基于文獻(xiàn)計量的中國過魚設(shè)施研究發(fā)展脈絡(luò)與展望

單承康 金志軍 馬衛(wèi)忠 石小濤 沈鵬 張亞杰

摘要：為分析中國過魚設(shè)施研究現(xiàn)狀和發(fā)展脈絡(luò)，采用文獻(xiàn)計量方法進(jìn)行可視化分析，繪制作者、機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜和關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，從研究主體分布、研究方向和研究熱點等方面進(jìn)行深入分析。分析結(jié)果表明：中國過魚設(shè)施研究正處于迅速發(fā)展階段，已經(jīng)形成了規(guī)?；蒲袌F(tuán)隊;過魚設(shè)施研究主要圍繞過魚設(shè)施水力條件數(shù)值模擬、過魚設(shè)施物理模型試驗以及基于魚類游泳能力來開展過魚設(shè)施水力特性適宜性研究和魚道設(shè)計，各研究主題具有關(guān)聯(lián)、重疊、交叉等特點。同時，提出魚類上溯游泳行為、進(jìn)口誘集魚、魚類下行、過魚設(shè)施補(bǔ)建改建、過魚設(shè)施效果監(jiān)測與適應(yīng)性管理等未來重點研究內(nèi)容并給出了相關(guān)建議。

關(guān) 鍵 詞：過魚設(shè)施; 魚道; 發(fā)展脈絡(luò); 研究熱點; 研究方向; 可視化分析; 文獻(xiàn)計量

中圖法分類號： TV697 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.012

0 引 言

為緩解水利水電工程對魚類的影響，確保水利水電建設(shè)項目可持續(xù)發(fā)展，魚類保護(hù)與救護(hù)問題日益受到政府和研究人員的廣泛關(guān)注，魚類增殖放流、棲息地保護(hù)修復(fù)、生態(tài)流量保障、生態(tài)調(diào)度、分層取水和過魚設(shè)施等的實施能有效保障魚類。其中過魚設(shè)施是指通過誘集魚措施將魚類聚集起來，通過模擬自然洄游通道或者人工將魚輸送過壩，幫助受阻隔的魚類順利上行或下行通過水壩或其他障礙，到達(dá)其繁殖地、索餌場或越冬場等重要生活場所。為保護(hù)江河魚類生態(tài)平衡，減緩水壩對上下游魚類形成的阻隔影響，建設(shè)相應(yīng)的過魚設(shè)施越來越成為水利水電工程建設(shè)的需要。中國早在明朝就記錄了多種魚類洄游需求[1]，也有60余年過魚設(shè)施研究歷史，生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、水力學(xué)、工程學(xué)等國內(nèi)相關(guān)專業(yè)人員和機(jī)構(gòu)在過魚設(shè)施的研究、設(shè)計、建造和管理運行中開展了多項研究，并在水利水電工程開發(fā)中進(jìn)行了應(yīng)用實踐，取得了一定的成果。

根據(jù)中國過魚設(shè)施領(lǐng)域每年發(fā)文量變化情況和過魚設(shè)施建成數(shù)量，可將中國過魚設(shè)施研究大致分為初步發(fā)展期、基本停滯期和二次發(fā)展期。20世紀(jì)50～70年代為初步發(fā)展期。初步發(fā)展期的魚道設(shè)計主要模仿歐美和日本的魚道形式，并針對國情開展了小型低水頭魚道布置、魚道型式及效果等研究。期間修建的魚道，多數(shù)是建在江蘇、黑龍江、浙江、安徽、廣東省等地沿海的防潮閘旁或江、湖間的閘壩上，大約有40座，大多數(shù)魚道建成初期過魚效果較好。從葛洲壩最終采取建設(shè)增殖放流站的方法來解決中華鱘等珍稀物種的保護(hù)問題開始，中國過魚設(shè)施研究進(jìn)入了基本停滯期。在20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)末，中國在建設(shè)水利水電工程時很少修建過魚設(shè)施，相關(guān)的技術(shù)研究工作也幾乎未開展，早期已建成的魚道也因疏于維護(hù)管理等原因逐漸荒廢。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著中國水利水電資源開發(fā)逐步深入，在維持河道連通性與河流生態(tài)環(huán)境保護(hù)的客觀需求下，中國過魚設(shè)施研究開啟了二次發(fā)展期。近10多年來，陸續(xù)修建了一批過魚設(shè)施，包括長洲水利樞紐魚道、興隆水利樞紐魚道、崔家營航電樞紐工程魚道、連江西牛航運樞紐工程魚道、枕頭壩一級水電站魚道、藏木水電站魚道、安谷水電站仿自然魚道、沙坪二級水電站魚道、彭水集運魚船、馬馬崖一級水電站集運魚船、黃登水電站升魚機(jī)、豐滿水電站升魚機(jī)、豐滿水電站永慶反調(diào)節(jié)水庫仿自然魚道等，建成了多種類型的過魚設(shè)施，并相繼制定了《水利水電工程魚道設(shè)計導(dǎo)則》《水電工程過魚設(shè)施設(shè)計規(guī)范》和《水電工程過魚對象游泳能力測驗規(guī)程》。此外，升魚機(jī)設(shè)計規(guī)范、集運魚系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、過魚效果評估技術(shù)規(guī)程和過魚設(shè)施運行規(guī)程等與過魚設(shè)施相關(guān)的行業(yè)規(guī)范均已開展編制。這些工作有力促進(jìn)了中國過魚設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)、運行和相關(guān)研究的發(fā)展。

