多布水電站魚道運行效果評價

夏朝輝，張 彤，牛 樂，高 繁

(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

水利水電工程在發(fā)揮防洪、供水、灌溉、航運、發(fā)電效益的同時，也使原始的河流生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了變化。其中最為直接的影響是水電站的修建阻隔了魚類的溯游通道，造成魚類資源減少。魚道作為緩解筑壩工程對魚類和河流連通性影響的常用措施，對其過魚效果的監(jiān)測就顯得尤為重要[1-3]。國外在過魚設(shè)施的運行監(jiān)測方面做了很多研究，如美國在哥倫比亞河流域為保護大馬哈魚進行了長達32 a的過魚設(shè)施效果監(jiān)測；美國邦納威爾大壩通過設(shè)置魚道觀察室，引入大眾教育、人文旅游等產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮了過魚設(shè)施的經(jīng)濟及社會效益；澳大利亞“流域魚類溯游通道恢復(fù)計劃”對澳大利亞墨累—達令河流域進行的監(jiān)測工作，并研發(fā)了遙感監(jiān)測設(shè)備等監(jiān)測評估技術(shù)；丹麥、捷克等國也對其境內(nèi)的魚類洄游通道的運行效果進行了大量的監(jiān)測及評估工作[4]。國內(nèi)也開展了一些有關(guān)魚道等過魚設(shè)施過魚效果的調(diào)查工作，如崔家營航電樞紐工程魚道過魚效果監(jiān)測采用網(wǎng)捕和水聲學(xué)監(jiān)測結(jié)合的方法[5]；采用張網(wǎng)法逐日對試點魚道的過魚效果進行監(jiān)測的流溪河水廠壩丹尼爾式魚道效果監(jiān)測[2]；采用 PIT 標(biāo)記跟蹤的方式對魚道的通過性進行評估的枕頭壩一級水電站豎縫式魚道[3]；以及采用張網(wǎng)法和截堵法在2012 年3—8月共 6 次對西牛魚道的過魚效果進行監(jiān)測的連江西牛魚道[6]。

多布水電站魚道工程位于西藏林芝市境內(nèi)尼洋河流域，于2017年正式建成。本文在分析國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，采用視頻觀測分析、PIT跟蹤標(biāo)記法、水聲學(xué)法等對多布水電站魚道過魚效果進行監(jiān)測評估，為尼洋河和雅魯藏布江后續(xù)水電站項目的魚類保護措施的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

尼洋河流域位于西藏自治區(qū)林芝市境內(nèi)，是雅魯藏布江的一級支流，西以米拉山作為分水嶺，東接雅魯藏布江和色季拉山，南部以喜馬拉雅山脈東段為分水嶺，北部以念青唐古拉山東段為界，其流域面積為 17 815 km2，年降水量為 230.72 億m3，年徑流量為 172.29 億 m3，尼洋河流域水系如圖1所示[7]。隨著我國水電事業(yè)的大力發(fā)展，魚類的救護問題也逐漸走進大眾視野[8]。為保護該地區(qū)魚類資源，滿足該流域魚類上溯需求，選取適于中低水頭的水工建筑物的過魚設(shè)施—魚道[9]，并通過方案比選，最終選擇由廠房尾水向上游延伸于左副壩過壩，過壩后沿庫區(qū)左岸邊坡向上游延伸至魚道出魚口的布置方案建設(shè)多布水電站魚道[10]。

圖1 尼洋河流域水系

1.2 水電站魚道

多布水電站位于西藏自治區(qū)林芝縣多布村尼洋河干流，水庫正常蓄水位3 076.00 m，正常蓄水位以下庫容約0.65億m3，校核洪水位3 077.35 m，總庫容0.85億m3，電站裝機容量120 MW。多布水電站魚道采用在左副壩過壩，過壩后沿庫區(qū)左岸邊坡向上游延伸至魚道出魚口的布置方案。魚道型式為池式模式，槽身斷面形式為矩形，魚道隔板采用同側(cè)垂直豎縫式。設(shè)計過魚時段主要過魚對象及目標(biāo)為異齒裂腹魚過魚數(shù)量5 000尾，巨須裂腹魚過魚數(shù)量800尾，拉薩裂腹魚過魚數(shù)量500尾，魚道過魚季節(jié)與魚類產(chǎn)卵季節(jié)一致，為每年的3—6月。

