國外典型過魚設(shè)施建設(shè)及其運(yùn)行情況

白音包力皋，郭 軍，吳一紅

（中國水利水電科學(xué)研究院 水力學(xué)研究所，北京 100038）

1 國內(nèi)外魚道建設(shè)概況

歐洲的魚道建設(shè)歷史較悠久，最早的魚道記載約出現(xiàn)在17世紀(jì)的法國。美國則是在哥倫比亞河上基本解決了鮭魚、鱒魚等魚類的過壩問題，在河流生態(tài)保護(hù)與修復(fù)中發(fā)揮了重要作用。日本在河流上大約建設(shè)了1萬多座魚道，成為世界上魚道建設(shè)最多的國家?，F(xiàn)今在英格蘭和威爾士地區(qū)約有380座魚道，其中有100座以上是在1989年以后才修建的。世界各國魚道建設(shè)情況統(tǒng)計見表1[1]。

表1 世界各國魚道建設(shè)情況統(tǒng)計表[1]

2 國外典型魚道建設(shè)及運(yùn)行情況

以美國哥倫比亞河及其支流蛇河水利水電梯級開發(fā)、日本長良川河口堰（閘）、巴西伊泰普水利樞紐工程、“萊茵河鮭魚2000計劃”等國外典型魚道工程為案例，對國外魚道建設(shè)、運(yùn)行、管理及其效果等方面進(jìn)行分析。

2.1 哥倫比亞河過魚設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行效果

2.1.1 哥倫比亞河魚道建設(shè) 哥倫比亞河是北美州西部最大的河流，其發(fā)源于加拿大落基山西坡的哥倫比亞湖，全長1 953km，流域面積67.1萬km2。其中，在加拿大境內(nèi)分別為748km和10.4萬km2，其余部分在美國西北部，河段長1 205km，相應(yīng)流域面積56.7萬km2。該流域內(nèi)最大的支流為蛇河，位于美國境內(nèi)。

哥倫比亞河中下游河段以及支流蛇河是重要的鮭魚洄游河段，鮭魚的捕撈曾是歷史上重要的商業(yè)活動之一（19世紀(jì)后期年度商業(yè)捕撈達(dá)1 700萬kg），保護(hù)鮭魚等魚類的洄游以及為其提供生存、遷徙和繁衍條件，也成為該河流水資源開發(fā)中的一項重要任務(wù)。為此，聯(lián)邦政府通過立法規(guī)定，在河流中下游河段建設(shè)的大壩（包括在蛇河上的水利水電工程），其高度不能超過30m，并且要建設(shè)魚道。經(jīng)過40余年的建設(shè)，美國陸軍工程師團(tuán)和墾務(wù)局兩大聯(lián)邦機(jī)構(gòu)在干流下游河段和支流蛇河的下游段各建有4座水利樞紐工程，共修建了16座魚道，基本上采用的是階梯式魚道。其中，邦納維爾水利樞紐位于干流下游最末一級，壩址河道較寬闊且分汊，沙洲發(fā)達(dá)。設(shè)計者根據(jù)成年魚上溯以及幼魚降河的洄游特性的不同布置了4座魚道。其它幾座水利樞紐魚道分別布置在船閘一側(cè)和電廠一側(cè)，上溯魚類可以利用船閘運(yùn)行和電廠發(fā)電的下泄水流找到魚道的進(jìn)口。在蛇河上的2座水利樞紐，由于河道相對較窄，只布置了一座魚道，支流蛇河的羅哥瑞乃水利樞紐，其距河口超過了640km，是支流上距河口最遠(yuǎn)的建有魚道的水利樞紐工程。

