新疆高坝鱼类保护设施建设实践与对策建议

李 江,邢 坤

(1.新疆塔里木河流域管理局,新疆 库尔勒 841000;2.新疆大学地理与遥感科学学院,新疆 乌鲁木齐 830046)

0 前言

新疆属于典型干旱内陆区，其中北疆及南疆地区分属干旱中温带及干旱暖温带，年均气温分别为4～8℃、9～12℃。全疆降水普遍稀少，年降水量仅为158mm，且呈现出时空分布极不均匀特性，山区降水量约占全疆的84%。全疆年蒸发量约为1500～3400mm，干旱指数7以上，蒸发极为剧烈。新疆水资源特点主要表现为总量有限，单位面积产水量少，时空分布极不均衡，经济用水和生态用水矛盾突出。基于上述情况，唯有修建水库大坝才能增强全疆水资源调控能力，从而改善水资源时空配置不均衡的矛盾。但同时，水库大坝建设又将对全疆本就脆弱的生态环境本底造成一定的影响[1]。

上世纪九十年代新疆建设了一些代表性的大坝，如活断层上建设的克孜尔水库黏土心墙坝、635水利枢纽黏土心墙坝、乌鲁瓦提水利枢纽面板砂砾石坝等。进入二十一世纪以来，山区水库筑坝数量显著增多、速度显著加快，一大批高坝相继建成，代表性的混凝土坝有喀坝碾压混凝土重力坝、布尔津电站混凝土双曲拱坝，土石坝中面板坝为代表的有吉林台、吉音、卡拉贝利、温泉、肯斯瓦特、阿尔塔什等，沥青心墙坝为代表的有大石门、库什塔依、尼雅、伯斯阿木等，黏土心墙坝为代表的有白杨河、大西沟等，在建的还有大石峡面板坝、玉龙喀什面板坝，以及库尔干、莫莫可、石门沥青心墙坝等。这些坝大多地处深山峡谷，属于流域出山口的典型控制性水利枢纽工程，大多承担灌溉、防洪、供水、发电等任务[2]。

山区大坝属于截断性工程，建坝将不可避免地拦断河床，对包含河流生态、水生生物、湿地资源、物种多样性的河道生态完整性及陆生动植物产生一定程度的影响，甚至是不可修复的破坏。从鱼类生境分析，河流阻隔会造成鱼类通道受阻，回水较长的水库还会影响鱼类产卵区、索饵区等不同生境，而百米级高坝的过鱼设施也更受业界关注[3]。早期建设的大坝普遍未考虑过鱼设施，仅有增殖站等相关设施进行鱼类增殖放流保护，如635水利枢纽、喀坝、吉勒水电站、特克斯电站、白杨河等工程。部分拦河型水闸修建了高度较低的鱼道、鱼闸等，也有部分引水式水电站后期改造时增加了专用的过鱼鱼道。随着国家环境保护政策要求的不断变化，河流生态保护也愈发收到各界重视，鱼类保护类型也愈发繁多。国内外的实践经验表明，各种设施作用目的手段不尽不同，但核心要义还是以加强保护、繁殖保育、大坝过鱼等多重手段实现对河道鱼类的保护，实现人水和谐[4]。

1 新疆高坝鱼类保护设施的进展

水库大坝建成运行改变了库区及下游局部河段的原有水文条件，导致自然水文径流过程、自然洪水等对生态系统有特殊意义的径流现象减弱乃至消失。其生态学影响表现为破坏了水域水生生物的原有生境，阻断了洄游性鱼类的上溯通道，影响了鱼类赖以生存繁衍的“三场”的水量和水温，导致鱼类交流机制减少或消失、鱼类生境破碎化等，这对需要进行大范围迁徙的鱼种几乎是毁灭性的。因此，为了保护流域珍稀鱼类资源，发挥水利工程生态效益，采取适宜的鱼类保护措施，已是当前水利工程建设中必须考虑的重要因素。但是，究竟采取何种鱼类保护措施，才能发挥保护的科学性、有效性以及工程的经济性，还需进一步总结探索[5]。

