鱼道应用现状和研究进展

刘志雄，周 赤，黄明海

（长江科学院水力学研究所，武汉 430010）

鱼道应用现状和研究进展

刘志雄，周 赤，黄明海

（长江科学院水力学研究所，武汉 430010）

通过国内外鱼道研究、应用资料以及现场调研，比较详细地介绍了国内外鱼道设施的建设、发展过程和鱼道结构所包含的主要类型；列出了国内外多个鱼道隔板型式和相应的水力特性；总结了鱼道设计的一般性原则；分析了国内外鱼道过鱼条件和适用情况的差异以及我国鱼道设计中存在的问题等。最后提出在现阶段及今后，我国水利水电工作者需要的鱼道设计资料以及开展鱼道研究的主要内容。

鱼道；现状；鱼道设计原则

1 概 述

目前我国水资源的治理和开发进入了新的阶段，在我国的大江大河上修建了越来越多的大坝以及其它隔流建筑物。由于在河流上筑坝设闸后，阻断了原河流的连续性，改变了河流固有的自然特性，对闸坝上下游的水环境与水生态环境条件产生比较大的影响。一般而言，隔流闸坝修建后，鱼类栖息地环境因素（如水位、流量、水温等）将会出现变化，会对鱼类活动产生重要影响，可能会直接导致某些溯河回游鱼类种群的灭绝。因此，在随着人们环境保护意识日益增强的今天，如何更有效地提高河流连接度与连通性的手段，协调好大坝建设与生态环境之间的关系，进行河流生态修复，给予水生态环境更多的保护和关注，成为水生态领域和水利工程的迫切需求。而鱼道作为一种保护生物资源的工程措施，以其本身固有的特点，基本能满足人们恢复水生态系统的要求。

鱼道按结构形式分为水池式、隔板式。隔板式又可分为溢流堰式、淹没孔口式、竖缝式和组合式［1］。近年来还出现了新的鱼道型式，如转动式鱼道、旋转阀鱼道、梯-矩形断面鱼道以及旁路水道（仿天然水道）鱼道等。

2 国内外鱼道建设概况

鱼道这一概念的出现在西欧已有300多年的历史。最早的鱼道，是开凿在河道中的礁石、疏漩急滩等天然障碍以沟通鱼类的洄游路线。1662年法国南部的贝阿尔恩省颁发了规定，要求在堰坝上建造供鱼上、下通行的通道。1909-1913年间，比利时工程师丹尼尔创造了在鱼道内部设置减小流速的独具型式的鱼道，也称之谓“丹尼尔型鱼道”。1913年，美国和加拿大建成了著名的赫尔斯门鱼道。1938年在美国西部哥伦比亚河上建成的邦维尔坝，是美国一座拥有大规模现代过鱼建筑物的枢纽，也是世界上第一座有集鱼系统的过鱼建筑物［1］。据不完全统计，到20世纪60年代为止，美国、加拿大两国的过鱼建筑物在200座以上，主要采用鱼道，也有少量的机械提升设备；西欧各国有各种过鱼建筑物100座以上；日本约35座；前苏联15座以上［2］。国外早期鱼道的主要过鱼对象一般为鲑鱼、鳟鱼等具有较高经济价值的洄游性鱼类，最近几年，也开始注重对当地土著鱼类的保护。世界上较著名的鱼道有美国的邦纳维尔坝鱼道、加拿大的鬼门峡坝鱼道、英国的汤格兰德坝鱼道等。

我国过鱼建筑物的建设和研究历史还很短。1958年在规划开发富春江七里垅水电站时，首次提及鱼道并进行了一系列的科学实验和调查。1960年黑龙江省建成了新开流鱼道，运行初期效果较好，以后在1962年又建成了鲤鱼港鱼道。1966年江苏大丰县斗龙港鱼道建成，并显现了很好的效益。到20世纪的80年代，我国建成的鱼道设施在40座以上，主要分布在江苏、浙江、上海、安徽、广东和湖南等省。国内鱼道的主要过鱼对象一般为珍贵鱼类、特有鱼类、鲤科鱼类和虾蟹等。近期新建的鱼道则有安徽巢湖鱼道、北京上庄新闸鱼道、西藏狮泉河鱼道、吉林珲春老龙口坝鱼道、曹娥江大闸鱼道等。

