浙江省魚道建設(shè)現(xiàn)狀及典型工程分析

包中進，王 斌，史 斌，徐 崗，周盛侄

（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

魚道是一種可供魚類溯河及洄游過壩的人工水道或設(shè)在江河固定建筑物中的魚類及水生生物的生態(tài)廊道，是一種能有效提高河流連接度與連通性的生態(tài)補償工程措施，對于保護河流生態(tài)系統(tǒng)、促進水利工程可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。國內(nèi)對魚道的研究始于1958年左右，至今已有近60 a歷史，但是期間由于葛洲壩魚道建設(shè)之爭等原因出現(xiàn)停滯期約20 a，自2000年以后，由于環(huán)境保護政策的加強，魚道恢復(fù)河道連通性的意義受到重視，國內(nèi)魚道建設(shè)進入一個新的階段[1-3]。

浙江省開展魚道探索較早，早在1960年就開工建設(shè)國內(nèi)第一座過魚設(shè)施，即富春江七里壟電站魚道，之后隨著國內(nèi)魚道建設(shè)及研究的總體環(huán)境淡化而有所停滯。至21世紀初，逐步恢復(fù)相關(guān)工作。近年來隨著浙江省河長制建設(shè)、大花園建設(shè)、美麗河湖建設(shè)的推進，河流的自然生態(tài)環(huán)境日益受到重視。至此，浙江省有關(guān)魚道的研究建設(shè)逐步恢復(fù)相關(guān)工作。

在魚道研究建設(shè)的新時代下，重點關(guān)注新建水利工程對生態(tài)環(huán)境破壞和補償，在工程建設(shè)過程中給予魚類及水生生物更多的關(guān)注，在已建工程中進行魚道升級改造以恢復(fù)生態(tài)平衡等方面問題。在調(diào)查以及結(jié)合多年相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，對浙江省魚道建設(shè)運行現(xiàn)狀進行分析研究，并提出魚道的發(fā)展對策及建議。

1 浙江省近年魚道規(guī)劃及建設(shè)情況

浙江省河網(wǎng)水系發(fā)達，省內(nèi)自北而南有東西苕溪、錢塘江、京杭運河、甬江、靈江、甌江、飛云江以及鰲江八大主要水系[4]。隨著河流開發(fā)、防洪、擋潮、灌溉等需要，很多河流被不同形式和規(guī)模的壩、閘等攔腰截斷，通過對河流的攔蓄來發(fā)電和防洪，如錢塘江中上游有富春江七里壟電站、新安江電站，曹娥江口門建有曹娥江大閘，甬江有姚江大閘，飛云江有珊溪水庫。甌江中上游更多，從河口往上有青田水利樞紐、三溪口、外雄、五里亭、開潭、灘坑、大奕等多個梯級電站。這些水利工程在為沿線社會發(fā)展帶來福祉的同時，中斷了河流生境的雙向連續(xù)性，改變了上下游的水文及水動力學(xué)條件，河流生態(tài)系統(tǒng)破壞了。

為了解近年來浙江省魚道建設(shè)情況，對省內(nèi)水利、水電、航電工程中采取魚道措施的項目進行統(tǒng)計（見表1）。由表1可知，浙江省魚道建設(shè)相對缺乏，至21世紀初才逐步恢復(fù)相關(guān)工作，主要開展曹娥江大閘魚道工程和楠溪江供水工程魚道工程建設(shè)及研究工作[5-7]。但近幾年魚道設(shè)計研究工作從上自下十分重視，目前正在規(guī)劃建設(shè)的許多工程中都設(shè)置了魚道。

表1 浙江省魚道建設(shè)概況表

2 魚道典型工程分析

2017 — 2018年，組織對曹娥江大閘魚道和楠溪江供水工程魚道進行調(diào)研，結(jié)合多年相關(guān)研究分析總結(jié)已建魚道工程從規(guī)劃、設(shè)計、模型試驗以及運行管理的成果經(jīng)驗和存在的問題，希望能為今后魚道建設(shè)提供一些技術(shù)支撐。

