渔业技术学 第十二章 近海增养殖设施

第十二章 近海增养殖设施 第一节 人工鱼礁人工鱼礁是人为在海中设置的构造物，主要用于改善和优化海洋环境，为鱼类等海洋生物提供良好的索饵、发育、避敌、生长、繁殖的场所，最终达到保护和增殖渔业资源的目的。一、 人工鱼礁的起源和发展1、人工鱼礁的起源人工鱼礁的历史源远流长，在古籍晋朝的尔雅一书中就有我国渔民“投树枝垒石块于海中诱集鱼类，然后聚而捕之”的记载。明朝嘉靖年间，广西北海市一带沿海渔民就已经利用设置在海中的竹篱诱集鱼群进行捕鱼作业。这些竹篱通常用20多根毛竹插入海底，在间隙中投入许多石块、竹枝和树枝等，实际上这就是早期的“人工鱼礁”。 2、人工鱼礁在近代得到发展美国和日本是开发和利用人工鱼礁较早的国家。1860年美国佛罗里达州海湾因洪水爆发，许多大树被冲倒入海。不久后，人们发现被冲入海的树木表面附着了许多生物，诱集到大量鱼类。于是渔民们纷纷用木料搭成小棚，装上石块沉入海底，果然于几周后观察到明显的聚鱼效果，由此，人工鱼礁逐渐在美国流传开来。近代人工鱼礁的建设逐渐发展成一种产业则始于日本。1795年日本开始在近海投放人工鱼礁，1932年日本政府把建设人工鱼礁作为振兴沿海经济的一项国策来抓，二战后又把大批废船沉于近海作为人工鱼礁。近20多年来，已有很多沿海国家都投放了人工鱼礁。在亚洲有中国（包括香港特区和台湾省）、日本、韩国、马来西亚、新加坡、印度尼西亚、菲律宾、泰国、印度；欧洲有英国、法国、意大利、德国、葡萄牙、荷兰、芬兰、罗马尼亚、波兰、俄国、土耳其、希腊；美洲有美国、墨西哥、加拿大；大洋洲有澳大利亚等。其中，日本把建设人工鱼礁作为保障渔业发展的战略措施加以实施，美国等部分国家则将其视为促进沿海旅游业的措施，也有一些国家把人工鱼礁作为海洋生态保护的景观进行建设。可见，近海敷设人工鱼礁的做法在世界各沿海国家已得到了大量应用。3、 人工鱼礁大规模兴起的历史背景(1) 生态环境和渔业资源受到破坏20世纪60年代以前，虽然美、日等国都曾较大规模的建设过人工鱼礁，但还未在世界范围内引起反响。这主要是由于当时世界各国海洋渔业的过度捕捞问题并不突出，人类对于保护地球生态环境的观念还比较淡薄。此后，随着工业的发展和环境污染的日益严重，海洋生态环境尤其是近海的生态环境逐渐恶化，同时，现代科学技术应用于渔业领域也使得海洋捕捞能力明显增强，像沿海、陆架海域的底拖网等捕捞作业对海底生态环境造成了极其严重的破坏，世界范围内的渔业资源衰退已不可避免。从此，人们逐渐认识到保护地球和海洋生态环境的重大意义，世界各国也深刻体会到，海洋渔业资源不能只是利用，更需要增殖和保护。(2) 200海里专属经济区的提出和实施 20世纪70年代，由智利等沿海国家提出的200海里经济区的管辖权问题，引起世界范围内的普遍关注。经过长达九年的争议，国际海洋法公约终于在1981年获得通过，1994年开始实施。各国政府从本国利益出发，纷纷制定相应措施，力争保护本国的生态环境和资源。(3) 废物资源循环利用的要求 现代经济发展迅速，城市垃圾不断增多，旧汽车、旧轮胎堆积如山，沿海被淘汰的废旧船充斥港口，占据的空间越来越大，部分发达国家甚至每年都不惜投入大笔资金对这些废弃物进行处理。因此，如何将废物转化为资源逐渐成为社会问题的一个新的研究方向。而人工鱼礁的建设可以利用这些废弃物作为礁体制作的原材料，使废物得到再利用，收到一举两得的效果。（4）促进休闲渔业和生态旅游业的发展伴随着经济的全球性复苏,旅游业得到了迅速发展，“回归大自然”已成为都市人的向往，海上生态观光旅游更是其中的热点。如著名的大堡礁、夏威夷、马尔代夫、加勒比海，都是海上生态旅游的热门景点。人工鱼礁，具有改善海洋生态环境、诱集和保护鱼类的功能，因此，基于人工鱼礁发展起来的游钓业、海底潜水猎奇活动可以使海上旅游增色不少。许多国家和地区都在沿海地区建设人工鱼礁，把人工鱼礁和旅游景点结合起来，既保护了渔业资源，又丰富了旅游项目，使得人工鱼礁的建设得到了蓬勃发展。二、人工鱼礁的作用和分类1、人工鱼礁的作用（1）鱼礁是置于海底的构造物，可形成海底的突起，在海流、潮汐、波浪的综合作用下，形成水体的上下混合和涡流，促进海底营养盐类的循环，增进浮游生物的繁殖孳生能力。同时，礁体的表面是许多附着性饵料生物 (如藻类、腔肠、海绵、软体等无脊椎动物)附着生长的良好场所，进而可形成极佳的饵料场，吸引洄游性鱼类的聚集和滞留。（2）鱼礁的结构、堆放后的重叠效应及其表面附着的生物所造成的孔隙、洞穴，构造了底栖鱼、贝类和仔稚鱼栖息和避敌的优越环境。（3）鱼礁的表面及其隐蔽处，可供黏着性鱼卵、乌贼卵等的附着和孵化，并为孵化后的仔稚鱼提供适于保护成长的温床。（4）中上层的洄游鱼类多半有聚集在底礁上层的习性，人工鱼礁也会吸引大群洄游性鱼类在其上层巡游。（5）鱼礁可改善渔场的底质环境，使鱼种较少的砂泥底质环境变成生产力较高、鱼种较多的岩礁环境，增加附近渔场的资源量；还可防止底拖网作业和滥捕行为，对保护海洋资源起了促进作用。（6）鱼礁上长满了大型藻类，通过藻类吸收了海水中的氮、磷等有机物质，净化了水质，降低了富营养化程度和赤潮的发生频率，大大改善了投礁海域的生态环境。 （7）允许渔民在人工鱼礁区附近从事捕捞生产，可减少航程和油料消耗，提高了作业效率，因此大大降低了渔民的生产成本，提高了渔民的收入和生活水平，有利于维护社会的稳定。