國內(nèi)外魚道發(fā)展探析

伍銘杰，諸 韜

（廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510635）

人類為了提高自身的生存環(huán)境，開始不斷興修水利工程以滿足人類與社會的經(jīng)濟(jì)效益需求。伴隨著越來越多水利工程的修建，其河流生態(tài)系統(tǒng)本身的需求卻在不同程度上被忽視，造成了江河阻隔。這不但阻斷了河流中洄游魚類的上溯通道，也影響了上游營養(yǎng)物質(zhì)向下輸移和上游產(chǎn)卵區(qū)魚苗對下游魚類資源的補(bǔ)充，使得水利工程潛存的生態(tài)問題越來越嚴(yán)重與突出，甚至造成氣候改變、生物滅絕等生態(tài)問題[1-3]。以富春江為例，在修建水利樞紐之前，富春江有各種魚類110多種，年產(chǎn)魚在3.5～4萬擔(dān)，其中聞名海外的鰣魚年產(chǎn)量在1～1.5千擔(dān)；而隨著大壩的修建完成，富春江的年產(chǎn)魚量下降到了不足5千擔(dān)，而鰣魚年產(chǎn)量下降到了不足1擔(dān)；而葛洲壩水利工程的建設(shè)也對中華鱘的生存環(huán)境造成影響。修建前，產(chǎn)卵的中華鱘逆水而上直達(dá)金沙江，而葛洲壩修建后，截斷了長江，洄游的中華鱘只能到達(dá)壩下，至使產(chǎn)卵江段由原來的800 km縮減到7 km，產(chǎn)卵場數(shù)量由原來的16處減少到1～2處，產(chǎn)卵場面積也只有0.4 km2。而問題的出現(xiàn)，使人們開始嘗試尋找解決問題的方法。而魚道作為溝通魚類與閘壩建筑物之間的橋梁，在一定程度上能減緩、補(bǔ)償閘壩對魚類洄游的阻隔影響[4]。

1 國內(nèi)外魚道的發(fā)展動態(tài)

魚道這一概念最早于17世紀(jì)60年代法國首次提出，要求在閘壩上修建一條供水生生物上下通行的通道。19世紀(jì)80年代蘇格蘭建成了世界上第一座魚道，名為胡里壩魚道。但是當(dāng)時設(shè)計經(jīng)驗不足，也未進(jìn)行實驗研究與實地考察，致使魚類不能順利通過該魚道，導(dǎo)致魚道有水無魚，處于廢棄狀態(tài)，因此這是一次不成功的嘗試[5]。傳統(tǒng)的魚道在設(shè)計施工和經(jīng)營管理上都存在著不足，使得很多魚道在修建完成后并不能物盡其用，過魚效果甚微，而魚道也逐漸開始被人們所廢棄。進(jìn)入20世紀(jì)以來，伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隨之而來的是對水電能源和防洪、灌溉以及城市供水的需求不斷加大，水利水電事業(yè)得以蓬勃發(fā)展，但工程的修建和生態(tài)環(huán)境的矛盾也隨之而來，這使得人們又把重點開始轉(zhuǎn)移到了研究魚道上。20世紀(jì)10—30年代，比利時人丹尼爾對魚道進(jìn)行了長期的研究與探索，創(chuàng)造了一種能很好的減少魚道內(nèi)部流速的獨具型式的魚道，后人稱之為“Denil式魚道”[6]。1913年，美國和加拿大建成了世界上著名的赫爾斯門魚道。1938年在美國建成的邦納維爾壩，是世界上第一座有集魚系統(tǒng)的過魚建筑物。美國的約翰代魚道成功的解決了鮭魚類在較高水頭洄游產(chǎn)卵的問題。

據(jù)統(tǒng)計，1960年以來，美國和加拿大便意識到水生生態(tài)環(huán)境的重要性，開始不斷地研究與探索魚道，幾十年間，建有魚道200座以上。西歐各國擁有魚道100座以上；日本約有35座[7]。1990年后，國外魚道的探索與修建達(dá)到了一個頂峰，魚道的數(shù)量也呈現(xiàn)幾何倍的增長。以美國和加拿大為首的北美國家魚道修建了近400座，而日本所擁有的魚道有1 400多座，是之前的40倍之多。

早起年間，為了更好的保護(hù)鮭魚、鱒魚等商業(yè)價值高的洄游性魚類，國外開始修建起魚道來；而近幾年，魚道不僅僅是保護(hù)那些經(jīng)濟(jì)價值高的魚類，也已經(jīng)開始加強(qiáng)對當(dāng)?shù)赝林~類的保護(hù)。

相對而言，我國過魚建筑物的建設(shè)和研究歷史起步較晚，而國魚對象也較為單一，主要以珍貴魚類、鯉科魚類和蝦蟹幼苗為主，國內(nèi)魚道大致可以分為3個階段：