多布水電站魚道主要由進魚口、魚道池室、休息室、觀察室、出魚口等建筑物組成，共布置進魚口2個、休息室9個、觀察室2個，出魚口2個，魚道全長1 100.46 m。

魚道進魚口設(shè)置兩個，均位于廠房尾水出口下游左岸邊坡上，池室斷面采用矩形斷面，尺寸為3.5 m×2.0 m(長×寬)，魚道逆水流方向向上游延伸，兩個進魚口均設(shè)置燈光系統(tǒng)等誘魚設(shè)施，進魚口控制流速為0.9～1.1 m/s，以便于魚類誘入。

魚道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)邊墻頂部厚度為1 m，兩側(cè)坡比1∶0.1。壩下游段底板厚度為1.0 m，上游底板厚度為2～3 m，底面做成1∶0.1斜坡以利于抗滑。魚槽寬 2.0 m，魚道豎縫寬度為0.3 m，隔板間距2.5 m，設(shè)計水深1.5～2.5 m，設(shè)計流量0.356～0.594 m3/s，魚道平面布置如圖2。

圖2 魚道平面布置

休息室的布置結(jié)構(gòu)為：凈寬2 m、凈長5 m、豎縫寬度0.3 m、導(dǎo)板長0.5 m、導(dǎo)向角20°、底坡坡比1%、水深設(shè)置為1.5～2.5 m。觀察室分別于上、下游各布置一個，室內(nèi)安裝視頻監(jiān)測系統(tǒng)，以便觀測魚道內(nèi)的過魚情況。魚道出口設(shè)置2個，與上游水庫水位變幅要求相適應(yīng)。魚道出口與魚道成夾角布置，以減小漂浮物影響、便于利于魚類出游。

1.3 監(jiān)測方法

1.3.1漁獲物監(jiān)測

2020—2021年6—7月通過在魚道內(nèi)部選擇典型的魚類主要折返池室，利用堵截法采樣，確定典型池室魚類種類組成及其數(shù)量、規(guī)格，作為魚道運行效果評價的基礎(chǔ)。漁獲物監(jiān)測布置如圖3所示。

圖3 漁獲物監(jiān)測布置

1.3.2視頻監(jiān)測

通過對監(jiān)測期間2021年3月2日至4月30日的過魚視頻采用人工篩選、統(tǒng)計和記錄的方法，獲取通過觀測區(qū)域的魚類數(shù)量、規(guī)格及時間等信息，并對魚道內(nèi)過魚情況進行分析及效果評估。視頻監(jiān)測裝置包括遮光板、照明燈、水尺、攝像機、存儲器和顯示屏等構(gòu)件。

1.3.3水聲學(xué)監(jiān)測

5—6月汛期水質(zhì)渾濁度高，利用水聲學(xué)探測方法對魚道過魚效果進行監(jiān)測。本方法將雙頻識別聲吶探測儀ARIS Explorer 1800作為監(jiān)測設(shè)備，后期通過人工統(tǒng)計的方式，記錄魚類信號的數(shù)量、規(guī)格及時間。

1.3.4PIT標(biāo)志檢測

本研究于2020年5月17日至2021年6月28日分4個批次在壩下江段及魚道進口段放流PIT芯片標(biāo)記的不同種類及不同規(guī)格的魚類個體，并在魚道進口段和出口段各安裝一套PIT信號接收裝置，分別記錄標(biāo)記魚通過種類、數(shù)量和時間。

