增养殖水环境工程学 第一章 绪论
我国是世界上水产资源最为丰富的国家之一,具有几千年的水产养殖历史, 从最初的鲤鱼养殖到主要经济鱼、虾、蟹、贝、藻类的人工繁育和工厂化养殖, 创造了精湛的人工增养殖技艺。
藻－筏架 虾－池塘 贝－筏式 鱼－工厂化、网箱
内陆水域总面积约1760万hm2。其中河流666.7万hm2 ，湖泊666.7万hm2 ，水库200万hm2 ，池塘200万hm2 。水深15m以内的浅海滩涂面积达1333.3万多
渔业是我国国民经济中的重要产业。20年来，我国水产品的年增长率达到10.5%，是世界上养殖产量超过捕捞产量仅有的两个国家之一。
增养殖工程学(Aquacultural Engineering) 作为水产学( Fishery Sciences) 的重要组成部分, 在水产科技进步中起到了重要作用。
一、增养殖工程学的概念和内涵
概念：增养殖工程学是把土木工程原理和生物学原理相结合并应用于水产动植物养殖的交叉学科；主要研究水产养殖设施、设备的科学设计、建造和研制开发及其有关生产工艺、营渔模式和管理方法的实施和应用；是渔业工程学（Fishery Engineering）的重要组成部分。
增养殖工程学的概念和内涵 内涵：增养殖工程学研究的主要内容包括两个方面：一是研究养殖水生经济动植物的适宜生态环境，量化和评价鱼类生活生长的适宜环境参数，为工程设计提供依据；二是研究健康养殖和增养殖的工程技术方法与措施，即在养殖技术条件不变的情况下，通过适宜的工程技术来达到养殖对象经济增殖的目的。
具体来说主要是指：养殖工程信息采集和工程量的计算；养殖场的规划设计；鱼池系统工程；人工繁殖设施；封闭式水循环养殖系统（Closed recirculating water system for aquaculture）；天然水域增养殖工程；拦鱼设备（barricade）过鱼设施（fish pass strucuture）；供排水工程等。
随着水产养殖集约化水平的提高, 特别是鱼类人工繁殖和工厂化养殖(industrial aquaculture)技术的广泛应用, 推动了相应配套工程设施和设备的设计与建造技术的不断创新, 使水产养殖工程学逐渐形成了具有自身特色和学科体系的独立学科。它所涵盖的范畴有了一些新变化、新发展和新表述, 使得概念更科学, 内涵更完整, 分类更系统, 内容更充实。在我国从有淡水渔业专业开始, 就开设了养殖工程课程, 它始于20世纪50年代中叶, 历来为水产养殖专业的重要专业基础课。在教学上,水产养殖工程学与其他课程交叉重叠内容少, 独立性很强, 为其他任何课程所不能替代, 但要继续创新和发展, 以增强学科活力。
二、增养殖工程学的分类
按养殖水域、养殖方式和养殖目的，增养殖工程学可分为:
1、内陆水产养殖工程( Inland Aquacultural Engineering)：主要是研究淡水水域, 如池塘、河道、湖泊、水库和稻田等的集约养殖工程设施、设备和技术。例如家鱼人工繁殖设施与设备、―三网‖ (网箱、网拦、网围) 养殖工程等。
2、海岸水产养殖工程(Coastal Aquacultural Engineering)：主要研究和开发利用浅海滩涂、港养(港塭) 资源。进行陆上养殖场和近海水域养殖场的规划, 以及拦海大坝、取水建筑物、育苗场、深水网箱等的设计与施工。
浅海滩涂养殖易于人工管理, 若采用精养方式, 可获得高产量和高收益。
港塭养殖, 主要是利用沿海的港湾、港汊或滩涂低地, 筑堤建闸蓄水, 通过潮汐涨落,纳苗养殖。
3、集约化水产养殖工程( Intensive Aquacultural Engineering)：包括精养鱼池系统工程、催产孵化设施和以封闭式循环流水养殖为代表的设施渔业工程。集约化水产养殖工程代表着渔业先进生产力发展的方向。
