国内外鱼道发展探析

伍铭杰，诸 韬

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635）

人类为了提高自身的生存环境，开始不断兴修水利工程以满足人类与社会的经济效益需求。伴随着越来越多水利工程的修建，其河流生态系统本身的需求却在不同程度上被忽视，造成了江河阻隔。这不但阻断了河流中洄游鱼类的上溯通道，也影响了上游营养物质向下输移和上游产卵区鱼苗对下游鱼类资源的补充，使得水利工程潜存的生态问题越来越严重与突出，甚至造成气候改变、生物灭绝等生态问题[1-3]。以富春江为例，在修建水利枢纽之前，富春江有各种鱼类110多种，年产鱼在3.5～4万担，其中闻名海外的鲥鱼年产量在1～1.5千担；而随着大坝的修建完成，富春江的年产鱼量下降到了不足5千担，而鲥鱼年产量下降到了不足1担；而葛洲坝水利工程的建设也对中华鲟的生存环境造成影响。修建前，产卵的中华鲟逆水而上直达金沙江，而葛洲坝修建后，截断了长江，洄游的中华鲟只能到达坝下，至使产卵江段由原来的800 km缩减到7 km，产卵场数量由原来的16处减少到1～2处，产卵场面积也只有0.4 km2。而问题的出现，使人们开始尝试寻找解决问题的方法。而鱼道作为沟通鱼类与闸坝建筑物之间的桥梁，在一定程度上能减缓、补偿闸坝对鱼类洄游的阻隔影响[4]。

1 国内外鱼道的发展动态

鱼道这一概念最早于17世纪60年代法国首次提出，要求在闸坝上修建一条供水生生物上下通行的通道。19世纪80年代苏格兰建成了世界上第一座鱼道，名为胡里坝鱼道。但是当时设计经验不足，也未进行实验研究与实地考察，致使鱼类不能顺利通过该鱼道，导致鱼道有水无鱼，处于废弃状态，因此这是一次不成功的尝试[5]。传统的鱼道在设计施工和经营管理上都存在着不足，使得很多鱼道在修建完成后并不能物尽其用，过鱼效果甚微，而鱼道也逐渐开始被人们所废弃。进入20世纪以来，伴随着世界经济的快速发展，随之而来的是对水电能源和防洪、灌溉以及城市供水的需求不断加大，水利水电事业得以蓬勃发展，但工程的修建和生态环境的矛盾也随之而来，这使得人们又把重点开始转移到了研究鱼道上。20世纪10—30年代，比利时人丹尼尔对鱼道进行了长期的研究与探索，创造了一种能很好的减少鱼道内部流速的独具型式的鱼道，后人称之为“Denil式鱼道”[6]。1913年，美国和加拿大建成了世界上著名的赫尔斯门鱼道。1938年在美国建成的邦纳维尔坝，是世界上第一座有集鱼系统的过鱼建筑物。美国的约翰代鱼道成功的解决了鲑鱼类在较高水头洄游产卵的问题。

据统计，1960年以来，美国和加拿大便意识到水生生态环境的重要性，开始不断地研究与探索鱼道，几十年间，建有鱼道200座以上。西欧各国拥有鱼道100座以上；日本约有35座[7]。1990年后，国外鱼道的探索与修建达到了一个顶峰，鱼道的数量也呈现几何倍的增长。以美国和加拿大为首的北美国家鱼道修建了近400座，而日本所拥有的鱼道有1 400多座，是之前的40倍之多。

早起年间，为了更好的保护鲑鱼、鳟鱼等商业价值高的洄游性鱼类，国外开始修建起鱼道来；而近几年，鱼道不仅仅是保护那些经济价值高的鱼类，也已经开始加强对当地土著鱼类的保护。

