淡水壳菜生物污损对水工混凝土的侵蚀机理及防治技术研究进展-《混凝土与水泥制品》杂志社

淡水壳菜生物污损对水工混凝土的侵蚀机理及防治技术研究进展

Research progress on erosion mechanism and prevention and control technologies of Limnoperna fortunei biofouling on hydraulic concrete

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关键词：

淡水壳菜；水工混凝土；生物污损；侵蚀；耦合效应；性能劣化；防治技术

Key words：

Limnoperna fortunei; Hydraulic concrete; Biofouling; Erosion; Coupling effect; Performance degradation;Prevention and control technology

刊期：

2026年第9期

DOI：

10.19761/j.1000-4637.25040213

文章编号：

基金项目：

国家重点研发计划项目（2024YFC3212400）；安徽省(水利部淮河水利委员会）水利科学研究院自主研发计划项目（KY202301）；安徽省自然科学基金项目（2208085US11）。

作者：

刘长顺1，2，3，4，张笑天2，甘保柱2，朱田生1，3，姚亮1，3

单位：

1.安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院，安徽蚌埠 233000；2.安徽省建筑工程质量监督检测站有限公司，安徽蚌埠233000；3.水利部巢湖及淮河流域河湖复苏技术创新中心，合肥 230088；4.固镇县永固建设工程质量检测有限公司，安徽蚌埠233700

摘要

摘要：淡水壳菜的大规模附着与繁殖对水工混凝土的安全运行构成安全性威胁，其生物污损已成为水利工程耐久性能领域的新兴挑战。本文介绍了淡水壳菜的生物特性（强适应性、高繁殖力及高附着强度），分析了其侵蚀混凝土的机理（物理磨损、化学溶解与生物膜耦合协同作用），基于现有防治淡水壳菜的三种方式（涂覆物理涂层、添加化学药剂、引入天然捕食者与竞争者的生物防治）提出了未来防治淡水壳菜的技术路线，如研发绿色靶向材料、构建智能监测体系、推动标准化建设。综述成果可为水工混凝土结构的生物污损防控设计、施工养护及运维管理提供参考。

Abstract: The massive attachment and reproduction of Limnoperna fortunei pose a threat to the safe operation of hydraulic concrete structures, and its biofouling has become an emerging challenge in the field of durability of hydraulic engineering. This paper introduces the biological characteristics of Limnoperna fortunei (strong adaptability, high fecundity and high adhesion strength), and analyzes its concrete erosion mechanisms (coupled synergistic effects of physical abrasion, chemical dissolution and biofilms). Based on the three existing control approaches against Limnoperna fortunei, namely applying physical coating, adding chemical agents, and implementing biological control by introducing natural predators and competitors, this paper proposes future technical routes for its prevention and control, including the development of green targeted materials, establishment of an intelligent monitoring system, and promotion of standardization. The review findings can provide references for the biofouling prevention design, construction maintenance and operation and management of hydraulic concrete structures.

结论

（1）淡水壳菜作为具有较强适应性和繁殖力的入侵物种，适宜在15～30 ℃、流速平缓的富营养淡水环境生存，繁殖扩散能力强，浮游幼虫易在水工混凝土表面分泌足丝密集附着生长，其大量附着会显著增大混凝土表面粗糙度，增加输水阻力，足丝嵌入混凝土中加剧表层结构疏松与裂缝扩展，其代谢及腐解产物产生酸性物质，会溶蚀水泥、加速混凝土中钢筋的锈蚀，大幅提升水利工程的运维成本，严重缩短水工混凝土构筑物的服役寿命。
（2）淡水壳菜对水工混凝土的侵蚀具有物理-化学-生物膜三重耦合机制，即生物膜营造腐蚀微环境、化学溶蚀劣化混凝土基体、物理附着挤压扩展裂缝，三者相互促进、协同叠加，加速了水工混凝土结构老化与性能的衰减。
（3）基于现有防治淡水壳菜的三种方式（涂覆物理涂层、添加化学药剂、引入天然捕食者与竞争者的生物防治）提出了未来防治淡水壳菜的技术路线：①研发绿色靶向材料；②构建智能监测体系；③推动标准化建设。
（4）本文综述成果可为南水北调、抽水蓄能电站等国家水网工程提供技术储备。