（8）可为人们提供垂钓的休闲娱乐场所，积极促进旅游业的发展，优化海洋产业经济结构。2、人工鱼礁的种类人工鱼礁设计方法、使用材料等的不同，造成人工鱼礁的种类多种多样，分类方法也不尽相同，但主要有以下的几种分类方式。按照投放水域不同可分为：（1）生态公益型人工鱼礁：投放在重要的渔业水域，用于保护渔业资源。（2）准生态公益型人工鱼礁：投放在重点渔场,用于提高渔获质量。（3）开放型人工鱼礁：投放在适合发展休闲渔业的沿岸水域，用于进行游钓业经营。按照功能不同可分为：（1）资源增殖型鱼礁：以资源增殖为目的，使海洋生物在礁体上或礁群中栖息、生长、繁殖。主要投放于浅海水域，用于放养海参、鲍鱼、扇贝、龙虾等海珍品，起到增殖作用。（2）环境改善型鱼礁：可种植紫菜等藻类，产生海藻场效应，减少造成海水富营养化的物质，并为栖息于这一海域的鱼类、贝类提供饵料。（3）渔获型鱼礁：多用钢制材料制成，投放于鱼类的洄游通道上，以诱集鱼类、形成渔场，从而提高捕鱼效率，主要包括鲷科鱼类、金枪鱼、鲣鱼等。（4）游钓型鱼礁：多投放于距滨海城市旅游区较近的沿岸水域，以诱集和增殖鱼类，供休闲垂钓活动之用。（5）防波堤构造型鱼礁：在防波堤、渔港、码头等地投放的起防波护堤作用的礁体。按设置的不同水层可分为：（1）底层鱼礁：依靠礁体自重或配置一定量的重物后按照规划沉放至海底。（2）中层浮鱼礁：浮体设置在海水中层，依靠浮体、系泊缆绳和锚锭来固定其位置。（3）表层浮鱼礁：浮体设置在海面上，用系泊缆绳、锚锭固定其位置，缆绳一般呈悬链线状。按制作材质不同又可分为： （1）混凝土鱼礁：这类鱼礁占的比例比较大，包括一次性成型的混凝土礁体和组合起来的礁体。混凝土预制构件的特点是可塑性强、耐腐蚀，可制成不同形状，如：方形礁、三角形礁、台形礁、梯形礁、十字形礁、圆形礁等（图12-1）。 1 2 3 4 5 6图12-1 各种混凝土鱼礁1.方形礁 2.三角形礁 3.梯形礁 4.台形礁 5.十字形礁 6.半球形礁（2）钢制鱼礁：通过工厂制作钢制鱼礁部件，在码头现场组装后投放。在建造大型礁体时，采用钢制鱼礁使得制造和运输都较为方便，但成本较高。当今开发的钢制鱼礁一般高为30-40m，也有70m高的特大型鱼礁，对深水海域较合适（图12-2）。 图12-2 钢制鱼礁（3）混合型鱼礁：由多种材料制成，如由混凝土构件、木材、钢铁、石块、瓦片、贝壳等组成的礁体。多材料混合已逐渐成为鱼礁礁体设计的一个新的发展方向，可适当发挥不同材料的作用，起到最佳的综合效果（图12-3）。 1 2图12-3 混合型鱼礁1. 木材钢制礁 2. 瓦礁（4）废旧船鱼礁等：利用废旧船舶、汽车和轮胎等制成的鱼礁。这类礁体的制作可以变废为宝，但在投放之前必须进行清洗、去污等处理，否则会对海洋生态环境产生一定的污染（图12-4）。图12-4 旧船礁总之，对于人工鱼礁的选材，要根据投放地点的底质、海况、生物种类等情况，综合考虑以下几个问题：功能性适宜鱼类和水生生物的聚集、栖息、繁殖，能与渔具渔法相适应；安全性礁体在搬运和投放过程中不损坏变形，投放后不因波浪、潮流的冲击而移动或埋没，材料不能溶出有害物质而影响生物附着或引起环境污染；耐久性礁体的结构能长期保持预定的形状，使用年限要长；经济性材料价格要便宜，制作、组装、投放要容易，费用要少；供给性材料来源容易，供给稳定、充足。三、国内外人工鱼礁的建设概况1、国外人工鱼礁的建设情况（1）日本由国家给予资助、政府立法加以保护并作为国策实施的人工鱼礁大规模建设最早始于日本。1932年日本政府制定了“沿岸渔业振兴对策”，把人工鱼礁纳入资源增殖设施的范畴，拨款给个人和团体，资助建设和投放人工鱼礁。当时除了投放报废的船舶、车辆作为人工鱼礁外，还开始建造混凝土礁体。1954年政府规定补助款只限于制造混凝土鱼礁。1958年开始建造和投放大型鱼礁，即体积为1500空方的混凝土鱼礁，由国家资助一半费用，其余一半由各都道府县负担。此后，人工鱼礁建设普及到日本沿海各地。与此同时，科学技术开发和调查研究也活跃起来，1981年申请的有关人工鱼礁的专利就有100多件。1984年日本水产厅召开了有关建设海洋牧场设想的研讨会。1987年日本政府开始规划将渔获型渔业向栽培型渔业的转化，同时，建造了总体积为15万空方的超大型人工鱼礁，用以建设人工鱼礁渔场。（2）韩国韩国于1973年开始大规模建设人工鱼礁，迄今为止共建设人工鱼礁142440公顷，总投资超过5300亿韩元。韩国忠清道是韩国开展人工鱼礁比较好的地区，它位于韩国东部，共投放礁体64035个。从韩国国内的调查来看，在投放人工鱼礁3年后，礁体上普遍附着了大量生物。由于饵料丰富，大量经济鱼类聚集于鱼礁区，相比没有投放人工鱼礁的地区，产量增加2.3-3.1倍。实施人工鱼礁14年后，完全收回成本，30年后，利润达投资总额的15倍。另外，韩国已从2004年开始，根据各地区的特点推动鱼礁的规模化和基地化建设，并将鱼礁事业同种苗放流、海洋牧场化建设等相结合。（3）美国美国人工鱼礁建设的原则和运作管理方式与其他国家和地区有明显的不同，其建造人工鱼礁的目的主要是为了发展休闲渔业。一般来说，人工鱼礁规划的主体是州政府，建设者则主要是企业和民间组织（钓鱼协会、潜水协会等）。美国于19世纪30年代在南卡罗来那州用原木建造了第一座人工鱼礁。其大规模的人工鱼礁建设开始于20世纪30年代， 二战期间停滞不前。20世纪70至80年代，美国开始关注资源和环境问题，特别是对于传统消费鱼种的过度捕捞问题。