但中國過魚設(shè)施仍面臨諸多問題。曹娜等[2]對2000～2014年經(jīng)過原環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評估中心技術(shù)評估的35個水利水電建設(shè)項目的配套設(shè)計或建設(shè)的魚道相關(guān)工程進(jìn)行了統(tǒng)計分析，總結(jié)了國內(nèi)魚道規(guī)劃和建設(shè)情況，以長洲水利樞紐魚道和崔家營航電樞紐工程魚道為例，分析國內(nèi)魚道的建設(shè)和運行現(xiàn)狀，從技術(shù)、監(jiān)督管理、運行維護(hù)和政策制度等方面分析中國魚道建設(shè)和運行面臨的制約性因素，并提出了加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研究、嚴(yán)格制定和落實流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、推行適宜性管理和加快完善相關(guān)政策制度等建議。Shi等[3]從過魚設(shè)施設(shè)計、運行角度，針對中國50項大壩過魚設(shè)施進(jìn)行了系統(tǒng)分析，指出了存在的3個主要問題：① 缺乏督促業(yè)主接受并執(zhí)行過魚設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計和效果評價的流程;② 缺乏對洄游性魚類生命史中游泳行為和游泳能力的充分認(rèn)知;③ 魚類生物學(xué)家未能和水利工程專家深度融合以形成一個有效的過魚設(shè)施工作組。然后提出了包括教育、基礎(chǔ)研究、管理評估、與國外研究機(jī)構(gòu)建立合作機(jī)制、中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定等的一系列建議。上述研究以工程案例剖析為主，對于認(rèn)識中國過魚設(shè)施發(fā)展和面臨的主要問題具有一定的參考意義，但缺乏針對中國過魚設(shè)施研究領(lǐng)域知識演進(jìn)過程的梳理，難以從更為廣泛的角度立體認(rèn)識中國過魚設(shè)施研究的全過程。

知識圖譜和信息可視化分析能夠顯示一個學(xué)科或知識領(lǐng)域在一定時期發(fā)展的趨勢與動向，形成若干研究前沿領(lǐng)域的演進(jìn)歷程，這兩項技術(shù)在各國蓬勃興起?？茖W(xué)知識圖譜分析在水利水電領(lǐng)域也得到了較為廣泛的應(yīng)用[4-5]。為了解中國過魚設(shè)施研究現(xiàn)狀，本文通過文獻(xiàn)計量法和科學(xué)知識圖譜分析技術(shù)，以大數(shù)據(jù)分析的方式對以過魚設(shè)施為主題的文獻(xiàn)從關(guān)鍵詞、發(fā)文核心作者和機(jī)構(gòu)等方面進(jìn)行圖譜分析，梳理中國過魚設(shè)施研究領(lǐng)域的熱點主題、發(fā)展脈絡(luò)與演進(jìn)歷程，歸納總結(jié)中國過魚設(shè)施研究方向、研究熱點和發(fā)展脈絡(luò)，為過魚設(shè)施研究提供切實、有價值的參考。