1）初步發(fā)展期。國內(nèi)首次提出魚道這一概念大約是在20世紀(jì)50年代設(shè)計富春江七里瀧水電站時，與此同時組織了國內(nèi)的專家展開了一系列的科學(xué)實驗、環(huán)境調(diào)查以及實地勘測考察，這預(yù)示著我國魚道建設(shè)的初步發(fā)展期已經(jīng)完成。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)首個魚道的修建于20世紀(jì)60年代在興凱湖附近建成；20世紀(jì)50年代至20世紀(jì)80年代期間，我國相繼完成了40余座魚道的建設(shè)，這標(biāo)志著我國在魚道的初期探索中取得了不錯的進(jìn)展。

2）停滯期。由于國內(nèi)修建的魚道過魚效果不甚理想，自20世紀(jì)80年代始，國內(nèi)首次開始嘗試采用繁殖放流的方式，并取得了不錯的效果。此后的20年期間，過魚建筑物的修建逐步被繁殖放流的方式所取代。這直接導(dǎo)致了國內(nèi)魚道的研究與探索出現(xiàn)了停滯的狀態(tài)，而已建的過魚設(shè)施也因有水無魚，過魚效果不理想而被停用或廢棄。例如，浙江的七里垅魚道、湖南的洋塘魚道都已經(jīng)被“綠化隱蔽”，廢棄不用了。

3）二次發(fā)展期。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著改革開放的到來，國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，我國的水利工程事業(yè)也開始逐步加深，但天然漁業(yè)資源嚴(yán)重退化，甚至一些水生物種處于瀕臨滅絕，使得國家開始意識到過魚設(shè)施建設(shè)的重要性，這使得過魚設(shè)施又開始“煥發(fā)青春”，二次發(fā)展。2005年底，原國家環(huán)境保護(hù)總局主持召開了水利水電建設(shè)項目水環(huán)境與水生生態(tài)保護(hù)技術(shù)政策研討會，2006年初下發(fā)了“關(guān)于印發(fā)《水電水利建設(shè)項目河道生態(tài)用水、低溫水和過魚設(shè)施環(huán)境影響評價技術(shù)指南（試行）》的函”（環(huán)評函［2006］4號），以及2010年底“建設(shè)項目環(huán)境影響評價魚類保護(hù)（魚道專題）技術(shù)高級研討會”的召開，都有力地促進(jìn)了過魚設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)和相關(guān)技術(shù)研究的多方面發(fā)展。

2 魚道研究進(jìn)展

2.1 魚道結(jié)構(gòu)

魚道，也稱魚梯，是一種使洄游性魚類在各種水利工程中（如水電站，水閘等）實現(xiàn)上溯洄游的設(shè)施[8]。魚道按其結(jié)構(gòu)形式可分為斜槽式、水池式和隔板式。

斜槽式魚道為矩形斷面的傾斜水槽，根據(jù)其是否限制水流和其是否設(shè)置加糙設(shè)施又可分為簡單斜槽式和加糙式魚道。其優(yōu)點為體積較小，利于過魚，表層流速大，利于誘魚；缺點是流態(tài)差，氣體飽和度高，不易維修[9]。

水池式魚道是由一連串連接上下游的水池組成，以短渠連接各水池，水池式魚道的布置形式最接近天然河道，魚類在池室中可以獲得良好的休憩，但是該魚道的限制條件較高，要求水頭小且占地大，因此工程運(yùn)用上較少采用。

隔板式魚道也被稱之為梯級魚道，是目前國內(nèi)外運(yùn)用最為廣泛的一種魚道，其組成成分包括梯級式底板以及橫隔板的一系列水槽；橫隔板將魚道上下游水位分成若干個梯級。隔板式魚道根據(jù)孔口的位置以及形式可分為溢流堰式、淹沒孔口式、豎縫式以及組合式4種。

2.2 魚道流速

魚道的修建是為了讓魚類能夠通過其完成上溯產(chǎn)卵的過程，而魚類本身都具有自己的喜好流速，大部分的魚類喜好流速都在0.3～1.4 m/s之間，一個好的魚道就是要將其內(nèi)流速控制在這一范圍，因此，魚道內(nèi)隔板的流量一般控制在0.2～2.0 m3/s。董志勇等[10]于2008年對魚道豎縫寬度b0與水池寬度W之比較大（b0/W＞1/5）的情況進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗研究，研究結(jié)果顯示：如果水流流速適宜，滿足魚類的喜好流速，則魚類將沿著豎縫處徑直上溯。反之如果流速較大，超過魚類的喜好流速，則不利于洄游魚類進(jìn)行上溯行為；且池室內(nèi)豎縫位置處的斷面平均流速分布呈現(xiàn)正態(tài)分布規(guī)律。曹慶磊等人[11]于2010年采用三維超聲波流速儀（ADV）進(jìn)行魚道流速測量，得出池室豎縫出口處位置流速、紊動能和雷諾剪切應(yīng)力最大，而在池室的左右兩側(cè)回流區(qū)位置比較小，而大回流區(qū)位置的流速、紊動能和雷諾剪切應(yīng)力要小于小回流區(qū)位置，更加適合魚類在其中休憩；由于魚道水流為二元流，因此池室中流速垂向的分量很小，幾乎為零，故可以忽略不計；而在流量相同的情況下，增加水深，流速有逐漸減小的趨勢，但紊動能和雷諾剪切應(yīng)力卻有逐漸增大的趨勢；池室中水深不變，流量增加，池室中的流速、紊動能和雷諾剪切應(yīng)力會伴隨著流量的增大而逐漸增大。