3 我国鱼道现状及存在问题

纵观我国鱼道设计研究的发展史，大概可以分为4个阶段［3］：①模拟欧美、日本鱼道的时代（上世纪60-70年代）；②小型、低水头鱼道整体试验研究，对鱼道的布置、型式、作用等进行了一定的研究（上世纪70-80年代）；③鱼道研究工作的停滞状态（上世纪80年代到上世纪末）；④鱼道设计新兴阶段（本世纪开始）。在日益强调人和自然和谐相处的时代，过鱼通道以其作为一种生物补偿工程，能满足人们恢复水生态系统的要求，鱼道的设计和研究也逐渐迎来了其新兴时代。

但是，总体来说我国的鱼道研究工作起步较晚、发展较慢，许多鱼道在设计、施工和运行管理上存在诸多问题。

第一，鱼道设计资料不完善。最初始的鱼道设计主要依靠国外的经验公式，由此设计出的鱼道并不能完全能适用国内河道主要鱼种上溯要求，而且出现利用相同设计方法设计出来的鱼道，过鱼的效果并不完全一样。所以，进一步对不同鱼类的生理特性和鱼道的设计方法进行研究，如何有选择性地应用设计资料成为鱼道设计中至关重要的环节。

第二，鱼道在确定保护对象时考虑不周，同时缺乏可靠的生物学信息（如洄游期、游泳能力、洄游行为）。因此这种由于局限对单一物种的保护极易失败，很多鱼道修建得并不成功，过鱼效果不明显甚至被废弃。

第三，设计过鱼设施时对于洄游季节的上、下游水位变化考虑不足，没有设计出口水位流量控制调节设施，也没有设计补水设施等，导致鱼道水量不足或过大，鱼道入口处水位降落幅度过大。其主要原因，在工程规划阶段，对于隔流建筑物上下游水位变化幅度或上下游水位后续变化（包括由于水坝的使用引起的变化，水坝下游河床侵蚀引起的水位变化等）诸多因素考虑不足。

第四，运行维护、管理不充分。由于很多鱼道的管理权和实际操作权在当地水利枢纽部门，而不是渔业部门或生态部门，因此，一些鱼道在运行过程中，其过水量无法得到满足。而且有些鱼道需要在运行阶段对其诱鱼、集鱼等设施进行进一步改造、调整，以改善过鱼效果，但最终也会因为设备维护和设备更新的经费和管理问题而停止了使用。

4 一般鱼道主要型式

按鱼道的结构型式，可将鱼道分为如下几类［1］：

（1）池式鱼道。池式鱼道是从水坝下游开始，通过一级级水池克服水利枢纽阻隔形成的水头差，向上延伸至水利枢纽上游。此型式鱼道接近天然河道的情况，鱼类在池中的休息条件良好，但其适用水头很小，平面上占用的位置较大，所以其实用性受到一定的限制。

（2）隔板型鱼道。目前国内外鱼道的主要应用型式为隔板型式，按隔板过鱼孔的形状及位置，可将鱼道分为溢流堰式（也叫台阶式、阶梯式）、淹没孔口式、竖缝式和组合式4种。

溢流堰式隔板过鱼孔布置在表部，全部或绝大部分水流呈溢流堰流态下泄，并利用下游水垫来消能。此隔板鱼道适用于在表层洄游、喜跳跃的鱼类，此类型隔板在国外早期使用较多，如英国的特鲁因姆（Truim）、卡拉哥（Craigo）及巴西伊泰普鱼道。

淹没孔口式隔板过鱼孔是淹没在水下的孔洞，孔口流态是淹没流，主要依靠水流扩散来消能。适用于喜欢在中、底层洄游的中、大型鱼类。孔口的直径视不同过鱼种类而异，其适应上下游水位变动的性能较好。国外此类型的有英国1954年修建的皮特罗基里（Pitlochry）鱼道，国内的则有江苏团结河闸鱼道、洋口北闸鱼道以及利民河小鱼道等，它们均采用平板上的长方型孔口。

