峽江魚道過魚效果初步評價

黃立章，萬小明，陳 濤，張建華

(1江西省水利規(guī)劃設計研究院，南昌，330029；2江西省水工結構工程技術研究中心，南昌，330029)

江西峽江水利樞紐工程位于贛江中游峽江縣老縣城(巴邱鎮(zhèn))上游峽谷河段，距巴邱鎮(zhèn)約6 km，項目是以防洪、發(fā)電、航運為主，兼顧灌溉等水資源綜合利用的大型水利樞紐工程。峽江水利樞紐對魚類的影響主要為洄游通道的阻隔影響[1]。根據(jù)國家有關法律法規(guī)[2]及技術指南[3]的要求，在有珍稀、特有和重要經(jīng)濟價值的魚類洄游通道建閘、筑壩，必須修建過魚設施。為減少工程建設對贛江魚類的不利影響，峽江水利樞紐的過魚設施選用魚道。

魚道最早出現(xiàn)于1662年的法國，當時法國南部的貝阿爾恩省規(guī)定，要求在堰壩上建造供魚上、下通行的通道[4]。中國關于魚道的研究起步較晚，最早提及魚道概念的是在開發(fā)富春江七里垅電站時進行的關于科學試驗和水系生態(tài)環(huán)境的調(diào)查[5]。但是由于種種原因，直到2000年以后隨著中國水利水電工程建設蓬勃發(fā)展，水利水電工程的魚道建設才得以重視[6-7]。魚道的建設與有效運行，對于減緩大壩對魚類的阻隔影響，維持魚類及其他水生生物的上下游自由洄游與種質(zhì)交流起到重要的生態(tài)意義，也是河流生態(tài)健康的一個重要指標。但是，有關調(diào)查研究表明，中國大部分魚道過魚效果并不理想[5]，如洋塘魚道等[8]。

對魚道過魚效果開展監(jiān)測可以有效評價魚道設計的合理性、科學性，但是目前對有過魚設施的過魚效果監(jiān)測與評價數(shù)量較少[9]，而國內(nèi)圍繞過魚設施的過魚效果評價尚未系統(tǒng)、全面開展，公開發(fā)表的成果也較少[10-11]。江西省水利規(guī)劃設計研究院于2011年5月完成了峽江魚道的相關設計，魚道已和主體工程同時完工，2016年9月魚道監(jiān)測系統(tǒng)投入運行。國內(nèi)魚道一般采用張網(wǎng)法和堵截法對魚道過魚效果進行監(jiān)測[12]。本研究利用監(jiān)測儀器系統(tǒng)結合人工觀察對其過魚效果進行監(jiān)測，研究結果對峽江魚道優(yōu)化調(diào)整具有重要的參考意義。

1 材料與方法

1.1 魚道結構與布置

目前獨立魚道常見的結構樣式有丹尼爾式、溢流堰式和垂直豎縫式。由于垂直豎縫式魚道能夠適應上下游水位的變化，而且，表層魚類和底層魚類都可以適應垂直豎縫式魚，更利于上下游各種魚類的交流，為目前魚道普遍采用的結構，2000—2014年期間生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心技術評估的31個獨立魚道中垂直豎縫式魚道占67.8%[7]。峽江魚道采用垂直豎縫式，布置于峽江水利樞紐右岸場地，進口位于電站廠房尾水渠右側，緊靠尾水，出口位于距擋水壩上游約340 m岸邊處，由上游魚道(出口段)、壩體過魚孔口、下游主、副魚道(進口段)、集魚系統(tǒng)及連接段組成。低水位時魚道總長度905 m，高水位時魚道總長度696.0 m，坡度1/60，魚道寬度3 m。魚道水池長度3.6 m，運行水深3 m，池室深度3.5 m。魚道設計主要過魚季節(jié)為4—7月，設計流速0.7～1.2 m/s，工程設置總池室205個，設置休息池數(shù)量21個。峽江魚道結構與布置見圖1。

圖1 峽江魚道平面布置圖

1.2 集魚、補水系統(tǒng)

研究表明，水流的流態(tài)對魚類行為的影響被認為是最原始和最切實有效的[4,13-14]。魚道的過魚效果往往取決于魚道進口的吸引效果[15]。為使魚類能進入魚道，魚道需設置一套完整誘魚、補水系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的集魚槽、進魚口的流速是誘魚關鍵因素，同時利用洄游性魚類對局部的水流、水花、濺水聲較敏感，有一定的趨向性的特點，在過魚設施的進口設置輔助供水系統(tǒng)，該供水系統(tǒng)噴出的水柱濺落時，在過魚設施的進口形成水流、水花、濺水聲，有利于吸引魚類，提高過魚效果。峽江水利樞紐具有發(fā)電功能特點，魚道采用電站發(fā)電尾水誘魚，根據(jù)魚類習性，設置正向、側向兩套進魚系統(tǒng)，分別為廠房尾水集魚和河岸式進魚系統(tǒng)。廠房尾水集魚系統(tǒng)呈長廊道式橫跨廠房尾水前沿，由補水槽與集魚槽兩大部分組成，寬度分別為100 cm和200 cm，長度均為210 m，主要由補水槽、出水孔、消能室、集魚槽和進魚口等設施組成。河岸式進魚系統(tǒng)位于下游進水閘外側，進魚孔口寬1.0 m，高3.5 m，利用補水涵加大流量與流速，使進口處水流速控制在0.7 ～1.2 m/s，提高誘魚能力。魚道進口誘魚集魚系統(tǒng)平面布置及剖面見圖2。

