水利工程中淡水壳菜附着污损的生态水力学防治试验

Golden mussel (Limnoperna fortunei) is a filter-collector macroinvertebrate species. It easily invades water transfer tunnels and attaches onto tunnel walls and structures with extremely high density, resulting in bio-fouling, which causes decreasing in water transfer efficiency, pipe clogging, structure corrosion, and water pollution. It has become a prevalent problem and has caused concern all over the world. Study has been done for decades to seek prevention of golden mussel bio-fouling. However, an effective and environment friendly method of controlling golden mussel invasions has not been found yet. The most commonly used prevention methods are artificial clearance and killing with chemicals. However, these methods are either short-time efficient or environment-harmful. Therefore, it is urgent to study environment friendly prevention measure for golden mussel bio-fouling. Combination of biological study and eco-hydraulics techniques is to be used in this study. Field experiments and samplings and pipe investigation will be conducted to study the characteristics of golden mussel bio-fouling. High frequency turbulences will be tested to study the killing efficiency of golden mussel veligers. An eco-hydraulics measure has been proposed by combining attracting golden mussels’ attachment on suitable materials and killing veligers with suitable turbulence before the golden mussels entering into water transfer systems. Application experiment will be used to test the efficiency of the proposed measure.

淡水壳菜是滤食性底栖动物，极易进入水利工程的引水、输水管道大量附着形成生物污损，造成过流面积减小甚至堵塞、闸门坏死、管壁及设备腐蚀、水质污染等严重危害，并给跨流域调水工程带来生态安全隐患，其防治已成为世界性难题。国内外控制淡水壳菜附着污损的研究已开展多年，目前，常用的方法主要是人工刮除和化学药剂灭杀。但刮除不能维持长期效果，淡水壳菜的附着密度能在短期内恢复至极高，且反复刮除会降低输水管涵的使用寿命；化学药剂虽经济有效，但易引起环境污染。因此，迫切需要研究对淡水壳菜污损具有持续控制效果且环境友好的防治方法。本项目拟结合生物学和生态水力学技术，以现场试验和野外采样监测为主，工程管线调查为辅，研究不同类型的水利工程中淡水壳菜的附着污损特性；试验研究不同脉动强度下淡水壳菜的死亡特性；提出集诱导附着和脉动灭杀为一体的生态水力学方法控制输水管线中的淡水壳菜附着污损，并开展应用试验检验防治效果。

淡水壳菜等贻贝生物污损造成输水工程受损及生态系统失衡问题近些年在世界各国频繁爆发，我国许多涉水工程已经因淡水壳菜污损造成设施不能正常运行。同时，淡水壳菜随跨流域调水侵入到受水水体造成的生态环境问题不容小视，在南美以及亚洲其他国家已造成不可恢复的水生生态系统破坏，成为环境保护的癌症，其工程防治更是世界性难题。. 本项目严格按照任务书要求，完成了全部研究计划，并随着研究深入，逐渐拓展了研究的深度和广度，从淡水壳菜的生物学习性、在工程内的污损附着特性、污损附着造成的结构损伤、工程淡水壳菜入侵防控等方面进行了系统研究，提出了基于生态水力学技术的防治理论和方法，为水利工程生态安全提供了技术保障。.重要结果包括：（1）基于对沼蛤生物习性的试验研究（繁殖规律、游泳能力、沉降特性、附着特性等），揭示了沼蛤在不同水流条件下、多种附着材料上的附着偏好性；（2）发现湍流脉动对沼蛤幼虫具有灭杀效果，经过脉动灭杀后死亡方式主要为组织流出、组织脱落和壳体破碎；（3）利用现代混凝土测试技术，从宏观表现和微观元素组成分析量化揭示了贻贝附着侵蚀混凝土机理；（4）基于系统生态水力学要素的设计，测试不同湍流场对不同发育阶段的沼蛤幼虫灭杀效果，提出采用幼虫相对体长d*（幼虫体长与Kolmogorov长度尺度之比）衡量湍流场的灭杀效果；（5）基于上述科学认识，提出了在输水工程进口之前设计安装综合生态吸附灭杀池处理水中的沼蛤幼虫，降低其入侵输水工程的风险，并获得了相关防治技术专利。. 研究成果得到行业认可，专利已在南水北调中线工程及香港、深圳、东莞等大型城市输水供水工程及电厂引水、冷却水系统中的贻贝入侵及污损防治中应用，产生了重大社会经济和生态效益。尤其是南水北调工程中的应用，对工程生物入侵与污损防控起到重要作用，为首都用水安全及生态环境保护做出了突出贡献。