我國魚道建設(shè)現(xiàn)狀及典型案例分析

曹 娜,鐘治國,曹曉紅,張沙龍,張軼超

(1.環(huán)境保護部環(huán)境工程評估中心,北京 100012; 2.中國電建集團北京勘測設(shè)計研究院有限公司,北京 100024)

魚道是供魚類溯河通過閘、壩等建筑物或天然建筑物的一種人工通道[1],其生態(tài)學意義是減緩大壩建設(shè)對受阻隔魚類的影響,幫助受到阻隔的魚類順利上行或下行通過大壩或其他障礙物,以到達其繁殖地、索餌場或越冬場等重要生活場所。

魚道的建設(shè)歷史較悠久,最早的魚道記載約出現(xiàn)在17世紀(1662年)的法國[2],但是早期修建的魚道結(jié)構(gòu)都較簡單,未經(jīng)過科學研究論證。1883年,英國在泰斯河上修建了世界上第一座池室魚道,但是由于其設(shè)計不符合魚類的生態(tài)習性而過魚效果不佳。20世紀初期修建的魚道都不太成功,直到Danil[3]通過多年的系統(tǒng)科學研究,成功發(fā)明了丹尼爾式魚道;此后,美國和西歐建有多座丹尼爾式魚道。目前,世界上最長的魚道建于巴拉那河的伊泰普大壩上,全長約10 km。據(jù)不完全統(tǒng)計,截至20世紀晚期,北美有魚道近400座,日本則有1 400余座[4]。

國內(nèi)對魚道的研究約始于1958年,至今已有近60年歷史,但是期間由于種種原因出現(xiàn)停滯期約20年[5],自2000年以后,由于環(huán)境保護政策的加強,魚道恢復河道連通性的意義受到重視,一批新的魚道逐步得以規(guī)劃設(shè)計建設(shè),國內(nèi)魚道建設(shè)進入一個新的階段。

魚道建設(shè)的成功與否是河流生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標之一,也是水利水電工程環(huán)境影響評價中生態(tài)環(huán)境保護的重要評價指標。但是,王興勇等[4]對已有魚道的調(diào)研表明,我國大部分魚道由于各方面的原因,運行情況并不理想,如洋塘魚道等[6]。

陳凱麒等[7]對2000年以來經(jīng)過環(huán)境影響技術(shù)評估的24個水利水電項目魚道建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析,本文在此基礎(chǔ)上對相關(guān)數(shù)據(jù)進行進一步統(tǒng)計,并對魚道建設(shè)現(xiàn)狀進行分析,總結(jié)魚道設(shè)計、建設(shè)、運行等各階段的制約性因素,并相應(yīng)提出對策建議。

1 國內(nèi)近年魚道規(guī)劃設(shè)計及建設(shè)情況

在已有研究的基礎(chǔ)上[7-8],本文通過進一步收集和更新資料,對2000—2014年經(jīng)過環(huán)境保護部環(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)工程進行了統(tǒng)計分析(表1)。

表1 國內(nèi)2000—2014年批復的水利水電工程項目魚道相關(guān)情況統(tǒng)計

續(xù)表1

續(xù)表1

注:表格中魚道相關(guān)參數(shù)主要來源于項目環(huán)境影響報告書及竣工驗收報告。

由表1分析可知,我國魚道的主要過魚對象為珍稀瀕危魚類,如具有洄游習性的鰣(Tenualosareevesii)、中華鱘(AcipensersinensisGray)和花鰻鱺(Anguillamarmorata)等；特有魚類,如大部分裂腹魚類和鮡類等；經(jīng)濟魚類,如鳊(Parabramispekinensis)、青魚(Mylopharyngodonpiceus)、草魚(Ctenopharyngodonidellus)、鰱(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙(Aristichthysnobilis)等以及中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)等,相對于國外魚道的主要過魚對象為鮭、鱒以及具有較高經(jīng)濟價值的洄游性魚類來說,國內(nèi)魚道的主要過魚種類較多,種類與國外相比具有明顯差異性,因此,在魚道設(shè)計過程中需要考慮的流速、流態(tài)等參數(shù)更復雜,也不能照搬國外魚道設(shè)計參數(shù)。