1 研究設(shè)計

在中國知網(wǎng)（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）期刊庫，以“魚道”“過魚設(shè)施”或“過魚建筑物”為檢索主題詞，檢索時間為建庫至2020年6月18日。在Web of Science Core Collection（以下簡稱WOS）以“fishway”“fish passage”“eel passage”或“eel pass”為主題檢索詞，檢索時間為1890年至2020年12月4日，并精確到研究國家為中國。通過通讀摘要，排除與檢索主題無關(guān)的文獻(xiàn)、會議摘要、人物介紹等內(nèi)容，最終在CNKI獲得609篇文獻(xiàn)，最早的一篇文獻(xiàn)發(fā)表于1972年;在WOS獲得80篇文獻(xiàn)，最早一篇發(fā)表于2010年。采用CiteSpace 5.6.R5文獻(xiàn)分析可視化軟件對2種來源的文獻(xiàn)分別進(jìn)行分析。時間閾值time slice設(shè)置為1 a，以進(jìn)行逐年分析;為避免由于數(shù)據(jù)量過多導(dǎo)致可視化圖譜過于龐大或雜亂，節(jié)點閾值選擇系統(tǒng)默認(rèn)的g-index（k=25）;為得到清晰簡潔的圖譜，選擇最小生成樹（MST）算法進(jìn)行分析。根據(jù)研究目的，選擇作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞和國家作為分析內(nèi)容，對具有相同含義關(guān)鍵詞（如“過魚建筑物”等價于“過魚設(shè)施”，“水力學(xué)特性”等價于“水力特性”，migration等價于fish migration，passage等價于fish passage）或機(jī)構(gòu)進(jìn)行合并。剔除作者和關(guān)鍵詞不明的文獻(xiàn)后，確認(rèn)中文文獻(xiàn)作者和關(guān)鍵詞分析時間跨度為1994～2020年，機(jī)構(gòu)時間跨度為1972～2020年。針對英文文獻(xiàn)，作者、關(guān)鍵詞、機(jī)構(gòu)等分析內(nèi)容時間跨度均為2010～2020年。

2 結(jié)果與分析

2.1 科研團(tuán)體

核心作者是指活躍在該領(lǐng)域的代表性學(xué)者。作者合作圖譜（見圖1（a）和圖2（a））顯示發(fā)文量較多的作者呈現(xiàn)出明顯的網(wǎng)絡(luò)特征，說明國內(nèi)在關(guān)于過魚設(shè)施的研究中已經(jīng)形成多個產(chǎn)量較高的作者群。節(jié)點中心度越大，表示該關(guān)鍵詞（作者）與其他關(guān)鍵詞（作者）或研究機(jī)構(gòu)與其他機(jī)構(gòu)在同一篇文獻(xiàn)中共同出現(xiàn)的概率越高，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)位置越重要、影響力越大[6]。

研究機(jī)構(gòu)發(fā)文在時間上的分布，標(biāo)簽顏色越深，說明發(fā)文機(jī)構(gòu)發(fā)文時間越近;連線顏色越深，說明機(jī)構(gòu)之間近期有合作。節(jié)點顏色越淺，說明機(jī)構(gòu)發(fā)文時間久遠(yuǎn)，屬于該研究領(lǐng)域早期主要貢獻(xiàn)者。在過魚設(shè)施初步發(fā)展期，南京水利科學(xué)研究院做了大量研究工作。根據(jù)文獻(xiàn)量和機(jī)構(gòu)合作圖譜，中國過魚設(shè)施主要研究機(jī)構(gòu)包括三峽大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院、水利部中國科學(xué)院水工程生態(tài)研究所、中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司、河海大學(xué)、四川大學(xué)、生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心、長江科學(xué)院、南京水利科學(xué)研究院和長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院等。中國研究團(tuán)體與美國、加拿大、澳大利亞、挪威、英國等國的研究機(jī)構(gòu)保持著穩(wěn)定合作關(guān)系。從圖1（b）和圖2（b）可看出：發(fā)文量較多的研究機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的網(wǎng)絡(luò)特征，且這些機(jī)構(gòu)之間的合作程度相對較高。此外，除了機(jī)構(gòu)之間有緊密合作外，同一機(jī)構(gòu)不同專業(yè)之間也有廣泛合作。

2.2 研究主題與研究熱點

關(guān)鍵詞是指從文獻(xiàn)中精簡提煉出能夠代表研究主題及其內(nèi)容的詞語，在其結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)上也能夠揭示該領(lǐng)域知識的內(nèi)在聯(lián)系。研究熱點知識圖譜有助于分析某領(lǐng)域的研究熱點及演變狀態(tài)。借助CiteSpace 5.6.R5進(jìn)行過魚設(shè)施領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，并統(tǒng)計各關(guān)鍵詞出現(xiàn)詞頻、中心度（見表1和表2）。如表1所列，除了檢索主題詞，過魚設(shè)施研究熱點有數(shù)值模擬、水力特性、豎縫式魚道、魚道設(shè)計、流速、游泳能力、模型試驗、流場、水電工程、魚類、魚類洄游、魚道進(jìn)口、仿自然魚道、水利水電工程、過魚效果、升魚機(jī)、設(shè)計、臨界游泳速度、布置、美國、魚類保護(hù)、保護(hù)措施、游泳行為、水力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計、同側(cè)豎縫式魚道、改建工程、生態(tài)環(huán)境、拆壩、紊動能、生態(tài)保護(hù)、低水頭攔河建筑物、感應(yīng)流速和齊口裂腹魚等。除了檢索主題詞外，關(guān)鍵詞“豎縫式魚道”“數(shù)值模擬”和“水電工程”的中心度不低于0.1，說明這些關(guān)鍵詞在過魚設(shè)施研究中具有重要的中介作用。與關(guān)鍵詞“豎縫式魚道”共現(xiàn)密切的關(guān)鍵詞節(jié)點有40個，共現(xiàn)關(guān)系較強(qiáng)的有“物理模型”“整流導(dǎo)板”“主流”“回流”“結(jié)構(gòu)優(yōu)化”“過魚效果”和“數(shù)值模擬”等。與關(guān)鍵詞“數(shù)值模擬”共現(xiàn)密切的關(guān)鍵詞節(jié)點有46個，共現(xiàn)關(guān)系較強(qiáng)的有“水力特性”“豎縫式魚道”“流場”“流速”“魚道進(jìn)口”等。