2.3 池室水力條件

影響池室內(nèi)部水力條件的主要因素是隔板形式、水池尺寸以及豎縫寬度。徐體兵[12]通過對魚道水流結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬計算與物理模型相結(jié)合的方法，得出當(dāng)池室的長寬比 L/B=8∶8～10.5∶8時魚道內(nèi)部水流結(jié)構(gòu)分布最為合理，流速較為適宜，可以獲得較好的適合魚類上溯的水流流態(tài)。張國強(qiáng)[13]采用數(shù)學(xué)模型的方法對魚道進(jìn)行三維建模得出豎縫寬度在很大程度上將會影響豎縫斷面處的流速分布，如果豎縫寬度過寬，則會使得水平橫向流速較大，如果豎縫寬度過窄，則會使得豎縫斷面流速呈現(xiàn)不均勻分布；魚道內(nèi)部最適宜的豎縫寬度為水池寬度的0.15～0.2倍。

3 國內(nèi)魚道面臨的問題

我國從20世紀(jì)50年代開始至今已完建和在建的魚道數(shù)目超過了40多座，在一定程度上很好的保護(hù)了魚類的資源以及水生生物物種資源。但總體來說，我國魚道事業(yè)的研究與發(fā)展與國外相比起步較晚，魚道的相關(guān)研究與設(shè)計還處于比較粗淺的階段，大多是蜻蜓點水，曇花一現(xiàn)，魚道的建設(shè)發(fā)展過程較慢，魚道在建設(shè)、運(yùn)行、管理方式上仍存在許多問題。導(dǎo)致這些原因的出現(xiàn)是多方面的：

1）我國對魚道建設(shè)的重要性缺乏足夠的認(rèn)識，并沒有真正的意識到魚道的修建對生態(tài)恢復(fù)與魚類資源以及水生生物種群的保護(hù)起到的重要性。

2）由于國內(nèi)對魚道的設(shè)計研究與探索相比于國外起步較晚，研究也不夠深入，只停留于表面，對魚道內(nèi)部水流的水力特性認(rèn)識不夠充分，大多是模仿和照搬國外已建成的魚道工程，或依據(jù)一些經(jīng)驗理論以及公式得出，缺乏對魚類生態(tài)習(xí)性的考察，以及缺乏對設(shè)計后的魚道進(jìn)行水工實驗或者數(shù)值模擬計算，使得魚道在修建后無法使魚類進(jìn)入魚道，致使魚道內(nèi)有水無魚直至處于廢棄狀態(tài)。

3）目前國內(nèi)很多魚道的設(shè)計資料并不完善，多數(shù)魚道的設(shè)計目標(biāo)單一，往往只考慮一兩種主要經(jīng)濟(jì)魚類或國家重點保護(hù)性魚類，卻忽視了水生環(huán)境下其它水生生物和有機(jī)物質(zhì)在上下游的輸移和交換對維持河道生態(tài)健康的重要作用。

4 展望

目前，伴隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，為了滿足國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及能源戰(zhàn)略部署的需求，我國將在很長的一段時間內(nèi)努力積極的開發(fā)水電能源，著力并大力的發(fā)展水利事業(yè)。而水資源的開發(fā)建設(shè)勢必會加重魚類等水生生物的生存環(huán)境的惡化，使得魚類等水生生物的數(shù)量急劇減小，甚至瀕臨滅絕。因此在協(xié)調(diào)水資源工程的建設(shè)與魚類等水生生物以及環(huán)境資源保護(hù)的矛盾中，魚道的建設(shè)很好的起到了緩解或解決這一問題的作用。

1）首先應(yīng)該深刻的認(rèn)識到魚道的重要性。對魚道的研究不能只停留在比較粗淺的階段，目前許多工程建設(shè)者都只是為了滿足環(huán)評要求而修建魚道，對魚道未予以重視，后期維護(hù)也疏于管理。這使得國內(nèi)的魚道鮮少有成功的案例。建設(shè)魚道不是目的，保護(hù)水生生物才是最終的目的，因此我們應(yīng)該開始重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及水環(huán)境保護(hù)。

2）魚道的設(shè)計與建設(shè)要考慮多方面的因素。多借鑒而非照搬國外成功的案例，設(shè)計魚道時要做好充分的準(zhǔn)備工作，例如地形、氣候、水文狀況以及魚類的生活習(xí)性等因素。