關(guān)于魚道結(jié)構(gòu)采用的形式,從統(tǒng)計的35座魚道相關(guān)項目來看,除豐滿水電站(升魚機+垂直豎縫式魚道)、雅礱江兩河口水電站(魚道+升魚機+索道運輸+運漁船)、雅礱江楊房溝水電站(魚道+升魚機+索道運輸+運漁船)、金沙江蘇洼龍水電站(魚道+升魚機+集運魚系統(tǒng))采用組合式過魚設(shè)施以外,其他31個工程均采用獨立魚道形式進行過魚,其中垂直豎縫式魚道21座(占67.8%),隔板式魚道5座(16.1%),仿自然式魚道4座(12.9%,包括金川水電站和硬梁包水電站),槽式魚道1座(3.2%)。相較于陳凱麒等[7]的統(tǒng)計結(jié)果而言,2000—2014年5年增加的魚道中,垂直豎縫式魚道占絕對優(yōu)勢。

不同形式的魚道適應(yīng)的壩高和流速存在一定的差異,從表1分析可知,采用垂直豎縫式魚道的工程壩高(或水頭)范圍為3～67 m,西藏某魚道具有最大設(shè)計水頭為67 m,為目前國內(nèi)已建成的水頭最大的魚道;設(shè)計流速變化范圍為0.45～1.65 m/s,除老龍口水利樞紐工程魚道和西牛航運樞紐魚道的設(shè)計流速大于1.2 m/s外,其余均不大于1.2 m/s;隔板式魚道的壩高范圍為9.1～49.3 mm,設(shè)計流速變化范圍為0.4～1.0 m/s;仿自然式魚道能克服的壩高范圍相對較小,為6～28.7 m(不包括金川水電站和硬梁包水電站),設(shè)計流速變化范圍為0.8～1.2 m/s;唯一一座槽式魚道的壩高為13.4 m,設(shè)計流速為0.15～0.5 m/s。

2 魚道典型案例分析

根據(jù)以上統(tǒng)計,2000年以后建成的魚道工程約為10座,由于大部分魚道均未開展效果監(jiān)測工作,考慮魚道過魚效果、資料可獲得性和工程典型性等因素,選取長洲水利樞紐魚道和崔家營航電樞紐魚道為典型案例進行分析。

2.1 長洲水利樞紐魚道

長洲水利樞紐位于西江干流梧州江段,最大壩高56 m,電站最大水頭16.0 m,設(shè)計水頭9.5 m。長洲水利樞紐魚道(簡稱長洲魚道)為橫隔板式設(shè)計,位于泗化洲島外江廠房安裝間的左側(cè)和外江土壩的右側(cè),引用流量為6.64 m3/s,由下至上布置有入口段、魚道水池、休息池、觀測室、擋洪閘段和出口段,魚道寬5 m,全長1 443.3 m,魚道下游入口設(shè)在廠房尾水下游約100 m 處。長洲水利樞紐于2007年8月開始下閘蓄水,魚道于同期建成,并于2011年4月29日開始試運行。

長洲魚道投入運行以后,2011—2014年相關(guān)研究人員利用堵截法和水聲學監(jiān)測法等對其過魚效果進行了研究(表2),采集種類累計40種[9],總體上,通過魚道的主要優(yōu)勢種為瓦氏黃顙魚(Pelteobagrusvachelli)、赤眼鱒(Squaliobarbuscurriculus)、(Hemiculterleucisculus)、銀飄魚(Pseudolaubucasinensis)、銀鮑Squalidusargentatus)、鰻鱺(Anguillajaponica)及鯪(Cirrhinamolitorella)等,洄游性種類花鰻鱺、鰻鱺、弓斑東方鲀及四大家魚(青魚、草魚、鰱、鳙)等均在魚道中出現(xiàn),2012 年魚道監(jiān)測采集到較大規(guī)格的個體鳡(Elopichthysbambusa),體長達870 mm,體質(zhì)量7 061 g[10]。

長洲魚道設(shè)計的主要過魚對象為中華鱘、鰣、七絲鱭(Coiliagrayii)、日本鰻鱺、花鰻鱺、白肌銀魚(Leucosomachinensis)。監(jiān)測研究表明,鰻鱺為優(yōu)勢種類,花鰻鱺偶見,其他種類尚未出現(xiàn),這可能是由于在長洲魚道修建前,魚類本底調(diào)查時中華鱘、鰣就難以發(fā)現(xiàn),所以修建后監(jiān)測其蹤跡的難度也較大;目前沒有發(fā)現(xiàn)七絲鱭及白肌銀魚在珠江的上溯洄游活動,這兩個種類有可能已經(jīng)在西江上游庫區(qū)形成定居性種群[9];此外,未監(jiān)測到某些種類可能還與監(jiān)測時間較短有關(guān)。

