夹岩水利枢纽工程过鱼设施研究

何伟 石远航 谭龙英

摘要：修建大坝阻断了河流连通性，造成鱼类生活环境破碎化，继而导致鱼类种群之间的基因交流受限，特有鱼类遗传多样性降低。鉴于此，建设单位依法承担工程建设和运行对鱼类影响的责任，通过修建过鱼设施进行补救，并制定运行监测计划，定期开展过鱼效果监测与评估。分析了夹岩水利枢纽工程区水域鱼类的行为特征，并根据工程条件及各过鱼设施的结构特点综合分析比选，最终选择了适合该工程的过鱼设施。论文研究成果可为过鱼设施运行后开展过鱼效果监测与评估、优化过鱼设施设计及运行管理提供依据。

关键词：过鱼设施;升鱼机;洄游;诱鱼;集鱼;过鱼;夹岩水利枢纽工程;贵州省

中图法分类号：S956文献标志码：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

過鱼设施是指让鱼类通过障碍物的人工通道和设施。最早的过鱼设施是开凿河道中的礁石、疏浚急滩等天然障碍以沟通鱼类的洄游路线[1]。现在的过鱼设施主要是修建拦河建筑物后疏浚鱼类的洄游路线。我国过鱼设施的研究和建设大致经历了3个时期：①初步发展期：1958年至20世纪80年代，对鱼的生境因素及过鱼设施进行了初步研究并相继建设了40余座鱼道。②停滞期：自葛洲坝水利枢纽中采取建设增殖放流站的措施来解决中华鲟等珍稀鱼类的保护问题后的20多年，我国在建设水利水电工程时很少修建过鱼设施，几乎没有开展相关的技术研究工作，已建过鱼设施多数运行效果不理想，因而闲置或被废弃。③二次发展期：进入21世纪， 随着我国水利水电资源开发逐步加深，天然渔业资源严重退化，甚至危及到国家级自然保护区珍稀特有鱼类，过鱼设施的研究和建设重新受到重视，一批过鱼设施已建成运行或在规划建设中[1]。

夹岩水利枢纽及黔西北供水工程（以下简称“夹岩工程”）是国务院确定纳入“十三五”期间建设的172项重大水利工程之一，也是目前贵州省最大的综合性水利枢纽工程，开发任务以城镇供水和灌溉为主，兼顾发电等综合利用，给地方带来了巨大效益，但因修建大坝也使鱼类生活环境破碎化，鱼类种群规模缩小，种群之间的基因交流受到限制，继而引发珍稀、特有鱼类遗传多样性降低。对洄游鱼类来说，大坝阻隔了洄游通道，鱼类不能顺利地通过洄游来完成生活史。

夹岩工程过鱼设施建设是二次发展期提出的，根据该工程设计方案、初步设计报告、专题设计报告及对鱼类的相关试验，提出了夹岩工程设计工作思路，对过鱼设施设计进行研究，首先了解鱼类分布特点、品种及生物习性，确定过鱼种类，对其溯游能力、过鱼季节和过坝数量进行研究和分析;其次根据各个过鱼设施的特点，充分考虑工程综合布置、工程条件、工程投资及维护运行管理等方面，综合分析后合理选择过鱼设施。为减少修建大坝对河流生态系统的干扰，通过修建过鱼设施改善河流连通性，使鱼类顺利过坝，有效缓解种群间遗传交流受阻的不利影响，以保护鱼类种群的遗传多样性，对保护珍稀鱼类具有重要意义。

2 鱼类行为特征分析

2.1 鱼类分布特点

调查和采集夹岩工程区水域的鱼类后发现，其鱼类分布特点如下：六冲河洪家渡库尾以上河段水生生境特点、鱼类资源结构特点相似度较高，没有明显差异。河道地形地貌、底质特点、水文情势等相似，伏流、岩洞、深坑众多;鱼类组成以产粘性卵鱼类为主。从现场采集到的鱼类组成可以看出，大花水滩伏流以下河段鱼类种类组成、资源数量相对较多，尤其七星关河段最为丰富;大花水滩伏流以上河段鱼类以流水生境鱼类为主，但鱼类种类和资源数量与下游河段相比已显著减少，可能与上游河水流量相对较小、大花水滩伏流落差及密集的梯级分布阻断了部分鱼类上溯有关。九洞天伏流上下游河段鱼类组成差别不大，表明上下游河段虽受抵纳、瓜仲河电站的阻隔，但由于生境条件较相似，因此鱼类群落结构没有明显差异。在下游洪家渡库区河段，未发现四川裂腹鱼、昆明裂腹鱼、白甲鱼等喜流水的种类，而鲤、鲫、麦穗鱼、鲇、？、栉鰕虎鱼类等喜静缓流鱼类逐渐成为库区的优势种类。