垂直豎縫式魚道自身下泄水量遠不能滿足集魚系統(tǒng)的用水需求，需要引自上游水庫補水，補水系統(tǒng)是為過魚設施下端補充用水提供水源、控制及補給。魚道補水系統(tǒng)為鋼管涵，位于安裝間左側靠近廠房處，在進水口設置補水涵控制閘門，閘孔口尺寸為150 cm×150 cm方形，閘后接鋼管，與補水槽相接，為廠房尾水集魚系統(tǒng)補水，另1根為直徑72 cm鋼管，與下游進水閘相接，為河岸式進魚口補水。

圖2 峽江魚道進口誘魚集魚系統(tǒng)平面布置(1)及剖面圖(2)

1.3 監(jiān)測系統(tǒng)

為了監(jiān)測過魚設施水位及流速，在魚道2個進口、出口及匯合池、池室(含休息池)段分別設置1套水位計和1套旋槳流速儀。根據(jù)魚類監(jiān)測需求，在魚道2個進口、出口及匯合池分別設置一套水下攝像機和補光燈設備，共4套(8臺，每套2臺)水下攝像系統(tǒng)定性觀測魚類進出狀況。為了更好地進行魚類計數(shù)工作，魚道設2套紅外檢測計數(shù)系統(tǒng)，分別布置于主、副魚道匯合池處。魚道設置3臺測量控制單元，分別接收魚道進口、出口及觀測室(匯合池)處設備所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在測量控制單元匯合，先傳至觀察室，再由觀察傳至中控室，采用軟件進行分析；水力學方面數(shù)據(jù)直接傳至中控室。紅外線水下視頻系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理主要是通過系統(tǒng)自帶處理軟件，后期人工抽樣復核的方式進行。

2 結果

2.1 種類組成

表1 峽江魚道魚類種類組成

2.2 魚道上行/下行統(tǒng)計

魚道監(jiān)測系統(tǒng)2016年9月投入運行，2017年監(jiān)測魚道上行/下行魚數(shù)共計67.8萬尾，其中上行占過魚總數(shù)的41.67%，下行占58.33%。從監(jiān)測結果可知，無論上行還是下行，均以中魚數(shù)量最多，其次為小魚、大魚，過魚體長20～50 cm的中魚占過魚總數(shù)的46.74%，小魚42.58%，大魚僅為10.68%，魚道上行/下行魚數(shù)統(tǒng)計見圖3。

注：小魚指魚長區(qū)間為0～20 cm、中魚指魚長區(qū)間為20～50 cm、大魚指魚長區(qū)間為50 cm以上。下同

圖3魚道過魚上行/下行數(shù)據(jù)統(tǒng)計

Fig.3Statisticsonfishnumberpassingthroughupstream/downstreamfishpass

2.3 按月和季度過魚統(tǒng)計

監(jiān)測結果表明，每月過魚數(shù)量差異非常大，過魚數(shù)量最多的月份是7月，過魚15.30萬尾，占總過魚量的22.5%，最少的是1月，過魚2 342尾。從每季度過魚數(shù)量看，二季度過魚數(shù)量最多，最少的是一季度，一季度至四季度過魚數(shù)量占總過魚量的比例分別為3.06%、49.17%、42.17%、5.61%，每月過魚數(shù)量見圖4。

圖4 每月平均過魚統(tǒng)計

2.4 24 h過魚統(tǒng)計

據(jù)有關資料[8]，魚道過魚數(shù)量在24 h里分布是不一樣的。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，10:00至16:00是過魚的高峰，過魚數(shù)量最多，該時段過魚量占總過魚量的56.5%，其中小魚過魚數(shù)量約占小魚過魚總量的51.2%，中魚占總過魚量的62.6%，大魚占大魚總過魚量的56.7%。晚上19:00至次日6:00數(shù)量較少，該時段過魚量占總過魚量的22.9%，見圖5。