圖1 哥倫比亞河魚道歷年過魚數(shù)量統(tǒng)計

2.1.2 哥倫比亞河魚道運(yùn)行效果 哥倫比亞河上各魚道的過魚效果見圖1，除2001年過魚數(shù)量較多外，1938年到2008年間各水電站魚道過魚數(shù)量基本穩(wěn)定，邦納維爾壩魚道多年平均過魚數(shù)量為72.1萬尾，而羅哥瑞乃壩魚道多年平均過魚數(shù)量為14.3萬尾[2-3]。即從哥倫比亞河邦納維爾水電站到麥克乃瑞以及上游支流蛇河愛斯哈寶至羅哥瑞乃等水電站，多年平均過魚數(shù)量逐漸減少，這種結(jié)果與自下游至上游距離和大壩數(shù)量的增加導(dǎo)致過魚數(shù)量逐漸減少的因素有關(guān)。另外，為保障魚類的繁殖，河流管理者在哥倫比亞河流域?qū)嵤┰黾吁q魚和鱒魚的自然繁殖工程，對全流域1/9的生息場所進(jìn)行產(chǎn)卵場所和生息場所建設(shè)，對600km河段進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)工作?？傊?，自20世紀(jì)30年代以來，哥倫比亞河魚道設(shè)施的改擴(kuò)建工作一直進(jìn)行著，在近30年里共投入70多億美元，使建設(shè)在哥倫比亞河下游和蛇河魚道過魚效果不斷提高。

哥倫比亞河魚道的建設(shè)和管理者十分重視對過魚效果監(jiān)測，各魚道上都安裝有各種監(jiān)測設(shè)備，現(xiàn)代觀測技術(shù)不僅可以記錄過魚的數(shù)量，還可以實時監(jiān)測魚通過魚道的情況，這為分析過魚效果、改進(jìn)過魚設(shè)施提供了重要信息。

2.2 日本長良川河口堰魚道

2.2.1 魚道建設(shè)情況 長良川發(fā)源于日本岐阜縣郡上市大日峰，流經(jīng)三重縣匯流于揖斐川，是流入伊勢灣木曾川的一級支流。為了防止洪水災(zāi)害和海水上溯，同時開發(fā)利用水資源，于1994年在長良川河口修建了擋水堰，堰高8.2m，堤頂長度661m。長良川河口堰共設(shè)置了誘魚水流式魚道、鎖式魚道（船閘式）、溪流式魚道等5座不同型式的魚道，滿足不同遷徙特性魚類和螃蟹、蝦類等爬行動物的過閘需求。其中，右岸有溪流式魚道、誘魚水流式魚道和鎖式魚道3座，左岸有鎖式魚道和誘魚水流式魚道2座。

2.2.2 魚道運(yùn)行效果 為了檢測魚道過魚效果，在5座魚道中，對左岸誘魚水流式魚道的河岸一側(cè)階梯式魚道采用錄像方式調(diào)查香魚幼魚過閘數(shù)量，歷年過魚數(shù)量見圖2所示。從圖可知，1995—2007年間該魚道年平均過魚數(shù)量約42.8萬尾[4]。而2008年和2009年過魚數(shù)量明顯增加，分別達(dá)到了270萬尾和217.4萬尾。需要說明的是，以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)只是左岸誘魚水流式魚道中河岸一側(cè)魚道的過魚數(shù)量，不包括其他魚道過魚數(shù)量?？梢姡L良川魚道的過魚效果非常好，屬于日本成功魚道之一。

圖2 長良川河口堰魚道過魚數(shù)量統(tǒng)計

2.3 巴西伊泰普水利樞紐魚道伊泰普水利樞紐于20世紀(jì)80年代建成，至今運(yùn)行已經(jīng)有20多年。由于水利樞紐建設(shè)在著名的伊瓜蘇瀑布附近，每年有眾多水利水電工程領(lǐng)域的專家、學(xué)者來此進(jìn)行技術(shù)交流，也有世界各國數(shù)百萬的游客到此參觀。該工程在設(shè)計和建設(shè)期間并未考慮設(shè)立過魚設(shè)施。直到20世紀(jì)后期，該工程的建設(shè)管理者從保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境以及生物多樣性角度出發(fā)，決定增設(shè)過魚設(shè)施，以解決巴拉那河壩址段的魚類洄游問題。該過魚設(shè)施于2002年建成，2004年投入運(yùn)行。

