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

前言 養殖魚蝦貝類需要有承接之構造 本章將探討各種構造之應用、建造及維護。 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。 2018/11/8

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) 2018/11/8

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) 2018/11/8

位址選擇 坡度 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。 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。 2018/11/8

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。 池底向排水口傾斜， 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。 2018/11/8

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 2018/11/8

堤頂寬度 水壩高度  3 m 時，壩頂寬必需  2.5 m。 池塘至少有一邊設置進出通路。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

容許沉陷量 建造時土壤需壓實， 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。 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。 2018/11/8

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) 2018/11/8

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。 2018/11/8

壩高計算 水深確定後，壩高 H = h + hw + hF + hs + hFr H = 壩高 ; h = 水深; 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 Bentonite 使用量為 5 - 15 kg of bentonite/m2。 2018/11/8

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； 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

防水襯墊厚度需求 土粒微細者 含黏土碎粒者 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)。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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水道池之應用與設計 廣泛用於孵化場: 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； 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。 2018/11/8

水道池設計 設計流速: 流量 欲達自清 因魚種、密度、投餌率、水溫及供水量等因素而定。 根據耗氧率、供氧率、氨濃度及魚最大可忍受流速設定。 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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

塑膠材料 玻璃纖維(Fiberglass): 乙烯(vinyl)： 聚乙烯(polyethylene；PE) 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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

金屬材料 鋼鐵(steel) 鋁(aluminum)： 不銹鋼 (stainless 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。 2018/11/8

水槽形狀 (Tank Shape) 圓形 矩形 設有分隔牆之橢圓形 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

池直徑與水深比將影響水流型態 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

The Foster-Lucas tank：特殊設計之橢圓形水槽，廣泛用於鮭、鱒魚養殖 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

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。 2018/11/8

池中設擋板，可控制減緩進流區之紊流及短流現象，使呈層流狀(Reynolds number < 2000)。 矩形循環水池，可於紊流區設排水口，可增加水槽之自清能力 2018/11/8

筒倉式魚槽 (fish culture silo) 水深大， 進流水由底部打入，垂直往上流動，由溢流水管排出，經處理後，水循環使用。 循環流量大，養殖密度高。 2018/11/8