4、增养殖保护型水产养殖工程：通过工程措施增殖水产资源，使水域的水生经济生物种群结构得到优化调整和资源总量得到补充、恢复和增加。如过鱼设施、放流增殖、国家水产公园和水族馆、人工鱼礁等。
三、增养殖工程学的发展概况
（一）国内发展概况（随着养殖业的发展而发展）
古代：水产养殖工程学是一门古老的科学。早在公元前5 世纪, 范蠡就在世界上最早的养鱼专著《范蠡养鱼经》中, 对鱼池结构和构造作了科学描述。在以后的《史记·货殖列传》、《齐民要术》、《农政全书》等历史文献中, 也都有关于我国水产养殖工程技术的记载。
近代：20世纪50～60年代：水产养殖工程科学得到了稳步发展。 淡水：我国科学家在1958年突破了家鱼人工繁殖的关键技术以后, 给水产养殖工程学增添了崭新内容———催产孵化设施、设备的设计与建造。
海水：海带养殖－筏式结构
20世纪70年代：水产养殖工程科学得到了快速发展。受全国科技大会奖励的37项水产科技成果(1978年3月颁奖) 中, 与水产养殖工程密切相关的就有10项之多。有代表性的是部分海养品种的人工育苗和养殖, 如海带、对虾、鲍鱼、扇贝等; 还有叶轮增氧机的成功研制和应用, 以及通过试验总结出的多种高产高效集约化养鱼模式等。
淡水：―三网‖ 养殖工程。网箱、网拦、网围，从1973年开始，到80年代大规模应用。封闭式循环流水养鱼试验研究，使用温排水流水养鱼：保定热电厂、上海闵行发电厂、济宁电厂、乌鲁木齐市红雁池电厂等。缺点是生产规模小、设施配套不全、运行成本高。
海水：对虾养殖土池、贝类养殖筏架。
20世纪80年代：水产养殖工程飞跃发展，量能放大。水产专用鱼塘面积大幅增大，到80年代末，专用鱼塘面积达到81.65万hm2。网箱养殖、湖泊网围养殖、渠道金属网围拦流水养殖。对虾、海湾扇贝、河蟹工厂化人工育苗场大量建设。
20世纪90年代～：向技术密集型水产养殖工程转化，发展多元化。（我国水产养殖业由劳动密集型向技术密集型转变）。
1)专用渔业池塘面积减少，由粗养转为集约化养殖（intensive aquaculture），对虾池塘改造。
2)技术含量高的―三网‖养殖快速发展：网衣材料、结构、定置方法、去污能力均有较大突破。海水深水网箱快速发展。 3)在设施渔业工程方面，我国的鳗鱼、虹鳟、罗非鱼、龟、甲鱼、鲎等进行工厂化养殖；海带、对虾、扇贝、紫菜、大菱鲆、牙鲆等也开始工厂化养殖。
4)集渔业、观光、娱乐和饮食为一体的休闲渔业（Leisure fishery）设施快速发展：水族馆、海洋游乐城、海底世界等。 5)资源保护设施开始发展：人工鱼礁。
（二）国外水产养殖工程的特点
美国、英国、日本、德国、法国和挪威等发达国家非常重视水产养殖工程技术的研究和应用，已由传统渔业向现代化设施渔业方向发展, 在发展节粮、节地、节水、节能的精细渔业( Precision Fishery) 方面取得了可喜成绩。
1、―三网‖养殖工程发展迅速：网箱养鱼起源于柬埔寨，发展于日本和美国，现在日本和挪威的网箱居世界前沿水平。注重网箱的抗风浪、网衣材料、自动升降，向海上平台和抗风浪网箱发展。
2、设施渔业工程发展迅速：设施渔业是用工业化生产方式来组织和从事水产养殖的现代渔业生产方式, 是工厂化养鱼、工业化养殖、机械化养殖、高密度流水养殖等的统称, 也有专指成套型封闭自控式流水养鱼装置的。设施渔业在发达国家已有一套成熟的生产设备和技术。如法国、丹麦、日本、德国等的封闭式循环流水养鱼车间, 完全摆脱了传统的渔业生产方式, 不受环境、气候和季节的影响，只受市场需求的约束。