1984年美国国会通过了国家渔业增殖提案并相应地对人工鱼礁建设给予了肯定，并开始对人工鱼礁建设进行规范和监督。根据国家人工鱼礁建设方案的指引，大约一半的沿海各州已经批准了建设人工鱼礁栖息地的规划。其中佛罗里达州是美国人工鱼礁投放数量最多的州，全美约一半的人工鱼礁在佛州。矿产管理局（）结合墨西哥湾的石油开采和渔业栖息地的情况，将平台导管架变为鱼礁，收到了良好成效。此外，约有200艘二战时的退役军舰也用作人工鱼礁。此外，在法国、菲律宾、科威特、古巴、意大利、俄罗斯、墨西哥等国也都建有一定数量的人工鱼礁，并取得了可喜的成效。2、我国人工鱼礁的建设情况我国大陆沿海的人工鱼礁建设开始于20世纪70年代末。1979年6月，广西钦州地区防城县研制了26座小型沉式单体人工鱼礁，投放于该县珍珠港外白苏岩附近的20米水深处。1980年8月扩大了试验，设计制造了石块和废船鱼礁、小型钢筋混凝土鱼礁、大型浮沉结合鱼礁、大型沉鱼礁等，投放地点从防城逐步扩展到北海、合浦、钦州等地沿海。2000年6月，广东省海洋与渔业局在阳江市阳西县溪头镇青湾仔的双山岛附近海域进行了人工鱼礁的试点建设，经考察评估，产生了一定效果。广东省还规划至2010年，在南海广东水域兴建12个重点人工鱼礁区域，礁区建设总面积为80000公顷。浙江温州为了进一步保护海洋资源和提升渔业发展层次，投资建设人工鱼礁。南麂岛在“十五”期间投放旧船改造型鱼礁、多层翼船型结构鱼礁和旧轮胎礁共650座，达29万空方，形成了30个5000空方礁体的人工鱼礁渔场，加速了贝藻类的繁殖，使海洋生物得到有效保护。浙江省舟山市从2001年起开始利用报废渔船在朱家尖情人岛外侧海域建设人工鱼礁，共投放报废渔船303艘。浙江嵊泗县的人工鱼礁一期工程建设，总面积将达470公顷，共设鱼礁23处，计划投放礁体9.8万空方，其中改造废旧渔船300艘，钢筋礁单体3000个。项目建成后，不但能吸纳大批转产转业的渔民，而且为培育嵊泗的游钓渔业和建设海钓基地打下坚实基础。江苏连云港为拯救和保护海州湾，从2003年7月起，实施为期3年的人工鱼礁建设工程，已经累计投放钢筋混凝土礁1500个，旧船礁150座，浮鱼礁25个，投放礁区范围达15平方公里。经过几年的建设，生态环境有明显改善，鱼礁区的鱼群种类增加，礁体周围浮游生物聚集，已逐步形成新的人工生态系统。在我国其它地区，如台湾省，1974年便开始设置人工鱼礁，至1999年已建成人工鱼礁区75处，投放礁体166372个。其礁区布点范围遍及台湾岛四周和澎湖列岛、东沙群岛等处。较有名的礁区有东北部的宜兰县大里礁区、西北部的新竹县南寮礁区和苗栗县外埔礁区等。香港特别行政区立法会1998年6月通过议案，5年内拨款6亿港元建设香港水域的人工鱼礁渔场。第1期工程耗资1亿港元，把20艘经过处理的旧船沉放于海下湾和印洲塘两地,并敷设216座轮胎礁、131座混凝土组件鱼礁，于1999年9月完工；第2期工程，在南部的索罟群岛、蒲台岛、果洲群岛、沙洲、龙鼓洲海岸公园等处敷设人工鱼礁，并已于2002年秋季全部完成。四、人工鱼礁的集鱼机理和生物效应1、鱼礁的集鱼机理（1）鱼礁的堆放改变了底层海水的流态，在礁体的一侧形成涡流与流影，另一侧则产生滞流或紊流，同时在礁体的内部和周围形成几何阴影区。由于海水向上涌升，使得营养盐丰富的深层冷流和表层暖流相混合，从而加强了营养盐的向上输送，促进了藻类的生长。此外，浮游生物也在阴影区滞留和繁衍，因而形成了丰富的饵料场。（2）不同的鱼种具有各自不同的行为特点，有的鱼类喜欢接触固态形体，有的喜欢以固态形体作为行动的定位，有的喜欢阴影，有的则喜欢流急处等等。对鱼礁而言，有的鱼类喜欢在礁体内部的阴影部分滞留，有的喜欢在鱼礁的上部停留，有的则喜欢在鱼礁周围游动。但无论如何，鱼类总是本能地游向饵料充足、水流多变且有阴影的场所。鱼礁的存在恰恰给鱼类创造了这样环境，正是利用了这个道理，日本率先利用“人造海流法”制造人工渔场，即在高10m、长10m左右的两块人造礁石之间构造向上的涡流，从而达到集鱼的目的。（3）鱼类眼睛的视野范围通常在1m以内，但是在外界水流和声波的作用下，凭借视觉、听觉、嗅觉、触觉等各种感官的共同作用，加上鱼类躯体侧线(感官)对反射声波的感应，可以感知到1km远处的目标。而对比不同的介质对声波的反射效果，可以发现，泥底反射系数仅为30(即70被吸收)，沙底反射系数约为40，而岩底则为60，可见鱼礁的反射性能要好于其它介质。另外，当鱼礁改变了海水流态（即流场）的同时，也改变了海水的声学效应，即改变了声场。因此，当海水在输送过程中遭遇礁体形成涡动进而产生声波时，声波便可以传到更远的地方，这对鱼类趋礁行为的发生是十分有利的。然而，目前关于鱼礁水声效应的研究甚少，有待于今后的研究和探索。（4）海中设置鱼礁后，礁体周围的光、味环境也发生变化。在光线到达的范围内，鱼礁的周围可形成光学阴影，随着照度的增强，在水中会形成对比度较大的暗区（暗区的大小与鱼礁的大小成正比）；制作鱼礁的材质多种多样，有些材质的鱼礁在投放后会溶出水溶性物质，礁体上及其周围的生物所产生的分泌物和有机物分子的扩散，也直接影响鱼礁下流方向的气味环境。国外研究发现，鱼礁形成的光、味环境对鱼类的诱集均起着一定的生物学效应。2、礁区的小型生物鱼礁投放后，礁体周围的物理环境发生变化，随后引起了生物环境的变化。