竖缝式又称为槽式，该型式的过鱼孔是从上到下的一条竖缝，水流被两侧的平板挡住后，从布置在中间或两侧的竖缝中下泄，一般用于通过能适应较复杂流态的大、中型鱼类，且常用于施工期及天然障碍处过鱼，国外对此型隔板作了较多的研究，其中以加拿大弗雷塞河上的鬼门峡（Hell’s Gate）鱼道最为著名。我国采用双侧导竖式的有斗龙港闸鱼道、瓜州闸鱼道、利民河大鱼道等；采用单侧导竖式的有浙江七里垅鱼道、安徽裕溪闸鱼道和安徽巢湖闸鱼道等。

组合式是以上3种形式（溢流堰式、淹没孔口式及竖缝式）的组合，此型式能较好地发挥各种型式孔口的水力特性，也能较好地控制保护鱼类所需的水流条件和特性，现代鱼道采用且运行成功的比较多。国外最常用的是潜孔和堰的组合，如邦纳维尔（Bonneville）、麦克纳里（McNary）、北汊（NorthFork）及冰港（Ice Harbor）等；国内采用的有堰和竖缝组合的江苏太平闸鱼道、孔口和竖缝组合的江苏浏河鱼道、孔口和堰组合的湖南洋塘鱼道等。

图1 湖南洋塘鱼道Fig.1 The Yangtan Fishway in Hunan Province

图2 巴西伊泰普鱼道Fig.2 The Itaipu fishway in Brazil

以上介绍的仅仅是国内外几种常见隔板型式鱼道的布置型式、基本水力特性、过鱼条件和适用情况。其实，随着人们对鱼类保护以及强调生物和谐相处认识的逐渐加深，人们也开始在更多地掌握和认识所需保护鱼类的习性和游泳能力。总体来说，国内常见的过鱼对象是鲤科鱼，其既不能克服较大的流速，也不能适应复杂的流态，而且这些鱼的游泳特性也不尽相同，有的喜欢“钻洞”，有的善于“跳窗”，有的习惯“走门”。鱼的游泳能力有正常情况下的游动，也有非正常情况下的跳跃和粘附攀爬。因而，根据这些特性，因地制宜、“因鱼而异”，设计不同的隔板型式，这样才可能设计出更多成功的鱼道。如近来就出现了转动式鱼道、旋转阀鱼道以及旁路水道（仿天然水道）鱼道等多种鱼道型式。

我国已建鱼道大多布置在江苏、浙江等沿海沿江平原地区的低水头闸坝上，其底坡较缓，上下游水位差大多也在10 m以内。隔板孔口流速基本为0.8～1.2 m／s，池室的长度1.0～4.0 m，宽度为1.0～3.0 m，对同一鱼道而言，其池室长度和宽度比基本在1.2～1.5，水深在2.0 m左右。而国外鱼道的过鱼对象主要为常见的鳟鱼和鲑鱼，其在上溯产卵途中，可以克服2～3 m／s以上的流速，甚至可以凌空跳跃4 m之远。因此，相同水头鱼道而言，国外鱼道规模相对要小很多。

5 鱼道设计的一般原则

设置鱼道设施的目的，是将水利设施下游的洄游鱼类吸引到河流中的特定水域，再通过诱鱼设施将鱼类诱引到鱼道的进鱼口，使鱼类从水利设施中通过。因此一个有效的鱼道，应使洄游鱼类能找到鱼道的进鱼口，并顺利通过水利设施，不能造成溯河洄游鱼类通过水利设施时出现延时、水压或伤害等现象。目前关于洄游鱼类行为影响因素的研究资料非常少，难以制定鱼道的设计标准，但经过多年的试验研究以及鱼道的实际运行效果总结，在鱼道设计过程中，还是应该遵循如下的一般性原则。

5.1 鱼道槽身位置选择的原则

鱼道槽身布置位置应与鱼道的进口、出口在同一岸，以免横跨闸坝和便于管理；最好选择在幽静的环境中，尽量避免有机械振动、下泄污水和嘈杂喧闹的建筑群区；当鱼道进口容易被鱼类找到时，鱼道槽身应尽量利用闸坝中的导流墙、尾水挡墙、船闸闸室墙等掏空筑成池室；一般是槽身敞露，处在阳光照射下，不宜封闭成管道。