2 監(jiān)測結(jié)果

2.1 種類組成

多布水電站魚道2020—2021年共計通過魚類種類7種，隸屬2目、3科、6屬。2021年的3種調(diào)查類型中共計監(jiān)測到魚類69117尾，平均每小時過魚34尾，統(tǒng)計結(jié)果見表 1。捕獲魚類的體長為2.4～62.4 cm，體重為0.2～1753.4g。魚類個體數(shù)量以拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsisyounghusbandi)最多。

表1 多布魚道內(nèi)漁獲物種類組成

魚類洄游的主要需求主要有：捕食、產(chǎn)卵、越冬3種類型。多布水電站魚道洄游魚類大部分是以捕食、產(chǎn)卵需求為主。通過多布水電站魚道漁獲物采集到的幾種魚類習(xí)性的介紹，來闡述不同魚類對通過魚道洄游的需求[1]。

拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsisyounghusbandi)隸屬于鯉形目鯉科，屬洄游性魚類。產(chǎn)卵旺季為每年3—4月份，卵呈桔黃色，帶粘性。產(chǎn)卵場多位于透明度高，可見水底的淺水地帶，產(chǎn)卵群體多在5齡以上，最低齡為3齡。

異齒裂腹魚(Schizothoraxoconnori)隸屬于鯉形目鯉科，屬洄游性魚類。繁殖季節(jié)為每年4—5月份，產(chǎn)卵場大多位于在淺灘流水地帶。繁殖季節(jié)大多在河流水質(zhì)清澈、礫石底質(zhì)處活動，卵為沉性卵。

拉薩裂腹魚(Racomawaltoni)隸屬于鯉形目鯉科裂腹魚亞科裂腹魚屬，產(chǎn)卵旺季為4—5月份，此間在尼洋河入雅魯藏布江匯口處有繁殖親魚集群活動。

巨須裂腹魚(Schizothoraxmacropogon)隸屬于鯉形目鯉科裂腹魚亞科裂腹魚屬，屬洄游性魚類，產(chǎn)卵旺季為5—6月份，大多在干流敞水處活動。

根據(jù)野外觀察和資料分析，高原魚類繁殖是在河流化冰之后即開始。對于大部分魚類來說，產(chǎn)卵往往需要9℃～14℃的水溫以及適宜的流水條件，因此大部分魚的繁殖季節(jié)是3—6月。所以該區(qū)域魚類在3—6月內(nèi)上溯的主要原因是產(chǎn)卵。

2.2 晝夜差異

研究結(jié)果表明，多布水電站魚道的魚類上溯存在顯著的晝夜差異。通過觀察2020—2021年收集的過魚錄像發(fā)現(xiàn)尼洋河魚類在下午至傍晚時段(14:30-21:30)洄游活動最強。相關(guān)數(shù)據(jù)以2021年觀測數(shù)據(jù)為例見圖4。經(jīng)查閱資料，筆者認(rèn)為這與魚道中的水溫變化有關(guān)，下午的水溫較上午和傍晚有些微的上升，使魚類對于生殖洄游的愿望增強，因此上溯數(shù)量較其他時段有明顯的上升[13]。

圖4 多布魚道各時段上溯數(shù)量統(tǒng)計

2.3 季節(jié)差異

因2020年魚道開放時間較晚，所以未留有完整可供分析的數(shù)據(jù)。根據(jù)2021年度多布水電站魚道監(jiān)測成果，發(fā)現(xiàn)不同月份魚類進入魚道的數(shù)量和種類存在一定的差異，數(shù)量和種類未呈現(xiàn)明顯的相關(guān)關(guān)系。3—5月魚道過魚數(shù)量及周邊魚種類分布如圖5所示。3月份日均通過魚類數(shù)量為391.17條；4月份日均通過魚類數(shù)量為1127.76條；5月份日均通過魚類數(shù)量為695.00條。其中，因水電站流域優(yōu)勢種拉薩裸裂尻魚在3—4月為產(chǎn)卵期，且其他魚類產(chǎn)卵期多與4月重疊，魚類上溯愿望最強烈，故4月份的魚道過魚種類與數(shù)量均顯著高于其他月份。

