海洋牧場抗風浪全水層平臺礁系統(tǒng)構建技術
一、技術背景
東海近岸海域易受臺風和風暴潮等不利天氣的影響,故建設海洋牧場時需充分考慮人工魚礁的安全性。該海域傳統(tǒng)的人工魚礁投放以沉底式為主,在以軟相泥地為主的區(qū)域設置后往往會出現(xiàn)滑移、傾覆和掩埋的現(xiàn)象從而影響魚礁穩(wěn)定性和功能的持續(xù)發(fā)揮。此外,東海區(qū)海洋牧場基本以資源養(yǎng)護型為代表,幾乎沒有產(chǎn)業(yè)帶動能力。
在此背景下,設計一套既能抵抗強臺風又能保證效能的魚礁系統(tǒng)顯得頗為重要,而融入產(chǎn)業(yè)服務功能又是維持海域海洋牧場活力的必由之路。為此,上海海洋大學海洋牧場工程研究中心設計團隊經(jīng)過多年醞釀和探索性試驗,研發(fā)了一套抗風浪全水層平臺礁系統(tǒng)構建技術。
二、技術要素組成
抗風浪全水層平臺礁系統(tǒng)由錨礁系統(tǒng)和臺礁系統(tǒng)兩部分組成。錨礁系統(tǒng)通過高強度纜繩連接底部魚礁和上層筏式構件(圖1),形成浮式藻場的著生介質系統(tǒng)。由表層大型天然海藻、養(yǎng)殖海藻和浮游植物共同構成強大的固能傳質網(wǎng)絡,為海洋牧場資源增殖打下基礎。
圖1 每20個錨礁構成一個錨礁群(225m×25m)
錨礁系統(tǒng)中形成的能量和物質將通過牧食和碎屑食物鏈從表層傳向底層,發(fā)揮海洋生物泵和表底層耦合的綜合效應。在錨礁系統(tǒng)區(qū)形成的資源增量將通過大型平臺礁系統(tǒng)進行回收利用(圖2)。
平臺礁由高強度鋼樁、魚礁底座、多層圓盤礁、柔性魚礁和上層鏤空廊道五大要素構成(圖2)。首先根據(jù)地質調(diào)查情況確定打樁的數(shù)量和深度。鋼樁設置好之后,在其上套入魚礁底座和圓盤礁,使底部周圍形成三型魚類活動的主要生息場。上層柔性魚礁可作為大型海藻附著基而用,從而增加上層水體空間異質性,豐富微生境格局,為中上層附著生物和游泳生物提供棲息和攝食場所。最后設置上層廊道,為休閑海釣和海上觀光等產(chǎn)業(yè)活動的融入提供平臺。休閑海釣是牧場區(qū)魚類資源回收的主要方式,而企業(yè)承包錨礁系統(tǒng)是拓展其海水養(yǎng)殖的重要方式。由此,構建出一套在東海區(qū)具有極大推廣價值的海洋牧場構建模式(圖3)。
圖2 大型平臺礁系統(tǒng)的結構要素
圖3 錨礁系統(tǒng)和臺礁系統(tǒng)組合布置后的效果示意圖
三、技術創(chuàng)新點
(1)新的魚礁系統(tǒng)是以初級生產(chǎn)力調(diào)控為核心目標,強化表層水體生物群落穩(wěn)定性、提升生物多樣性為重要目標的全水層錨礁系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過功能型環(huán)保構件的有機結合,營造大規(guī)模浮式藻場,形成餌料生物聚集區(qū)、幼魚庇護區(qū)、成魚育肥區(qū)和附著生物生長區(qū);并通過生物泵作用影響調(diào)控底層水體的能流和物質循環(huán),為增殖底棲魚類和大型無脊椎動物、優(yōu)化其群落結構創(chuàng)造條件。
(2)沉底魚礁的設計根據(jù)表層浮礁系統(tǒng)的物理特性和生態(tài)功能輻射效能,選用抗沉陷錨式魚礁和大型平臺礁。這兩種魚礁結構均為首創(chuàng),前者在發(fā)揮礁體本身對三型魚類聚集效果的基礎上,同時起到固定上層浮礁構件的錨系作用;后者以鋼樁打底、嵌套分層固體構件并環(huán)繞柔性構件的方式,在中下層水體形成較大規(guī)模的底魚礁系統(tǒng)。這兩種魚礁系統(tǒng)的設計在工程上以安全和效率為核心,生態(tài)上以環(huán)保性和可持續(xù)性為原則,社會效益上以產(chǎn)業(yè)需求為導向,綜合構建出適合東海區(qū)等高海況海域的全新海洋牧場建設模式。該模式的一大優(yōu)點是將魚礁易在淤泥底下陷的缺陷變?yōu)楣δ苄詢?yōu)勢,以臺礁方式避免礁體偏移走位,確保人工生境系統(tǒng)的穩(wěn)定性,無需進行魚礁抗滑移傾覆方面的工程核算,提高了工程效率。
(3)以整體打樁方式進行臺面立柱布局,礁體穿孔套入鋼樁,用熱鑄法固定圓形鋼板控制魚礁位置,兩層鋼板相隔1m,可控制組合魚礁底部的臺礁支腳插入底泥層1m左右。這種組合下可實現(xiàn)魚礁系統(tǒng)抵抗幾十年一遇的強臺風,使之長時間發(fā)揮漁業(yè)資源養(yǎng)護和產(chǎn)業(yè)服務的功能。
上海海洋大學
2021-05-11