夾巖水利樞紐工程過魚設(shè)施研究

何偉 石遠(yuǎn)航 譚龍英

摘要：修建大壩阻斷了河流連通性，造成魚類生活環(huán)境破碎化，繼而導(dǎo)致魚類種群之間的基因交流受限，特有魚類遺傳多樣性降低。鑒于此，建設(shè)單位依法承擔(dān)工程建設(shè)和運(yùn)行對魚類影響的責(zé)任，通過修建過魚設(shè)施進(jìn)行補(bǔ)救，并制定運(yùn)行監(jiān)測計(jì)劃，定期開展過魚效果監(jiān)測與評估。分析了夾巖水利樞紐工程區(qū)水域魚類的行為特征，并根據(jù)工程條件及各過魚設(shè)施的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)綜合分析比選，最終選擇了適合該工程的過魚設(shè)施。論文研究成果可為過魚設(shè)施運(yùn)行后開展過魚效果監(jiān)測與評估、優(yōu)化過魚設(shè)施設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：過魚設(shè)施;升魚機(jī);洄游;誘魚;集魚;過魚;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：S956文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.025

Abstract： Dam building will break the river connectivity， cause habitat fragmentation of fish and lower the diversity of endemic fishes， resulting the gene exchange limitation among different fish populations and the genetic diversity decrease of rare and endemic fishes. In accordance with the requirements of approved documents by the Ministry of Environmental Protection， Guizhou Survey & Design Research Institute for Water Resources and Hydropower undertakes the responsibility for the fish impact of Jiayan Hydro-junction Project construction and operation according to law and employs the remedial measure， makes operation monitoring plan for carriing out the monitoring and evaluating on the fish overpass effect regularly. This paper firstly analyzes the behavior characteristics of fish in the design， and then selects fish passing facility for this project based on the analysis and comparison results of the project's conditions and the structural characteristics of different fish passing facilities. The analysis results in this paper can lay a basis for the fish passing effect evaluation after the fish passing facility is put into operation and further design optimization and operation management in future.

Key words： fish pass facilities; fish lifter; migration; fish luring; collecting fish; fish passing; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

Water pressuring test by hole drilling and core taking of RCC dam and result analysis

1 研究背景

過魚設(shè)施是指讓魚類通過障礙物的人工通道和設(shè)施。最早的過魚設(shè)施是開鑿河道中的礁石、疏浚急灘等天然障礙以溝通魚類的洄游路線[1]。現(xiàn)在的過魚設(shè)施主要是修建攔河建筑物后疏浚魚類的洄游路線。我國過魚設(shè)施的研究和建設(shè)大致經(jīng)歷了3個(gè)時(shí)期：①初步發(fā)展期：1958年至20世紀(jì)80年代，對魚的生境因素及過魚設(shè)施進(jìn)行了初步研究并相繼建設(shè)了40余座魚道。②停滯期：自葛洲壩水利樞紐中采取建設(shè)增殖放流站的措施來解決中華鱘等珍稀魚類的保護(hù)問題后的20多年，我國在建設(shè)水利水電工程時(shí)很少修建過魚設(shè)施，幾乎沒有開展相關(guān)的技術(shù)研究工作，已建過魚設(shè)施多數(shù)運(yùn)行效果不理想，因而閑置或被廢棄。③二次發(fā)展期：進(jìn)入21世紀(jì)， 隨著我國水利水電資源開發(fā)逐步加深，天然漁業(yè)資源嚴(yán)重退化，甚至危及到國家級自然保護(hù)區(qū)珍稀特有魚類，過魚設(shè)施的研究和建設(shè)重新受到重視，一批過魚設(shè)施已建成運(yùn)行或在規(guī)劃建設(shè)中[1]。

夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡稱“夾巖工程”）是國務(wù)院確定納入“十三五”期間建設(shè)的172項(xiàng)重大水利工程之一，也是目前貴州省最大的綜合性水利樞紐工程，開發(fā)任務(wù)以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主，兼顧發(fā)電等綜合利用，給地方帶來了巨大效益，但因修建大壩也使魚類生活環(huán)境破碎化，魚類種群規(guī)模縮小，種群之間的基因交流受到限制，繼而引發(fā)珍稀、特有魚類遺傳多樣性降低。對洄游魚類來說，大壩阻隔了洄游通道，魚類不能順利地通過洄游來完成生活史。