目前国内外水利工程中的鱼类保护措施主要分为以下六类：

第一类为增设过鱼工程措施，如适合于较低水闸、水坝的鱼道、鱼闸等，此种过鱼设施主要基于鱼类逆流行为，诱导鱼类通过过鱼设施进口自行溯游过坝[6]；或适合于较高水坝的升鱼机、集运鱼船等[7]。第二类为建立增殖放流站，人工收集、培育亲鱼，待幼鱼达到放流标准再行将其放入坝下河流自然生长，适合于各类水坝、水闸、水电站[8]。第三类为人工模拟产卵场，在坝后支流或人工渠内塑造适宜鱼类产卵的模拟产卵环境，促使鱼类自行产卵。第四类为采取过鱼的水轮机组，适合于水头较低、转速较低的水电站[9]。第五类为保留鱼类栖息生境，在编制流域规划、水电规划时即予以考虑，不再安排各类工程。第六类为加强渔政监督管理，在不同季节通过调控措施下泄生态流量，维护河流健康[10]。

我国的水库大坝设计针对过鱼设施的研究起步相对较晚，特别是在以内陆型河流为主的新疆，还未形成较为完整的过鱼设施研究与设计，当前实践中还处在以国内外类似工程为主要参考并不断予以完善的过程。为实现人与自然和谐相处，切实保护生态环境，大坝鱼类保护设施因地制宜，从早期的增殖站发展到现在的鱼道、升鱼机、集运鱼船等。进入本世纪后，围绕水库大坝建设与生态环境保护主旨，逐渐形成以下型式并加以实践：高坝主要采取人工增殖放流、升鱼机(垂直提升、斜坡轨道提升、缆机提升)、集运鱼船等措施，中低坝主要采取仿生鱼道、鱼闸等措施，并以此形成鱼类综合性保护措施体系。有的工程建设较早，缺乏鱼类保护设施，在运行过程中也采用临时性方法捕捞过坝。同时，还结合流域水域管理、河湖长制，部分重点区域建立保护水域，禁止捕捞；运行过程中采取合理调度运行方案。通过不断实践，水库大坝过鱼及保护措施逐渐呈现多样化，新技术、新材料、新工艺的引进吸收也不断创新[10]。大坝建设高度不断被突破，百米级到二百米级，甚至三百米级也会出现，而需要自坝身翻越的过鱼设施也更加复杂。已建典型工程鱼类保护设施布置如图1所示。

图1 已建典型鱼类保护设施布置示意图

针对高坝过鱼的难题，坝高为94m的山口拱坝率先在新疆建成了第一座附着式高坝升鱼机[11]，在建的阿尔塔什水库(面板砂砾石坝，坝高164.8m)、大石门水库(沥青心墙坝，坝高128.8m)均采用斜坡式升鱼机作为主要的鱼类过坝措施，在建JH二级电站(拱坝、164m)将采用缆机作为过鱼设施。有的工程采用多种措施进行鱼类保护，如卡拉贝利水库采用鱼类增殖站与升鱼机相结合的措施，山口电站采用鱼道与升鱼机相结合的措施，冲乎尔电站采用集运鱼船等过鱼措施[12]。正在建设的阿尔塔什、大石峡、玉龙喀什水利枢纽，均研究采用鱼类增殖站同时辅以高坝过鱼设施对鱼类进行综合性保护。

针对新疆干旱区内流河山区水库及电站建设的特点，已建的过鱼设施已取得了许多独特的创新成果，为类似环境条件下的鱼类保护措施提供了宝贵的实践经验，也反映出大坝建设技术与生态环境的保护是一致的。典型工程采用的鱼类保护设施见表1。