圖5 魚道過魚種類和數(shù)量分布

2.4 魚道通過性

2020—2021年的4次PIT實驗中， 2020-1實驗有43%的標(biāo)記魚通過上游監(jiān)測斷面，而49%的標(biāo)記魚沿魚道向下進入河道。2020-2實驗有46%的標(biāo)記魚通過上游監(jiān)測斷面，而50%的標(biāo)記魚沿魚道向下進入河道。2021-1實驗有31%的標(biāo)記魚通過上游監(jiān)測斷面，而56%的標(biāo)記魚沿魚道向下進入河道。2021-2實驗有31%的標(biāo)記魚通過上游監(jiān)測斷面，而59%的標(biāo)記魚沿魚道向下進入河道。PIT實驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 PIT實驗數(shù)據(jù)

2.5 過魚效果的影響因素

通過文獻調(diào)研及國內(nèi)外魚道監(jiān)測評估結(jié)果分析，生態(tài)環(huán)境因素的變化是引發(fā)魚類洄游活動的主要因素，影響魚道過魚效果的生態(tài)環(huán)境因素主要有上游水位、水溫、流速等[14]。對于多布水電站魚道來說，魚道內(nèi)水位、流速、流量等主要由上游水位所決定。 在3—6月魚道內(nèi)水溫的變幅不大，故暫不考慮其影響，因此主要研究水位變化對多布水電站魚道過魚效果的影響。分析結(jié)果如圖6～7所示。

圖6 水位與過魚數(shù)量對比

圖7 水溫與過魚數(shù)量對比

根據(jù)監(jiān)測成果分析，影響多布水電站魚道過魚效果的因素主要有以下幾個方面：

(1) 魚道上游水位的變化對魚道過魚效果會產(chǎn)生影響。監(jiān)測成果體現(xiàn)出上游水位較高時當(dāng)日過魚效果會相對較好，如：2021年4月2日與2021年4月20日的過魚數(shù)據(jù)相對較高，其對應(yīng)的水位也相對附近日期較高。

(2) 月平均水溫與過魚數(shù)量未有明顯變化，這可能與該流域氣候因素有關(guān)，該流域日照充足，年溫差小，日溫差大，所以月平均溫難以表達過魚數(shù)量與溫度變化的關(guān)系，如上圖所示。筆者認(rèn)為，溫度會對過魚效果產(chǎn)生一定的影響，這主要體現(xiàn)在魚道過魚的晝夜差異上，如在溫度相對較高的下午時段，過魚效果會相對較好。

(3) 魚道運行水位與過魚數(shù)量在一定范圍內(nèi)呈反向相關(guān)性，當(dāng)魚道的運行水位達到1.80 m以上時，過魚數(shù)量變化將不再顯著，基本達到一定的穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)分析，認(rèn)為運行水位處于1.0～1.5 m時，本魚道的過魚效果較好。

(4) 魚道運行流速與過魚數(shù)量成一定的反相關(guān)性，魚道內(nèi)過魚數(shù)量基本隨運行流速的增大而減小。

水位、水溫以及流速對魚道過魚效果有一定的影響，但相關(guān)性不甚明顯，這可能與所測數(shù)據(jù)過少不能完全代表影響情況以及魚類上溯本身的生殖需求有關(guān)。