日本学者大久保等的调查研究表明，鱼礁投放后不久，附着生物便在鱼礁表面着生，鱼礁周围的底栖生物和浮游生物的种类、数量和分布也发生变化：附着植物的着生量受水深、透明度、种质等的影响，一般情况下，在鱼礁的上方、侧上方以及较浅的水域比较大；附着动物的着生量，则在透明度高、底质较粗、流速较快的水域中比较大；附着生物的总量，主要呈逐渐增大的趋势，例如，水深35 m处的鱼礁在投放1个月后，其表面上着生了硅藻，3个月后出现了大量藤壶、蜗旋沙蚕等，9个月后礁体的表面完全被附着生物覆盖，一年后便形成了大型藻类群落；鱼礁区的底栖生物总个体数也比周围环境多，其中节肢动物的总量大于环形动物，只是单体鱼礁内部和附近的环形动物的种类和个体数有减少的倾向；在鱼礁的内部和后方，则主要聚集着许多浮游动物，其中桡足类主要分布在礁体后方，糠虾类则多分布在礁体内部。我国南海80年代的人工鱼礁效果调查也显示，春夏季投礁一个月后，礁体表面的附着生物覆盖率达100%，3个月内每平方米的湿重达21kg，种类多达152种，其中73.7%可供鱼类食用，广东近海的鱼礁表面附着生物量甚至是周围底栖生物量的1000倍以上。3、礁区的鱼类行为特征（1）对礁体的依赖程度在设置的人工鱼礁区，鱼种的组成往往会发生很大的变化，而且这些鱼类在礁区的分布和行为样态呈多样化。有的种类始终生活在鱼礁周围，而有的种类则只是阶段性的栖息于鱼礁水域。被称作岩礁性鱼类的六线鱼、黑鲪、鰕鯱鱼等，对鱼礁的依赖性很强，常用身体贴近鱼礁，一生在礁区度过。沙丁鱼、竹荚鱼、小黄鱼等洄游性鱼类则不同，它们通常在某一季节集聚在鱼礁周围，其它季节却远离礁区。从标识放流的追迹调查来看，由于这些鱼类随季节或环境要素的变化而进行移动，所以在鱼礁区的鱼类的个体交换非常频繁。（2）鱼类的竞争行为礁区的鱼类也存在相互间捕食和被捕食的关系，存在着摄饵行为和逃避行为。日本潜水观察发现，在鱼礁附近经常有捕食日本竹筴鱼的拉氏鲥鱼、捕食糠虾类的鰕鯱鱼和捕食附着生物的马面鲀；而小型鱼类通常大量分布在小型单体鱼礁周围，这些小型鱼对大型鱼（鰤鱼等）、潜水员的接近反应十分敏感，特别是当大型捕食性鱼类出现时，真鲷、五条鰤、黄条鰤、竹荚鱼等游泳能力较强的鱼种，离礁逃避，而六线鱼、黑鲪、鰕鯱鱼等岩礁性鱼类则躲入鱼礁间隙中去。可见，鱼礁区鱼类的索饵、逃避行动是经常性的行为。（3）鱼类的昼夜活动在礁区水面设浮筏进行昼夜调查，结果发现，底层鱼群分布量在早、晚居多，也有部分鱼群夜间时分散上浮；白天分布在各单位鱼礁附近的鱼群，夜晚大多分布在某一特定的水层。而从水槽实验结果来看，白天稚鰤鱼、鲈鱼对鱼礁的反应较强；褐菖鲉、雪斑鲈鲉鱼白天栖息在鱼礁的内部，傍晚至夜间开始进行活动；三线矶鲈幼鱼、马面鲀则在鱼礁的阴影区与各鱼礁之间活动。通过生物遥测技术测定礁区渔场牙鲆的行动，发现牙鲆的个体从日落后30min左右开始活动，日出前17min左右停止活动，真鲷则是夜间离开鱼礁开始活动。由此可见，不同鱼种的昼夜活动也不相同。（4）礁区鱼群分布的垂直结构 鱼礁内外的鱼类分布，根据鱼群与鱼礁的相对位置，通常可分为以下五种类型： 型：需要接触刺激即身体的大部分需经常接触固形物的鱼类，例如鳗鲡、星鳗、黑纹裸胸鳝等；型：定座型鱼类，即胸鳍或腹部等身体的某一部分接触固形物的鱼类，如六线鱼、杜父鱼类等；型：几乎不接触固形物，但需要固形物在身体近旁的鱼类，如石纹鲷、马面鲀等；型：通常不需要固形物的存在，但若有固形物存在，能产生以此定位的行动，如蓝点马鲛鱼等；型：完全不需要固形物的存在，但有时需借助海洋表层的固形物来定位，如金枪鱼、旗鱼、鲣鱼等。五、 人工鱼礁的设计和施工技术1、人工鱼礁的设计（1）主要的设计要素（a）礁体应具有较好的稳定性，能适应不同潮流、波浪和底质状况，不易发生滑动、倾倒和埋没；（b）礁体应能承受搬运、沉设、堆栈等强度需求而不致破损；（c）礁体材质应能充分发挥其特点和功能，经济可行且不会造成海域污染；（d）鱼礁应能配合礁区作业的渔具渔法，并可有效防止渔网或渔具与鱼礁本身发生缠络、挂钩等现象，以维持鱼礁的正常功能；（e）礁体构造应满足需增殖的鱼、贝、蟹等品种的基本需要。（2）基本计算公式礁体在水中的稳定性主要涉及到滑动安全性和滚动安全性两个方面，因此，礁体的设计应从这两个方面着手：（a）礁体不被水流冲击而发生滑动，此时需满足礁体与海底间的静摩擦力大于流体作用力。可得理想滑动安全系数的计算式如下： （12-1） 其中： 礁体与海底间的最大静摩擦力（N）；礁体材料的密度（kg/m3）；礁体的实体体积（m3）；海水密度（kg/m3）；礁体与海底间的静摩擦系数，取0.50.6；礁体所受的流体作用力（N）。若校验结果，则满足稳定条件。以上计算并未考虑礁体陷入海底泥沙中的情况，若礁体陷入沙中，则礁体底面必受到泥沙的压力作用，此压力值须添加到理想安全系数计算式的分子中去，即 （12-2） 其中：泥沙对礁体的压力的相当值（N），其值为；受动土压系数，其值为；泥沙的密度（kg/m3）；礁体陷入泥沙中的高度（m）；泥沙内部的摩擦角；受压礁体（板）与泥沙的摩擦角。同理，若校验结果，则满足稳定条件。（b）要求礁体不被水流冲至翻滚，在理想状态下（假设礁体未陷入泥沙）需满足礁体的阻抗转距大于流体作用力对礁体产生的动转距（图12-5）。可得理想滚动安全系数的计算式如下： （12-3） 其中：流体作用力的最大作用高度（m）；礁体重心至可能回转中心的水平距离（m）。 若校验结果，则满足稳定条件。