3、设施渔业工程商品化：著名的德国施泰勒马蒂克养鱼系统是一全封闭循环温流水设施, 建造于1983年, 年产鲤、虹鳟等鱼类100 t, 具有较好的示范性。施氏装置专利和成套设备, 除在本国销售以外, 还向其他20多个国家出口。
4、设施渔业自动化：丹麦的工厂化养鱼也很先进, 全国530万人口, 有养鱼工厂50余家,一个年产250 t的养鱼工厂, 只需一人承担全部的操作与管理, 由此可见其自动化程度。我国曾从丹麦整套引进过这种养鱼装置。
5、第二渔业和观赏渔业发展迅速，加大养殖工程投资。 6、太阳能技术广泛应用于水产养殖工程。 第二章 水产养殖场场址的选择和规划设计
－－讲述养殖场场址选择、总体布局、建场步骤及规划原则 第一节 淡水养殖场场址的选择与规划
淡水养殖主要包括：天然湖泊养殖、河道养殖、水库养殖、池塘养殖及工厂化养殖。
概念 养殖场：从繁殖鱼苗、培育鱼种到养殖成鱼都在一个养殖场完成，这种场成为养殖场，是完成整个养殖生产过程的场所。
苗种场：专门繁殖鱼苗、培育苗种、供给苗种的场。
试验场：为生产上存在的问题进行科学研究或推广科研成果的养殖场。 一、养殖场的场址选择
主要考虑地形、土质、水源和交通电力等 （一）、地形的选择：养殖场用地从工程角度看，地形要适合建场、施工容易、排灌方便、减少投资、便于管理； 1.最好选择不便于耕作的场地；宜选择低洼盐碱地、土壤贫瘠地。（池塘投产后的经济效益不能低于该场地原有的生产效益。
2.鱼池用地坡度易缓不易陡，也不宜太平，一般地面坡度在2.5%以下适宜于建鱼池，最佳地面坡度0.5-1.0%之间 （二）土壤的选择：土壤是建造鱼池的主要材料，土方工程大约占整个养殖场工程的70％以上。
了解养殖场的土壤，要从两个大的方面着手：一是土壤水、肥、气、热特性，它关系到建池后，池水肥瘦及池中浮游动植物的繁殖；二是土壤的力学特性，如粘结性、粘着性、膨胀性、收缩性、抗剪强度、可塑性（概念）。
1、土壤的种类：土壤的分类以砂粒和粘粒的含量为依据 （1）砂土类土壤：砂粒>80％，粘粒<20％。 a土壤粒间为大孔隙，排水良好，保水性差。
b一般养分含量贫乏，通气过旺，有机质分解快，积累少，保肥力弱，养分容易流失。
c土壤中水少气多，昼夜温差大，早春土温上升快，但晚秋一遇寒潮，温度下降较快，易遭冻害。 d抗剪强度大，不易崩塌，可作为修筑堤坝的的非防渗材料。
e粘结性、粘着性差。 综上，砂土不宜建造鱼池，当必须采用时，要采取防渗措施。
（2）粘土类土壤：砂粒<40％，粘粒>60％。 a土粒间多毛细管孔隙，透水性差。
b养分含量较砂土多，通气性差，有机质分解缓慢，对池塘天然饵料的繁殖不利。
c水多气少，土温变化小，昼夜温差小。 d粘结性和粘着性强，胀缩性大。
综上：不适宜建造池塘，若必须用，则需要在表面上撒一下砂子，多用作修筑堤坝的防渗土料。
（3）壤土类土壤：砂粒40～80％，粘粒20～60％。介于砂土和粘土之间，是水、肥、气、热状况较协调的土壤。 a轻壤土（砂粒70～80％）：通气透水性好，雨水多时不渍水，养分含量较高，施肥易见效，但保肥效果不好，土质疏松，耕性良好。
b中壤土（ 砂粒55～70％）：透水通气性比轻壤土稍差，雨水多了易渍水，土质比轻壤土肥，保水保肥性好。 c重壤土（ 砂粒40～55％） ：土质粘性强，通气透水性差，保水性强，易渍水，不耐旱，保温耐肥性强。
综上：壤土透水性小，土质松坚适中，吸水性较好，养分不易流失，通气性好，有利于有机物分解，池内天然饵料最易繁殖是一种较理想的建池土壤。
2、土壤调查:（1）土壤类别的鉴定：现场由专门人员手感目测；取土样回实验室进行土工分析。
土壤的手感： 粘土：极细的均匀土质，很难用手捻碎。 壤土：没有均质的感觉，感到有些砂粒，土块易压碎。
砂土：土壤松散，只有砂粒而无粘粒的感觉。
（2）在平面和立面均要进行抽样调查。并且在立面取样要深至池底下面1m。