表1 不同鱼类保护设施的应用情况

2 典型高坝鱼类保护设施与运行

大坝过鱼设施作为一种缓解大坝阻隔效应的鱼类保护措施在国际上采用已有300多年历史，实践表明可以起到恢复鱼类洄游通道和沟通上下游鱼类交流的作用[13]。由于山区水库高坝建设，造成河道建坝处上下游水位差高达百米或二百米以上，传统的闸坝式过鱼设施不具备条件，集运鱼船仍然需要二次倒运，运鱼车也存在时间周期较长等不安全因素。根据国内外的实践，环保部门建议采用坝顶过鱼设施也是考虑压缩集运鱼时间，确保影响较小。多个早期建设的高坝采用鱼类增殖站，如喀坝、恰海工程等；本世纪以来规划建设的高坝大部分都采用鱼类增殖站辅以过鱼设施，或直接采用过鱼设施，如阿尔塔什、大石门、卡拉贝利等；也有的工程结合流域水电梯级开发规划，在下游引水式电站建设鱼类增殖站，在上游水库建设高坝过鱼设施[5，8]。

2.1 恰海水库增殖站

恰海水库以增殖站作为鱼类保护主要手段。增殖站主要由养殖、饲料及辅助车间组成，集合高密度循环水、饲料加工、离岸围栏及网箱实现鱼类工厂化养殖[14]。其中养殖车间配有养殖、控温、增氧、供电、供排水等系统，以保护、救护流域濒危鱼类，实现流域特有冷水性鱼类苗种规模化生产、温水性鱼类适度生产。饲料车间属于辅助车间的一部分，生产辅助设施配有饵料培养室、鱼病检测室、鱼药储备室等。

2.2 冲乎尔水电站集运鱼船

冲乎尔水电站以国内自主研发的集运鱼船作为鱼类保护主要手段[12]。这是国内第二例以流速和灯光作为诱鱼方式的集运鱼船技术进行鱼类保护的工程实例。该系统的投运对流域的鱼类保护起到了关键作用，对其他水电工程鱼类保护问题也具有一定借鉴意义。

该系统主要有集运鱼船及车载运鱼箱组成，其中集运鱼船负责收集鱼类，车载运鱼箱负责将鱼类运至上游进行投放。集运鱼船总长15m，船体中部设有2个片体间的腔体过鱼通道，内设4套喷水泵，在自然引流不足时喷水辅助加速；船体主甲板艏部两舷及艉部两舷设置4台移船绞车；船内设有鱼类监测系统，可对进鱼口诱鱼情况、暂养舱存活情况及鱼类行为特征等进行观测，实现鱼类的全面监控、记录及统计。车载运鱼箱内配有增氧、过滤装置。

操作流程为：电站坝下至公路桥的区域内左、右岸各设地牛2只，移船绞车引出的钢缆和地牛连接，使集鱼船可在一定区域内前后左右移动，寻找合适的过流断面进行集鱼作业。当需要向运鱼车转运时，通过移船绞车将集鱼船绞拖至左岸，用汽车吊将鱼类收集箱吊运至运鱼车上运至上游进行投放。

2.3 山口电站大坝升鱼机

山口电站大坝为拱坝，高94m，下游布置泄洪二道坝，距离二道坝200m处布置引水式电站厂房，升鱼机设在大坝左侧坝段紧靠电梯井布置，可前后移动。升鱼机主要由鱼箱、竖井、升降机三大部分组成。每至4—7月，通过布置在电站厂房附近集鱼箱将鱼引入，利用专门转运平台将集鱼箱通过轨道输送到大坝升鱼机底部，提升倒入水库，帮助鱼类完成上溯产卵繁衍过程。该升鱼机的设计、运行、管理在国内属首例[11，15]。升鱼机布置见图2。

图2 山口电站大坝及升鱼机平面布置图

2.4 大石门水库斜坡式升鱼机

大石门水库采用沥青心墙坝，最大坝高128.8m，属高水头建筑物[16-17]。大坝所在河流中鱼类主要有塔里木裂腹鱼、宽口裂腹鱼、裂腹鱼、重唇裂腹鱼和叶尔羌高原鳅等，主要过鱼季节为每年的4—7月。

大坝采用斜坡式升鱼机，通过“诱鱼道+轨道运输+回转吊”的运输和过鱼设施来满足鱼类回游过坝，保护鱼类资源。其中集诱鱼系统布置在电站尾水渠左侧，使坝后聚集鱼类进入升鱼机集鱼系统内；过鱼设施由诱鱼道、集鱼池、集鱼斗、单梁吊、坝后轨道牵引机、坝前运输台车和回转吊等部分组成。