夹岩工程区调查水域无典型洄游鱼类，主要过坝目的在于促进坝址上下游鱼类种群的基因交流，因此对过鱼目标的优化和确定以满足鱼类基因交流需求为原则[2]。

2.2 过鱼目标分析

鉴于过鱼对象较多、规格尺寸及行为习性差异较大，需要遴选出主要过鱼对象的特点及生态习性进行设计，综合考虑夹岩工程鱼类的过鱼需求、有效性及价值，并结合鱼类资源量现状，进一步遴选夹岩工程区的主要过鱼对象和兼顾过鱼对象。对不同种类的综合得分（各指标得分累加）进行排序作为过鱼设施设计依据，具体考虑指标及赋分依据见表1。

根据上述选评分标准，对夹岩工程主要过鱼对象进行综合评分，遴选昆明裂腹鱼、四川裂腹鱼、鲈鲤、四川爬岩鳅、云南光唇鱼、墨头鱼、白甲鱼、长薄鳅为主要过鱼对象，宽鳍鱲、鲇、黄颡鱼、瓦氏黄颡鱼等为兼顾过鱼对象，同时考虑坝址及附近分布的其他鱼类[3]。过鱼对象遴选结果见表2。

2.3 鱼类溯游能力分析

鱼类溯游能力的指标主要有2类：①趋流特性：鱼类对水流的趋向性以及感应的敏感程度;②克流能力：鱼类克服一定流速水流的能力。这2类指标通常是过鱼设施设计中的重要参考数据。具体而言，鱼类的趋流特性主要用于洄游路线中出现的最小流速设计;鱼类的克流速度则主要用于过鱼设施控制流速设计。

对于夹岩工程过鱼设施而言，主要的诱鱼方式就是利用鱼类对流速特别敏感的习性，通过对以上相关鱼类进行溯游能力测试，测试结果建议诱鱼系统进鱼口吸引流速为0.55～0.85 m/s。当鱼类进入集鱼廊道内停留一段时间后，才会被赶鱼栅赶入集鱼箱，廊道流速不宜太大，同时也应超过鱼类的感应流速，建议集鱼廊道流速范围0.35～0.74 m/s。另外根据实际情况，尽量选取噪音低、流量大、影响范围较大的水流条件。

2.4 主要过鱼季节

确定过鱼对象后研究过鱼季节，夹岩工程过鱼设施的主要目的是促进坝上、坝下鱼类遗传交流，因此，重点应考虑保证主要过鱼对象在繁殖季节的过坝需求。过鱼季节参考主要过鱼对象的繁殖季节确定，主要过鱼季节为3～7月和9～10月。主要过鱼对象过鱼季节见表3。

2.5 过鱼数量分析

过鱼设施的过鱼数量通常以坝下聚集上溯的鱼类个体数量为基础，但可依据过鱼设施的保护目标进行调整。结合六冲河河段鱼类资源状况以及该河对于乌江上游鱼类资源保护的重要作用，暂定鱼类过坝数量为5 000～10 000尾/a。由于近年来六冲河鱼类资源量锐减，较难形成大规模鱼群，聚集至单次转运数量的持续时间可能较长，建议单次最大过鱼数量50～100尾。实际运行时，可根据后期长效监测情况提高转运速度或增加转运集鱼箱次数，以保证转运鱼类的活性。

3 过鱼设施比选

夹岩工程由水源工程、毕大供水工程和灌区骨干输水工程组成。水源工程坝址位于七星关区与纳雍县界河六冲河中游潘家岩处，水源工程主要由混凝土面板堆石坝、溢洪道、泄洪洞、放空洞、坝后电站取水口、灌溉取水口、毕大取水口、导流洞及初期生态洞等建筑物组成。坝型为混凝土面板堆石坝，其坝高154 m，属典型高水头大坝。水库正常蓄水位1 323 m，死水位 1 305 m，总库容13.23亿m3，为Ⅰ等大（1）型工程。

主要对鱼道、鱼闸、过坝式升鱼机、集运鱼式升鱼机等4种过鱼设施进行比选。目前，集运鱼船应用不多，除1989年有对苏联在里海流域的伏尔加河、顿河和库班河流域为鲟科、鲱科和鲤科等种类设计的集运鱼船报道外，几乎再没有关于集运渔船的研究成果发表，在此不对集运鱼船进行比选。4种过鱼设施的类型和特点详见表4。