如表2所列，除了檢索主題詞，過魚設(shè)施研究熱點有flow，swimming performance，fish behavior，hydraulics，fish migration，temperature，model，speed，turbulence，vertical slot fishway等。除了檢索主題詞外，關(guān)鍵詞fish behavior，fish，fish migration，model，China，dam和management的中心度不低于0.1，說明這些關(guān)鍵詞在過魚設(shè)施研究中具有重要的中介作用。與關(guān)鍵詞fish behavior共現(xiàn)關(guān)系較強(qiáng)的有swimming performance，fish migration，fatigue，river，burst speed和swimming capability等。與關(guān)鍵詞fish migration共現(xiàn)關(guān)系較強(qiáng)的有fish behavior，fishway，barrier，hydraulic characteristics，construction和model等。與關(guān)鍵詞model共現(xiàn)關(guān)系較強(qiáng)的有fish behavior，fishway，barrier，hydraulic characteristics和construction等。與關(guān)鍵詞management共現(xiàn)關(guān)系較強(qiáng)的有environmental factor，entrance position，hydrodynamic，hydraulic characteristics和altered flow regime等。

基于CNKI數(shù)據(jù)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜生成后，選擇軟件上“find cluster”功能，用關(guān)鍵詞標(biāo)記聚類和選擇聚類標(biāo)示詞的“LSI”算法進(jìn)行聚類，將關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜和聚類結(jié)果按照時間顯示，得到如圖3所示的過魚設(shè)施各個研究主題隨時間的改變趨勢以及聚成13個較為明顯的類團(tuán)。模塊值（Modularity Q）=0.681 9>0.5，意味著劃分出來的類團(tuán)結(jié)構(gòu)是顯著的;聚類緊密程度（Mean Silhouette）=0.511 3>0.5，認(rèn)為聚類合理[6]。該聚類按照文獻(xiàn)關(guān)鍵詞關(guān)系進(jìn)行聚類分析，由于部分文獻(xiàn)將一些泛意詞選作關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞未能準(zhǔn)確描述文獻(xiàn)主題，在CiteSpace聚類過程中可能出現(xiàn)“無效聚類”。因此，在對類團(tuán)包含的關(guān)鍵詞對應(yīng)的文獻(xiàn)研究主題分析的基礎(chǔ)上，對上述聚類進(jìn)一步歸納，總結(jié)出圍繞水利水電工程過魚設(shè)施主要開展的研究主題：豎縫式魚道水力特性、過魚設(shè)施不同導(dǎo)板結(jié)構(gòu)整流消能效果研究、與魚道設(shè)計相關(guān)的魚類游泳能力研究、不同類型過魚設(shè)施及不同布置情況下方案比較、為滿足魚類洄游而開展的保護(hù)措施和魚類行為研究、加速度條件下魚類下行行為及導(dǎo)魚設(shè)施研究。

CiteSpace 5.6.R5軟件可檢測錄入的文獻(xiàn)關(guān)鍵詞在某段時間出現(xiàn)頻次和速度突然顯著增高的情況，這種關(guān)鍵詞稱為突現(xiàn)詞，代表某段時間的熱點和趨勢，用來辨識某研究領(lǐng)域的研究前沿。由圖4所示，共檢測到6個突現(xiàn)詞。近5 a來出現(xiàn)的突現(xiàn)詞有水力特性、豎縫式魚道和過魚效果。

2.3 研究重點發(fā)展脈絡(luò)分析

根據(jù)中國過魚設(shè)施研究現(xiàn)狀，從魚類游泳行為及過魚設(shè)施水力學(xué)基礎(chǔ)研究、過魚設(shè)施進(jìn)口誘集魚研究、魚類下行研究、過魚設(shè)施補(bǔ)改建研究和過魚設(shè)施效果監(jiān)測與適應(yīng)性管理這5方面進(jìn)行發(fā)展脈絡(luò)分析。