2.1 曹娥江大閘魚道

曹娥江大閘位于曹娥江河口，為錢塘江強潮河口大閘，共28孔，單孔凈寬20.0 m，總寬697.0 m，大閘左側(cè)堤防與右側(cè)導(dǎo)流堤附近各設(shè)置1條魚道，其中左岸魚道長500.0 m，右岸魚道長451.0 m。魚道設(shè)計主要過魚對象為鰻苗、幼蟹、梭魚、刀鱭等，采用開敞式矩形槽結(jié)構(gòu)，凈寬2.0 m，進口底高程為0.60 m，出口底高程為1.60 m，魚道底坡為0.21%；隔板間距為3.0 m，隔板厚0.2 m，每間隔27.0 m設(shè)一休息池，休息池長6.0 m。在魚道下游設(shè)控制閘門，利用閘門和胸墻擋錢塘江潮水。魚道內(nèi)設(shè)置觀測室，可以不間斷地錄制魚道內(nèi)的視頻影像，工程于2008年底建成運行。曹娥江大閘魚道見圖1，平面布置見圖2。

圖1 曹娥江大閘魚道圖

圖2 曹娥江大閘平面布置圖

為驗證設(shè)計的合理性，優(yōu)化魚道布置，工程建設(shè)前期委托浙江省水利河口研究院對魚道內(nèi)部的水力條件開展模型試驗研究。采用1:4斷面模型，重點研究魚道長度、隔板和孔口尺寸的合理性以及運行時外江的允許潮位條件。研究表明，魚道池室內(nèi)的流速能夠滿足主要過魚對象的流速要求；并提出對魚道的溢流堰頂及低孔上緣的溢流曲線進行優(yōu)化以避免銳緣觸傷魚類，同時進行魚道長度的對比研究，建議長度設(shè)置為500.0 m，以延長過魚時間，滿足不同種類魚類喜愛流速，從而提高過魚保證率。最后試驗還通過活魚試驗對魚道內(nèi)的水流條件與目標魚類上溯能力的契合性進行再次印證[8]。典型工況魚道流態(tài)見圖3，模型魚道過魚情況見圖4。

圖3 典型工況魚道流態(tài)圖

圖4 模型魚道過魚情況圖

有關(guān)單位于2015年開展了曹娥江水域的游泳生物現(xiàn)場調(diào)查，水域共捕獲魚類51種，魚道內(nèi)監(jiān)測到27種，認為曹娥江魚道的設(shè)計運行條件能滿足大多數(shù)魚種過閘，滿足大多數(shù)魚類的克流能力，魚道具有較好的過魚效果；2017年開展了曹娥江大閘魚道過魚效果調(diào)查，在右岸魚道內(nèi)捕獲魚類27種，得到魚道滿足魚蟹的極限游泳和持續(xù)游泳要求的主要結(jié)論。曹娥江魚道現(xiàn)場調(diào)查見圖5，曹娥江魚道監(jiān)控視頻見圖6。

圖5 曹娥江魚道現(xiàn)場調(diào)查圖

圖6 曹娥江魚道監(jiān)控視頻截圖

2.2 楠溪江供水工程魚道

楠溪江供水工程位于永嘉縣楠溪江中下游，為甌江河口主要支流，攔河閘總寬約220.0 m，其中魚道位于河道右岸，以香魚為主要過魚對象。魚道進口與電站出水口并列布置，并以隔墩分隔，魚道寬2.0 m，采用橫隔板式，設(shè)計流量1 m3/s，總長約478.0 m，受地形布置的局限，采用回旋上升的平面布置形式，工程于2012年建成試運行。楠溪江供水工程建圖7，樞紐平面布置見圖8。