根据以上枢纽工程条件，从各过鱼设施的结构特点、优缺点及适用范围，工程投资，维护运行管理等方面进行了综合分析比选。①鱼道一般只适应于低水头和库水位变幅较小的枢纽，夹岩工程大坝坝高154 m，属典型高水头大坝，修建鱼道较长，工程造价较昂贵，同时对鱼类的游泳能力也是考验，因此不宜修建鱼道。②对于鱼闸和过坝式升鱼机来说，夹岩工程大坝坝高154 m，挡水高度超过115 m，且下游河道不具备通航条件，单独修建鱼闸需要采用多级闸室，其次坝型为混凝土面板堆石坝，无法在大坝上修建相关建筑物，鱼闸或过坝式升鱼机只能修建在大坝两侧，修建鱼闸或过坝式升鱼机会造成夹岩工程枢纽布置更加复杂，且工程造价昂贵，维修费用大，运行管理不便。③集运鱼式升鱼机可在大坝下游右岸电站尾水渠处修建集鱼设施，并采用运鱼车通过公路转运过坝后运到库尾进行放流，其布置型式、工程造价、运行管理均较其他3种过鱼设施更优。

通过以上综合分析，夹岩工程中最终选择集运鱼式升鱼机系统，该系统主要由补水系统、诱鱼系统、集鱼系统、提升转运系统、分选系统、运输系统、放流系统以及观测与辅助系统等设施组成。其中，补水系统、诱鱼系统、集鱼系统、提升转运系统、分选系统、运输系统、观测与辅助系统等设施布置在大坝下游坝后电站尾水渠右岸岸边。升鱼机系统工作流程大致可分为： 诱鱼→集鱼→提升→转运→分选→运输→放流等步骤。首先是通过补水系统给集鱼廊道补水，利用鱼类对流速特别敏感的习性，通过诱鱼系统把鱼诱进集鱼系统，再采用集鱼廊道内的赶鱼栅把鱼类赶进集鱼箱，通过观测与辅助系统，当鱼类达到一定数量后，利用提升转运系统把集鱼箱转运到分选系统，在分选系统对鱼类进行分选及标记后，把鱼类放入运鱼车，运鱼车通过公路运输将鱼类运至库尾指定位置进行放流或运至鱼类增殖站進行繁殖。上述流程完成后，即进行下一次过鱼流程。夹岩工程升鱼机布置及主要组成系统如图1～2。

4 过鱼效果监测与评估

目前我国的过鱼设施多处于建设期，少数处于初步运行期且未开展监测，尚不能进行有效性分析，但有效性分析、设计优化调整及运行管理三者与过鱼效率的提高必然是有密切联系的[3]。夹岩工程过鱼设施也正处于建设之中，但其过鱼设施设置有鱼类分选系统、运行观测与辅助系统，为后期的过鱼效果监测与评估提供了技术支持。对过鱼设施有效性评价是其长效运行的保障机制，进行长效监测并评价其过鱼效果是研究、优化过鱼设施的重要途径。在长期的监测及动态调整中，监测数据应涵盖过鱼种类、数量、时间、上行及其与水流的关系等相关数据信息，通过长时间人工或机器监测，根据长期监测数据评价其有效性，对过鱼设施的设计和发展来说是不可缺少的技术信息及生物信息。

5 结 语

作为综合利用水资源的核心工程，夹岩工程不仅要重视技术和经济上合理可行，也要重视生态安全、环境友好。过鱼设施作为工程配套的水生生态保护系统，肩负乌江上游鱼类资源保护的重任，但由于我国对过鱼设施研究较晚，过鱼设施不够完善，加之过鱼设施是一项极其复杂的系统工程，涉及水利、生态、生物、环境、水文、建筑等众多学科;因此，对夹岩工程过鱼设施研究需建立在全面调查、科学论证、项目集试验与实用于一体的基础上，对各个过鱼设施的类型和特点进行综合分析;充分考虑工程综合布置、工程条件、工程投资及维护运行管理等条件;在进行过鱼设施布置时，尽量减小与枢纽工程区主体工程的相互干扰，为乌江上游鱼类保护设施奠定基础。后期进行长效监测并评价其过鱼效果是研究、优化过鱼设施的重要途径。只有这样，才能在综合利用水资源的同时尽可能减小对环境的影响，从而实现水资源的可持续利用，保障经济社会可持续发展。

参考文献：

[1] 曹庆磊， 杨文俊， 周良景.  国内外过鱼设施研究综述[J].  长江科学院院报， 2010，32（5）：39-40.

[2] 贵州省水利水电勘测设计研究院.  贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程升鱼机专项设计报告[R]. 贵阳：贵州省水利水电勘测设计研究院，2017.

[3] 谭江涛，陈江红，盛三化.  基于外部性理论的鱼道长效运行管理机制研究[J].  中国水利水电科研究院学报， 2019，17（2）：145-146.

（編辑：唐湘茜）