5.2 鱼道规模基本参数的选定

过鱼对象：鱼道的主要过鱼对象是设计鱼道的主要资料，据此才能正确选定适合于这些鱼类通行的鱼道型式和结构尺寸，因而在选取时，应根据枢纽布置地区河段、江段的具体情况而定，明确有哪些鱼类在过鱼季节中要通过鱼道，其中哪些是主要的，那些是次要的。还需要掌握这些鱼类的生活习性、游泳能力等基本资料。必要时需进行实地调查和鱼类生活习性的试验研究。在决定鱼道的主要过鱼对象时，必须取得渔业部门的协作，尽可能取得一致的认识。

过鱼季节和设计运行水位：过鱼季节是指鱼道主要过鱼对象需要通过该鱼道溯河上行的时段，这与鱼道过鱼对象的多寡有关。过鱼对象确定后，即可根据这一时段中坝闸上下游可能出现的水位进行组合，合理选定鱼道的设计运行上下游水位。

设计流速：鱼道设计流速，是指在设计水位差情况下，鱼道隔板过鱼孔中的最大流速值。影响设计流速选择的因素有过鱼对象、鱼道布置地理位置、周边水流条件、池室水流条件以及一些与鱼的游泳能力有关的因素等。

5.3 鱼道进口位置的选择

鱼道的进口能否为鱼类较快发现和顺利地进入，是鱼道成败的关键。鱼道进口应选定在最佳位置；选择合适的进口形态、高程及采用色、质、光等设计，以适应鱼类的习性；强化诱鱼、导鱼、集鱼效应，以提高进鱼能力。一般来说，鱼道进口应选在：

（1）经常有水流下泄的地方，紧靠在主流的两侧；

（2）位于闸坝下游鱼类能上溯到的最上游处及其两侧角隅；

（3）水流平稳顺直，水质新鲜肥沃的水域；

（4）闸坝下游两侧岸坡处；

（5）能适应下游水位的涨落，保证在过鱼季节中进鱼口有一定的水深的地方。

5.4 鱼道水池设计

鱼类在天然河道中溯游时，由于天然河道较宽，水深较大，河底和河岸的地形凹凸不平，故河道断面上的流速分布是很不均匀的，河道中局部水域有急流漩涡，也有较多水域的流速较小，流态较好，鱼类可以发现和循着这种有利的水域上溯。鱼类即使必须窜过高流速区或复杂流态区，也易在天然河道中找到适宜的休息区，以恢复体力继续上溯。因而，在天然河道中，鱼类能长期溯游，且上溯速度也较快。

鱼道是一条人工的过鱼水道，鱼类进入鱼道后，需要在较短的距离内克服较大的水位差，其体力消耗必然较大，且鱼道中的流速、流态、光、色及周围环境等都与天然河道不尽相同，特别是鱼道断面较小，流态也较天然河道中复杂，鱼类可以选择的溯游区域和途径远不如天然河道宽阔，此时鱼类更容易疲劳。据此，鱼道水池的设计，既要控制水流的流速，又要重视水流的流态；既要有利于鱼类的通行，又要减少鱼类体力的消耗。

总体说来，影响鱼道池室水流条件的因素有：鱼道上下游总水位差和每块隔板的平均水位差；隔板形态和鱼道池室内的消能布置；鱼道平均坡降和其变化规律；水池的容积和过鱼孔孔宽与水池宽度的比尺；鱼道上下游水位的运行变幅和变化速率等。

据此，隔板形态的设计主要应满足：适应主要过鱼对象通过的性能好；隔板过鱼孔流速适中、消能充分、池内水流流态良好、没有过大和剧烈的漩涡、涌浪、水跃区，鱼类溯游和休息的条件好；适应鱼道上下游水位变幅的性能好，能较快地平稳池室水流条件；控制鱼道耗水量，减少水能损失；形态简单，便于操作、施工和维修。

