浅谈水电工程鱼道运行管理

陆 波，喻卫奇，陈 静，刘跃峰

(1.水电水利规划设计总院，北京 100120；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611130；3.华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司，四川 成都 610093)

0 引 言

近20年来，作为可再生能源利用的主力军，我国水电事业得以迅猛发展。水电虽有其清洁能源特有的优势，相较于火电等传统发电方式，在节能减排上具有突出贡献；但是，水电工程的建设运行不可避免地会对所在河流的生态系统产生影响。其最直接的表现即拦河大坝截断了河流能量输送和水生生物迁移与交流的通道，人为地将整条河流割裂为一系列的河库系统，限制了水生生物特别是鱼类的活动范围。我国《水法》明确要求，在水生生物洄游通道的河流上修建永久性拦河闸坝，应同时修建过鱼设施；或者经国务院授权的部门批准采取其他补救措施。为贯彻落实国家法律法规要求，众多水电工程采取修建鱼道、升鱼机、集运鱼系统等过鱼设施的方式，为水生生物提供人工的上溯或下行通道。

在各类过鱼设施中，鱼道虽然投资较大，对地形地质条件要求较高，但往往成为我国水电工程优先考虑的上行过鱼设施。这一方面是因为鱼道作为连系坝上水库和坝下河流的永久性建筑物，一定程度上恢复了河流的连通性，可以实现鱼类主动性通过，也为其提供了休憩场所，有些学者更是称其为“生态廊道”[1]；另一方面，国内升鱼机和集运鱼系统的发展仍处于探索尝试阶段，虽然马马崖一级、彭水等水电站已建或在建集运鱼系统，黄登、大华桥等水电站的升鱼机即将建成，但尚未有成功运行的案例，且两者的后期运行维护更为复杂。因此，自2000年以来由国家核准的水电建设项目中，约有近20座水电工程采用鱼道过鱼，其中枕头坝一级、沙坪二级、安谷等6座鱼道已相继建成，其他鱼道处于设计或在建阶段。

随着一系列鱼道工程的建成投产，如何科学有效地进行运行管理，弥补鱼道在设计、建设阶段可能存在的缺陷，最大程度地发挥鱼道应有的效用，已成为目前广泛关注的问题。本文通过对国内鱼道运行现状及存在问题的梳理分析，同时参考美国鱼类和野生动植物委员会(U.S. Fish and Wildlife Service，USFWS)制定的“鱼道工程设计标准(Fish Passage Engineering Design Criteria)”和美国陆军工程兵团(U.S. Army Corps of Engineers，USACE)针对鱼道运行管理制定的“鱼道计划(Fish Passage Plan)”，论述了鱼道运行管理工作重点，提出鱼道运行管理体系，为鱼道工程的规范化运行管理提供参考。

1 国内鱼道运行现状及存在问题

1.1 典型鱼道运行现状

回顾20世纪60、70年代，我国鱼道发展曾取得突出成就，仅江苏省就建有斗龙港、太平闸等20余座鱼道，但目前仍正常运行的较少。最具典型意义的是70年代末建成的湖南洣水洋塘鱼道，虽然运行初期过鱼效果显著；但因责权不明，经费难以落实，且对过鱼必要性存在争议，缺乏有效地运行管理和后期维护，仅运行几年即停用并最终废弃[2]。与之相比，近些年国家对河流水生生态及渔业资源保护愈加重视，鱼道建设运行责权相对明确。特别是水电行业新建的鱼道工程由电站自主运行管理，但是新建的鱼道往往难以完全达到预期设计目标。表1梳理了目前水电工程已建鱼道和水利工程典型鱼道的运行现状及存在的主要问题。