圖8 樞紐平面布置圖

對魚道進口布置及內(nèi)部水力學(xué)特性進行模型試驗研究。進口布置研究提出充分利用電站的發(fā)電水流作為誘魚條件。建議采用將魚道進口與電站尾水渠相結(jié)合的布置方式；魚道內(nèi)部水流特性研究提出推薦堰口2/3過流（即板頂過流寬度1.67 m）的隔板形式，隔板頂過魚水深約0.20 m，底孔則保持原有的交錯布置形式，隔板頂平均流速值由原布置的 1.21 ～ 1.65 m/s降低為 0.63 ～ 1.00 m/s，隔板底孔平均流速由 0.40 ～ 1.03 m/s變?yōu)?.50 ～ 0.75 m/s，室內(nèi)主流明確、順直，集中于表層，池內(nèi)水流總體較為平順，無明顯的漩渦和波浪產(chǎn)生。最后，通過活魚試驗，觀測到香魚苗在底孔和堰口均有通過，但通過堰口的香魚明顯多于底孔通過，最終有約60%的魚苗從尾門隔板處成功游入模型進水前池，較原設(shè)計方案提高20%[9]。魚道現(xiàn)場見圖9，活魚試驗見圖10。

圖9 魚道現(xiàn)場圖

圖10 活魚試驗圖

魚道建成后運行良好，各季節(jié)均能捕捉到江鱸魚等魚類上溯的視頻影像。遺憾的是在監(jiān)控視頻中未發(fā)現(xiàn)楠溪江著名魚類香魚的上溯鏡頭，其他還未進行系統(tǒng)統(tǒng)計分析。魚道過魚視頻監(jiān)控見圖11。

圖11 魚道過魚視頻監(jiān)控截圖

從已建設(shè)的魚道工程來看，2000年以后建設(shè)的曹娥江和楠溪江供水工程的魚道，在實際運行中均發(fā)現(xiàn)魚類能夠通過魚道上溯，特別是曹娥江魚道，過魚效果比較好。

通過分析認為主要有以下幾個方面的因素：①選用的魚道型式比較合理，較好的匹配工程水文條件；②魚道進口的布設(shè)位置與布置方式設(shè)置比較合理，如楠溪江供水工程魚道進口布置在電站尾水區(qū)域，利用發(fā)電尾水，很好地起到集誘魚效果，大大提高過魚效率；③2座魚道規(guī)劃設(shè)計過程中，都采取水工物理模型試驗研究進行優(yōu)化，提出較合理的設(shè)計方案，確保魚道池室內(nèi)有較優(yōu)水力條件。

3 存在的問題

3.1 重視程度不足

未能充分理解魚道建設(shè)的必要性及重要性。受歷史原因影響，浙江省魚道建設(shè)及基礎(chǔ)研究存在近40 a的空白期，期間大量的工程如甌江梯級電站等均缺少過魚設(shè)施，究其原因是對魚道建設(shè)的必要性認識不足，未能認識到其是水利工程建設(shè)的唯一工程補償措施，以及對生物多樣性保護的重要性。

3.2 魚道進口設(shè)置不當(dāng)

從典型工程的運行來看，曹娥江和富春江魚道都屬于感潮河口段，曹娥江運行效果良好，而富春江幾乎失效，原因在于魚道進口布置問題。富春江魚道進口小，并且左側(cè)就是發(fā)電尾水，魚類逆水上溯的本能驅(qū)使魚類往電站尾水方向游動；再有大壩阻隔導(dǎo)致魚類洄游只能到壩下。楠溪江大閘吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，采用魚道進口與電站尾水渠相結(jié)合的理念，魚道進口布置在電站尾水頂層位置，成功地引導(dǎo)魚類進入魚道，使得魚類上溯的成功率大大提高。