国外鱼道宽度有达10 m以上的，一般为3～5 m，国内一般为2～3 m，且通过过鱼效果来看，2～3 m的宽度，对于个体不大鲤科鱼类是完全足够的。池室长度也与鱼体大小以及鱼的习性有关，国内鱼道长度l一般大于宽度B，且在初步设计阶段可取l＝（1.2～1.5）B，当孔口流速不大于1.0 m／s时，式中系数取1.2，否则，可取1.5。鱼道池室水深h主要视鱼类习性而定，一般可取1.5～2.5 m。鱼道隔板数可用以下式进行估算：n＝kH／v2，式中k＝2ψ2，初步设计时，ψ＝0.85～0.90；H为上下游水位差。考虑鱼道中需要设置鱼类休息室，故鱼道总长长度一般l＝1.1×n×l。

5.5 鱼道出口位置的选择

鱼类出口平面位置应满足：能适应水库水位的变动，出口位置应傍岸，远离溢洪道、厂房进水口等泄水、取水建筑物，以及远离水质有污染的水区，嘈杂的码头和船闸上游引航道出口等，出口外水流平顺，流向明确，没有漩涡，出口还应考虑鱼的回归要求。

6 展 望

根据现有鱼道设计参考资料及研究存在的问题，为满足设计需要，在现阶段以及今后一段时间内，我国水利水电工作者需要对鱼道开展更多和更深的研究，最终能形成一部较完整的设计方法或设计标准，其具体内容至少能包括［4］：①对各大流域主要鱼类的生理特性、洄游规律等有更深的认识，建立主要鱼类的特性档案；②要考虑今后鱼道发展趋势，包括高水头鱼道的发展，能普及使用和进行设计；③应加强鱼道的水力学认识，根据一定的现场布置和挡水建筑物特点，以及上下游水流等制约条件，

鱼道的布置型式应有一定的适应性；④能提供鱼道关于最低标准和适用范围的资料，使设计者和试验研究具有一定的灵活性；⑤开展生态补偿流量、有利于鱼类生存和过坝条件的水库运行调度方式的研究等；⑥提供参考资料和若干鱼道设计方法，以解决技术难题。

［1］ 南京水利科学研究所.鱼道［M］.北京：电力工业出版社，1982.（Nanjing Hydraulic Research Institute editor.Fishway［M］.Beijing：Electric Power Industry Press，1982.（in Chinese））［2］ 王兴勇，郭 军.国内外鱼道研究与建设［J］.中国水利水电科学研究学报，2005，9（3）：222-228.（WANG Xing-yong，Guo Jun.Research and construction of fishway at home and abroad［J］.Chinese Journal of Water Resources and Hydropower Research，2005，9（3）：222-228.（in Chinese））

［3］ 中村俊六.日本现有鱼道设计参考资料的概况［J］.水利渔业，1990，（4）：49-51.（Nakamura，Jun 6.Japan＇s current fishway overview of the design reference［J］.Water Fishing，1990，（4）：49-51.）

［4］ 宫本登.槽型鱼道［J］.水土保持科技情报，1991，（3）：57.（Miyamoto board.Slot Fishway［J］.Soil and Water Conservation Science and Technology Information，1991，（3）：57（in Chinese） ）

（编辑：王 慰）

Situation and Development of Fishway Research and App lication

LIU Zhi-xiong，ZHOU Chi，HUANG Ming-hai
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

In this paper，according to the research and application of fishway at home and abroad，and in combination with in-situ research，the construction，development process and main structure types of the fish-passing facilities are detailed introduced，the fishway board type，its corresponding hydraulic characteristics and the general principles of fishway design are listed，the differences of application conditions and the design issues involving in the fishway are analyzed.Finally it is proposed that the research and design of the fishway should be enhanced to a new step at present and in the future.

fishway；current situation；fishway design principle

S956

A

1001-5485（2010）04-0028-04

2009-05-07

2008年长江科学院基本科研业务费资助项目（YWF200812）

刘志雄（1975-），男，湖北监利人，工程师，主要从事水力学研究，（电话）027-82829760（电子信箱）Liuzx＠mail.crsri.cn。