1.2 主要运行问题

(1)鱼道设计局限性和运行不确定性，影响鱼道过鱼效果，需要持续优化改造。以鱼道进口和出口为例，鱼道进口位置选择和诱鱼条件决定着是否能够吸引鱼类进入鱼道，也是决定鱼道过鱼效果的首要一环；而表1中的鱼道普遍存在着鱼道进口诱鱼效果不佳的问题。这一方面是鱼道进口位置可能选择不当，周边未形成鱼类集群的条件，甚至会存在挡墙、堵塞等外界因素妨碍鱼类找到进口；另一方面是，鱼道进口设计运行水位与实际运行水位存在偏差，如下游围堰未完全拆除而导致坝下水位较设计水位明显抬升，高水位时鱼道进口被淹没，鱼道运行无法形成诱鱼水流；再者鱼道进口诱鱼技术不够成熟，采取的诱鱼措施未能实现设计预期效果，如长洲鱼道采取的拦鱼电栅等。就鱼道出口而言，其底板高程设计和水库运行水位对鱼道内部水流条件起着关键作用，而安谷、枕头坝二级等水电站鱼道由于底板高程与水库运行水位的不适应，导致鱼道经常性无水或低水，鱼道无法保证长期正常运行。由于设计与实施的差异，鱼道建成后基本无法达到设计预期目标，需要专业化团队介入，对鱼道工程及其运行进行改进。

(2)鱼道施工不够规范，未完全符合设计参数要求，影响鱼道内部水流条件。部分鱼道特别是高原鱼道存在着施工不规范的问题，造成鱼道池室尺寸、竖缝尺寸、鱼道底坡等未按设计参数要求控制。鉴于鱼道建成后的大规模改造可操作性不高，鱼道运行后需要通过监测评估来甄别其对鱼道运行效果的实际影响，据此对鱼道工程进行适当改造，弥补施工缺陷。

(3)鱼道运行管理模式松散，机构设置和责任分工未明确或落实，运行经费难以保障。与同为环境保护专项工程的鱼类增殖放流站相比，鱼道尚未形成成熟的运行管理模式和机制。鱼类增殖放流站的运行相对独立，不涉及枢纽工程运行调度等外界因素，目前已形成了聘请专业单位进行运营管理的模式，其运行也有专项经费支撑。鱼道的运行管理则相对复杂，首先在责权方面，鱼道既是环境保护专项工程，也是枢纽建筑物的一部分。其运行涉及工程、环保等多个专业部门，需要多方沟通和协调，有时因部门间责权不明而会出现鱼道运行问题难以及时得到解决的情况。其次在技术方面，鱼道的运行、监测、优化和改造等涉及水力学、生态学、生物学、工程学等多个学科，需要专业技术人员长期跟踪开展。目前鱼道大都仅委托相关单位进行过鱼效果监测，受托方不具备鱼道运行的控制权，监测工作多受限制，而鱼道的优化改造因专业性要求高，更是难以落于实处。再次在经费方面，鱼道运行一般未设置专项经费，目前往往以科研立项的方式获得，鱼道建成后续若干年的日常监测、维护保养、设备维修等运行管理经费难以保障。最后在理念方面，虽然引入监督机制对加强鱼道运行管理会产生一定作用，但多方积极配合的基础还是得建立在对鱼类资源保护的重视程度上，而目前鱼类保护理念仍有待提升，也就造成了部分鱼道虽然设置了专门机构，但配合度和执行力仍较不足的情况。

(4)鱼道尚未实现智能化、集成化运行管理。智能化主要体现在两个方面，一是鱼道自动或半自动化运行，如鱼道不同进口、出口闸门按照实时水位自适应启闭或远程操控；二是鱼道信息化管理，如鱼道监测数据的实时记录、传输、保存、分析和共享等。集成化运行管理主要指采用搭建信息平台的方式，对多个鱼道，特别是同流域鱼道进行一站式集中管理，有利于跟踪各鱼道运行和流域鱼类资源变化。而目前，鱼道基本还依赖于人工或半机械化操作运行，信息化和集成化管理也还停留在实践初期阶段。

