池塘、水槽、水道池

1. 池塘、水槽、水道池 Aquacultural Engineering W - 12

2. 前言 • 養殖魚蝦貝類需要有承接之構造 • Ponds, tanks, raceways, nets, and other structures等， • 本章將探討各種構造之應用、建造及維護。

3. PONDS • 養殖池塘有兩主要型式： • 築堤式池塘(embankment pond) • 開挖式池塘(excavated pond)

4. 築堤式池塘(embankment pond) • 位址選擇 (Site Selection) • 池塘構造(Pond Conformation) • 壩(Dam) 堤(Dyke) • 堤頂寬度 • 水壩邊坡坡度 • 出水高(Freeboard) • 容許沉陷量(Settlement Allowance) • 坡浪高度(Wave Height) • 凍結作用(Frost Action) • 壩高計算(Calculation of Dam Height) • 池塘出水口(Pond Outlets) • 池底密封 (Pond Sealing)

5. 位址選擇 • 坡度 • 一方向或兩方向具有適當坡度(1 – 5%)之地點最佳 • 陡峭坡度只能挖小型池塘 • 土壤種類:低滲透性 • 水質良好，水量足夠，地面排水及河水不可淹灌池塘。 • 水權問題、自然保育問題及環保問題。

6. 池塘構造 • 養殖池不可有著根水生植物: 水深必需1 m以上。 • 池岸儘量陡峭，以減少淺水區面積。 • 一般土堤坡度為2:1 or 3:1 (horizontal to vertical)。 • 岩石可使用坡度比 2:1更陡者。 • 不穩定土堤坡度大於 3:1。 • 池底向排水口傾斜， • 坡度至少 1000:1 (horizontal to vertical)，1000:3 - 1000:6更佳。 • 池塘排水口附近需挖深 45 - 60 cm，面積為池塘之1 – 10%，以利集魚收穫。

7. 壩(Dam) 堤 (Dyke) • 壩高度 < 15 m • 壩之基礎土壤支稱強度 • 沼澤地及泥地不適合當作基礎，高可塑性黏土當作基礎時宜充分研究，有機物土壤不可當作基礎，基礎材料必需具低滲透性，為降低漏水可於基礎設截水牆

8. 堤頂寬度 • 水壩高度3 m 時，壩頂寬必需2.5 m。 • 若以水壩當作池塘進出通路之車道，則壩頂寬至少為3.7 m而以4 - 4.5 m較佳。 • 池塘至少有一邊設置進出通路。

9. 水壩邊坡坡度 • 邊坡坡度視所用土壤而定， • 常用坡度為3:1 (horizontal to vertical)， • 高穩定度土壤坡度可降為2.5:1 (上游) 及2: 1 (下游)。 • 不穩定土壤坡度需為4: 1 或更平緩。

10. 出水高 • 為水壩需增加之高度，以為安全因子，避免水壩溢頂。 • 此高度為溢洪道於設計高度洩洪時，池塘水面與壩頂之距離。 • 出水高依當地需求而定。 • 池塘長200 m 以內時，出水高0.3 m， • 池塘長200 - 400 m 時出水高0.5 m， • 池塘長400 - 800 m 出水高0.6 m。

11. 容許沉陷量 • 建造時土壤需壓實， • 每填土15 - 20 cm 厚，需充分壓實後再填第二層。 • 沉陷量視土壤性質、含水量、建造速度及基礎材料特性而定。 • 容許沉陷量以設計為5 – 10 % 壩高為宜。 • 沖積堤防未能充分壓實，設計容許沉陷量為20 - 25 ％沖積堤高。

12. 坡浪高度 • 壩高需避免波浪作用而溢頂。波浪高度為(fetch)之函數(fetch為離水壩之不受阻礙最長直線距離)。波高與fetch 之關係方程式為 Hw = 0.014(F)1/2 F = fetch (m) ; hw = wave height (m)。 • 波浪可造成壩面之沖蝕(erosion)

13. 凍結作用 • 土壤水分結凍時， • 土壩因膨脹及收縮作用而隆起。 • 凍結及溶解使水壩不穩定，因此 • 壩高需考慮增加凍結深入深度。

14. 壩高計算 • 水深確定後，壩高 H = h + hw + hF + hs + hFr H = 壩高; h = 水深; hw = 波浪作用需增加壩高； hF = 出水高; hs = 預留沉陷壩高; hFr = 凍結作用壩高