大石门水利枢纽过鱼设施布置见图3，这也是新疆规划建设的第一座高土石坝过鱼设施。

图3 大石门水库坝身过鱼轨道纵断面示意图

图4 卡拉贝利坝身过鱼设施布置示意图

2.5 卡拉贝利大坝升鱼机

卡拉贝利大坝为面板砂砾石坝，最大坝高92.5m[18]，地处喀什噶尔河流域克孜河上。主要保护鱼种包括塔里木裂腹鱼、斑重唇鱼、叶尔羌高原鳅等多种土著鱼类，采用鱼类增殖站与坝身过鱼设施联合的保护措施。在电站尾水渠右侧设置诱鱼道和集鱼池，当鱼类游进诱鱼道的集鱼斗后，利用回转吊将集鱼斗提出，途径坝后水平段、坝坡牵引斜坡段、坝前运输投鱼段等接力设施，将集鱼斗放入水库中。由于坝下游坡较陡，设置两台回转吊进行接力转入，过鱼设施的运用时间为每年的4—7月。

2.6 阿尔塔什大坝升鱼机

阿尔塔什大坝为面板砂砾石坝，最大坝高164.8m[19-20]，主电站具有高坝、水位变幅大、库岸陡等工程特点，采取水电站尾水集诱鱼，坝后轨道运输鱼，同时坝前回转投放鱼的升鱼机方案，达到坝址上、下游鱼类有效沟通的目的，以此保护土著鱼类资源。轨道升鱼机方案由诱鱼道、集鱼池、集鱼斗、回转吊、坝后升鱼机排架、坝顶轨道卷扬机、坝前运输电动平板车和回转吊等部分组成。先将鱼从诱鱼道诱至集鱼池的集鱼斗，利用回转吊将其提升至坝后的升鱼机排架，通过坝顶轨道牵引机运至坝顶，再由坝前运输车运至坝前投放，满足鱼类洄游过坝要求。

2.7 大石峡水库联合过鱼设施

大石峡大坝为面板砂砾石坝，最大坝高247m，为同类型世界第一高坝[21]。坝下河段为已建小石峡电站库区，小石峡电站坝下至协合拉枢纽仍为流水生境。考虑到流水生境对于土著鱼类，尤其是裂腹鱼的繁殖具有重要意义，因此，尽可能保留较多的流水生境即鱼类适宜的繁殖生境，有利于维持对于整个流域的鱼类资源，在协合拉枢纽单独修建过鱼设施，以沟通小石峡电站以下河段连通性，以此保留小石峡至协合拉枢纽间的流水生境。对于大石峡与小石峡间的库区河段，在小石峡电站坝下修建集运鱼设施，通过活鱼运输车转运至大石峡坝上河段投放，以恢复该河段连通性。

图5 卡拉贝利过鱼设施纵剖面布置示意图

2.8 玉龙喀什水利枢纽过鱼设施

玉龙喀什大坝为面板堆石坝，最大坝高230.5m。为满足过鱼季节集鱼系统诱鱼要求，在电站尾水渠下游布置固定式集鱼站，诱鱼系统由集鱼池和集鱼箱组成。利用集鱼斗进行集鱼，并将集鱼斗作为运鱼容器。同时利用诱鱼道边设置的回转吊将集鱼斗放置于活鱼运输车上，过坝运输至坝上游侧的浮动码头平台，利用码头平台上的回转吊将集鱼斗将集鱼斗放入投鱼托架投放。其布置型式与大石门较为相近。

3 存在问题及对策建议

3.1 存在问题

3.1.1过鱼方式问题

由于地处深山峡谷的高坝普遍存在水头较高、水位变幅较大等因素，高坝过鱼一直也是国内外面临的技术难题，目前高坝采用的过鱼方式主要包括鱼道、升鱼机及集运鱼船等，新疆经过多年实践也与国内保持同步，其中升鱼机发展出垂直式、斜坡轨道式、缆机式等多种型式，集运鱼船只能解决集鱼，运输过坝仍然需要提升装置或汽车辅助运输。其基本方式都是将集鱼斗中的亲鱼通过机械方式予以提升至坝前，或直接投运，或改用运输车再运至库尾投放。随着坝高的增加，提升设备建造、管理成本大幅度增加，尤其是土石坝，普遍采用坝下游坡铺设轨道，采用自行式或牵引式拽拉集鱼斗，坝顶仍然需要辅助转运，运行过程中也存在风险，若长时间停运还会造成鱼类生存风险加大。

