国外典型过鱼设施建设及其运行情况

白音包力皋，郭 军，吴一红

（中国水利水电科学研究院 水力学研究所，北京 100038）

1 国内外鱼道建设概况

欧洲的鱼道建设历史较悠久，最早的鱼道记载约出现在17世纪的法国。美国则是在哥伦比亚河上基本解决了鲑鱼、鳟鱼等鱼类的过坝问题，在河流生态保护与修复中发挥了重要作用。日本在河流上大约建设了1万多座鱼道，成为世界上鱼道建设最多的国家。现今在英格兰和威尔士地区约有380座鱼道，其中有100座以上是在1989年以后才修建的。世界各国鱼道建设情况统计见表1[1]。

表1 世界各国鱼道建设情况统计表[1]

2 国外典型鱼道建设及运行情况

以美国哥伦比亚河及其支流蛇河水利水电梯级开发、日本长良川河口堰（闸）、巴西伊泰普水利枢纽工程、“莱茵河鲑鱼2000计划”等国外典型鱼道工程为案例，对国外鱼道建设、运行、管理及其效果等方面进行分析。

2.1 哥伦比亚河过鱼设施的建设和运行效果

2.1.1 哥伦比亚河鱼道建设 哥伦比亚河是北美州西部最大的河流，其发源于加拿大落基山西坡的哥伦比亚湖，全长1 953km，流域面积67.1万km2。其中，在加拿大境内分别为748km和10.4万km2，其余部分在美国西北部，河段长1 205km，相应流域面积56.7万km2。该流域内最大的支流为蛇河，位于美国境内。

哥伦比亚河中下游河段以及支流蛇河是重要的鲑鱼洄游河段，鲑鱼的捕捞曾是历史上重要的商业活动之一（19世纪后期年度商业捕捞达1 700万kg），保护鲑鱼等鱼类的洄游以及为其提供生存、迁徙和繁衍条件，也成为该河流水资源开发中的一项重要任务。为此，联邦政府通过立法规定，在河流中下游河段建设的大坝（包括在蛇河上的水利水电工程），其高度不能超过30m，并且要建设鱼道。经过40余年的建设，美国陆军工程师团和垦务局两大联邦机构在干流下游河段和支流蛇河的下游段各建有4座水利枢纽工程，共修建了16座鱼道，基本上采用的是阶梯式鱼道。其中，邦纳维尔水利枢纽位于干流下游最末一级，坝址河道较宽阔且分汊，沙洲发达。设计者根据成年鱼上溯以及幼鱼降河的洄游特性的不同布置了4座鱼道。其它几座水利枢纽鱼道分别布置在船闸一侧和电厂一侧，上溯鱼类可以利用船闸运行和电厂发电的下泄水流找到鱼道的进口。在蛇河上的2座水利枢纽，由于河道相对较窄，只布置了一座鱼道，支流蛇河的罗哥瑞乃水利枢纽，其距河口超过了640km，是支流上距河口最远的建有鱼道的水利枢纽工程。

图1 哥伦比亚河鱼道历年过鱼数量统计

2.1.2 哥伦比亚河鱼道运行效果 哥伦比亚河上各鱼道的过鱼效果见图1，除2001年过鱼数量较多外，1938年到2008年间各水电站鱼道过鱼数量基本稳定，邦纳维尔坝鱼道多年平均过鱼数量为72.1万尾，而罗哥瑞乃坝鱼道多年平均过鱼数量为14.3万尾[2-3]。即从哥伦比亚河邦纳维尔水电站到麦克乃瑞以及上游支流蛇河爱斯哈宝至罗哥瑞乃等水电站，多年平均过鱼数量逐渐减少，这种结果与自下游至上游距离和大坝数量的增加导致过鱼数量逐渐减少的因素有关。另外，为保障鱼类的繁殖，河流管理者在哥伦比亚河流域实施增加鲑鱼和鳟鱼的自然繁殖工程，对全流域1/9的生息场所进行产卵场所和生息场所建设，对600km河段进行了生态修复工作。总之，自20世纪30年代以来，哥伦比亚河鱼道设施的改扩建工作一直进行着，在近30年里共投入70多亿美元，使建设在哥伦比亚河下游和蛇河鱼道过鱼效果不断提高。

哥伦比亚河鱼道的建设和管理者十分重视对过鱼效果监测，各鱼道上都安装有各种监测设备，现代观测技术不仅可以记录过鱼的数量，还可以实时监测鱼通过鱼道的情况，这为分析过鱼效果、改进过鱼设施提供了重要信息。