夾巖工程過魚設(shè)施建設(shè)是二次發(fā)展期提出的，根據(jù)該工程設(shè)計(jì)方案、初步設(shè)計(jì)報(bào)告、專題設(shè)計(jì)報(bào)告及對魚類的相關(guān)試驗(yàn)，提出了夾巖工程設(shè)計(jì)工作思路，對過魚設(shè)施設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，首先了解魚類分布特點(diǎn)、品種及生物習(xí)性，確定過魚種類，對其溯游能力、過魚季節(jié)和過壩數(shù)量進(jìn)行研究和分析;其次根據(jù)各個(gè)過魚設(shè)施的特點(diǎn)，充分考慮工程綜合布置、工程條件、工程投資及維護(hù)運(yùn)行管理等方面，綜合分析后合理選擇過魚設(shè)施。為減少修建大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的干擾，通過修建過魚設(shè)施改善河流連通性，使魚類順利過壩，有效緩解種群間遺傳交流受阻的不利影響，以保護(hù)魚類種群的遺傳多樣性，對保護(hù)珍稀魚類具有重要意義。

2 魚類行為特征分析

2.1 魚類分布特點(diǎn)

調(diào)查和采集夾巖工程區(qū)水域的魚類后發(fā)現(xiàn)，其魚類分布特點(diǎn)如下：六沖河洪家渡庫尾以上河段水生生境特點(diǎn)、魚類資源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相似度較高，沒有明顯差異。河道地形地貌、底質(zhì)特點(diǎn)、水文情勢等相似，伏流、巖洞、深坑眾多;魚類組成以產(chǎn)粘性卵魚類為主。從現(xiàn)場采集到的魚類組成可以看出，大花水灘伏流以下河段魚類種類組成、資源數(shù)量相對較多，尤其七星關(guān)河段最為豐富;大花水灘伏流以上河段魚類以流水生境魚類為主，但魚類種類和資源數(shù)量與下游河段相比已顯著減少，可能與上游河水流量相對較小、大花水灘伏流落差及密集的梯級分布阻斷了部分魚類上溯有關(guān)。九洞天伏流上下游河段魚類組成差別不大，表明上下游河段雖受抵納、瓜仲河電站的阻隔，但由于生境條件較相似，因此魚類群落結(jié)構(gòu)沒有明顯差異。在下游洪家渡庫區(qū)河段，未發(fā)現(xiàn)四川裂腹魚、昆明裂腹魚、白甲魚等喜流水的種類，而鯉、鯽、麥穗魚、鲇、？、櫛鰕虎魚類等喜靜緩流魚類逐漸成為庫區(qū)的優(yōu)勢種類。

夾巖工程區(qū)調(diào)查水域無典型洄游魚類，主要過壩目的在于促進(jìn)壩址上下游魚類種群的基因交流，因此對過魚目標(biāo)的優(yōu)化和確定以滿足魚類基因交流需求為原則[2]。

2.2 過魚目標(biāo)分析

鑒于過魚對象較多、規(guī)格尺寸及行為習(xí)性差異較大，需要遴選出主要過魚對象的特點(diǎn)及生態(tài)習(xí)性進(jìn)行設(shè)計(jì)，綜合考慮夾巖工程魚類的過魚需求、有效性及價(jià)值，并結(jié)合魚類資源量現(xiàn)狀，進(jìn)一步遴選夾巖工程區(qū)的主要過魚對象和兼顧過魚對象。對不同種類的綜合得分（各指標(biāo)得分累加）進(jìn)行排序作為過魚設(shè)施設(shè)計(jì)依據(jù)，具體考慮指標(biāo)及賦分依據(jù)見表1。

根據(jù)上述選評分標(biāo)準(zhǔn)，對夾巖工程主要過魚對象進(jìn)行綜合評分，遴選昆明裂腹魚、四川裂腹魚、鱸鯉、四川爬巖鰍、云南光唇魚、墨頭魚、白甲魚、長薄鰍為主要過魚對象，寬鰭鱲、鲇、黃顙魚、瓦氏黃顙魚等為兼顧過魚對象，同時(shí)考慮壩址及附近分布的其他魚類[3]。過魚對象遴選結(jié)果見表2。

2.3 魚類溯游能力分析

魚類溯游能力的指標(biāo)主要有2類：①趨流特性：魚類對水流的趨向性以及感應(yīng)的敏感程度;②克流能力：魚類克服一定流速水流的能力。這2類指標(biāo)通常是過魚設(shè)施設(shè)計(jì)中的重要參考數(shù)據(jù)。具體而言，魚類的趨流特性主要用于洄游路線中出現(xiàn)的最小流速設(shè)計(jì);魚類的克流速度則主要用于過魚設(shè)施控制流速設(shè)計(jì)。