鱼道过鱼：采用鱼道方式需要很长的长度才能将沿程水流流速控制在鱼类克流能力以下，鱼有道可能长达数公里，鱼类通过长距离鱼道非常消耗体力，可能致使通过效率低下并造成产卵的延迟，无法起到过鱼的目的。在建某拱坝高164m，早期论证时采用落差达百米，长达6km的盘山式鱼道，可操作性较差、过鱼效果不佳，难以说服专家，后期改用施工缆机进行改造。

升鱼机过鱼：为便于管理，通常集鱼设施都布置在坝后几百米或厂房尾水附近，希望靠发电尾水吸引鱼类，但发电流量过大时难以实现，鱼类仍可能沿尾水主流上溯，聚集并滞留在尾水附近，造成过鱼设施进口集鱼效率低下。由于新疆河流大部分在4—7月运行过鱼设施，这也是水电站发电的高峰时间段，通过改变发电流量又存在与发电冲突，影响工程效益。鱼类过坝后一般直接转运至库水内，突然进入流速基本为静水的区域，难以找到上溯方向，坝前长期滞留也会影响鱼类繁殖。

集运鱼船：集运鱼船是一种综合平台，主要功能是诱鱼、集鱼、监测、管理，一般都布置在坝下。高坝所在的河流通常落差大、通航条件差，集运鱼船一般不具备往上行驶的条件，只能通过其他辅助设施将鱼类运输过坝，而且在大坝泄洪期间，集运鱼船的安全也存在问题。

国内外实践表明，这几种过鱼设施的进鱼口高程和位置相对固定，难以诱集栖息在不同水层的鱼类，如集运鱼船的诱鱼水流难以诱集表层的鱼类。往往是花了大价钱建设的集运鱼设施运行效果不佳。针对高坝的过鱼设施还需要深入研究。

3.1.2过鱼水轮机的可行性问题

有研究表明，当鱼类穿过水轮机或经过泄洪道(洞)洄游过坝时会受到严重伤害，非洄游性鱼类也有被水轮机吸入而受到严重伤害的可能，鱼类死亡率超过了30%[9]。近年来新发展的“过鱼水轮机”是水电站建设对生态环境进行补偿的一项有效措施，美国在这方面开展了大量研究，包括转桨式、混流式、灯泡贯流式过鱼水轮机等。其基本思路是在保证水轮机出力及运行效率的基础上通过改变水轮机的结构设计和运行参数，尽可能降低对鱼类造成的伤害，达到环保可接受的状态，进而缓解水电开发与生态保护的矛盾，实现人与自然的和谐发展。由于高坝、高水头、大流速的特点，争取更多的发电量是项目投资的主要考核指标，当前的研究还难以适应水轮机高效运行的结构要求。另外，须对“过鱼水轮机”的运行机理开展研究，以明确不同鱼类在通过水轮机时的受伤机理及其本身的生理特征，同时深入论证“过鱼水轮机”的实际运行效果。

3.1.3建设运行与效益问题

新疆高坝(尤其是南疆)都处于深山峡谷，普遍存在高地震(Ⅷ度地震区占多数)、高严寒(年较差往往高达60～70℃)、高边坡(自然或人工边坡)、大风(峡谷风口效应更为明显)、多泥沙(河流多年平均含沙量4～12kg/m3)等突出自然特点，这些因素造成鱼类过坝设施建设往往投资很大、建设难度大。升鱼机设备需要考虑结构自身稳定，还要考虑抗震、抗冻、抗风等因素；集运鱼船需要专用码头予以固定，行驶路线无法调整；盘山鱼道更为复杂，疆内还未见有工程予以采纳；各种设备年运行时间也存在很大不确定性。考虑鱼类保护设备的操作与效果，大部分工程都采取购买服务委托专业队伍管理方式，尤其是增殖站的管理运行。鱼类增殖站建设后的运行一般通过考核繁殖不同鱼类的数量来确定是否达标？是否符合生态保护要求？而各类升鱼机建设只能表明采用升鱼机以后“抓了鱼、过了鱼”，监测设备可以佐证，但具体实施效果难以定量评价。