图12-5 滚动安全系数计算示意图2、人工鱼礁建设工程的施工（1）几个衡量礁区规模的基本概念人工鱼礁按构成规模可以划分为以下几种基本形式：单体礁：作为最基本单位的小型个体礁；单位鱼礁：在一定范围内放置一定数目的单体礁所构成的小型集合；鱼礁群：按一定间隔放置数个单位鱼礁所形成的组合体；鱼礁带：在一定距离内放置数个鱼礁群所组成的鱼礁区。（2）投礁海区的选择确定投放人工鱼礁的最适位置，要从自然条件和社会条件两个方面来探讨。首先，投礁区底质条件应较为优越，水域水质条件要好。同时，应尽量以渔港等渔业根据地为中心，充分发挥其流通、加工等相关产业的支撑作用。理想的投礁地点，大体需具备下列条件：水深在2030m之间；海域不受污染，海水透明度良好，不混浊；流速不超过1.5kn（约77cm/sec）；海底宽阔平坦，底质为坚固的石底、白沙泥质底或有贝壳的混合质海底，适宜鱼、贝、蟹类繁殖和栖息；天然礁与人工礁保持一定距离，一般为0.5浬以上。 （3）鱼礁的投放时间投放人工鱼礁的最佳季节应是夏季的伏休期，因为此时在船只和人员的征用以及宣传工作的开展等方面都具有一定的优势，特别是这段时间（除台风天外）是一年中风浪最小的季节，有利于保证操作安全和施工精度。为了进一步提高施工的安全系数，还应尽量选择小潮和平潮时施工。（4）单位鱼礁的布置鱼礁的投放和单位鱼礁的设置应以矩阵分布为宜，并尽量选择不同形状、类型和材料的礁体有序的间隔分布，这样有利于发挥各类礁体的优势，因为在一个海域投放单一材料或单一形状的人工鱼礁其效果相对较差。在所设置的单位鱼礁内，礁体间的距离一般为礁体高度的1014倍，例如3m高的鱼礁其礁体间的距离应为30m40m。此外，还可设置一些无规则的堆状分布，但相比起来易造成浪费，不能发挥每个礁体的最佳效益，同时也不利于监测。由于多数鱼类栖息于涡流中的缓和区，特别是在回避强潮流时，鱼类的聚集程度更高。因此，鱼礁的摆放位置也宜与海流方向交叉，这样会阻碍潮流的运动因而产生特殊的涡流流场。此外，涡流同样会造成浮游生物和甲壳类生物的物理性聚集。以下列出了江苏省连云港海州湾礁体的投放组合表（表12-1）和2003年投礁区的礁群布置图（图12-6）。表12-1 2003年海州湾人工鱼礁组合一览礁群小礁（1.5m1.5m1.5m）大礁（2m2m2m）船礁（25m4m3m）空方小计（m3）数量（个）空方（m3）数量（个）空方（m3）数量（个）空方（m3）西北礁群001008001442005000东北礁群00001957005700西南礁群7502530001236006130东南礁群00483841648005184中心礁群00102816927003516总计75025302502000302100025530图12-6 2003年海州湾礁区布置和礁群图（单位：m）（5）鱼礁投放的施工规程（a）粗定位。船舶到达现场后，在施工范围内先进行锚泊，使用定位仪定点抛锚并系上浮标，基本圈定投放范围。（b）使用GPS卫星定位仪，确定人工鱼礁区中心点的坐标，指挥起重船安放人工鱼礁，控制人工鱼礁的平面精度在3m以内。（c）为了加快投放速度，避免潜水员水下解钩的繁琐操作，可以在陆地装驳时，安装自动脱钩装置，提高投放速度。（d）在施工图上标出每一投放点的经纬度，进行精确的定位。（e）按图纸设计要求逐个定位投放鱼礁，起锚时先起锚头，避免锚缆缠络到已安放好的人工鱼礁。（f）安全施工，慢起轻放，严防礁体碰撞，六级以上风力时停止作业，严格按照拖轮作业技术要求进行。（6）投放的相关计算（a）投放速度礁体在水中下落的瞬时速度v可根据牛顿第一运动定律求得，即： (12-4)其中：礁体材料的密度（kg/m3）；礁体实体体积（m3）；海水密度（kg/m3）；阻力系数；礁体垂直于重力方向的投影面积（m2）；附加质量系数。那么，礁体投放后沉入水底速度降为0的过程中，其速度是不断变化的，一般情况下，礁体是在接触海底受到地面作用力后，达到瞬间的受力平衡，此时可以计算出投放过程中的最大速度。由于此时下落的加速度，那么（12-4）式可变为 (12-5)解得 （b）地面作用力礁体下落接触地面时，会受到地面作用的瞬时冲击力，可得下列等式 (12-6)而 (12-7)其中：地面反冲击系数；地面变位数。那么，将（12-6）（12-7）经过边界条件处理和积分变换，可得 (12-8)其中：冲击力最大时的地面变位数。按（12-8）解出后，代入（12-7），即可得最大冲击力。礁体所能承受的冲击力应该大于或等于，此礁体才合格，即其中：礁体材料单位面积可承压力（N/m2）。六、人工鱼礁区渔业资源调查和集鱼效果评价1、人工鱼礁区的资源调查（1）主要调查和监测设备人工鱼礁的资源调查和效果监测是一项非常重要的工作。渔业较为发达的国家一般都配备装备先进的渔业资源调查船，船上配置各种先进仪器，如多普勒海流计、走航式海流计（ADCP）、温盐深测定仪（CTD）、地形探测声纳、水下机器人（ROV）、计量鱼探仪、高级显微镜等，基本上可实现样品分析的自动化，分析结果通过计算并可立即输出。（2）人工鱼礁区的渔业资源调查方法（a）潜水调查（包括水下摄影）观测生物种类和数量，这种方法可以较直观、有效的了解鱼礁区的资源变化；（b）水下机器人（ROV）自动摄影；（c）通过钓、刺网、拖网等渔具调查；（d）通过探鱼机，了解渔业资源状况；（e）通过标志放流，根据鱼类的回捕率来调查人工鱼礁的效果；（f）通过生产渔船的渔捞日志记录。