JC水電站魚道工程魚類資源監(jiān)測效果研究

摘 要：西藏高原魚類資源物種豐富，但當(dāng)?shù)卮饲靶藿ǖ乃娬敬蠖辔从恤~道等過魚設(shè)施，水電站的建設(shè)對當(dāng)?shù)氐聂~類生態(tài)造成了破壞。為了緩解水電站對當(dāng)?shù)佤~類的阻隔，加查水電站（JC水電站）修建了豎縫式魚道供流域內(nèi)魚類洄游、生殖、繁衍。為進(jìn)一步了解該魚道項(xiàng)目的實(shí)際過魚效果，研究對JC水電站壩上、壩下魚類資源及水體資源進(jìn)行了監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)，總結(jié)了壩上、壩下的魚種組成及魚類特征，同時結(jié)合魚道內(nèi)部流動特性對JC水電站魚道的過魚效果進(jìn)行了全面分析，并提出了魚道的優(yōu)化策略。經(jīng)過優(yōu)化后的魚道更有利于過魚控制和過魚效果監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：魚類資源；過魚設(shè)施；豎縫式魚道；水體資源；JC魚道

中圖分類號：S956.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）13-129-3

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.13.029

0 引言

在雅魯藏布江土著魚類中，資源價值利用較高的土著魚類種群數(shù)量有下降趨勢，但絕大部分土著魚類種群仍處于原始的動態(tài)平衡狀態(tài)［1］。為減少水電站建設(shè)的大壩蓄水池對河道內(nèi)魚類生存環(huán)境的影響，部分水電站建設(shè)了生態(tài)魚道。常毅等［2］對比了蘇洼龍水電站不同類型的魚道建設(shè)方案，發(fā)現(xiàn)蘇洼龍水電站魚道對魚類基因交流和洄游起到了一定的作用，但由于魚道過長且比較狹窄，效果并不理想。陳靜等［3］對藏木生態(tài)魚道的設(shè)計(jì)及建設(shè)投運(yùn)等進(jìn)行了資料整理及調(diào)查，發(fā)現(xiàn)藏木生態(tài)魚道很好地解決了魚類洄游的問題，以及種群之間的基因交流阻隔，且過魚效果較好。何偉等［4］對夾巖工程區(qū)域內(nèi)過魚目標(biāo)、魚類洄游能力、主要過魚季節(jié)、過魚數(shù)量等進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)魚道建設(shè)可以緩解種群之間的基因交流阻隔，有效改善了河流之間的連通性，對保護(hù)魚類種群多樣性具有重要意義。研究以位于雅魯藏布江干流中游桑日至JC峽谷段的JC水電站為例，對壩上、壩下魚類資源及水體資源進(jìn)行監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)，總結(jié)了壩上、壩下的魚種組成及魚類特征，結(jié)合JC水電站魚道的內(nèi)部流動特性，分析了JC魚道的過魚效果，并提出了魚道的優(yōu)化方案。

1 材料與方法

1.1 JC水電站魚道概況

JC水電站的魚道設(shè)置了進(jìn)口和出口2個觀測研究室，并在進(jìn)口觀測研究室旁增設(shè)了魚道旁通池室，以便在魚道過魚效果不佳時啟用。魚道進(jìn)口觀測研究室承擔(dān)了統(tǒng)計(jì)魚類數(shù)量、觀察研究和參觀游覽的任務(wù)［5］。進(jìn)口觀測室旁設(shè)計(jì)的旁通池室既可以作為魚道休息池，也可以作為后續(xù)捕撈過壩的集魚池。魚道出口觀測研究室位于19號壩段下游，承擔(dān)了統(tǒng)計(jì)成功過魚數(shù)量和觀察研究的任務(wù)。魚道過魚監(jiān)測設(shè)備安裝在JC水電站進(jìn)廠公路魚道觀察室內(nèi)，主要對魚類遷移洄游等行為習(xí)性進(jìn)行監(jiān)測。