對于夾巖工程過魚設(shè)施而言，主要的誘魚方式就是利用魚類對流速特別敏感的習(xí)性，通過對以上相關(guān)魚類進(jìn)行溯游能力測試，測試結(jié)果建議誘魚系統(tǒng)進(jìn)魚口吸引流速為0.55～0.85 m/s。當(dāng)魚類進(jìn)入集魚廊道內(nèi)停留一段時(shí)間后，才會被趕魚柵趕入集魚箱，廊道流速不宜太大，同時(shí)也應(yīng)超過魚類的感應(yīng)流速，建議集魚廊道流速范圍0.35～0.74 m/s。另外根據(jù)實(shí)際情況，盡量選取噪音低、流量大、影響范圍較大的水流條件。

2.4 主要過魚季節(jié)

確定過魚對象后研究過魚季節(jié)，夾巖工程過魚設(shè)施的主要目的是促進(jìn)壩上、壩下魚類遺傳交流，因此，重點(diǎn)應(yīng)考慮保證主要過魚對象在繁殖季節(jié)的過壩需求。過魚季節(jié)參考主要過魚對象的繁殖季節(jié)確定，主要過魚季節(jié)為3～7月和9～10月。主要過魚對象過魚季節(jié)見表3。

2.5 過魚數(shù)量分析

過魚設(shè)施的過魚數(shù)量通常以壩下聚集上溯的魚類個(gè)體數(shù)量為基礎(chǔ)，但可依據(jù)過魚設(shè)施的保護(hù)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合六沖河河段魚類資源狀況以及該河對于烏江上游魚類資源保護(hù)的重要作用，暫定魚類過壩數(shù)量為5 000～10 000尾/a。由于近年來六沖河魚類資源量銳減，較難形成大規(guī)模魚群，聚集至單次轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)量的持續(xù)時(shí)間可能較長，建議單次最大過魚數(shù)量50～100尾。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)后期長效監(jiān)測情況提高轉(zhuǎn)運(yùn)速度或增加轉(zhuǎn)運(yùn)集魚箱次數(shù)，以保證轉(zhuǎn)運(yùn)魚類的活性。

3 過魚設(shè)施比選

夾巖工程由水源工程、畢大供水工程和灌區(qū)骨干輸水工程組成。水源工程壩址位于七星關(guān)區(qū)與納雍縣界河六沖河中游潘家?guī)r處，水源工程主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、泄洪洞、放空洞、壩后電站取水口、灌溉取水口、畢大取水口、導(dǎo)流洞及初期生態(tài)洞等建筑物組成。壩型為混凝土面板堆石壩，其壩高154 m，屬典型高水頭大壩。水庫正常蓄水位1 323 m，死水位 1 305 m，總庫容13.23億m3，為Ⅰ等大（1）型工程。

主要對魚道、魚閘、過壩式升魚機(jī)、集運(yùn)魚式升魚機(jī)等4種過魚設(shè)施進(jìn)行比選。目前，集運(yùn)魚船應(yīng)用不多，除1989年有對蘇聯(lián)在里海流域的伏爾加河、頓河和庫班河流域?yàn)轺\科、鯡科和鯉科等種類設(shè)計(jì)的集運(yùn)魚船報(bào)道外，幾乎再?zèng)]有關(guān)于集運(yùn)漁船的研究成果發(fā)表，在此不對集運(yùn)魚船進(jìn)行比選。4種過魚設(shè)施的類型和特點(diǎn)詳見表4。

根據(jù)以上樞紐工程條件，從各過魚設(shè)施的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，工程投資，維護(hù)運(yùn)行管理等方面進(jìn)行了綜合分析比選。①魚道一般只適應(yīng)于低水頭和庫水位變幅較小的樞紐，夾巖工程大壩壩高154 m，屬典型高水頭大壩，修建魚道較長，工程造價(jià)較昂貴，同時(shí)對魚類的游泳能力也是考驗(yàn)，因此不宜修建魚道。②對于魚閘和過壩式升魚機(jī)來說，夾巖工程大壩壩高154 m，擋水高度超過115 m，且下游河道不具備通航條件，單獨(dú)修建魚閘需要采用多級閘室，其次壩型為混凝土面板堆石壩，無法在大壩上修建相關(guān)建筑物，魚閘或過壩式升魚機(jī)只能修建在大壩兩側(cè)，修建魚閘或過壩式升魚機(jī)會造成夾巖工程樞紐布置更加復(fù)雜，且工程造價(jià)昂貴，維修費(fèi)用大，運(yùn)行管理不便。③集運(yùn)魚式升魚機(jī)可在大壩下游右岸電站尾水渠處修建集魚設(shè)施，并采用運(yùn)魚車通過公路轉(zhuǎn)運(yùn)過壩后運(yùn)到庫尾進(jìn)行放流，其布置型式、工程造價(jià)、運(yùn)行管理均較其他3種過魚設(shè)施更優(yōu)。