15. 池塘出水口(Pond Outlets) • 跌水式進水口 • 費用高，不適用於食用魚之養殖 • 水不易完全排乾， • 它包含一矩形堰，堰冠高度固定，維持池內水位固定。 • 優點為機械溢洪道與緊急溢洪道合一。

16. 包括設於水壩上游之豎管及一水平導管，導管與豎管底部連接。 • monk design 由水面排水 • 洩水捕魚時，速度需夠快，以免魚缺氧。 • 豎管直徑需20 cm 以上，水平管直徑 15 cm 以上。

17. 池底密封 (Pond Sealing) • 土壤壓實、 黏土毯、bentonite (般脫土)、添加化學藥劑及使用防水襯裡。 • 各種條件中主要的為土壤中粗粒砂、碎石、細粒黏土及細泥之比例。

18. 壓實法(Compaction) • 為最便宜之方法，但對土壤配比規格之要求最嚴格，必須含有粗顆粒至細顆粒分配之土壤，且至少需含10%以上黏土。 • 施工步驟 • 移除池中植物、 • 以不滲透物質填補所有殘枝孔隙及裂縫並深入底部 20 - 25 cm以下。 • 移去石頭、根及其他障礙物，調整土壤水分至最佳壓實條件，以羊蹄腳滾輪滾壓4 - 6次。 • 水深3 m以下之池子，壓實深度至少需20 cm，水深大於3 m 者，壓實深度依比例增加，且需分層(每層20 cm)壓實。

19. 黏土毯(Clay Blankets) • 粗粒土壤缺乏足夠的黏土成分，池底未能密封 • 可使用一層含20%以上黏土且分級良好之粗粒土壤當作密封層， • 此層必需涵蓋池底及池壁至水面深度。 • 池水水深3 m以下者，黏土毯之厚度需至少30 cm，水深每再增加30 cm，黏土毯厚度需增加5 cm。 • 為避免乾、濕及凍、融變化，使黏土毯產生裂縫，可於其上鋪30 - 45 cm 厚之碎石以為保護。 • 進水口等構造物區，水流速度大，應加強保護。

20. Bentonite 添加劑 • Bentonite為一種細粒膠體黏土，可加入粗粒土壤中以當作池塘密封層。 • 潮濕狀態之Bentonite可吸收其重量數倍重之水分，其體積膨脹8 - 20 倍。 • 粗粒土壤中加入夠量之bentonite，於潮濕時將吸收水分膨脹，形成密封層； • 但乾燥時，Bentonite 將收縮龜裂。 • Bentonite 使用量為5 - 15 kg of bentonite/m2。

21. 化學添加劑 • 化學添加劑(Chemical Additives)可密封池底。 • 含高比例細粒黏土及細泥之土壤，常結合成大型團塊，產生多孔性土壤結構易漏水。 • 土塊粉碎後，土壤之滲透性降低，可有效地密封池底，而添加分散劑(dispersing agents)可破壞土壤結塊。 • 可用的藥劑有聚磷酸鈉及氯化鈉，其中焦磷酸四鈉及三聚磷酸鈉最有效。 • 用量：4.5 - 10 kg/m2聚磷酸鈉；32 kg/m2氯化鈉；9.7 - 19.4 kg/m2蘇打灰；

22. 但所使用藥劑不可對魚有毒性，亦不可於魚體具有累積性。但所使用藥劑不可對魚有毒性，亦不可於魚體具有累積性。 • 使用方法 • 分散劑(95 % 以上通過No. 30 篩及5 %以下通過No. 100篩) 撒佈於池底， • 以滾輪滾壓混合， • 再於最佳含水率時以羊蹄腳滾壓。 • 不透水層上，鋪設30 - 45 cm 厚碎石層，可保護不透水層，避免機械損害。