表1 典型鱼道工程运行现状

2 美国典型鱼道运行管理模式

2.1 USFWS鱼道工程设计标准

鱼道工程设计标准是USFWS第5区于2017年2月制定发布的，主要适用于美国东北部鱼道工程的设计、运行和维护[7]。

该标准将鱼道运行划分为试运行期和运行期。鱼道建成后即进入试运行期，一般持续1年或至鱼道工程验收，其间重点关注鱼道水力学条件的调整与优化，以满足设计要求。随后进入运行期，主要开展生物学评估，一般持续1年至3年，评估方式包括视频观测，样本采集，水声学监测，无线电遥测，PIT标记等。生物学评估成果用以验证鱼道的效用，判断其是否达到预期的功能要求；如果未能达到，则需对工程本身或其运行进行优化，并继续开展评估。

标准中规定了鱼道运行维护工作内容，具体包括制订并更新鱼道运行维护计划、鱼道监测、数据采集和上报、鱼道运行效果问题的发现与解决、鱼道设计符合性评估以及工程技术常规支持等。鱼道运行维护计划是保证鱼道正常工作而制定的规章程序，其内容包括：常规维护和季前调试安排，鱼道季内和日内的运行规程；鱼类统计的标准化操作程序；季后鱼道的维护、保护以及冬季防冻；过鱼期间对鱼道、溢洪道、发电机组以及其他枢纽工程运行、检查和管理的详细要求，如不同流态下水轮机启动和运行次序，鱼道垃圾清理，鱼道进出口水位和诱鱼流速或流量范围要求等。该计划应每年更新，且对于由联邦能源管理委员会(Federal Energy Regulatory Commission，FERC)监管的水电站，任何更改都需要得到USFWS，甚至FERC的批准。鱼道的监测工作推荐每年开展，由电站所有人和被许可人负责每日的运行、监测和常规维护，USFWS负责年度监督，且推荐在鱼道整个生命周期，记录过鱼季节期间的水力学条件。例如：河流流量、发电机组运行工况、鱼道进出口水头、流速、水温、溶解氧、尾水位和库水位等。

2.2 USACE鱼道计划

鱼道计划由USACE西北分部于2011年3月制订发布，主要用于指导其管辖的西北地区鱼道工程的全年运行，包括哥伦比亚河下游和斯纳克河上的8座水电站以及约瑟夫酋长水电站的鱼道，以保护上溯洄游和土著濒危鱼类及其他洄游性鱼类[8]。

鱼道的运行管理涉及单位包括USACE、鱼类机构和印第安纳部落、Bonneville电力管理局等，兵团主要负责执行鱼道运行维护的常规及紧急程序，外部协调，合作开展鱼道监测、监察和上报等，鱼类机构和印第安纳部落负责提供鱼类相关技术支持，如明确鱼道放水量及鱼道应维持的环境条件、编制鱼道生物学监测监察报告和下游鱼类洄游的现状报告等，Bonneville电力管理局负责提供鱼道放水对电力市场的影响评估、调整系统发电以满足鱼道运行水量所需、提供工程负荷实时需求等。

该计划针对各个鱼道的运行、监测、维护、水轮机运行维护以及垃圾清理等提出了明确要求。以Bonneville鱼道为例，鱼道运行规定了电站机组运行时间、诱鱼水流泄放、溢洪道管理、总溶解气体管理与控制、幼鱼/成鱼鱼道相关设施的操作要求等，鱼道监测监察规定了鱼道监测频次、内容及异常情况上报、周报编制要求等，鱼道设施维护规定了拦鱼栅，自动控制系统、电力设备、监测设备、补水系统、厂房和溢洪道集鱼系统、鱼梯及计数室等设施常规维护要求及发生故障时的非常规维护要求等，水轮机运行维护规定了过鱼季节水轮机运行的优先排序以及相关技术要求，垃圾清理规定了采用泄水方式清除垃圾废物的措施要求。其他还包括鱼道排空、危险物质泄漏应急处理等技术要求。