2.2 日本长良川河口堰鱼道

2.2.1 鱼道建设情况 长良川发源于日本岐阜县郡上市大日峰，流经三重县汇流于揖斐川，是流入伊势湾木曾川的一级支流。为了防止洪水灾害和海水上溯，同时开发利用水资源，于1994年在长良川河口修建了挡水堰，堰高8.2m，堤顶长度661m。长良川河口堰共设置了诱鱼水流式鱼道、锁式鱼道（船闸式）、溪流式鱼道等5座不同型式的鱼道，满足不同迁徙特性鱼类和螃蟹、虾类等爬行动物的过闸需求。其中，右岸有溪流式鱼道、诱鱼水流式鱼道和锁式鱼道3座，左岸有锁式鱼道和诱鱼水流式鱼道2座。

2.2.2 鱼道运行效果 为了检测鱼道过鱼效果，在5座鱼道中，对左岸诱鱼水流式鱼道的河岸一侧阶梯式鱼道采用录像方式调查香鱼幼鱼过闸数量，历年过鱼数量见图2所示。从图可知，1995—2007年间该鱼道年平均过鱼数量约42.8万尾[4]。而2008年和2009年过鱼数量明显增加，分别达到了270万尾和217.4万尾。需要说明的是，以上统计数据只是左岸诱鱼水流式鱼道中河岸一侧鱼道的过鱼数量，不包括其他鱼道过鱼数量。可见，长良川鱼道的过鱼效果非常好，属于日本成功鱼道之一。

图2 长良川河口堰鱼道过鱼数量统计

2.3 巴西伊泰普水利枢纽鱼道伊泰普水利枢纽于20世纪80年代建成，至今运行已经有20多年。由于水利枢纽建设在著名的伊瓜苏瀑布附近，每年有众多水利水电工程领域的专家、学者来此进行技术交流，也有世界各国数百万的游客到此参观。该工程在设计和建设期间并未考虑设立过鱼设施。直到20世纪后期，该工程的建设管理者从保护河流生态环境以及生物多样性角度出发，决定增设过鱼设施，以解决巴拉那河坝址段的鱼类洄游问题。该过鱼设施于2002年建成，2004年投入运行。

2.3.1 过鱼设施建设情况 伊泰普水利枢纽（最大坝高196m）过鱼设施位于主体工程的左岸，由于上下游进出口距离长达约10km，设计者充分利用位于原河流左岸的一段支流，建设了3座鱼道、3个人工湖，形成了世界上最长、水头落差最大、结构形式最为复杂的过鱼设施。中间设置的人工湖是供鱼类休息的场所，通过对进出口高程的设置和鱼道的设计，保证了洄游鱼所需要的最小水深。在鱼道上游进水口处设有平板闸门和弧形闸门，起到调节或控制鱼道内流量（或流速）的目的。在3座鱼道中，除1座鱼道结合水上漂流运动，边墙采用混凝土衬砌外，另2座鱼道的侧边均采用块石的护坡形式，以创造接近自然河道的水流条件和景观。

根据鱼类洄游对水流条件的要求，诱鱼的最大流量不超过20m3/s，适应鱼类洄游的流量为11.4m3/s，鱼道内最大流速不超过3m/s；鱼道断面一般采用了梯型断面，底宽4～12m不等，两岸边坡1∶1～1∶1.5；鱼道底坡3.1%～6.25%不等，底部为非平滑，以创造适应鱼类喜爱的流态；为鱼类提供了面积大小不等的3个休息池，最小水深有3m。

2.3.2 过鱼设施的运行效果 针对洄游鱼所需要的水流条件和回溯时间的要求，专门制定了各鱼道进口处闸门的运行调度规则。如在洄游初期，为了诱鱼，过鱼设施内需要较大的流量，最大可达20m3/s，当鱼类上溯时，渠道里的流量控制在11.4m3/s。

针对伊泰普水利枢纽过鱼设施比较长，科研人员在整个过鱼设施5个不同地段布置了无线电发射接收器，监测洄游鱼类的游动范围、距上下游进出口的距离、以及这些鱼类在不同水流条件下的适应情况。2005年6月获得的监测结果表明，在捕捉到的126种鱼类中，有35鱼种具有洄游特性[5-6]。

伊泰普水利枢纽鱼道是已建工程上补建的典型案例，生态学家对该过鱼设施运行效果的评价认为：该过鱼设施是有效的，但是从目前监测到的过坝的鱼总体个体还比较小，降河的效果还不够理想，还需要进一步了解鱼的生活习性和适应鱼洄游的水流条件。