表2 長洲魚道過魚效果監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2 崔家營航電樞紐魚道

漢江崔家營航電樞紐位于漢江中游丹江口—鐘祥河段,壩高13 m,電站最大水頭7.58 m。崔家營航電樞紐魚道(簡稱崔家營魚道)為橫隔板式設(shè)計,魚道設(shè)計水位差5.5 m,設(shè)計流速為0.677 m/s,魚道內(nèi)流速控制在0.5～0.8 m/s,流量控制在1.8～2.8 m3/s,魚道池室寬度2 m,水深2 m,魚道總長487.2 m,主要過魚對象為鰻鱺(Anguillamarmorata)、長頜鱭(Coiliamacrognathos)、草魚、青魚、鰱、鳙、銅魚(Coreiusheterokon)等。崔家營魚道于2012年2月投入試運行。

王珂等[12]于2012年9月19—26日,采用網(wǎng)具回捕和水聲學監(jiān)測相結(jié)合的方法,對崔家營魚道的過魚效果進行了監(jiān)測,在魚道內(nèi)通過網(wǎng)具回捕共捕獲到37尾魚,隸屬于4科11種,分別為瓦氏黃顙魚、鰷吻鮈(Rhinogobiotypus)、鳊、蛇鮈(Saurogobiodabryi)、馬口魚(Opsariicjthysbidens)、圓吻鲴(Distoechodontumirostris)、犁頭鰍(Lepturichthysfimbriata)、銅魚、鱖(Sinipercachuatsi)、鰱(圖1),其中優(yōu)勢種為瓦氏黃顙魚、鰷和圓吻鯝。通過在魚道出口前放置水聲學設(shè)備,經(jīng)過5 d共1 267 min的監(jiān)測,共獲得658 個目標信號,平均每分鐘獲得0.5個目標。監(jiān)測結(jié)果顯示,崔家營魚道的建設(shè)對恢復河流連通性具有重要意義,為漢江中游魚類上溯洄游提供了必要條件,但是,其運行的有效性還需要長期監(jiān)測數(shù)據(jù)進行論證。

圖1 2012年9月崔家營魚道內(nèi)捕獲的魚類種類和數(shù)量

3 魚道建設(shè)和運行的制約性因素分析

3.1 關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)研究薄弱

魚道關(guān)鍵技術(shù)的解決必須以充分的基礎(chǔ)研究為基石,目前相關(guān)基礎(chǔ)研究還相對薄弱,主要包括以下幾個方面:①河流魚類資源本底調(diào)查和魚類行為生態(tài)學研究薄弱;如珠江下游的西江,20世紀80年代初期,珠江水產(chǎn)研究所等單位對西江漁業(yè)資源進行系統(tǒng)調(diào)查,記錄魚類136種,并對西江主要經(jīng)濟魚類種群生物學特性、產(chǎn)卵場等進行了分析,而此后近30年有關(guān)西江魚類資源調(diào)查僅有少量報道,在西江進行水利水電項目建設(shè)時,才進一步對江段的魚類群落組成、變化及演替規(guī)律進行調(diào)查研究。由于中間有較長一段時間缺乏相關(guān)調(diào)查,因此魚類群落演替的過程及原因不明,很多珍稀特有魚類的現(xiàn)狀資源量難以通過短期的調(diào)查來明確。②魚道入口處的流態(tài)及流速分布研究，如長洲魚道入口的位置設(shè)置就不夠理想,其入口距離廠房下泄水有一段距離,而魚類多聚集在廠房下泄流量較大的附近區(qū)域,因此需要增設(shè)電柵欄或者在魚類聚集區(qū)增設(shè)入口等方法進行改進。③如何有效控制魚道內(nèi)部的流量、流速、水深和流態(tài)等研究。④魚道出口處的流態(tài)和流速分布研究。⑤魚道過魚效率研究[13]。

3.2 缺乏系統(tǒng)實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)