通過以上綜合分析，夾巖工程中最終選擇集運(yùn)魚式升魚機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由補(bǔ)水系統(tǒng)、誘魚系統(tǒng)、集魚系統(tǒng)、提升轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、放流系統(tǒng)以及觀測與輔助系統(tǒng)等設(shè)施組成。其中，補(bǔ)水系統(tǒng)、誘魚系統(tǒng)、集魚系統(tǒng)、提升轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、觀測與輔助系統(tǒng)等設(shè)施布置在大壩下游壩后電站尾水渠右岸岸邊。升魚機(jī)系統(tǒng)工作流程大致可分為： 誘魚→集魚→提升→轉(zhuǎn)運(yùn)→分選→運(yùn)輸→放流等步驟。首先是通過補(bǔ)水系統(tǒng)給集魚廊道補(bǔ)水，利用魚類對流速特別敏感的習(xí)性，通過誘魚系統(tǒng)把魚誘進(jìn)集魚系統(tǒng)，再采用集魚廊道內(nèi)的趕魚柵把魚類趕進(jìn)集魚箱，通過觀測與輔助系統(tǒng)，當(dāng)魚類達(dá)到一定數(shù)量后，利用提升轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)把集魚箱轉(zhuǎn)運(yùn)到分選系統(tǒng)，在分選系統(tǒng)對魚類進(jìn)行分選及標(biāo)記后，把魚類放入運(yùn)魚車，運(yùn)魚車通過公路運(yùn)輸將魚類運(yùn)至庫尾指定位置進(jìn)行放流或運(yùn)至魚類增殖站進(jìn)行繁殖。上述流程完成后，即進(jìn)行下一次過魚流程。夾巖工程升魚機(jī)布置及主要組成系統(tǒng)如圖1～2。

4 過魚效果監(jiān)測與評估

目前我國的過魚設(shè)施多處于建設(shè)期，少數(shù)處于初步運(yùn)行期且未開展監(jiān)測，尚不能進(jìn)行有效性分析，但有效性分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整及運(yùn)行管理三者與過魚效率的提高必然是有密切聯(lián)系的[3]。夾巖工程過魚設(shè)施也正處于建設(shè)之中，但其過魚設(shè)施設(shè)置有魚類分選系統(tǒng)、運(yùn)行觀測與輔助系統(tǒng)，為后期的過魚效果監(jiān)測與評估提供了技術(shù)支持。對過魚設(shè)施有效性評價(jià)是其長效運(yùn)行的保障機(jī)制，進(jìn)行長效監(jiān)測并評價(jià)其過魚效果是研究、優(yōu)化過魚設(shè)施的重要途徑。在長期的監(jiān)測及動(dòng)態(tài)調(diào)整中，監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)涵蓋過魚種類、數(shù)量、時(shí)間、上行及其與水流的關(guān)系等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過長時(shí)間人工或機(jī)器監(jiān)測，根據(jù)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)評價(jià)其有效性，對過魚設(shè)施的設(shè)計(jì)和發(fā)展來說是不可缺少的技術(shù)信息及生物信息。

5 結(jié) 語

作為綜合利用水資源的核心工程，夾巖工程不僅要重視技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上合理可行，也要重視生態(tài)安全、環(huán)境友好。過魚設(shè)施作為工程配套的水生生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)，肩負(fù)烏江上游魚類資源保護(hù)的重任，但由于我國對過魚設(shè)施研究較晚，過魚設(shè)施不夠完善，加之過魚設(shè)施是一項(xiàng)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及水利、生態(tài)、生物、環(huán)境、水文、建筑等眾多學(xué)科;因此，對夾巖工程過魚設(shè)施研究需建立在全面調(diào)查、科學(xué)論證、項(xiàng)目集試驗(yàn)與實(shí)用于一體的基礎(chǔ)上，對各個(gè)過魚設(shè)施的類型和特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析;充分考慮工程綜合布置、工程條件、工程投資及維護(hù)運(yùn)行管理等條件;在進(jìn)行過魚設(shè)施布置時(shí)，盡量減小與樞紐工程區(qū)主體工程的相互干擾，為烏江上游魚類保護(hù)設(shè)施奠定基礎(chǔ)。后期進(jìn)行長效監(jiān)測并評價(jià)其過魚效果是研究、優(yōu)化過魚設(shè)施的重要途徑。只有這樣，才能在綜合利用水資源的同時(shí)盡可能減小對環(huán)境的影響，從而實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，保障經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。

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（編輯：唐湘茜）