3 討 論

3.1 魚道過魚效果評估

多布水電站魚道監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的魚類共計7種，分屬2目3科6屬。包含魚道規(guī)劃的主要過魚對象有巨須裂腹魚、異齒裂腹魚、拉薩裂腹魚和尖裸鯉。但尖裸鯉分布局限，數(shù)量少，生長速度較慢，性成熟年齡晚且魚道建成投入使用時間短，故暫未檢測出這種稀有魚類。目前除瀕危水生野生保護動物尖裸鯉，其余物種均已在魚道中檢出或成功上溯，已證明魚道具有較好的過魚功能。另外，基于2021年P(guān)IT標(biāo)志監(jiān)測的魚道過魚效果評估結(jié)果：4—5月PIT實驗魚總上溯率為31.25%，6月PIT實驗魚總上溯率為31.17%。綜合分析得出2020、2021年度PIT實驗結(jié)果較好，相對于2019年魚類上溯率有了一定提升，魚類的通過性較好。所以，該魚道具有較好的過魚效果。

3.2 多布魚道的過魚特點

監(jiān)測期間，魚道內(nèi)水質(zhì)較為均勻，監(jiān)測期內(nèi)大部分池室豎縫流速滿足設(shè)計要求的0.9～1.1 m/s，滿足上溯需求。主要過魚對象除尖裸鯉外均被監(jiān)測到進入魚道或成功上溯。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示魚類上溯時間主要集中在下午時段(14：30-21：30)，且就整體數(shù)據(jù)來看，魚類于4月份上溯數(shù)量居多。分析原因認(rèn)為，4月份恰逢該水域魚類產(chǎn)卵高峰期，魚類上溯需求最為迫切，其進入魚道上溯至上游的可能性較大。

3.3 國內(nèi)外其他魚道過魚效果比較

本次評估工作采用了堵截法、視頻觀測法、水聲學(xué)法及PIT實驗等方法，針對不同時期魚道運行特點采用不同方式監(jiān)測，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。本魚道過魚種類為7種，明顯少于其他魚道，這可能與環(huán)境中魚類本身種類限制有關(guān)(尼洋河共分布魚類2目3科10屬15種，包括土著魚類6屬11種、外來魚類4屬4種)，過魚數(shù)量為34尾每小時，與大部分魚道過魚數(shù)量持平。與國內(nèi)外其他魚道過魚效果比較見表3。

表3 多布水電站魚道運行效果與其他魚道比較

3.4 提高過魚效果的主要措施

根據(jù)2020—2021年監(jiān)測結(jié)果及影響因素分析，為提高魚道的過魚效果，大致可采取以下兩種措施:

(1) 設(shè)計過魚時段內(nèi)通過調(diào)整魚道出口閘門啟閉大小，保證魚道內(nèi)水位及流速在設(shè)計范圍之內(nèi)，為魚類通過魚道創(chuàng)造最有利條件。

(2) 通過各類導(dǎo)魚及誘魚措施，以增加魚道進魚口位置魚類集群數(shù)量，使魚類更加便于找到進魚口并進入魚道。

4 結(jié) 論

魚道是保證魚類順利上溯洄游的重要工程措施之一。為了解本魚道的運行效果，采用了堵截法、視頻觀測法、水聲學(xué)法和PIT實驗監(jiān)測法多種方式相結(jié)合的方法，于2020年及2021年3—6月份對多布水電站魚道進行監(jiān)測評估,形成結(jié)論如下：

(1) 魚道內(nèi)共有7種魚類通過，隸屬2目、3科、6屬。魚類的過魚數(shù)量呈現(xiàn)晝夜差異和季節(jié)差異，其中魚類多選擇下午及傍晚上溯并于4月份上溯數(shù)量最多，這可能與其過魚種類多于4月份產(chǎn)卵，上溯需求較大有關(guān)。

(2) 水位、水溫、流速也會對魚類上溯情況產(chǎn)生一定影響。與其他魚道相比，多布魚道的過魚種類相對單一，但數(shù)量可觀。研究結(jié)果可為繼續(xù)優(yōu)化魚道運行管理及魚類資源保護提供一定的參考，對該流域的魚類保護有重要意義。