根據(jù)已有的關(guān)于魚道過魚效果監(jiān)測的研究報道,監(jiān)測方法主要采用的是堵截法、水聲學監(jiān)測法等,其中堵截法操作相對較復雜、人力成本高,難以實現(xiàn)長時間有效監(jiān)測,水聲學監(jiān)測法在我國應(yīng)用起步較晚,相關(guān)研究還不成熟。目前,國內(nèi)魚道的運行時間和監(jiān)測時間都太短,其有效性還不明確,因此,需要采用先進便捷的監(jiān)測方法,實現(xiàn)監(jiān)測的全自動化,以獲得系統(tǒng)的、長時間序列的效果監(jiān)測數(shù)據(jù),通過過魚數(shù)量和種類分析魚道的有效性,也可用來分析魚道設(shè)計中存在的問題以便改進。

3.3 監(jiān)管、運行管理不到位

魚道建設(shè)運行的監(jiān)管主體不明確,監(jiān)管機制不健全,是導致我國過魚設(shè)施建設(shè)運行不容樂觀的一個重要因素。目前,我國尚未設(shè)立專門的監(jiān)督管理機構(gòu),而且由于缺乏效果監(jiān)測數(shù)據(jù),后期監(jiān)管無衡量標尺。

目前魚道的運行管理權(quán)和實際操作權(quán)在建設(shè)單位或當?shù)厮麡屑~部門,而不是魚類生態(tài)專業(yè)相關(guān)的部門,因此,魚道在運行過程中,由于缺乏相關(guān)的專業(yè)知識和技術(shù)人員,造成魚道的實際運行與魚類保護的要求不一致,過魚效果無法達到預期。

此外,魚道的維護和改進也是影響其有效運行的重要因素之一。如青海湖沙柳河魚道[14],2006年建設(shè)之初的導壁式魚道受洪水沖刷,魚道進水口(即進魚口)處以上約有1/3 魚道被毀壞,并在魚道毀壞部分已經(jīng)形成泥沙沉淀堆積,魚道出水口處形成了一道沙梁將之與主河道隔離,已無正常水流,魚道功能喪失;2013年后,沙柳河魚道經(jīng)過優(yōu)化改造,目前過魚效果較好。另外,洋塘魚道運行管理也存在同樣的問題,受泥沙淤積、設(shè)施毀損、缺乏運行維護等停止了運行[6]。

3.4 相關(guān)管理制度不完善

首先是尚未建立有效的補償和激勵機制,這是目前我國魚道建設(shè)和運行存在積極性不高、主動性不強、設(shè)計建設(shè)不完善、運行情況不樂觀等問題的核心制約性因素之一。

其次,區(qū)域統(tǒng)籌概念的相關(guān)制度相對滯后,魚道建設(shè)不是只考慮單個項目建設(shè)的影響,而是需要從全流域?qū)用娼y(tǒng)籌考慮河流連通性、魚類保護措施的布局等問題,否則既可能限制項目層面措施的實施效果,也可能造成資源的浪費。如對于湘江流域而言[15],根據(jù)其流域整體漁業(yè)資源保護目標,湘江干流各梯級均涉及重要魚類物種的保護,依據(jù)《中華人民共和國水法》《中華人民共和國漁業(yè)法》等法律規(guī)范,湘江干流8 個梯級都需要進行魚類洄游通道恢復,而目前湘江干流8 個梯級樞紐只有第5 級土谷塘樞紐和第8 級長沙樞紐設(shè)計了魚道,河流連通性未完全恢復,已建魚道過魚效果也會受影響。

此外,目前水電行業(yè)環(huán)境影響后評價工作基本處于起步探索階段,后評價相關(guān)規(guī)定和技術(shù)導則尚待建立,運行管理與監(jiān)管缺乏法律制度的約束,導致已建魚道等魚類保護措施的運行和監(jiān)測時間短,魚道難以發(fā)揮其效果,而且無法獲取完整系列的魚道過魚效果監(jiān)測數(shù)據(jù),其效果難以確定。

4 魚道建設(shè)和運行的相關(guān)對策建議

4.1 加強關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和基礎(chǔ)科研

目前,我國《水利水電工程魚道設(shè)計導則》《水電工程過魚設(shè)施設(shè)計規(guī)范》已頒布,有利于實現(xiàn)魚道設(shè)計原則和技術(shù)要求的統(tǒng)一,但是魚道建成后的運行管理也需要一定的規(guī)范,以督促魚道的正常維護與運行。