参考文献

[1] 徐梦珍,李威,于丹丹,等.抽水蓄能电站中淡水壳菜生物污损及防治[J].水力发电学报,2016,35(7):75-83.
[2] Yennawar P L,Thakur N L,Anil A C,et al.Ecology of the wood-boring bivalve martesia striata (pholadidae) in Indian waters[J].Estuarine Coastal & Shelf Science,1999,49(S1):123-130.
[3] 高菲,梅朝,陈思宝,等.输水工程淡水壳菜污损风险及减缓措施[J].人民长江,2024,55(增刊1):1-5,20.
[4] 亢景富,冯乃谦.水工混凝土耐久性问题与水工高性能混凝土[J].混凝土与水泥制品,1997(4):4-10.
[5] Pérez M G.Concrete deterioration by golden mussels[J].RILEM,2003,7:235158.
[6] Camba C,Mier J L,Carral L,et al.Erosive degradation study of concrete augmented by mussel shells for marine construction[J].Journal of Marine Science and Engineering,2021,9(10):1087.
[7] 孟涵敬,罗州,刘俐.水工混凝土防护涂层研究进展[J].混凝土与水泥制品,2024(5):37-41.
[8] 王海涛,张东兴,郑岩.防除海洋污损生物附着的技术研究进展[J].水产学杂志,2018,31(6):47-50.
[9] 夏世法,窦铁生,李敬玮,等.环氧涂层材料在输水隧洞淡水壳菜防治中的研究与应用[C]//中国水利学会水工专业委员会.水工混凝土建筑物检测与修补加固技术新进展——第十四届全国水工混凝土建筑物修补加固技术交流会论文集.吉林:中国水利学会水工专业委员会,2017:132-134.
[10] 朱耘志,杨宏伟,周磊.基于空化射流技术的淡水壳菜水下清理系统建设与应用[J].中国水运,2022,22(24):53-55.
[11] 刘哲,陈朝湘,吴婉华,等.去除长距离原水输水管道中淡水壳菜的方法研究[J].净水技术,2014,33(A2):109-112.
[12] 王睿.长距离输水管线中淡水壳菜的氧化杀灭去除技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011.
[13] Mcennulty F R,Bax N J,Schaffelke B,et al.A review of rapid response options for the control of abwmac listed introduced marine pest species and related taxa in australian waters[J].Centre for Research on Introduced Marine Pests CSIRO Marine Research,2001,23:101.
[14] Macisaac H J.Size-selective predation on zebra mussels (dreissena polymorpha) by crayfish (orconectes propinquus)[J].Freshwater Science,1994,13(2):206.
[15] 刘正平,简云忠,夏一丹.初探淡水壳菜的危害及处理措施——以糯扎渡水电站为例[C]//2021年电力行业技术监督工作交流会暨专业技术论坛.2021年电力行业技术监督优秀论文集.贵阳:中国电力技术市场协会,2021:746-751.
[16] 郑航桅,潘志权.淡水壳菜防治涂料对输水管涵糙率的影响及效益评价[J].中国给水排水,2021,37(24):87-92.
[17] 闫军涛,张社荣,马梓奡,等.输水建筑物表面淡水壳菜防治涂层研发及适用性分析[J].水利学报,2024,55(3):325-335.
[18] 姚国友,徐梦珍,雪晖等.防淡水壳菜附着涂料的快速评价指标体系[J].清华大学学报(自然科学版),2015,55(9):957-963.
[19] 杨永民,潘志权,蔡杰龙.淡水壳菜侵蚀混凝土的微观机制与界面化学演变[J].水利学报,2023,54(5):612-620.
[20] Yao Guoyou,Xu Mengzhen,An Xuehui.Concrete deterioration caused by freshwater mussel Limnoperna fortunei fouling[J].International Biodeterioration & Biodegradation,2017,121:55-65.
[21] 左世昌,余军.水质净化厂中淡水壳菜控制措施及对脱氮的影响[J].中国给水排水,2025,41(1):71-77.
[22] 李荣,胡建坤,王霖,等.淡水壳菜对原水水质的影响[J].净水技术,2022,41(2):47-52.
[23] 刘长欣,余红玲,王晓玲,等.考虑淡水壳菜腐烂影响的长距离输水隧洞检修通风方案优化方法[J].水利学报,2025,56(3):375-386.
[24] 张建建.淡水壳菜附着对有压输水建筑物水力特性的影响研究[D].天津:天津大学,2022.
[25] Demirbas A.Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combustion related environmental issues[J].Progress in Energy and Combustion Science,2005,31(2):171-192.
[26] Xiao Ran,Liu Defu,Xu Yaqian,et al.A review of the effects of Limnoperna fortunei (dunker, 1857): Invasion on hydraulic structures and ecosystems and their control[J].Sustainability,2025,17(5):2240.
[27] Lee B P,Messersmith P B,Israelachvili J N,et al.Mussel-inspired adhesives and coatings[J].Annual Review of Materials Research,1989,41(1):99-132.
[28] 洪洁.输水管道中淡水壳菜的危害特性及控制措施研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2012.
[29] Tomoto T,Moriyoshi A.Decalcification mechanism of concrete by organic matters in atmosphere[J].Canadian Journal of Civil Engineering,2008,35:744-750.
[30] Li Junming,Cao Hailei,Jiao Wenbin,et al.Biological impact of lead from halide perovskites reveals the risk of introducing a safe threshold[J].Nature Communications,2020,11(1):310.
[31] 杨永民,潘志权,蔡杰龙,等.淡水壳菜对大型输水工程混凝土表面侵蚀及防治措施研究[J].广东水利水电,2018(2):50-56.
[32] Sánchez L,Fernández R,González J E.Multi-field coupling mechanism of biofouling-induced concrete degradation in freshwater ecosystems[J].Construction and Building Materials,2022,341:127742.
[33] 孙伟,李振华,陈志刚.纳米改性环氧涂层对淡水壳菜的抗附着性能研究[J].材料导报,2022,36(14):21020-21025.
[34] 王立新,张明,周海洋.三角鲂调控淡水壳菜种群密度的生态效应[J].水生生物学报,2023,47(3):456-464.

引用本文

刘长顺,张笑天,甘保柱,等.淡水壳菜生物污损对水工混凝土的侵蚀机理及防治技术研究进展[J].混凝土与水泥制品,2026,53(9):165-170. Liu Changshun,Zhang Xiaotian,Gan Baozhu,et al.Research progress on erosion mechanism and prevention and control technologies of Limnoperna fortunei biofouling on hydraulic concrete[J].China Concrete and Cement Products,2026,53(9):165-170 (in Chinese).

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