（1） 魚類游泳行為及過魚設(shè)施水力學(xué)。由表1，2所列的過魚設(shè)施領(lǐng)域關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)時間和圖3所示的過魚設(shè)施研究文獻(xiàn)時間軸知識圖譜可知，在1994～2006年，發(fā)表的論文以過魚設(shè)施建設(shè)需求論述和國外過魚設(shè)施建設(shè)情況及具體工程介紹為主，較少涉及中國過魚設(shè)施基礎(chǔ)研究。2006年以后，開始開展過魚設(shè)施水力學(xué)研究以及大量數(shù)值模擬工作。即：通過數(shù)值模擬來研究不同魚道（以豎縫式魚道研究為主）結(jié)構(gòu)形式下，魚道流態(tài)、魚道流速和魚道消能效果。2009年以后，結(jié)合數(shù)值模擬在室內(nèi)開展了過魚設(shè)施物理模型試驗，研究魚道水力特性，并結(jié)合魚類游泳能力評價過魚設(shè)施適宜性，以優(yōu)化過魚設(shè)施設(shè)計。2011年以后，針對魚類感應(yīng)流速、持續(xù)游泳速度、臨界游泳速度、耐久游泳速度和爆發(fā)游泳速度等魚類趨流性和游泳能力評價指標(biāo)，開始在封閉均勻流小尺寸水槽下進(jìn)行大量測試[7-10]，其中臨界游泳速度和爆發(fā)游泳速度與關(guān)鍵詞過魚設(shè)施和魚道關(guān)聯(lián)度最高。魚類對流態(tài)的感知行為及上溯行為是過魚設(shè)施設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)。與過魚設(shè)施相關(guān)的魚類上溯行為與水力學(xué)耦合研究相對于魚類游泳能力研究和過魚設(shè)施水力學(xué)研究開展較晚，論文數(shù)量較少。2016年開始，有基于物理模型復(fù)雜流態(tài)下魚類上溯游泳行為與水力學(xué)之間的響應(yīng)關(guān)系和基于魚道特征流的魚類克流能力研究，如Gao等[11]通過CFD數(shù)值模擬技術(shù)，采用歐拉-拉格朗日質(zhì)點跟蹤方法，在主要考慮湍流動能的基礎(chǔ)上模擬出了魚類上溯的軌跡，且魚類上溯預(yù)測軌跡與試驗魚道物理模型中實測軌跡有較好的吻合度;譚均軍等[12]通過將魚在魚道模型中的上溯軌跡與各水力因子（流速、紊動強(qiáng)度、紊動能和雷諾剪切力）進(jìn)行疊加，研究了鳙魚和草魚上溯過程中的運動特性、水力偏好以及魚類運動軌跡與特定水力因子的相關(guān)程度;金志軍等[13]通過將試驗魚上溯軌跡與速度場進(jìn)行疊加，統(tǒng)計不同流態(tài)下異齒裂腹魚上溯成功率、相對成功率、通過效率和持續(xù)爆發(fā)游泳時間，定量分析了試驗魚通過流速障礙的能力，研究了魚類在魚道模型中的自主上溯行為，分析了試驗魚利用流場來實現(xiàn)上溯距離、時間最小化的上溯行為;Ke等[14]對比了D型柱、方柱擾動下的非恒定流與均勻流條件下，臨界游泳速度和游泳行為，發(fā)現(xiàn)D型柱擾動產(chǎn)生的流態(tài)可減少魚類游泳耗能，提高魚類臨界游泳速度。