23. 防水襯墊(Waterproof lining) • polyethylene, vinyl, and butyl rubber等防漏水效果好、可靠但費用高； • 其價格以黑色PE膜最低，乙烯(vinyl)其次，丁基橡膠(butyl rubber)最高； • 抗老化性能則以PE 優於乙烯； • 耐衝擊力依序為乙烯優於聚乙烯； • 組裝方法中 • 乙烯可補洞及與其他材質膠合， • 聚乙烯需以加熱結合、黏劑或膠帶結合； • 丁基橡膠以接著劑黏補或結合。

24. 聚乙烯及 乙烯應避免覆土之機械傷害，必需鋪不含雜質的細粒土壤15 cm以上。 • 丁基橡膠襯墊可不用覆蓋土壤，但人員等可能進入池內時，應覆土20 - 25 cm。

25. 防水襯墊厚度需求 • 土粒微細者 • 使用0.20 mm (polyethylene or vinyl)、 • 0.38 mm (butyl rubber)； • 含黏土碎粒者 • 使用0.38 mm (polyethylene or vinyl films)、 • 0.76 mm (butyl rubber films)。

26. 襯墊鋪設施工 • 施工時需將石頭、植物等雜物清理乾淨， • 若需要，則先鋪設一層細粒土壤，充分乾燥，以免施工時受壓沉陷。 • 池邊坡度3:1 以免土滑落。 • 為避免植物生長穿透襯墊，可使用藥劑，消毒土壤。 • Vinyl and butyl rubber linings必需平坦鋪設。polyethylene linings鋪設時需有10 %之疏鬆度。每片間需有15 cm 寬重疊。 • 邊緣線需延伸至水位線以上並錨碇於20 - 25 cm 寬及30 cm 深之溝渠。 • 以分級良好之土壤回填(backfilling)溝渠。

27. 開挖式池塘(excavated pond) • 最普遍之池塘形狀為矩形池。 • 開挖式池子，用於養殖時所受限制： • 必需使用抽水機， • 可能受高潮洪水淹沒， • 換水及排除污染物需使用抽水機， • 需使用機械曝氣以維持溶氧濃度， • 收穫操作較困難。

28. RACEWAYS(水道池) • 相當長而水深淺 (i.e., 1 - 2 m maxi.) 之矩形池，池中流量很大。 • 水流動式、養殖密度高、疾病易防治。 • 魚攝食率及收穫量增加。 • 易建造及維護。 • 並聯水道池需大量用水，但串聯時用水量降低。 • 並聯水道池間需求高程差 0.3 - 1.0 m (Figure 12.9)：水頭損失、代謝產物之累積及曝氣問題可減至最小，但需水量隨池數增加而增加。

31. 水道池之應用與設計 • 廣泛用於孵化場: • 代謝產物濃度及溶氧問題降至最低，並強迫魚運動，生產之魚苗較強壯。 • 易觀察、易管理、病害處理容易。 • 寬6 – 7 m，易投飼。 • 建造材料：土壤、混凝土、塑膠； • 水流型態：與明渠相同。

32. 水道池設計 • 設計流速: • 因魚種、密度、投餌率、水溫及供水量等因素而定。 • 流量 • 根據耗氧率、供氧率、氨濃度及魚最大可忍受流速設定。 • 欲達自清 • 流速需 0.24 - 0.3 m/s for salmon waste • 0.15 m/s 不足以維持oyster 廢物之懸浮 • 小魚在自清流速之槽中無法穩定游動。

33. 水道池水流型態 • 進水口(inlet)、出水口(outlet)及水道(raceway)本身必需設計成為柱塞流， • 柱塞流(Plug flow)中流體分子有同樣之水平流速， • 短流(Short-circuiting)應減至最低。 • 水道池偏離柱塞流，將 • 有部分區域成為死流區(i.e., areas with limited water exchange)， • 將缺氧，有機固體沉積於此分解，使缺氧現象惡化。

34. 養殖池塘水槽 • 池塘(ponds)面積大、土造， • 水槽(tanks)面積小、混凝土及玻璃纖維等材質製造。 • 理想之養殖槽需具下列特性： • 1. 內部平滑，以免魚摩擦受傷； • 2. 可自清； • 3. 可提供最佳水質； • 4. 具耐久性及足夠之機械強度； • 5. 易清洗及滅菌； • 6. 內表面不具毒性，亦不成為致病生物之庇護所； • 7. 價格便宜； • 8. 不受腐蝕。