圖5 每小時平均過魚統(tǒng)計

3 討論

3.1 過魚種類

2017年在峽江魚道中觀察到包括魚、草魚、鰱魚在內(nèi)的魚類有22種，占壩下水域總種類數(shù)的34.92%，證明魚道具有較好的過魚效果。在峽江魚道內(nèi)共觀察的魚種以小型魚類為主，共觀察到13種小型魚類，如鱖(Sinipercachuatsi)、大眼鱖(Sinipercakneri)、粗唇鮠(Leiocassiscrassilabris)和銀鲴(Xenocyprisargentea)等，以體長為0～50 cm中小魚則說明過魚以小型魚類為主，魚類上行可以克服魚道流態(tài)和流速等因素，從魚道計數(shù)設備中未觀測到的鳙魚、赤眼鱒，也未觀察到鱤魚等大型魚類，據(jù)水庫管理部門介紹，魚道進口的鐵柵欄尺寸偏小是妨礙大個體魚類進入魚道的原因之一。根據(jù)設計資料[17]，峽江魚道過魚對象主要為青魚、草魚、鰱魚、鳙魚、赤眼鱒，由于峽江魚道2017年是處于試運行階段，因此還需要開展長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)積累與分析，才能全面判斷出過魚種類。

3.2 過魚時段

魚道過魚受到的影響因素比較多[18]，除了溫度、光線以外，尤以魚道復雜的水流環(huán)境影響最大，不同的水文狀況下，魚道運行效果的差異非常明顯，魚道上、下游水位落差變化，往往導致近魚口的流速發(fā)生變化，而進魚口的流速和流態(tài)是誘魚的關鍵。目前也有試驗[19]通過建立魚道等過魚設施的模型，對魚類的水動力學、過魚設施的水流條件進行模擬，研究其流速分布以保證過魚目標能安全迅速地通過過魚設施。

峽江魚道季節(jié)過魚很明顯，過魚集中在第二季度和第三季度，過魚數(shù)量達到了全年過魚數(shù)量的91.34%。過魚的季節(jié)差異性不僅在國內(nèi)魚道監(jiān)測到[12]，在國外魚道也存在這種差異性[20-21]。季節(jié)差異與其尋找繁殖、生長和捕食的場所有關，季節(jié)洄游是魚類長期適應外界環(huán)境改變而逐漸形成的一種習性，引起魚類季節(jié)洄游的原因是多方面的，包括外界環(huán)境因素、內(nèi)部生理要求以及歷史遺傳因素等。溫度對季節(jié)洄游往往起著決定性因素，水溫下降的遲早，直接影響魚類從繁育場地向越冬場地遷移的時間和速度。江西本地一般而言約在5月初到10月上旬，即在春季、夏季至中秋時節(jié)，氣溫開始上升，適宜水體中的浮游生物繁殖生長，魚類垂直移動行為也會隨之加強。中秋以后逐漸進入嚴寒冬季，氣溫也開始逐漸下降，水體的浮游生物活動會隨之減弱和減少，魚類逐進入深水區(qū)，洄游行為也將大大減少。

峽江魚道過魚數(shù)量晝夜差別很大，白天多，約占82%，晚上僅為18%，一天中10:00至16:00是過魚的高峰，和西牛魚道監(jiān)測結果相似[12]。過魚的晝夜差別，可能和光線、溫度有關，光線和水溫是影響魚類行為活動的重要因素，白天光線強烈，水溫高，魚類活動能力活躍，到了晚上行為能力則要差很多。

3.3 過魚效果比較

目前國內(nèi)2000年后建成的魚道工程約為10座，大部分魚道未開展過魚效果監(jiān)測[7]。國內(nèi)較為成功的洣水洋塘魚道平均每年過魚約54萬尾，平均每月約4.5萬尾[8]，而峽江魚道2017年過魚67.8萬尾，過魚基數(shù)大，因此過魚效果優(yōu)于洣水洋塘魚道。峽江魚道過魚效果同樣優(yōu)于長洲水利樞紐魚道[22]，其2012年過魚20 072尾，也優(yōu)于崔家營航電樞紐魚道[23]，老龍口水利樞紐魚道[24]。因此，與國內(nèi)為數(shù)不多的有正式發(fā)表監(jiān)測成果的魚道相比，峽江魚道過魚效果較為明顯。

4 結論

峽江魚道過魚數(shù)量及上行魚數(shù)量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，過魚數(shù)量的增加，有助于減緩峽江水利樞紐工程建設產(chǎn)生的阻隔效應，促進上下游魚類群落的遺傳交流。2017年在峽江魚道中觀察到22種魚類，過魚以體長為0～20 cm、20～50 cm中小魚為主，尚未觀察到鳙魚、 赤眼鱒，也未觀察到兼顧過魚對象鱤魚。鳙魚、赤眼鱒、鱤魚以及其他魚類能否通過魚道實現(xiàn)上下游的交流，還有待觀察。 峽江魚道過魚集中在第二、第三季度，以第二季度數(shù)量最多；7月過魚數(shù)量最多，1月最少，7月過魚數(shù)量約是1月的65倍；過魚集中在白天的10:00至16:00，晚上19:00至次日6:00數(shù)量最少。

□