3 鱼道运行管理体系构建

(1)鱼道运行管理模式与结构(如图1所示)：鱼道运行管理由水电站设立专门机构统一负责，并接受上级单位或相关行政主管部门监督监察。运行阶段划分为试运行期和运行期，前者通过鱼道运行测试和优化，形成运行管理规程，构建鱼道信息交互平台，后者按照运行、监测、维护、信息、安全、档案和科研等七大模块对鱼道进行规范化运行管理。

(2)鱼道运行管理专门机构：由责任单位主导建立鱼道运行管理部，下设鱼道运行协调组，负责鱼道放水、机组运行等内部(电站相关部门等)和外部(电网公司、水利部门等)协调工作，以保证鱼道调试和正常运行；鱼道技术支持组，试运行期宜委托专业机构常驻，运行期宜聘请专业技术顾问，及时应对鱼道运行相关技术问题；鱼道综合事务组，负责鱼道保养及垃圾清理、信息报送和平台管理、档案管理、鱼道展示等常规工作，并协助技术组开展相关工作；安全应急组，负责鱼道现场作业安全监督、设备设施安全防范和应急管理等。

(3)鱼道试运行期运行管理：考虑国内鱼道可能存在的设计不确定性及建设不规范性，与USFWS的标准不同，试运行期宜维持3～5 a，视鱼道稳定运行状况及效果而定，其重点是开展鱼道符合性评估和鱼道运行调试。符合性评估包括鱼道组成、结构、底坡、尺寸等建设规范性评估和电站机组运行水位及流量、鱼道进出口运行水位、流量及鱼道内部池室水力学条件等设计符合性评估，据此对鱼道工程进行必要的改造和优化。运行调试是通过不同机组发电工况下的鱼道进出口闸门控制等，结合水力学、生物学监测，获得电站机组发电有利工况优先排序和相应的鱼道进出口、补水系统等控制要求。在此基础上，结合鱼道日常管理需求，制定符合自身工程特性，涵盖各模块技术与管理要求的运行管理规程，并根据实际应用状况，逐年更新与完善。

图1 水电工程鱼道运行管理体系

鱼道的评估、监测、改造、优化和信息化平台建设等技术工作由专业机构开展，并编制鱼道试运行期运行管理评述报告，经相关权威机构出具鉴定意见后，鱼道正式进入运行期，持续至鱼道退役。

(4)鱼道运行期运行管理：①运行模块。鱼道运行期按照制定的运行规程操作，一般根据鱼道上下游水位，控制鱼道进口、出口闸门和补水系统等辅助设施。②监测模块。按照制定的监测方案开展，过鱼季节每日监测鱼道内部的水温、溶解氧、浊度等水环境指标，河流流量、鱼道进出口水位、流量、鱼道内部流量、特定断面流速等水力学指标，鱼道过鱼数量、种类、规格、时长等过鱼指标等，同时记录鱼道机组运行工况、尾水位、库水位等。③维护模块。鱼道工程非过鱼期的巡查、设备设施维修保养、工程维修和防冻保养等，过鱼期前的鱼道清理、设备设施检查、监测设备安装等，过鱼季节的日常巡查、垃圾清理、监测设备防盗等。④信息模块。信息平台管理，监测数据上传、处理、分析，运行周报、年报编制，异常及处理信息报送等。⑤安全模块。现场作业人员安全、设备安全防盗、用水用电安全、事件应急处理等管理。⑥档案模块。鱼道设计、建设和运行阶段形成的各类报告、文函、记录等文字资料，鱼道监测及其他相关数据、影音、标本等资料的档案管理。⑦科研模块。围绕鱼道开展的各项科研课题管理，如物种保护效果、种群动态变化、坝上下鱼类基因交流状况、鱼类过坝生理学变化等。

4 结 语

鱼道建成后运行效果的实现与提升是以科学化、专业化和规范化的运行管理为基础的。通过建立鱼道运行管理体系，明确鱼道运行、监测、维护和管理等方面的工作要点，有利于水电工程鱼道结合自身及枢纽工程特点，制定具有可操作性的运行管理规程；同时，也有利于同流域或同区域鱼道工程的统一管理，对鱼类资源的跟踪和保护有着重要作用。