（三）水源和水质 1、水源:a地面水：河流、水库、湖泊、溪流、城市生活污水。:b地下水：浅层地下水、深层地下水
地下水的优点：水质稳定，受气候和季节影响小；比较分散、分布广，开发利用的工程量小，容易施工；受地面污染小，水质好；开发利用地下水占地少，管理方便；在地下水位高的地区开发利用地下水，有利于降低地下水位。
选择水源要注意水源的全年变化。
2、水质: （1）水的pH值：6.5-9.0。 （2）水温 （3）DO：使用地下水要经曝气处理
（4）水中化学物质：悬浮物、油类、硫化物、氰化物、酚类和各种重金属等。
二、养殖场的规划（一）规划原则: 1.布局合理 2.充分利用地形 3.就地取材 4.统一规划土地和水域
（二）建场步骤： 1.调查 2.测绘工作 3.技术经济论证 4.总体规划 5.基建投资的预算及经济效果评价：投入/产出
6.制定施工计划 7.放样施工 8.竣工验收
（三）养殖场的总体布置：a场部 b催产孵化设施 c亲鱼池 d鱼苗池、鱼种池和成鱼池 e给排水系统 f水处理系统
第二节 海水养殖场场址的选择与规划 一、对虾养殖场场址选择 （一） 地形与底质 1.在风浪小的内湾或河口沿岸； 2.底质不能是酸性和潜在酸性土壤。 （二）水文条件
1、水质条件：a. pH值为7.5-8.5 b.含盐量，养成场5-35‰，育苗场25-32‰
c. 化学耗氧量和生物耗氧量，养成场不超过5毫克/升，育苗场不超过1.5毫克/升。 d. 有毒物质限量要符合渔业水域水质标准
2、潮汐状况： a潮差波动2-3米的地方适宜于建养殖场； b收集拟建场址的潮汐变化资料，决定纳水方式、水闸数量和池底高程、堤坝高程。 c一般有流砂的海区不适合建场。
3、降雨量和集雨面积：考虑当地的降雨量周年分布数据，若集雨面积：虾池面积>10:1，则要加设排洪道，防止洪水流入虾池。 二、 水温
二、对虾养殖场的总体布置 1、建池原则
a在潮上带地势较高的滩涂或陆地上建池时，应就地取土挖池筑堤，建扬水站，采用机械提水的取水方式 b在潮间带临海滩涂上建池时，应筑堤围建，采用纳潮和建扬水站相结合的取水方式
c在潮间带临海低洼滩涂上建池时，应筑堤围建，围堵海汊和港湾滩涂，取水方式为自然纳潮 d进排水系统应分别设置，严禁交叉污染。当场址远离水源或纳潮不足时应设置输水渠道 e养虾池平面布置应根据地形确定，布置成具有独立进排水系统的―非‖字形或放射形状。
2、总体布置 重点回顾
第二章 水产养殖场场址的选择和规划设计
养殖场的场址选择的注意事项 养殖场的规划原则 对虾养殖场场址选择的注意事项 对虾养殖场的建池原则
第三章 土坝工程和渠道工程 第一节 土坝工程
一、土坝的特点与类型： 堤：顺水流的挡水建筑物 坝：与水流方向垂直，把水流堵住或积蓄起来的挡水建筑物。
（二） 土坝特点：1、土坝经常受水的作用。2、土料透水。3、易发生沉陷。
（二）土坝的类型： 碾压式土坝： a均质土坝 b心墙土坝 c斜墙土坝 d多种土质坝
土坝工程：60年代国内填筑量最大的均质土坝岳城水库
80年代引黄济青棘洪滩水库大坝为亚洲最长的平原围坝，坝轴线长14.27公里，水库库容1.45亿立方米 在建土坝
二、土坝设计： 土坝的构造和剖面尺寸的拟定是土坝设计的重要一环。
?土坝的设计步骤：现场勘测坝址；进行土工分析（搞清地形、地质、水文等情况）；选择合理的坝型；拟定土坝剖面尺寸及坝体构造；进行渗透及稳定计算；校核尺寸并施工。
（一）坝顶宽度：1、作为公路使用：4级公路双车道为7m，5级公路单车道为5m。 2、若无交通要求，则按公式计算：
（二）坝顶高程
V坝顶＝H＋h1＋h2＋δ V坝顶：坝顶高度 H：水库正常高水位（M） ，可从水位-库容关系曲线查的。 h1：溢洪水深（m）：即涨洪时溢洪道上过水的最大深度。 h2：风浪爬高（m） δ ：安全加高（m），小型水库可采用0.5m
