆装、固定精准。围栏网是阻挡漂浮垃圾堆积鱼巢的构件，设置于鱼巢上游侧，选用超高分子量聚乙烯纤维网具，填补鱼巢上游端固定架和上游3 m处地表间的缝隙。浮球是鱼巢的漂浮载体，串联于连接绳上，确保鱼卵黏附基质悬浮水层中。鱼卵黏附基质选用自然晾晒干的植物叶片，叶片舒展、接触表面积大为宜，材料天然无污染。

贴岸式人工鱼巢布设于河湖沿岸带。首先，根据地形特点确定固定架的尺寸、角度，主体支架、平衡支撑和固岸锚等特定结构需提前预制，制作完成后每隔5～10 m设置于沿岸带，确保固定架平稳固着于底质。接着，串联相邻固定架之间的连接绳，连接绳上捆绑鱼卵黏附基质和浮球，连接绳两端设有PVC管卡方便精准固定和及时拆卸。最后，围栏网设置于鱼巢最上游端的固定架上，用于阻隔上游来水携带的垃圾和漂浮物，保持鱼巢洁净。

图2 人工鱼巢正面结构示意

图3 人工鱼巢侧面结构示意

图4 人工鱼巢平面结构示意

图5 固定架结构示意

4 讨论与展望

4.1 创新人工鱼巢设计，打破应用环境局限

结合人工鱼巢适用性评价研究和适用性优势分析的结果，贴岸式人工鱼巢设计从结构形式、固定方式、材料选择和操作方法4方面推陈出新。①结构形式，贴岸式人工鱼巢参考网片式人工鱼巢的线条型设计，以镂空的钢筋固定架为支撑结构，材料尽可能精简轻便，以提高鱼巢的过水性能和操作便捷性。②固定方式，贴岸式人工鱼巢参考护岸式人工鱼巢贴合河岸固定的方式，且创新船锚结构的钢筋固定架，增强鱼巢稳固性。③材料选择，贴岸式人工鱼巢选用螺纹钢筋作为支撑结构，与护岸式人工鱼巢同样采用牢固耐用的建筑材料进行施工，有效提高结构稳固性。④操作办法，贴岸式人工鱼巢与护岸式人工鱼巢同样固定于堤岸，大部分维护工作可在陆地上完成，工作相对简单、方便。相比传统的人工鱼巢，贴岸式人工鱼巢具有结构简单实用、过水性强、适用边界广、管理维护便捷等优势特征，在解决人工鱼巢难以适用于流水环境、工艺耐用性低等难题上提供了新的思路与方法，是拓宽鱼巢应用边界、增强鱼巢使用效果的重要研究之一。

目前，贴岸式人工鱼巢仍缺少详细的性能测试研究与充足的应用效果验证，有待进一步研究完善。此外，量化设计参数、明确应用边界和优化施工方式，也是贴岸式人工鱼巢后续研究的重要内容。

4.2 明确鱼巢应用边界，因地制宜落实施工

人工鱼巢技术作为渔业资源及其生境的重要保护措施，在缓解开发活动造成的水生态环境影响和修复受损河流生态系统中发挥了越来越多的作用。然而现阶段人工鱼巢的基础理论研究较为薄弱，在一定程度上限制了人工鱼巢技术的推广应用[5]，主要体现于现有人工鱼巢研究无法满足其产业发展的需要。例如：人工鱼巢技术缺乏相关研究成果与技术规范的指导，致使设计过程缺乏针对性、施工过程常出现效果达不到预期、资源浪费等问题；人工鱼巢缺少后期管理相关操作方法与维护工具的研究，致使后期管理人力、物力耗费大，设施难以长期、稳定、高效的运行，影响功能发挥；人工鱼巢未能做好环境效益与经济效益的综合考量，致使应用过程易出现障碍等。

未来人工鱼巢技术的发展与推广，将以更加系统严谨的研究与论证为基础，以绿色低碳、环境友好、快速高效、可持续发展为导向，不断提升应用方式和拓宽应用边界，为人工鱼巢的设计、施工和管理维护提供全方位的技术支撑，确保人工鱼巢的功能发挥，从而在渔业资源增殖和修复生态环境领域挖掘到更多的发展空间。