2、集鱼效果评价（1）评价指标通过对人工鱼礁区及其对照区的生物多样性指数和渔业资源丰度的计算，分析人工鱼礁区的资源变动情况和集鱼效果。生物多样性指数 （i = 1,2,3,） （12-9） 其中：样品中的种类总数；第i种的个体数（）与总个体数（）的比值（）。种类丰度指数 （12-10） 其中：样品中的生物总个体数。（2）资源调查实例海州湾人工鱼礁区的渔业资源评价（a）调查时间和站点 自2003年2月到2004年11月，共在海州湾人工鱼礁区进行了六个航次的调查，投礁前调查3次，时间为春季（2003年5月）、夏季（2003年7月）和冬季（2003年3月），投礁后调查3次，时间为夏季（2004年8月）、秋季（2003年10月）和冬季（2004年2月）。每次调查在鱼礁区选择一个调查点，在非鱼礁区选择一个对照点（图12-7）。图12-7 调查站点分布图（b）资源调查的操作方法调查船为“苏赣渔758”号（功率为110kW，船长24m，船宽4m）。调查渔具采用底拖网（曳纲80m，网囊网目10mm），每次拖网时间为1h，拖速2.5kn左右。每网捕捞上来的渔获物需称其总重量，在其中随机取一部分，尽可能做到各种类都能取到，数量少时则全部取样。将样本用甲醛溶液浸泡带回实验室分析，并在实验室进行种类鉴定，然后测量各种类的体长、体重、数量等。（c）数据处理I、渔获量变动分析中，底拖网的单位捕捞努力量渔获量（CPUE）为调查船底拖网作业每小时渔获重量（kg/h）。鱼、虾、蟹以及头足类分类后称其总重量，记为各自的CPUE（kg/h）。II、计算各航次礁区、对照区的生物多样性指数和丰度。（d）调查结果I、种类变动情况表12-2为人工鱼礁区和对照区的各类资源种类数。投礁前后对照区出现的总的资源种类分别为36种和37种，总资源种类变化不大。而投礁后鱼礁区出现的总的资源种类为44种，比投礁前的39种多出5个种类，并且投礁后鱼礁区出现的总资源种类数比对照区的37种多出7种。可见人工鱼礁投放后鱼礁区的资源种类比投礁前要丰富，也比对照区同期资源种类要丰富许多。其中鱼类种类增加最多，为6种；虾类减少2种；蟹类和头足类种类比较稳定，变化较小。表12-2 人工鱼礁区、对照区各类资源种类数时间地点种类数鱼虾蟹头足合计投礁前对照区16117236鱼礁区17136339投礁后对照区1995437鱼礁区23116444注：表中各类资源的种类数分别为投放前三次调查之和与投礁后三次调查之和。计算各航次鱼礁区、对照区的生物多样性指数，结果表明，礁体投放以前，礁区与对照区的生物多样性指数差不多，礁体投放以后，除8月份外，礁区生物多样性指数均高于对照区（图12-8）。 图12-8 人工鱼礁区、对照区各航次生物多样性指数 资源种类丰度的计算结果表明，投礁前礁区各航次丰度值平均为2.00，对照区为1.78；投礁后，礁区丰度值平均为2.18，对照区为1.86，可见鱼礁区的生物丰度比对照区高。投礁后鱼礁区和对照区的丰度都有所增加。具体各航次的丰度值见表12-3。表12-3 人工鱼礁区、对照区各季节资源生物丰度时 间地 点丰 度春夏秋冬均值投礁前对照区1.881.781.671.78鱼礁区2.681.531.792.00投礁后对照区2.211.911.471.86鱼礁区1.452.612.482.18II、CPUE变动情况 从鱼礁区投礁前后CPUE比较（表12-4）可以看出，投礁后鱼礁区夏季（2004年8月份）的CPUE为71.6kg/h，比投礁前夏季（2003年7月份）的CPUE(43.9kg/h)高出62.98。投礁后秋季（2003年10月份）的CPUE为52.7kg/h，比投礁前春季（2003年6月份）的CPUE（8.4kg/h）有很大的提高，说明礁体投放后产生的集鱼效果十分显著。投礁前后冬季的CPUE都比较少，均不超过2kg/h。 从鱼礁区和对照区的各季节CPUE比较可以看出，投礁前各个季节对照区的CPUE比鱼礁区要高，而投礁后3次调查表明鱼礁区的CPUE比对照区要高。投礁后鱼礁区夏季（2004年8月份）的CPUE最高，达到71.6kg/h，比对照区同期的48.1kg/h高48.97%；秋季（2003年10月份）CPUE为52.7kg/h，也高于同期对照区的41.4kg/h；冬季（2004年2月份）鱼礁区和对照区的CPUE均低于0.5kg/h，说明鱼礁区和对照区冬季资源量都比较少。表12-4 人工鱼礁区、对照区CPUE的季节变动时间地点CPUE（kg/h）春夏秋冬合计投礁前对照区15.957.961.675.5鱼礁区8.443.91.453.8投礁后对照区48.141.40.01889.5鱼礁区71.652.70.382124.7各种资源的CPUE变动情况如表12-5所示，投礁后对照区鱼类CPUE略有减少，虾类增加约0.5倍。投礁后鱼礁区鱼类、虾类以及头足类的CPUE都比投礁前有一定的增加，其中鱼类增加最多，约2倍；虾类次之，增加约1倍。投礁前鱼礁区虾类和鱼类的CPUE在数值上相当，投礁后，鱼类的CPUE比虾类的CPUE要高出许多，这说明投礁后鱼礁区吸引大量的鱼类到鱼礁区，使得鱼类成为鱼礁区的优势资源。蟹类和头足类的CPUE比较小，投礁后鱼礁区和对照区蟹类的CPUE都略有减少，头足类的CPUE有一定的增加。 