2.3.1 過魚設(shè)施建設(shè)情況 伊泰普水利樞紐（最大壩高196m）過魚設(shè)施位于主體工程的左岸，由于上下游進(jìn)出口距離長達(dá)約10km，設(shè)計者充分利用位于原河流左岸的一段支流，建設(shè)了3座魚道、3個人工湖，形成了世界上最長、水頭落差最大、結(jié)構(gòu)形式最為復(fù)雜的過魚設(shè)施。中間設(shè)置的人工湖是供魚類休息的場所，通過對進(jìn)出口高程的設(shè)置和魚道的設(shè)計，保證了洄游魚所需要的最小水深。在魚道上游進(jìn)水口處設(shè)有平板閘門和弧形閘門，起到調(diào)節(jié)或控制魚道內(nèi)流量（或流速）的目的。在3座魚道中，除1座魚道結(jié)合水上漂流運(yùn)動，邊墻采用混凝土襯砌外，另2座魚道的側(cè)邊均采用塊石的護(hù)坡形式，以創(chuàng)造接近自然河道的水流條件和景觀。

根據(jù)魚類洄游對水流條件的要求，誘魚的最大流量不超過20m3/s，適應(yīng)魚類洄游的流量為11.4m3/s，魚道內(nèi)最大流速不超過3m/s；魚道斷面一般采用了梯型斷面，底寬4～12m不等，兩岸邊坡1∶1～1∶1.5；魚道底坡3.1%～6.25%不等，底部為非平滑，以創(chuàng)造適應(yīng)魚類喜愛的流態(tài)；為魚類提供了面積大小不等的3個休息池，最小水深有3m。

2.3.2 過魚設(shè)施的運(yùn)行效果 針對洄游魚所需要的水流條件和回溯時間的要求，專門制定了各魚道進(jìn)口處閘門的運(yùn)行調(diào)度規(guī)則。如在洄游初期，為了誘魚，過魚設(shè)施內(nèi)需要較大的流量，最大可達(dá)20m3/s，當(dāng)魚類上溯時，渠道里的流量控制在11.4m3/s。

針對伊泰普水利樞紐過魚設(shè)施比較長，科研人員在整個過魚設(shè)施5個不同地段布置了無線電發(fā)射接收器，監(jiān)測洄游魚類的游動范圍、距上下游進(jìn)出口的距離、以及這些魚類在不同水流條件下的適應(yīng)情況。2005年6月獲得的監(jiān)測結(jié)果表明，在捕捉到的126種魚類中，有35魚種具有洄游特性[5-6]。

伊泰普水利樞紐魚道是已建工程上補(bǔ)建的典型案例，生態(tài)學(xué)家對該過魚設(shè)施運(yùn)行效果的評價認(rèn)為：該過魚設(shè)施是有效的，但是從目前監(jiān)測到的過壩的魚總體個體還比較小，降河的效果還不夠理想，還需要進(jìn)一步了解魚的生活習(xí)性和適應(yīng)魚洄游的水流條件。

2.4 “萊茵河鮭魚2000計劃”及效果

2.4.1 “萊茵河鮭魚2000計劃” 萊茵河是歐洲大陸上一條重要的鮭魚和其它洄游型魚的河流，捕撈鮭魚曾成為18—19世紀(jì)期間一個重要的商業(yè)行為。近200年來，特別是第二次世界大戰(zhàn)以后，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，過渡捕撈、河道的渠化、工業(yè)污水的排放、繁忙的內(nèi)河航運(yùn)等人類活動導(dǎo)致萊茵河水質(zhì)惡化、干流上建壩（共建設(shè)了21座水電站）阻礙了魚的洄游，河口入海通道的改變以及已建的魚道過魚效果不理想，到20世紀(jì)下半葉，鮭魚在萊茵河中幾乎消失。

20世紀(jì)80年代，萊茵河流域管理委員會和沿河國家意識到必須重塑萊茵河的生態(tài)，使鮭魚重新回到萊茵河，于是啟動了“萊茵河鮭魚2000計劃”。該計劃主要包括建設(shè)污水處理廠、改善河道水體水質(zhì)、增建或改建魚道、清除河道中妨礙魚類上溯的建筑物、保護(hù)魚類產(chǎn)卵場、引入大西洋鮭魚種、為洄游魚制定專門的調(diào)度方案和相關(guān)政策等內(nèi)容。