（2） 進(jìn)口誘集魚。過魚設(shè)施進(jìn)口誘集魚的有效性是過魚設(shè)施成功的前提。相對于數(shù)十米，甚至數(shù)百米、上千米寬的河道而言，過魚設(shè)施進(jìn)口結(jié)構(gòu)如同“針眼”。為了增強(qiáng)過魚效果，開展了以水流誘魚為主，光[15]、氣泡幕[16]等為輔的誘魚措施研究。魚道進(jìn)口位置的確定主要通過模擬壩下河道流場，結(jié)合魚類游泳能力指標(biāo)，來預(yù)測并劃分適宜布置過魚設(shè)施進(jìn)口的河道區(qū)域[17-19]，進(jìn)而確定過魚設(shè)施進(jìn)口位置。過魚設(shè)施誘魚水流包括從出口流入內(nèi)部的流量（稱為過魚設(shè)施基流）和過魚設(shè)施輔助吸引流。相對于過魚設(shè)施進(jìn)口位置確定性研究，針對過魚設(shè)施誘魚水流開展的研究并不多。龔麗等[20]通過設(shè)計的魚道進(jìn)口概化模型，以草魚幼魚為研究對象，研究了魚道進(jìn)口流速對魚類上溯行為的影響，認(rèn)為魚道進(jìn)口水流存在一個最佳流速，在該流速下，魚類進(jìn)入魚道進(jìn)口的效率最高，且利用誘魚流道補(bǔ)水可進(jìn)一步提高魚道進(jìn)魚效率。羅凱強(qiáng)等[21]基于魚道進(jìn)口概化模型，以齊口裂腹魚為研究對象，采用進(jìn)口內(nèi)部側(cè)面補(bǔ)水、進(jìn)口側(cè)方旁道補(bǔ)水和進(jìn)口頂部旁道補(bǔ)水3種形式，探究不同流量和補(bǔ)水距離下補(bǔ)水方式對魚道進(jìn)口附近處齊口裂腹魚上溯行為的影響，結(jié)果表明旁道補(bǔ)水和旁道頂部補(bǔ)水顯著提升魚類在魚道進(jìn)口通過次數(shù)。金志軍等[22]利用過魚設(shè)施效果評價模型，分析得到過魚設(shè)施進(jìn)口吸引流較小是影響中國過魚設(shè)施效果的關(guān)鍵因素，并建議可通過工程措施（利用小型生態(tài)水輪機(jī)的發(fā)電尾水充當(dāng)過魚設(shè)施輔助吸引流，通過水泵輸送競爭流至過魚設(shè)施進(jìn)口通道來充當(dāng)吸引流，通過導(dǎo)流、集流等工程手段將發(fā)電尾水或其他競爭流導(dǎo)入過魚設(shè)施進(jìn)口通道等）將競爭流轉(zhuǎn)化為過魚設(shè)施吸引流，以增加進(jìn)口誘集魚效果，減少水能源損失和修建大尺度過魚設(shè)施所需費用。

（3） 魚類下行。魚類下行問題的研究是中國水利水電工作者今后在過魚設(shè)施方面需要開展的主要研究內(nèi)容之一。有多位學(xué)者綜述了國外幼魚下行措施[23-27]，報道了水輪機(jī)對下行魚類造成的傷害[28]。中國在魚類下行方面的研究較為薄弱，目前涉及到2方面：① 研究水輪機(jī)對過機(jī)下行的魚類造成不同程度的損傷機(jī)理研究，如李成等[29]在構(gòu)建軸流式水輪機(jī)全流道數(shù)值模型及典型魚類壓力適合閾值的基礎(chǔ)上，運用水輪機(jī)典型工況下流道壓力分布數(shù)值模擬結(jié)果對過機(jī)魚體進(jìn)行損傷分析研究;張洋等[30]在利用視頻分析技術(shù)捕捉草魚幼魚通過模型軸流式水輪機(jī)下行典型路徑的基礎(chǔ)上，結(jié)合CFD數(shù)值模擬技術(shù)對水輪機(jī)流道非恒定流對過機(jī)魚體的影響進(jìn)行深入研究;孟龍等[31]通過設(shè)計搭建壓力損傷機(jī)理試驗裝置，分析了壓力變化對魚的損傷情況、致傷原因及致傷閾值。② 研究幼魚下行過程中應(yīng)對加速流的行為響應(yīng)和游泳行為，如在自行設(shè)計制造加速流的裝置中研究不同流態(tài)加速流對鰱、鳙幼魚、拉薩裸裂尻下行游泳行為（下行率、下行方式及下行偏好流速）影響進(jìn)行定量分析[32-33]。

（4） 過魚設(shè)施補(bǔ)建、改建。1973年建成的太平閘魚道是中國第一個補(bǔ)建的過魚設(shè)施[34]。針對已建工程補(bǔ)建魚道，馬小杰[35]介紹了美國麥克納里電站通過改建，安裝了可降低魚類下行死亡率的軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，并將水輪機(jī)發(fā)電泄水充當(dāng)輔助吸引流引入魚道，來實現(xiàn)過魚設(shè)施改建以增強(qiáng)魚類上行洄游，降低幼鮭下行洄游的死亡率;江莉[36]介紹了澳大利亞墨累河船閘補(bǔ)建豎縫式魚道工程。楊秀榮等[37]針對原中國環(huán)境保護(hù)部對南渡江龍?zhí)了l樞紐補(bǔ)建生態(tài)魚道的要求進(jìn)行了魚道設(shè)計工作。豐滿水電站是中國歷史上第一座大型水電水利工程，同時也是第一個采取全面治理進(jìn)行重建的工程項目。豐滿水電站全面治理（重建）工程本著“以新代老”的原則，除了主體修建了升魚機(jī)外[38]，豐滿大壩永慶反調(diào)節(jié)水庫工程補(bǔ)建的仿自然魚道還是中國進(jìn)入21世紀(jì)以來第一個補(bǔ)建完成的過魚設(shè)施工程。隨著水生態(tài)保護(hù)逐漸推進(jìn)，中國各地對早期已建工程進(jìn)行過魚設(shè)施改建和加建的需求越來越多，針對已建水利水電工程補(bǔ)建過魚設(shè)施也是亟需解決的問題。