溢洪道
（三）坝顶构造
1、 作为公路使用 2、若无交通要求：
a盖面用单层彻石或铺一层密实砾石。b坡度为2～3％，两侧设排水沟。c若有放浪墙，可向一面倾斜。 阿尔及尼亚布库尔丹大坝坝顶公路 防浪堤
（四）护坡 护坡类型：1、堆石护坡（碎）50～90cm 2、干砌石护坡 20～60cm 3、浆砌石护坡：用水泥砂浆砌筑
4、钢筋混凝土护坡 5、草皮护坡（多在下游）
三 拦海大坝及水闸的设计原则
拦海大坝：为在潮间带围堵海水建鱼虾养殖场而修筑的大坝。 （一）拦海大坝的设计原则
1.坝址应考虑大坝内可养水面能充分利用自然纳潮的最佳区域，一般在潮汐变动2～3m范围内的中潮区。 2.大坝坝顶高于平均高潮位以上1m 3.坝顶宽度要根据交通要求设计 4.大坝坡度：上游坡度为1：2～1：3，下游坡度为1：1.5～1：2。 5.坝顶要设排水坡度：2～3％。 6.坝的迎海面要用干插条石护坡，下游用草皮护坡。
荷兰的法语国名―洼地之国‖ 。这里海拔最高点为321米。四分之一的国土和人口处在海平面以下。荷兰拦海大坝-在月球上可以看到。荷兰拦海大坝
（二）水闸 1、设计原则
?应选择压缩性小，承载力大的坚实地基处建造水闸。如果为虾池水闸，应建在进水方便而又远离排水水闸处，而排水闸应建在最低处。
?总进水闸高于历年高潮位0.3m，排水闸低于进水闸底面0.3～0.5m。 2、水闸类型：木质、砖石砌闸、钢筋混凝土 水闸 第二节 渠道工程 明渠：无压流，在重力的作用下流动
渠道 暗渠 ：有压管道流
二、 渠道用途及分类 ：1、养殖场中明渠的作用：供给新水、排除污水；排除暴雨量；兼作储水池
2、明渠的分类：按使用目的：进水渠、排水渠。按建筑材料分：土渠、砖石砌渠、水泥板护面渠、木质渠、混凝土渠、陶土管、水泥管等。按构造分：明渠、暗渠。按断面形状分：三角形、半圆形、矩形、梯形等
二、渠道断面设计及计算
一）渠道均匀流 明渠中的水流，可以是稳定流，也可以是不稳定流，可以是均匀流，也可以不均匀流，本节仅介绍稳定均匀流
明渠水中稳定均匀流的条件（了解）
★ 沿明渠各个过水断面的流量不变，是一常数
★ 明渠各个过水断面相应点的流速不变，平均流速为常数；各个过水断面的面积为常数 ★ 渠道底面坡度相等
?
★ 渠道内壁面的粗糙程度相等（同一建筑材料构成） ★ 沿渠道水流无局部阻力
二、 渠道断面设计及计算 （二）明渠过水段面的设计要素
1.净流量和毛流量： 净流量：渠道向鱼虾池供水流量，除去渠道中渗漏损失的流量。
Q净
?Wt式中：Q净：净流量（米3/秒） W：总需水体积（米3 ） t：输水时间（秒）
毛流量：考虑渠道渗漏损失在内的总流量。
Q毛= Q净+δ
SIQ净?100
式中： Q毛：毛流量（米/秒）
3
Q净：净流量（米/秒）
3
δ:渠道长I的渗漏损失的量（米/秒）
3
δ 式中： I：渠长（公里） S%:每公里渠长损失流量占Q净的百分数 S%=A/Q净%
m
式中： A:系数 m:指数，
2、流量的推算
计算O点的总流量
QO=∑Q
O
I3
C
I2
Q3
Q2 Q1 A
B
I1
11
在B点的流量： QB=Q1(1+ ) SI100
S2I2
Q=（Q+Q）(1+ ) C2 B
在C点的流量： 100 S3I3
QO=（Q3+ QC）(1+ ) 在O点的流量： 100
3、渠道的有效利用系数： η=Q净/Q毛 （一般渠道的有效利用系数为0.85）
例题：某对虾养殖场，全场面积为1300000平方米，虾池水面积以85%计，平均水深2米，采用扬水站，引水渠供水，若每天扬水16小时，在15天内灌满全部虾池，问引水渠道的净流量和毛流量是多少？（设对虾池壁垂直于池