钉螺的水力特性

1.钉螺的重力特性

密度是衡量物体重力特性的物理量，单位为g/cm3。钉螺不是单一的物质结构，概括地说，它是由螺壳（包括钉螺的外壳、厣）和软体（包括钉螺的头、颈、足、内脏）两部分组成。螺壳相对密度较大，经测定为2.65g/cm3，与天然泥沙相对密度较接近。软体体积有伸缩性，不易单独测定其相对密度。钉螺的软体可以全部盘曲在螺壳内，它的头、颈、足可以伸出壳外，但当遇到外界环境惊扰时便立即缩回壳内并关闭其厣，故严格地讲，螺体的几何形状并不是十分的固定。

用空气排水法测量螺体的体积，得出活钉螺的平均密度为1.80g/cm3。由于钉螺的软体部分具有伸缩性，故活钉螺的体积也是不固定的，因此，所得的钉螺平均密度只能代表近似值。

钉螺在与外界环境作用的情况下，其吸附能力表现出头足软件与吸附物体表面的抱握作用、负压作用、密封作用的程度。影响钉螺吸附力的因素包括：螺龄、载体表面糙度以及温度、湿度、照度、噪声、离心力、pH值等。刘建兵等观察钉螺吸附不同载体在不同流速中的脱落情况，钉螺吸附载体在动水中的脱落率，流速越快，脱落率越高。从载体看，朽木块脱落率最低，为9.2%；其余依次为木块条14.1%，树枝叶14.7%，芦秆叶18.3%，草茎叶最高，为29.3%。将吸附有钉螺的木板、水泥板和钢板分别置于机动船外侧的水中，观察船只在长江逆水、顺水、横渡状态下，钉螺的脱落情况，结果显示钉螺存水泥板和木板的脱落率低于钢板。

2.几何特性

钉螺是日本血吸虫唯一的中间宿主。它是雌雄异体，水陆两栖的软体动物。

中国内地的日本血吸虫，由于其分布广、自然地理及生态环境差异大、钉螺滋生的流行区类型不一，致使不同地区的日本血吸虫也存在一定差异。其中以四川为代表的山区型地域多分布于我国的西南山区，海拔较高，土地贫瘠，中间宿主多为本地光壳钉螺；而湘、鄂、赣等湖沼型流行区，多为平原丘陵地带，海拔低，土质肥沃，中间宿主多为肋壳钉螺；山区与湖区气候及地理生态环境差异大，造成两种流行区的日本血吸虫产生一定的差异。在湖区内，除湖北松滋外，其余差异较小。湖北松滋在地理上属于西南山区与长江中下游过渡地带，其中间宿主钉螺也具有过渡的外形特征，为浅肋的肋壳钉螺，同典型的光壳和肋壳钉螺都不同，具有明显的过渡特征。

在一般情况下，钉螺的外形如图3.3.1所示，近似圆锥体。从几何形态分析，代表螺体形体的特征值主要是螺高h和螺径D。螺体随钉螺的生长而逐渐增大，在不同生长期，螺体的几何形态并不完全相似。刚从螺卵孵化出来的幼螺体形短粗，随着钉螺生长，螺体由短粗逐渐变为细长。用无因次数φ来代表不同大小钉螺体形变化的特征值（φ=h/D），根据φ的大小将钉螺划分为3级，见表3.3.1。

图3.3.1　钉螺的外形

表3.3.1　钉螺分级表

3.动水沉速和启动速度

1989—1993年长江科学院和湖北省血吸虫病防治研究所合作，率先开展了钉螺及螺卵静水沉降规律、钉螺动水沉速及钉螺起动流速等水力特性试验研究，取得了一系列成果。如长江科学院和湖北血防所合作建立了钉螺的静水沉速的计算公式，并指出当钉螺吸附在坚固的床面上，起动流速大部分在107cm/s以上，在沙泥动床条件下钉螺的起动流速在30～50cm/s。

（1）动水沉速。马拆修等测定出1天、1周、3周、5周幼螺和成螺在静水条件下的爬行速度分别为（1.14±0.04）cm/min、（1.20±0.40）cm/min、（1.76±0.69）cm/min、（1.10±0.26）cm/min、（1.22±0.28）cm/min。在动水条件下，流速大于0.8m/s时，可以阻止钉螺上爬。潘昭汉等观测钉螺在动水中爬行速度，7周螺龄的钉螺，在流速0.2m/s时，钉螺100%逆水爬行，动水流速大于0.2m/s时停止爬行，成螺在动水流速0.3m/s时，钉螺84%逆水爬行，动水流速大于0.3m/s时停止爬行。在动水流速0.09m/s时，爬行速度最快（1.54cm/min），成螺在动水流速0.15m/s时，爬行速度最快（1.79cm/min）。杨先祥等观测钉螺在流速小于20cm/s时，52%的钉螺呈逆水爬行，动水流速大于20cm/s时，钉螺则不能逆水而侧向或顺水爬行。钉螺在静水中爬行无方向性。1h后有部分钉螺沿水槽壁爬出水面后，翻身悬浮于水面，并通过厣的开合微微摆动。1h内移动约1cm。幼螺与成螺相比，悬浮的时间长、比例大。