1.2 魚類資源監(jiān)測方法

魚類資源監(jiān)測采樣通過人工捕撈、水下視頻監(jiān)測、生物學(xué)示蹤劑追蹤等方法，對JC水道進(jìn)行了近3 a的魚類資源調(diào)查。在調(diào)查過程中，對大部分魚類進(jìn)行了現(xiàn)場拍照鑒定，并進(jìn)行了分類匯總。對于無法直接辨別的魚種，利用化學(xué)方式進(jìn)行儲存，后續(xù)通過查閱魚類志等方法進(jìn)行鑒定確認(rèn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

捕獲的魚類樣本經(jīng)過分類鑒定后，通過計(jì)算Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)評估雅魯藏布江魚類資源的多樣性和穩(wěn)定性［6］。相關(guān)計(jì)算公式見式（1）至式（3）。

[H=-（pi*lnpi）]" " " " " " " " " " " （1）

[D=1-（p2i）]" " " " " " " " " " " " " （2）

[E=H'/Hmax]" " " " " " " " " " " " " " " " "（3）

式中：H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，Hmax為最大的物種多樣性指數(shù)，H'為實(shí)際觀察的物種多樣性指數(shù)，pi為第i個物種在樣方中的相對豐度，D為Simpson多樣性指數(shù)，E為Pielou均勻度指數(shù)。

1.4 魚道池室內(nèi)水流特性監(jiān)測方法

研究采用小型剖面流速儀（StreamPro ADCP）配合旋槳流速儀及計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)測。在魚道池室內(nèi)按左右走航式進(jìn)行逐點(diǎn)測量，每個測點(diǎn)自水面起按不同深度分層測量，每隔0.07～0.11 m測量1次。研究全面測取了典型池室內(nèi)三維水流的流速、流向特征，以驗(yàn)證魚類上溯洄游的可能性及其環(huán)境特性。

2 結(jié)果與討論

2.1 JC水電站魚道魚類檢測結(jié)果

2021年3月至2023年6月，共監(jiān)測到魚類9種，分別為異齒裂腹魚、拉薩裂腹魚、巨須裂腹魚、拉薩裸裂尻魚、擬硬刺高原鰍、鯉、鯽、鏡鯉、鲇。監(jiān)測記錄過魚數(shù)量49 385尾次。其中，異齒裂腹魚數(shù)量占漁獲物總數(shù)的67.12%，巨須裂腹魚數(shù)量占漁獲物總數(shù)的13.70%，拉薩裂腹魚數(shù)量占漁獲物總數(shù)的4.80%，拉薩裸裂尻魚數(shù)量占漁獲物總數(shù)的3.42%，擬硬刺高原鰍占漁獲物總數(shù)的0.34%，外來物種如鯉、鯽、鲇、鏡鯉共占漁獲物總數(shù)的10.62%。

2.2 JC魚道內(nèi)部流場特性

試驗(yàn)選取了魚道觀察室段、圓弧形回轉(zhuǎn)段、典型順直段、連續(xù)轉(zhuǎn)折段、過壩段、壩前段等18個典型區(qū)間、75個池室結(jié)構(gòu)進(jìn)行池室內(nèi)流場特性監(jiān)測，并選取了具有代表性的觀察室段、休息室段2個區(qū)間進(jìn)行了池室內(nèi)水流流速特性分析。

2.2.1 魚道過壩段及1#觀察室段池室內(nèi)水流特性

2.2.1.1 水深分布

池室段水深變化范圍為1.62～2.34 m，上游3個池室水較深（約2.00 m），下游最后一個池室下游段水深減小（約1.60 m）。

2.2.1.2 流速分布

池室段垂向平均流速變化范圍為0～0.62 m/s，最大流速區(qū)域位于隔板豎縫附近區(qū)域。池室主要水流方向?yàn)閺纳嫌胃舭遑Q縫處流向下游隔板豎縫處，水流呈“S”形，靠近邊壁區(qū)域流向呈螺旋狀，流速較小。

池室段平均流速為0.23 m/s，最大流速為1.3 m/s，位于0.23 m水深的隔板豎縫處。該池室段流速分布滿足魚道豎縫設(shè)計(jì)流速要求，存在上下貫通的魚類上溯通道，滿足魚類上溯洄游需求。