表12-5 人工鱼礁区、对照区各类资源CPUE变动时间地点CPUE（kg/h）鱼虾蟹头足合计投礁前对照区34.828.29.23.375.5鱼礁区22.123.73.34.653.8投礁后对照区32.839.72.814.389.5鱼礁区61.844.72.016.2124.7注：表中各类资源的CPUE分别为投放前三次调查之和与投礁后三次调查之和。III、优势种变动情况 各次调查所得的人工鱼礁区前5种优势种及其重量的百分比如表12-6所示。从表中可以看出，口虾蛄（Oratosqulla oratoria）在各次调查的优势种中都出现，可知口虾蛄是人工鱼礁区的主要经济虾类；软体类中长蛸（Octopus variabilis）和火枪乌贼（Loligo beka）在优势种中出现较多，说明鱼礁区这两种生物资源量比较大且相对稳定；鱼类中鰕虎属中矛尾鰕虎鱼（Chaeturithys stigmatias）和六丝钝尾鰕虎鱼（Amblychaeturichthys hexanema）出现也比较多。投礁前优势种中虾类占总资源量的比例较大，投礁前冬季（2003年3月）调查中日本鼓虾（Alpheus japonicus）和口虾蛄的资源量之和占总资源的29.47；夏季（2003年7月）优势种中虾类资源出现3种，占总资源的42.54。投礁后鱼类成为主要的资源种类，5个优势种中有23个优势种是鱼类，且占的百分比比较大，而投礁前一般只有12个优势种是鱼类。投礁后夏季（2004年8月）的鱼类占该次调查总资源量的41.81，秋季（2003年10月）鱼类占52.73，均占总资源量的40以上，可见投放人工鱼礁对集鱼效果的影响相当显著。表12-6 人工鱼礁区各季节渔获物优势种百分比（）季节投礁前投礁后种 类百分比（）种 类百分比（）春季1皮氏叫姑鱼Johnius belengerii30.692口虾蛄Oratosqulla oratoria18.663双斑蟳Charybdis bimaculata15.534长蛸Octopus variabilis10.815火枪乌贼Loligo beka8.91夏季1矛尾鰕虎鱼Chaeturichthys stigmatias25.671小黄鱼Larimichthys polyactis 39.172口虾蛄Oratosqulla oratoria19.832口虾蛄Oratosqulla oratoria30.993戴氏赤虾Metapenaeopsis dalei14.293马氏刺蛇尾Ophiothix marenzelleri9.94鹰爪虾Trachypenaeus curvirostris8.424火枪乌贼Loligo beka6.445短鳍红娘鱼Lepidotrigla micropterus8.235斑鰶Clupanodon punctatus2.64秋季1六丝钝尾鰕虎鱼Amblychaeturichthys hexanema36.622小黄鱼Larimichthys polyactis 16.113长蛸Octopus variabilis13.924日本鼓虾Alpheus japonicus10.85口虾蛄Oratosqulla oratoria6.37冬季1矛尾鰕虎鱼Chaeturichthys stigmatias30.691长蛸Octopus variabilis70.252日本鼓虾Alpheus japonicus18.662口虾蛄Oratosqulla oratoria11.93长蛸Octopus variabilis15.533长绵鳚Enchelyopus elongatus4.764口虾蛄Oratosqulla oratoria10.814六丝钝尾鰕虎鱼Amblychaeturichthys hexanema4.195焦氏舌鳎Cynoglossus joyneri8.915焦氏舌鳎Cynoglossus joyneri3.14从表中还可以看出，优势种中变动最大的是小黄鱼（Larimichthys polyactis ），投礁前的三次调查表明小黄鱼在优势种中都没有出现，投礁后小黄鱼在优势种中开始出现。投礁后秋季（2003年10月）调查中小黄鱼占该次调查的总资源量的16.11，夏季（2004年8月）小黄鱼成了资源量最大的种类，占总资源量的39.17。投礁前，小黄鱼仅2003年5月份有渔获，CPUE仅0.208kg/h。投礁后秋季（2003年10月）CPUE为5.0kg/h，较5月份增加23倍；夏季（2004年8月份）小黄鱼CPUE为31.3kg/h，较投礁前2003年5月份增加150倍，较2003年10月份增加5.3倍。这说明礁体投放后对于小黄鱼的聚集有很大的作用。 七、人工鱼礁建设的注意事项1、礁体设计和制造中应注意的问题（1）保证鱼礁不移位或损环礁体的设计和材料的选用都应重点考虑区域性的海洋条件，尤其是对台风浪和海流的巨大作用力加以重视，以免设计制造出的礁体在投放后几个月甚至更短的时间内就出现滑移消失或者翻滚损环。（2）尽量减轻对环境水体的影响对于投放在海中的废旧船礁等，由于废旧渔船的机舱油污和船体油漆的可溶性有毒物质可能清理得不够干净，因而会对水域环境造成污染。因此，在改造废旧渔船制作人工鱼礁前应将船上的柴油机等设备拆卸掉，清除机舱内的含油污水，并对污水进行处理，尽量减少可能对环境造成的危害。2、投放施工中应注意的问题（1）要选定合适的礁区位置有些鱼礁投放后不到一年就被淤泥掩埋一半甚至被淹没而失效，因此鱼礁工程的选点要综合考虑到水体泥沙含量和海底淤积速度，要尽量保证大多数的人工鱼礁有效期达20年左右。