3.3 魚道建設(shè)型式單一

從浙江省魚道建設(shè)情況來看，大多是傳統(tǒng)型魚道在設(shè)計時主要針對1種或2種主要的經(jīng)濟魚類，目標單一，來結(jié)合水工水力學(xué)，按照一定的流速、水深等指標進行結(jié)構(gòu)和型體設(shè)計。在設(shè)計過程中沒有考慮其他水生生物在障礙物上下游的輸移和交換、底棲魚類對河床質(zhì)的要求，在誘魚效果和保持過道魚類體力及延續(xù)過道魚類的發(fā)育過程方面有很大缺陷。也沒有研究通過魚道本身與兩岸環(huán)境之間的融合建立“陸地 — 河岸帶 — 河道”完整的斷面生態(tài)模式。因此，傳統(tǒng)魚道除了在理論上能滿足個別魚類的縱向遷移要求外，對于維護水生態(tài)系統(tǒng)完整性的貢獻極為有限。

3.4 魚道運行缺乏監(jiān)測評估

魚道建成運行后，對魚道運行效果進行監(jiān)測，是評判預(yù)期效果的重要方式，同時通過對過魚設(shè)施的效果監(jiān)測和評估，分析設(shè)計、建設(shè)過程中存在的問題，可以為魚道功能完善和優(yōu)化以及運行管理提供依據(jù)和積累經(jīng)驗，為后續(xù)研究設(shè)計提供參考。但目前，省內(nèi)尚未開展系統(tǒng)的魚道監(jiān)測評估，魚道過魚情況等難以準確掌握。新建的曹娥江及楠溪江魚道雖均設(shè)置魚道視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但受建設(shè)時的技術(shù)及理念限制，均未開展工程前后魚類種群及數(shù)量等多樣性監(jiān)測和跟蹤分析工作。目前，2個工程均積累大量魚道監(jiān)控視頻，但缺少生物種類、數(shù)量、洄游時段等詳細資料及分析，僅從圖像及感官上產(chǎn)生魚道能夠過魚、過魚量可觀等認識，不利于問題的發(fā)現(xiàn)及持續(xù)性的跟蹤研究等工作。

4 魚道發(fā)展對策建議

4.1 重視魚道建設(shè)及相關(guān)基礎(chǔ)性研究

魚道是一門涉及多學(xué)科交叉的綜合性技術(shù)，涵蓋水工結(jié)構(gòu)、水動力條件、水生生物習(xí)性以及相關(guān)的自動化監(jiān)測等技術(shù)，需要長期的資料及技術(shù)積累。當(dāng)前魚道建設(shè)相對較少，雖有基本成功的范例，但主要以研究工程結(jié)構(gòu)布置為主，缺乏對不同區(qū)域（水系）、不同目標魚類生物習(xí)性的研究。

4.2 開展魚道監(jiān)測評估研究

完善魚道監(jiān)測系統(tǒng)，研發(fā)能夠自動識別及記錄魚類數(shù)量、種群、體征等關(guān)鍵指標的自動監(jiān)測系統(tǒng)，為魚道效益評估提供定量依據(jù)；增加魚道內(nèi)的水流流速及水溫自動監(jiān)測系統(tǒng)，為今后魚道和魚類習(xí)性基礎(chǔ)研究積累資料。

4.3 開展仿生態(tài)魚道建設(shè)及研究

隨著生態(tài)理念的提出，目前仿生態(tài)魚道成為國內(nèi)外熱門的新型過魚設(shè)施，不僅能溝通魚類的洄游路線，還能發(fā)揮生態(tài)廊道功能，維系河流連續(xù)，是重要的生態(tài)補償措施，也將是近期過魚設(shè)施基礎(chǔ)研究的重點，亟需開展基礎(chǔ)研究和技術(shù)積累工作。

4.4 開展已建工程提升改造工作

目前大部分河流，特別是中上游梯級開發(fā)的水利設(shè)施，如閘、堰、壩等幾乎均未設(shè)置過魚設(shè)施，阻斷原來河湖、河海之間特有的水生生態(tài)，造成河流下游的水生生境的破碎和河流廊道的斷裂。在當(dāng)前以生態(tài)優(yōu)先的建設(shè)理念下，助推“兩美浙江”“大花園”建設(shè)中，對生態(tài)環(huán)境的重視程度越來越高，需要對阻礙河流連通性水利設(shè)施，進行過魚設(shè)施的升級改造工作。