2.2.2 壩下#1休息池段池室內(nèi)水流特性

2.2.2.1 水深分布

該池室段從上游到下游水深逐漸增大，上游#1池室水深約為1.60 m，下游#5池室水深約1.80 m。

2.2.2.2 流速分布

該池室段垂向平均流速變化范圍為0～0.48 m/s，最大流速位于隔板豎縫附近區(qū)域。池室主要水流方向?yàn)閺纳嫌胃舭遑Q縫處流向下游隔板豎縫處，水流呈“S”形，靠近邊壁區(qū)域流向呈螺旋狀，流速較小。休息池內(nèi)流速接近0，可為上溯魚類提供休息場所。

研究選取了4個水深分別為0.22 m、0.50 m、0.71 m、0.99 m的監(jiān)測點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著水深的增加，該池室內(nèi)水流流速逐漸減小，池段平均流速為0.13 m/s，最大流速為1.23 m/s，流速均小于設(shè)計(jì)流速（1.3 m/s）。因此，該池室段滿足魚類上溯洄游需求。

2.3 魚道過魚監(jiān)測

2021年3月1日魚道首次運(yùn)行以來，持續(xù)監(jiān)測其過魚情況，截至2023年6月30日，經(jīng)3個過魚周期，JC魚道出口段觀測室共監(jiān)測到過魚數(shù)量超過27.5萬尾次，日均過魚758尾次，具體數(shù)據(jù)見表1。魚道過魚期監(jiān)測過魚種類見表2。監(jiān)測到最大的過魚個體體長超過480 mm，最小個體體長約50 mm（幼魚）。從魚道過魚效果來看，JC水電站魚道有效地發(fā)揮了其作為魚類遷移、洄游通道的功能。

2.4 魚道功能提升和優(yōu)化

魚道進(jìn)、出口啟閉機(jī)房內(nèi)設(shè)置高程水位測試儀，以滿足相應(yīng)洪水位的校核，進(jìn)、出口閘門均采用液壓啟閉機(jī)，可以更精確地遠(yuǎn)程控制水位和流量，滿足各種工況下的聯(lián)合運(yùn)行。

配置魚道監(jiān)測設(shè)施，如1#至4#進(jìn)口誘魚防水LED燈、暗涵段和過壩段燈帶、魚道監(jiān)測計(jì)數(shù)系統(tǒng)、水下攝像系統(tǒng)、機(jī)械與動力捕撈設(shè)備、水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)、流速在線監(jiān)測系統(tǒng)、魚道在線監(jiān)測集成平臺等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控信息化。

3 結(jié)論和展望

3.1 結(jié)論

魚道內(nèi)魚類主要種類為異齒裂腹魚、拉薩裂腹魚和巨須裂腹魚，與壩下魚類主要種類組成基本一致。進(jìn)入魚道中的魚類個體之間體長、體重均存在差異，表明魚道能滿足不同規(guī)格魚類的上溯洄游需求。

魚道各處過魚縫最大流速大多小于豎縫設(shè)計(jì)的流速（1.3 m/s），垂線流速分布顯示過魚縫均存在小流速過魚空間，所以JC魚道池室結(jié)構(gòu)滿足魚類上溯洄游需求。

優(yōu)化后的魚道實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測，方便對過魚情況進(jìn)行全方位、全時段監(jiān)測。

3.2 展望

小型剖面流速儀在特定環(huán)境（如低流速、淺水域）下，測量精度可能會受到一定影響，對于水流中的微小變化和紊亂流態(tài)的捕捉可能不夠精細(xì)。對于高流速或紊動較大的區(qū)域，旋槳流速儀的測量結(jié)果可能會產(chǎn)生波動，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。可結(jié)合使用不同類型的流速儀（如激光流速儀等），以提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

計(jì)算機(jī)采集分析系統(tǒng)在處理大量數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理速度可能會受到影響，可采用自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以減少數(shù)據(jù)采集的出錯率。

參考文獻(xiàn)：

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［3］陳靜，郎建，周小波，等.雅魯藏布江藏木水電站魚道工程設(shè)計(jì)與研究［J］.水電站設(shè)計(jì)，2017，33（1）：52-58.

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作者簡介：王忠偉（1990—），男，碩士，工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)及智能裝備。