35. 建造材料 • 混凝土 • 用於大型養殖槽，具耐久性，價格低及易成型等優點。 • 但重量大，不易移動。 • 表面若未經處理，無法避免細菌滋生。 • 可使用環氧樹酯(epoxy)等材料作表面處理。 • 新建池子，pH值高。 • 木造池子材料便宜，需加塗料作表面處理以免腐爛。

36. 塑膠材料 • 玻璃纖維(Fiberglass): • 質輕、抗張力強度大、價格合理、不與水及海水起反應，可模造成各種形狀； • 應避免玻璃纖維對魚之傷害。 • 乙烯(vinyl)： • 性柔軟、平滑、不透水、便宜、易清洗、需其他強軔物質支撐其結構體、可當養殖池之襯裡、但耐久性不佳。 • 聚乙烯(polyethylene；PE) • 可當作不透水襯裡、價格便宜、可製成堅硬構造體。

37. 壓克力(acrylic materials) • 試驗用魚槽、透明便於觀察、易於加工、不與淡水及海水起反應、價格貴。 • 聚丙烯(polypropylene) • 市售成品容積達1500 liters、大型水槽比玻璃纖維貴、必需以相同材料配件結合、不易與其他材質黏合。 • 聚氯乙烯(polyvinyl chloride；PVC) • 可用以建水槽、大型者需外加支撐、可以黏膠結合或加熱焊接、主要用於輸水管線、不與淡水及海水起作用。

38. 金屬材料 • 鋼鐵(steel) • 可用以造淡水槽、會生銹、適當塗裝可用於淡水及海水系統、用於結構支稱。 • 鋁(aluminum)： • 循環水系統長期使用時，必需注意溶解離子累積問題。 • 不銹鋼(stainless steel) • 使用於淡水及海水系統，但仍會有腐蝕現象。價格貴，使用當作篩網。

39. 水槽形狀(Tank Shape) • 圓形 • 矩形 • 設有分隔牆之橢圓形

40. 圓形水槽 • 圓形水槽水流由進水口延圓周切線方向注入， • 形成旋轉循環水流， • 由槽中央經豎管或底部排水口排出。

41. 圓形水槽流態 • 水由噴嘴與水平方向呈不同角度射入。 • 槽中水流混合狀況不一， • 有紊流區(turbulent zone、Zone A、C) 及 • 緩流或滯流區(Zone B)，水質差。 • 由進水區A流入之水流向出水口D 區沿徑向流動，此為自清之動力。

42. 池直徑與水深比將影響水流型態

43. 圓形池之優點 • 水流流速比矩形池快，可用以調理移轉至室外池魚之狀況 • 與水道池相比，飼料分散情形佳，自清能力較佳，可採用較小之水循環流速。 • 矩形池易建造，但由野外收集之魚苗易集中於一角落，易缺氧及受傷。 • 矩形池中之水流常有滯流區或短流現象，造成局部缺氧或代謝產物於滯流區累積，對魚產生緊迫。

44. 矩形水槽 • 池中水之循環流動狀態及短流現象，受進、出水口設計、流量大小及其他變數之影響。 • 矩形池中，除非流速與混合情形設計適當，固體廢物常積存於池中。

45. 矩形池排泥設計 • 於池底設一排水道，其上設一蓋板， • 排水需經蓋板與排水道間孔隙流出， • 使沿池地板面之水平流速加快，促進固體物之流出。 • 排水道內流速維持0.8 m/s 以上以避免固體沉澱。

46. 設有分隔牆之橢圓形水槽 • 進流水以噴嘴射入，以推動水流，或加裝水車推動水流。

47. The Foster-Lucas tank：特殊設計之橢圓形水槽，廣泛用於鮭、鱒魚養殖

48. Burrows and Chenoweth (1970) 重新設計Foster-Lucas pond成為循環矩形池，在矩形池之四個角落加裝導流葉片，中央出水口改為兩底篩網出水口。

49. 流態及短流情形之比較 • 圓形池: • 底部有短流發生，此雖非理想流態但有助於自清作用。 • 另一問題為有一呈甜甜圈狀之滯流區。

50. 水道池進出水口條件不同時，流態不同Figure 12.21a and 12.21b。 • 進水流速大時，池中紊流區較長。