（5） 過魚設(shè)施效果監(jiān)測。中國過魚設(shè)施研究包括基于傳統(tǒng)水利水電工程開展的豎縫式魚道[39]、仿自然魚道[40]、池堰式魚道[41]、丹尼爾式魚道[42]、集運魚船[43]、升魚機(jī)[9]、鰻魚道[44-45]、固定式集運魚系統(tǒng)和誘導(dǎo)設(shè)施[46-47]等方面的研究，也包括由于道路河流交叉處的涵洞造成魚類上溯阻隔，進(jìn)行的涵洞式魚道研究[48-49]。魚道與城市河道生態(tài)治理和低水頭壩堰景觀優(yōu)化改造的聯(lián)系也逐漸受到關(guān)注，尤其是兼顧景觀生態(tài)學(xué)原理的仿自然魚道[50-52]。在過魚設(shè)施效果方面，有5篇論文綜述了過魚設(shè)施效果評價、監(jiān)測方法和監(jiān)測設(shè)備方面的內(nèi)容，如魏永才等[53]論述了射頻識別技術(shù)（RFID）在魚道監(jiān)測中的應(yīng)用，張健等[54]在試驗水槽測試了半雙工PIT遙測技術(shù)的監(jiān)測效果，陶江平、王義川和鄧曉川等[55-57]綜述了國內(nèi)外過魚設(shè)施效果監(jiān)測評價方法和研究進(jìn)展。過魚設(shè)施效果監(jiān)測評價對過魚設(shè)施科學(xué)長期有效的發(fā)展至關(guān)重要。已進(jìn)行過監(jiān)測并在CNKI和WOS中有文獻(xiàn)記載的中國過魚設(shè)施有15項，分別是斗龍港閘魚道、太平閘魚道、裕溪閘魚道、瀏河閘魚道、洋塘魚道、老龍口水利樞紐魚道、長洲水利樞紐魚道、崔家營航電樞紐工程魚道、曹娥江大閘樞紐工程魚道、連江西牛航運樞紐工程魚道、青海湖沙柳河魚道、流溪河水廠壩魚道、大渡河枕頭壩一級水電站魚道、昌栗高速公路某涵洞過魚設(shè)施、峽江水利樞紐魚道。裕溪閘魚道由于施工缺陷，導(dǎo)致過魚孔寬度不一，隔板坡降不一，以及進(jìn)口隔板布置不妥的問題，導(dǎo)致魚道內(nèi)局部流速過大，為了改善流速、流態(tài)，提高過魚效果，1975年對魚道進(jìn)行修整;經(jīng)過修整，過魚量與往年同期相比顯著增加[58]。從2006年到2010年青海湖魚道建設(shè)經(jīng)過導(dǎo)壁式魚道、簡易拼裝式魚道、階梯型池堰式魚道的發(fā)展過程，在經(jīng)過多次監(jiān)測情況下，魚道設(shè)計不斷優(yōu)化完善，過魚效果也越來越好[41];長洲水利樞紐魚道開展了長期的過魚效果監(jiān)測，從壩上壩下魚類資源空間分布、魚道流速、魚道水深、電站運行調(diào)度方式、大壩運行水位等方面研究了非生物和生物因素對壩上壩下魚類分布及上行下行規(guī)律和魚道上行下行過魚效果的影響[59-63]。過魚設(shè)施最初的設(shè)計工藝和監(jiān)測優(yōu)化與運行維護(hù)均至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計調(diào)查，中國已建成的50%以上的過魚設(shè)施還未開展效果監(jiān)測與評價，已開展監(jiān)測的過魚設(shè)施大多未進(jìn)行持續(xù)運行效果監(jiān)測，對于過魚設(shè)施效果監(jiān)測反映出的問題也未及時進(jìn)行優(yōu)化和改建。