相对而言，我国过鱼建筑物的建设和研究历史起步较晚，而国鱼对象也较为单一，主要以珍贵鱼类、鲤科鱼类和虾蟹幼苗为主，国内鱼道大致可以分为3个阶段：

1）初步发展期。国内首次提出鱼道这一概念大约是在20世纪50年代设计富春江七里泷水电站时，与此同时组织了国内的专家展开了一系列的科学实验、环境调查以及实地勘测考察，这预示着我国鱼道建设的初步发展期已经完成。据统计，国内首个鱼道的修建于20世纪60年代在兴凯湖附近建成；20世纪50年代至20世纪80年代期间，我国相继完成了40余座鱼道的建设，这标志着我国在鱼道的初期探索中取得了不错的进展。

2）停滞期。由于国内修建的鱼道过鱼效果不甚理想，自20世纪80年代始，国内首次开始尝试采用繁殖放流的方式，并取得了不错的效果。此后的20年期间，过鱼建筑物的修建逐步被繁殖放流的方式所取代。这直接导致了国内鱼道的研究与探索出现了停滞的状态，而已建的过鱼设施也因有水无鱼，过鱼效果不理想而被停用或废弃。例如，浙江的七里垅鱼道、湖南的洋塘鱼道都已经被“绿化隐蔽”，废弃不用了。

3）二次发展期。进入21世纪，随着改革开放的到来，国内的经济不断的发展，我国的水利工程事业也开始逐步加深，但天然渔业资源严重退化，甚至一些水生物种处于濒临灭绝，使得国家开始意识到过鱼设施建设的重要性，这使得过鱼设施又开始“焕发青春”，二次发展。2005年底，原国家环境保护总局主持召开了水利水电建设项目水环境与水生生态保护技术政策研讨会，2006年初下发了“关于印发《水电水利建设项目河道生态用水、低温水和过鱼设施环境影响评价技术指南（试行）》的函”（环评函［2006］4号），以及2010年底“建设项目环境影响评价鱼类保护（鱼道专题）技术高级研讨会”的召开，都有力地促进了过鱼设施的规划设计、建设和相关技术研究的多方面发展。

2 鱼道研究进展

2.1 鱼道结构

鱼道，也称鱼梯，是一种使洄游性鱼类在各种水利工程中（如水电站，水闸等）实现上溯洄游的设施[8]。鱼道按其结构形式可分为斜槽式、水池式和隔板式。

斜槽式鱼道为矩形断面的倾斜水槽，根据其是否限制水流和其是否设置加糙设施又可分为简单斜槽式和加糙式鱼道。其优点为体积较小，利于过鱼，表层流速大，利于诱鱼；缺点是流态差，气体饱和度高，不易维修[9]。

水池式鱼道是由一连串连接上下游的水池组成，以短渠连接各水池，水池式鱼道的布置形式最接近天然河道，鱼类在池室中可以获得良好的休憩，但是该鱼道的限制条件较高，要求水头小且占地大，因此工程运用上较少采用。

隔板式鱼道也被称之为梯级鱼道，是目前国内外运用最为广泛的一种鱼道，其组成成分包括梯级式底板以及横隔板的一系列水槽；横隔板将鱼道上下游水位分成若干个梯级。隔板式鱼道根据孔口的位置以及形式可分为溢流堰式、淹没孔口式、竖缝式以及组合式4种。

2.2 鱼道流速

鱼道的修建是为了让鱼类能够通过其完成上溯产卵的过程，而鱼类本身都具有自己的喜好流速，大部分的鱼类喜好流速都在0.3～1.4 m/s之间，一个好的鱼道就是要将其内流速控制在这一范围，因此，鱼道内隔板的流量一般控制在0.2～2.0 m3/s。董志勇等[10]于2008年对鱼道竖缝宽度b0与水池宽度W之比较大（b0/W＞1/5）的情况进行了系统的实验研究，研究结果显示：如果水流流速适宜，满足鱼类的喜好流速，则鱼类将沿着竖缝处径直上溯。反之如果流速较大，超过鱼类的喜好流速，则不利于洄游鱼类进行上溯行为；且池室内竖缝位置处的断面平均流速分布呈现正态分布规律。曹庆磊等人[11]于2010年采用三维超声波流速仪（ADV）进行鱼道流速测量，得出池室竖缝出口处位置流速、紊动能和雷诺剪切应力最大，而在池室的左右两侧回流区位置比较小，而大回流区位置的流速、紊动能和雷诺剪切应力要小于小回流区位置，更加适合鱼类在其中休憩；由于鱼道水流为二元流，因此池室中流速垂向的分量很小，几乎为零，故可以忽略不计；而在流量相同的情况下，增加水深，流速有逐渐减小的趋势，但紊动能和雷诺剪切应力却有逐渐增大的趋势；池室中水深不变，流量增加，池室中的流速、紊动能和雷诺剪切应力会伴随着流量的增大而逐渐增大。