2.4 “莱茵河鲑鱼2000计划”及效果

2.4.1 “莱茵河鲑鱼2000计划” 莱茵河是欧洲大陆上一条重要的鲑鱼和其它洄游型鱼的河流，捕捞鲑鱼曾成为18—19世纪期间一个重要的商业行为。近200年来，特别是第二次世界大战以后，伴随着经济的快速发展，过渡捕捞、河道的渠化、工业污水的排放、繁忙的内河航运等人类活动导致莱茵河水质恶化、干流上建坝（共建设了21座水电站）阻碍了鱼的洄游，河口入海通道的改变以及已建的鱼道过鱼效果不理想，到20世纪下半叶，鲑鱼在莱茵河中几乎消失。

20世纪80年代，莱茵河流域管理委员会和沿河国家意识到必须重塑莱茵河的生态，使鲑鱼重新回到莱茵河，于是启动了“莱茵河鲑鱼2000计划”。该计划主要包括建设污水处理厂、改善河道水体水质、增建或改建鱼道、清除河道中妨碍鱼类上溯的建筑物、保护鱼类产卵场、引入大西洋鲑鱼种、为洄游鱼制定专门的调度方案和相关政策等内容。

2.4.2 “莱茵河鲑鱼2000计划”效果 经过各国的共同努力，在2000年时鲑鱼洄游到达了位于德国境内的Iffezheim水电站（距莱茵河口约700km），实现了计划目标。该水电站原来曾建设了鱼道，但过鱼效果不理想。为此，法国电力公司（EDF）、EnBW、法国和德国政府以及EU-LIFE项目在1998—2000年间共同出资730万欧元，建设了一条300m长，10m水头的新鱼道，2000年建成投入运行便发现了洄游的鱼，之后的几年内均进行了监测，每年有7000～21 000尾鲑鱼回溯到上游，见表2。

表2 莱茵河德国境内Iffezheim大坝监测的鱼类过鱼道数量

从该项目实施效果看到保障鲑鱼回到莱茵河所需要的重要条件：（1）改善莱茵河水质，在全年内有效控制水体的过饱和度；（2）持续改善河道内的生态条件，控制外来鱼种的数量；（3）鲑鱼成功洄游到Iffezheim水电站为实现鲑鱼继续上溯提供了宝贵的经验。为进一步提高鲑鱼等洄游鱼回到莱茵河的数量和上溯效果，莱茵河保护国际委员会（ICPR）制定了“莱茵河鲑鱼2020计划”。

3 结论

（1）鱼道是保护或重塑河流生态环境的重要工程措施之一。在具有洄游鱼类的河流上建设水利枢纽工程中通过建设过鱼设施可为鱼类提供上溯或降河迁徙的过坝通道。（2）建设一座具有良好过鱼效果的鱼道，需要付出艰苦的努力，通常要经过不断地探索和持续地改进，使之更加适合鱼类过坝的要求，这在国外的鱼道建设中已经得到了验证。另外，在鱼类迁徙时期，开展生态调度运行，是保证和提高过鱼效果的重要措施。（3）在鱼道中设置相应的监测设施是分析和评价鱼道过鱼效果的重要手段，通常要进行持续若干年的观测过程，才能对过鱼效果进行分析评价。（4）本调研的案例表明，可以将过鱼设施的建设与工程建设的综合开发目标相结合，不仅实现了工程建设中的环境生态保护目标，也可以将工程的建设和科研、科普教育和旅游开发相结合，促进当地的经济发展，创造出更大的经济和社会效益，真正实现人与自然的和谐。（5）各国鱼道建设的保护目标不同，采用的技术也各有特色，我们应学习国外鱼道设计和建设、运行、维护与管理的理念，借鉴他们在鱼道设计和工程建设的技术与经验教训，避免简单的照搬照抄。

[1]白音包力皋，王玎，等.鱼道水力学关键问题及设计要点[M]//水力学与水利信息学进展2009.西安：西安交通大学出版社，2009：206-211.

[2]North pacific division U.S Army Corps of Engineers.2004 Annual Fish Passage Report Columbia and Snake riv-ers for Salmon，Steelhead，Shad and Lamprey[R].2005.

[3]Fish Passage Center of the Columbia Basin Fish&Wildlife Authority，Fish passage Center 2008 annual report[R].August 31，2009.

[4]日本长良川河口堰主页：http：//www.gix.or.jp/～naga02/nagara/japanese/05_sojyo/inde x.htm.

[5]Ademar Sergio FIORINI，et al，Itaipu Dam“Piracema”migration channel[Z].Proceedings of The 22nd Congress of ICOLD，Vol.2，Q85，Madrid，Spain，2006.

[6]Sergio Makrakis，et al，The Canal da Piracema at Itaipu Dam as a Fish Pass System[Z].Neotropical Ichthyology，2007.