3 結(jié)論與展望

本研究借助Citespace 5.6.R5文獻(xiàn)計量分析軟件，從CNKI和WOS獲取過魚設(shè)施為主題的文獻(xiàn)，以大數(shù)據(jù)分析的方式，從宏觀方面分析中國過魚設(shè)施研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，對過魚設(shè)施領(lǐng)域研究方向、研究主題、研究重點發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了可視化分析。得出以下主要結(jié)論：

（1） 中國過魚設(shè)施研究分為初步發(fā)展期、基本停滯期和二次發(fā)展期，進(jìn)入21世紀(jì)后過魚設(shè)施越來越受到相關(guān)機(jī)構(gòu)和研究人員的重視。從過魚設(shè)施領(lǐng)域科研力量分析，發(fā)文量較多的作者和研究機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的網(wǎng)絡(luò)特征，已經(jīng)形成了規(guī)模化科研團(tuán)隊。

（2） 過魚設(shè)施各研究主題具有關(guān)聯(lián)、重疊、交叉等特點，往往需要涉及到多學(xué)科交叉合作。目前，中國過魚設(shè)施研究主要圍繞過魚設(shè)施水力條件數(shù)值模擬、過魚設(shè)施物理模型試驗以及基于過魚對象游泳能力來開展過魚設(shè)施水力特性適宜性研究和魚道設(shè)計。

（3） 當(dāng)前中國水利水電工程魚類洄游通道修復(fù)正處于從支撐實施保護(hù)向支撐有效保護(hù)發(fā)展的攻堅階段，過魚效果監(jiān)測評價及過魚設(shè)施有效性是近期及未來研究重點。

根據(jù)中國過魚設(shè)施研究現(xiàn)狀及未來研究需求，提出以下5方面研究重點及研究建議：① 推動多學(xué)科間的合作研究。針對魚類行為學(xué)試驗少、野外魚類監(jiān)測不足等實際問題，未來需要通過跨學(xué)科整合知識，開展“魚”與“水”耦合研究，避免脫離魚來研究過魚設(shè)施。② 加強(qiáng)過魚設(shè)施進(jìn)口集誘魚增強(qiáng)措施研究。過魚設(shè)施進(jìn)口吸引流誘集效果起到?jīng)Q定性作用，在吸引流流量定義和定量以及輔助吸引流設(shè)計工藝等方面中國尚無統(tǒng)一認(rèn)識，在后續(xù)的研究中應(yīng)結(jié)合魚類上溯行為進(jìn)行物理模型試驗，進(jìn)一步研究吸引流流量和輔助吸引流措施研究。③ 魚類的遷移通常是一個雙向過程，迄今為止，中國的過魚設(shè)施多強(qiáng)調(diào)上行過魚設(shè)施。關(guān)于下行過魚，應(yīng)開展水輪機(jī)和溢洪道對下行魚類損傷機(jī)理研究和原型觀測，開展魚類友好型水輪機(jī)研究和上行魚道魚類下行效果研究。④ 全面開展過魚設(shè)施運行監(jiān)測評估以指導(dǎo)過魚設(shè)施設(shè)計、建設(shè)、運行、優(yōu)化。中國水利水電工程過魚設(shè)施運行監(jiān)測評估案例較少，難以對前期設(shè)計、過魚效果、運行管理進(jìn)行驗證和指導(dǎo)。對過魚設(shè)施開展運行監(jiān)測評估工作，一方面為水利水電工程優(yōu)化運行提供技術(shù)支撐，另一方面為過魚設(shè)施優(yōu)化設(shè)計和建設(shè)提供參考。⑤ 加強(qiáng)過魚設(shè)施設(shè)計系統(tǒng)性和適宜性管理研究。從流域?qū)用婵紤]河流連通性，系統(tǒng)規(guī)劃魚類保護(hù)措施布局，有針對性開展流域梯級水利水電工程新建、補(bǔ)建過魚設(shè)施研究。從公開過魚設(shè)施性能評價數(shù)據(jù)和由第三方機(jī)構(gòu)實施過魚設(shè)施例行檢查這2方面開展過魚設(shè)施適應(yīng)性管理，維持并改善過魚設(shè)施生態(tài)功能。

國外在過魚設(shè)施研究、建設(shè)和發(fā)展方面已有數(shù)百年歷史，國外學(xué)者在其功用、研究設(shè)計和效果評估方面開展了諸多研究。建議下一步同樣采用文獻(xiàn)計量分析的方式，針對Web of Science數(shù)據(jù)庫對國際過魚設(shè)施研究方向、研究主題、研究重點發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行可視化分析，分析國外過魚技術(shù)的先進(jìn)性、局限性和適用范圍，對比國內(nèi)外過魚設(shè)施研究異同性，以全面了解國內(nèi)外過魚設(shè)施發(fā)展現(xiàn)狀。

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（編輯：黃文晉）