2.4.2 “萊茵河鮭魚2000計劃”效果 經(jīng)過各國的共同努力，在2000年時鮭魚洄游到達(dá)了位于德國境內(nèi)的Iffezheim水電站（距萊茵河口約700km），實現(xiàn)了計劃目標(biāo)。該水電站原來曾建設(shè)了魚道，但過魚效果不理想。為此，法國電力公司（EDF）、EnBW、法國和德國政府以及EU-LIFE項目在1998—2000年間共同出資730萬歐元，建設(shè)了一條300m長，10m水頭的新魚道，2000年建成投入運(yùn)行便發(fā)現(xiàn)了洄游的魚，之后的幾年內(nèi)均進(jìn)行了監(jiān)測，每年有7000～21 000尾鮭魚回溯到上游，見表2。

表2 萊茵河德國境內(nèi)Iffezheim大壩監(jiān)測的魚類過魚道數(shù)量

從該項目實施效果看到保障鮭魚回到萊茵河所需要的重要條件：（1）改善萊茵河水質(zhì)，在全年內(nèi)有效控制水體的過飽和度；（2）持續(xù)改善河道內(nèi)的生態(tài)條件，控制外來魚種的數(shù)量；（3）鮭魚成功洄游到Iffezheim水電站為實現(xiàn)鮭魚繼續(xù)上溯提供了寶貴的經(jīng)驗。為進(jìn)一步提高鮭魚等洄游魚回到萊茵河的數(shù)量和上溯效果，萊茵河保護(hù)國際委員會（ICPR）制定了“萊茵河鮭魚2020計劃”。

3 結(jié)論

（1）魚道是保護(hù)或重塑河流生態(tài)環(huán)境的重要工程措施之一。在具有洄游魚類的河流上建設(shè)水利樞紐工程中通過建設(shè)過魚設(shè)施可為魚類提供上溯或降河遷徙的過壩通道。（2）建設(shè)一座具有良好過魚效果的魚道，需要付出艱苦的努力，通常要經(jīng)過不斷地探索和持續(xù)地改進(jìn)，使之更加適合魚類過壩的要求，這在國外的魚道建設(shè)中已經(jīng)得到了驗證。另外，在魚類遷徙時期，開展生態(tài)調(diào)度運(yùn)行，是保證和提高過魚效果的重要措施。（3）在魚道中設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)施是分析和評價魚道過魚效果的重要手段，通常要進(jìn)行持續(xù)若干年的觀測過程，才能對過魚效果進(jìn)行分析評價。（4）本調(diào)研的案例表明，可以將過魚設(shè)施的建設(shè)與工程建設(shè)的綜合開發(fā)目標(biāo)相結(jié)合，不僅實現(xiàn)了工程建設(shè)中的環(huán)境生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，也可以將工程的建設(shè)和科研、科普教育和旅游開發(fā)相結(jié)合，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，真正實現(xiàn)人與自然的和諧。（5）各國魚道建設(shè)的保護(hù)目標(biāo)不同，采用的技術(shù)也各有特色，我們應(yīng)學(xué)習(xí)國外魚道設(shè)計和建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)與管理的理念，借鑒他們在魚道設(shè)計和工程建設(shè)的技術(shù)與經(jīng)驗教訓(xùn)，避免簡單的照搬照抄。

[1]白音包力皋，王玎，等.魚道水力學(xué)關(guān)鍵問題及設(shè)計要點[M]//水力學(xué)與水利信息學(xué)進(jìn)展2009.西安：西安交通大學(xué)出版社，2009：206-211.

[2]North pacific division U.S Army Corps of Engineers.2004 Annual Fish Passage Report Columbia and Snake riv-ers for Salmon，Steelhead，Shad and Lamprey[R].2005.

[3]Fish Passage Center of the Columbia Basin Fish&Wildlife Authority，F(xiàn)ish passage Center 2008 annual report[R].August 31，2009.

[4]日本長良川河口堰主頁：http：//www.gix.or.jp/～naga02/nagara/japanese/05_sojyo/inde x.htm.

[5]Ademar Sergio FIORINI，et al，Itaipu Dam“Piracema”migration channel[Z].Proceedings of The 22nd Congress of ICOLD，Vol.2，Q85，Madrid，Spain，2006.

[6]Sergio Makrakis，et al，The Canal da Piracema at Itaipu Dam as a Fish Pass System[Z].Neotropical Ichthyology，2007.