2.3 池室水力条件

影响池室内部水力条件的主要因素是隔板形式、水池尺寸以及竖缝宽度。徐体兵[12]通过对鱼道水流结构的数值模拟计算与物理模型相结合的方法，得出当池室的长宽比 L/B=8∶8～10.5∶8时鱼道内部水流结构分布最为合理，流速较为适宜，可以获得较好的适合鱼类上溯的水流流态。张国强[13]采用数学模型的方法对鱼道进行三维建模得出竖缝宽度在很大程度上将会影响竖缝断面处的流速分布，如果竖缝宽度过宽，则会使得水平横向流速较大，如果竖缝宽度过窄，则会使得竖缝断面流速呈现不均匀分布；鱼道内部最适宜的竖缝宽度为水池宽度的0.15～0.2倍。

3 国内鱼道面临的问题

我国从20世纪50年代开始至今已完建和在建的鱼道数目超过了40多座，在一定程度上很好的保护了鱼类的资源以及水生生物物种资源。但总体来说，我国鱼道事业的研究与发展与国外相比起步较晚，鱼道的相关研究与设计还处于比较粗浅的阶段，大多是蜻蜓点水，昙花一现，鱼道的建设发展过程较慢，鱼道在建设、运行、管理方式上仍存在许多问题。导致这些原因的出现是多方面的：

1）我国对鱼道建设的重要性缺乏足够的认识，并没有真正的意识到鱼道的修建对生态恢复与鱼类资源以及水生生物种群的保护起到的重要性。

2）由于国内对鱼道的设计研究与探索相比于国外起步较晚，研究也不够深入，只停留于表面，对鱼道内部水流的水力特性认识不够充分，大多是模仿和照搬国外已建成的鱼道工程，或依据一些经验理论以及公式得出，缺乏对鱼类生态习性的考察，以及缺乏对设计后的鱼道进行水工实验或者数值模拟计算，使得鱼道在修建后无法使鱼类进入鱼道，致使鱼道内有水无鱼直至处于废弃状态。

3）目前国内很多鱼道的设计资料并不完善，多数鱼道的设计目标单一，往往只考虑一两种主要经济鱼类或国家重点保护性鱼类，却忽视了水生环境下其它水生生物和有机物质在上下游的输移和交换对维持河道生态健康的重要作用。

4 展望

目前，伴随着国内经济的飞速发展，为了满足国内的经济建设以及能源战略部署的需求，我国将在很长的一段时间内努力积极的开发水电能源，着力并大力的发展水利事业。而水资源的开发建设势必会加重鱼类等水生生物的生存环境的恶化，使得鱼类等水生生物的数量急剧减小，甚至濒临灭绝。因此在协调水资源工程的建设与鱼类等水生生物以及环境资源保护的矛盾中，鱼道的建设很好的起到了缓解或解决这一问题的作用。

1）首先应该深刻的认识到鱼道的重要性。对鱼道的研究不能只停留在比较粗浅的阶段，目前许多工程建设者都只是为了满足环评要求而修建鱼道，对鱼道未予以重视，后期维护也疏于管理。这使得国内的鱼道鲜少有成功的案例。建设鱼道不是目的，保护水生生物才是最终的目的，因此我们应该开始重视生态环境保护以及水环境保护。

2）鱼道的设计与建设要考虑多方面的因素。多借鉴而非照搬国外成功的案例，设计鱼道时要做好充分的准备工作，例如地形、气候、水文状况以及鱼类的生活习性等因素。