加強基礎(chǔ)研究以及多學科間的合作。深化河流魚類資源本底調(diào)查和魚類行為生態(tài)學研究,如魚類生態(tài)學習性、魚類游泳能力研究等;借鑒國外先進技術(shù)及經(jīng)驗,探索適合國內(nèi)魚類等水生生物的魚道的關(guān)鍵技術(shù)。魚道設(shè)計涉及眾多專業(yè)學科,是一項需要多方面協(xié)調(diào)、多專業(yè)學科交叉的設(shè)計工作,應(yīng)加強各專業(yè)間以及各專業(yè)人員之間的交流和溝通,讓環(huán)境保護、漁業(yè)、水利水電建設(shè)的相關(guān)專業(yè)人員共同參與魚道的設(shè)計研究。

4.2 嚴格制定和落實流域生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃

強化國家層面對流域、區(qū)域水電開發(fā)和魚類保護的規(guī)劃制定與指導作用,從全流域角度分析水電規(guī)劃對相關(guān)區(qū)域、流域生態(tài)系統(tǒng)的整體影響,進一步優(yōu)化干流水電開發(fā)規(guī)劃,統(tǒng)籌干、支流的開發(fā)與保護,最大程度地保護水生生態(tài),維持河流健康,特別是保護魚類主要“三場”及重要水生生物生境,盡可能保持河流的連通性,降低對魚類洄游的影響,嚴格落實流域生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃。對于建設(shè)時間較早、缺少魚類保護措施的水電工程,需論證增建魚道等魚類保護技術(shù)措施的必要性。

4.3 加強監(jiān)管并實行適宜性管理

加強魚道設(shè)計、建設(shè)和運行的全過程監(jiān)管,并實施獎懲機制。應(yīng)明確長期監(jiān)管主體,魚道運行后的監(jiān)管在目前管理現(xiàn)狀中,屬于比較薄弱的環(huán)節(jié),而監(jiān)管體系應(yīng)以事后的效果監(jiān)測為核心,用監(jiān)測效果來評估措施的有效性,并加以有效監(jiān)管。因此,在今后的具體工作中,應(yīng)加強對各魚類保護措施的效果監(jiān)測與評估,使監(jiān)管有章可依。

推行魚道的適宜性管理,所謂魚道適應(yīng)性管理是魚道建成后,通過正常運行和不斷監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)魚道所存在的問題,包括魚道本身設(shè)計方面、資金投入等方面,針對發(fā)現(xiàn)的問題重新制定調(diào)整實施方案、管理目標,從而確定最優(yōu)魚道實施方案,實現(xiàn)河道的縱向連通性,社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展[13]。魚道建成后運行是否有效需要日常監(jiān)測評估,它是魚道建設(shè)技術(shù)進步的前提,也是適應(yīng)性管理的基礎(chǔ)。魚道中的適應(yīng)性管理就是針對魚道運行中所存在的問題及時修訂解決,保證魚道的高效運行。

4.4 加快相關(guān)政策制度的制定與完善

首先,應(yīng)加強對建立生態(tài)補償機制的探討,如可通過相關(guān)政策對魚道運行單位實施電價、水價補償,充分調(diào)動企業(yè)的積極性和主動性。同時國家應(yīng)設(shè)立魚道運行技術(shù)和資金支持平臺，爭取多方面資金支持,采取建立科普基地、發(fā)展旅游等措施提高魚道運行單位的積極性,促進魚道的有效運行。

其次,應(yīng)加強規(guī)劃環(huán)評的統(tǒng)籌和指導作用,強化環(huán)境影響后評價制度。從流域的角度出發(fā),根據(jù)流域的水生生態(tài)分布特點,結(jié)合流域的實際情況,全面統(tǒng)籌干流上、中、下游及重要支流的關(guān)系,制定流域連通性的恢復方案。同時在流域綜合規(guī)劃和水電開發(fā)規(guī)劃階段就應(yīng)考慮河流連通性的問題,將流域連通性的恢復作為流域開發(fā)的前置條件。在環(huán)境影響后評價中,對于建設(shè)時間較早、缺少魚道等魚類保護措施的水電工程,需論證增建魚道等魚類保護設(shè)施的必要性。對于部分小水電站,需研究其對河流連通性、魚類洄游等的影響,研究將不必要的小水電進行拆除的對策措施。

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