杨先祥等在特制水泥平底玻璃水槽中观测钉螺在不同流速条件下的运动状态，一般存在以下特点：

1）不论是采用螺口朝上、朝下或水平方式投放，钉螺入水后均以水平姿势下沉。

2）钉螺在下沉过程中一般都能保持平稳状态，仅有个别钉螺略有摆动。

3）在动水流速小于10cm/s时，钉螺沉到槽底后立即停止运动，不产生位移。当动水流速大于10cm/s时，钉螺沉到槽底后出现位移并有向下游滚动现象，其滚动距离随流速的增大而延长，一旦遇水底有障碍物，钉螺即停止向下游滚动。(www.xing528.com)

4）钉螺从水面下沉到槽底的运动轨迹，在动水流速小于10cm/s时接近直线，当动水流速大于10cm/s时则略呈抛物线。

5）钉螺在水槽底部的落点距水槽中心线偏离不大，约5cm。

6）观测并获得了钉螺在水体中悬浮、沉降、漂移、爬行、吸附、起动、推移等水力运动特征值以及一般规律，并建立钉螺水力运动概化模型。

研究钉螺在环形水槽中的运动规律，表明钉螺对流速具有敏感性，较小的流速对钉螺生存不会构成威胁，流速较大时，钉螺会逃避这种不利的生存环境。随着流速的增大，钉螺抵抗水流作用的能力减小，最后只能随水流运动。

近几年，有研究表明钉螺在江河沟渠水流中的运动状态主要表现为：

1）吸附于载体随水漂流。

2）作为悬移质随水流推动移行，其主要来自随水流起动的钉螺，均为7周龄以下的幼螺，因其吸附力较小而易失散。螺龄较大的野外钉螺平均吸附力为其体重的13倍，不易失散。

（2）启动速度。钉螺具有三种不同的起动状态：无吸附力（闭厣）状态；动床有吸附力起动和定床有吸附力起动状态。钉螺在不同状态下起动，其起动流速的临界值也不相同，分述如下：

1）无吸附力起动。钉螺的吸附力是在它开厣进行生物活动时才会存在，闭厣时钉螺便完全丧失了它的吸附能力。钉螺在闭厣状态下起动，起动流速的临界值最小且可以与水力因素变化建立关系。根据滚动力矩平衡以及采用垂线流速指数分布公式形式，推导得钉螺起动流速表达式为

式中　K——钉螺起动的综合系数；

　　　m——流速分布指数。

这两个无因次数均通过试验来决定。

通过对试验资料进行分析，K值随水深有所变化，当水深H≤30cm时，K=0.26；当H＞30cm时，K=0.22。

2）动床有吸附力起动。动床有吸附力起动是指钉螺吸附在可冲性河床表面上的起动。在这种状态下，由于吸附力的作用，钉螺可以抵抗一定流速的水流对它的冲击，因而起动流速的临界值要大于无吸附力的起动流速临界值。但当水流作用于螺体时受到螺体的阻碍，底部流速将发生局部绕流，当绕流流速超过床沙起动临界流速时，床面将发生冲刷并带动钉螺也随之而起动。这种情况钉螺起动的边界条件最复杂，由水流强度、床沙起动条件和钉螺吸附力强弱等诸因素所决定。因而这种状态的起动不能单纯依靠水力学方法解决。

3）定床有吸附力起动。如果河床由岩石或水泥板构成，钉螺吸附在这些不可冲（或称耐冲性强）的床面上，称为定床有吸附力起动。这种状态起动除与水力强度和钉螺吸附能力强弱有关外，还与构成床面材料的性质（木板、铁板、水泥板、岩石等）和粗糙程度有关，也不能简单依靠水力学方法解决。

在三种不同起动状态下，以无吸附力状态的起动流速为最小，最大值不超过19cm/s，最小值仅14cm/s。定床有吸附力状态的起动流速值为最大，流速达到60cm/s时只有少量钉螺可以起动，流速达107cm/s时起动的钉螺数尚在40%以内，即大部分钉螺尚未能起动。动床有吸附力状态居中，起动流速在30～40cm/s之间。

以上特点是在试验室条件下观察到的现象，影响水下钉螺运动还有其他因素，如水深、时间以及钉螺的生物特性等，在目前条件下尚难进行试验。