而且，若投礁选点的位置不当，如投放点距离主航道太近，那么，当礁体被沉放入海底以后，由于受到台风和风浪的作用力，会逐渐移位甚至散落在航道上，影响船舶的正常航行，后果是不堪设想的。（2）要避免工程事故风险海洋工程均存在作业的事故风险问题。人工鱼礁工程的实施过程中可能发生的工程事故类型很多，比如未按预定地点投放（有些情况必须返工），投放后造成交通事故，还有在投放鱼礁过程中出现安全责任事故等等。所以，人工鱼礁建设的主管部门应严肃认真地进行规划和部署，处理得当，管理严格，避免工程事故的发生。3、后期管理中可能出现的问题人工鱼礁有十分明显的集鱼效果，有些鱼礁投放几个星期甚至几天后就能诱集到大量的鱼类在礁体周围，这就方便了捕鱼者的集中捕捞，更有不法分子用大型围网把小型礁体包围起来，然后采用各种手段进行彻底的抓捕。如果这样，人工鱼礁就完全失去了原有的意义，不但未能起到保护海洋生态环境和渔业资源的作用，相反的却为破坏资源的行为创造了条件。要加以防范和打击，还有赖于相关管理部门采取积极有效的措施。 第二节 离岸抗风浪网箱20世纪80年代以来，由于出现了世界范围内的捕捞过度和环境污染等问题，渔业资源出现了严重衰退。为此，将渔业生产的重点由传统的狩猎式捕捞渔业转向养牧式的增养殖渔业，尤其是避开近海内湾的易污染环境、转向外海去发展高经济价值鱼类的海水网箱养殖业，已成为世界各国的共识。在这个历史形势下，抗风浪网箱应运而生。作为一种新型的养殖载体，抗风浪网箱的主体部分多由网箱框架、高强度网衣和锚泊系统组成，部分超大型网箱还配备水下监控、自动投饵、自动收鱼等养殖配套设施。各种新型材料以及防腐蚀、防污染、防紫外线等高新技术在抗风浪网箱养殖业中得到了应用，因此抗风浪网箱养殖是目前科技含量较高的海水鱼类养殖方式。抗风浪网箱养殖具有抗风浪能力强、可在半开放海区养殖等特点。因此，与传统小网箱相比，虽然集约化程度高、养殖密度大，但网箱养殖鱼的食物来源更加丰富，鱼类生长速度快，肉质好，品质接近天然。同时，海水具有一定的流速，鱼类的排泄物也会很快被海水带走，因而养殖鱼类病害少。诸多优势使得抗风浪网箱的养殖产品质量上乘，养殖经济效益显著。一、抗风浪网箱的发展概况1、国外的发展简况网箱养殖始于100多年前湄公河沿岸的柬埔寨，当时是以竹木材料制成小型框式和大型船式网箱，主要养殖鲶鱼、鲤科鱼类等。最早发展海水网箱养殖且成功运用于规模生产的是日本。从20世纪3050年代开始，网箱养殖逐渐成为一种重要而具特色的鱼类养殖方式。国外主要渔业国家如挪威、冰岛、英国、丹麦、美国、加拿大、澳大利亚、法国、俄罗斯、日本等国早在上世纪70年代就投入大量人力物力开展海水网箱养殖。随着科学技术的进步以及新材料、新技术的开发应用，海水网箱养殖的范围和规模正不断扩大，其中离岸网箱养殖设施和技术已达到了相当高的水平。目前，网箱框架材料不断升级换代，采用高强度塑料、塑钢橡胶、不锈钢、合金钢、钢铁等新型材料；网衣材料由传统的合成纤维，向高强度尼龙纤维、加钛金属合成纤维的方向发展；网箱形状除传统的长方形、正方形、圆形外，还开发了碟形、多角形等形状；网箱养殖形式由固定浮式发展到升降式；网箱容积由几十立方米增加到几千立方米甚至上万立方米；网箱年单产鱼类由几百千克增加到近百吨；养殖品种扩大到几十种，几乎涉及市场需要量大、经济价值高的所有品种；养殖方式也由单一鱼类品种养殖，到鱼、蟹等多品种综合养殖；养殖管理朝自动化发展，普遍采用自动投饵、水质分析、水下监控、生物测量、鱼类分级、自动吸鱼、垃圾收集等自动装置；并在苗种培养、鱼类病害防治和免疫、配合饵料、网箱材料抗紫外线、防污损等方面加速开发研究和推广应用。2、我国抗风浪网箱的发展国内抗风浪网箱养鱼是从1998年海南引进挪威全浮式重力网箱开始的，之后浙江普陀、广东深圳、山东威海、青岛及浙江瑞安相继引入该类网箱。1998年夏季海南省临高县首先从挪威REFA公司引进圆形双浮管重力式网箱，到2000年底广东、福建、浙江、山东等省又相继引进同类型网箱。与此同时，海南和浙江等省开始推广我国台湾省的浮绳式网箱，取得了一定的效果。2001年浙江省嵊泗县从美国引进了Ocean spar公司的刚性双锥型网箱（飞碟型网箱），2002年又从日本引进了金属框架的沉浮式网箱。由于引进网箱价格高，难以推广，因此从2000年起，我国上海、浙江、福建、广东等省、市的科技人员先后开始研究抗风浪网箱的国产化技术，同时国家科技部、农业部及有关省厅也先后将抗风浪网箱养殖设施的研究列入国家“863”计划、部“十五”攻关计划和省重大科技攻关计划。通过近几年的联合攻关，我国浙江、广东、福建和山东等省已先后开发出能基本适应我国各地海况条件的HDPE重力式网箱（浮式和沉降式）和飞碟型网箱。由于国产网箱价格低于国外同类型网箱，因此，国产网箱在我国沿海地区迅速得到了推广应用。据初步统计，我国国产的抗风浪网箱已近2000余只，其中浙江省约700余只，广东省200只左右。但是，从总体技术水平来看，与国外还有一定的差距，特别是网箱的性能、辅助设施、配套技术和管理等方面还有待于进一步提高和完善。在相关的科研工作上，为了发展我国的抗风浪网箱养殖，1997年5月浙江省玉环县科技兴海办公室承担了浙江省科委下达的“玉环县浅海抗风浪网箱养鱼技术开发”项目。该项目选择板框式浮动网箱进行抗风浪结构设计，网箱设置在玉环县乐清湾，共有300