3.1.4河流梯级开发鱼类保护问题

新疆内陆河落差较大、主流较长的河流，在流域规划阶段往往都安排了专项的水电规划，对河流进行综合梯级开发。玛纳斯河、奎屯河先在河流中下游新建了数个引水式电站，后期又修建了山区龙头水库予以调控，形成了4—5个梯级电站；叶尔羌河、克孜河在建设阿尔塔什水库、卡拉贝利水库同时，下游引水式电站同步建设，同样形成了4—6个梯级电站。无论哪种方式，河流均被分段碎片化，鱼类生境受到严重影响。由于大坝阻隔、水文情势改变等，鱼类资源发生了较大变化，当地特有的土著鱼类、珍稀濒危特有鱼类出现种群规模变小，濒危程度加剧的现象。国内实践表明，采取栖息地保护、河流连通性恢复、鱼类增殖放流站建设、生态调度、渔政管理和生态补偿等措施可在一定程度上得以保护。大石峡水库建设时将上游支流铁米尔苏河一部分划分为鱼类栖息地就是一个尝试，阿尔塔什水库建设也同样如此。

3.2 对策建议

(1)河流有序开发建设高坝大库、水电站，不仅仅是追求效益问题，更是解决干旱区水资源供需矛盾、防治洪旱灾害的重要手段。2022年叶尔羌河流域遭遇特大洪水，在已建下坂地水库、阿尔塔什水库的联合调度下，洪水顺利调控下泄，千余公里河道未遭到较大损失，沿线农田、村庄平安无恙，试想没有高坝大库遏制“千年水患”，何来“神女应无恙”！由于调控洪水，2022年下坂地水库7月份损失发电收益数千万元，但这也是值得的！解决高坝大库建设与鱼类生态保护的矛盾就是一项重要课题，不能因为建坝而严重影响鱼类生境，也不能因为环保要求就废弃大坝建设。

(2)基于不同的地形地貌、坝型/坝高条件以及被保护鱼类的生存、繁衍特性等，结合抗震、抗风、抗冻等不利因素，深化符合实际情势、工况的过鱼设施研究设计，以期提高当地土著鱼类资源保护成效，同时加强具备生态友好效益的新型过鱼水轮机组研制。确保各种鱼类保护设施在诱鱼、输送环节“站得稳、抓得住、送得快、效果好”。

(3)加快完善过鱼设施的运行、维护、投入等制度建设，确保不仅能“抓到鱼”，也能让鱼“过得好”。目前大多数河流开发和水电建设存在“多龙”开发局面，如阿克苏河，上游建设的水库电站归塔里木河流域管理局、克州水利局管理，下游还有国电新疆阿克苏公司、其他民营企业参与引水式电站建设，“多龙”开发不可避免存在利益纠纷问题，更存在谁来保护鱼的问题，需要在联合保护、过鱼效果、监测评估上下功夫。

(4)早期建设的山区高坝普遍没有增殖措施和过鱼设施，在建设下游引水式电站时就存在需要电站承担上游水库电站原设计缺乏的增殖放流任务，有的还需要补建鱼道等设施，这就需要从流域管理层面加以协调。确保“多龙”开发、流域管控，确保河流健康，实现人水和谐。

4 结语

新疆干旱区内陆河水资源调控离不开高坝大库，流域防洪、供水、发电同样需要高坝大库，大型水库也是新时期国家水网规划中“纲目结”中的“结”，具有举足轻重的作用。当前做好新时期高坝大库建设需要统筹考虑水利工程建设现状、干支流栖息地保护、大坝过鱼设施、增殖放流等综合措施。基于生态环境保护的高坝大库建设需要贯彻“生态优先”的原则，主要是加大力度保护鱼类赖以生存繁衍的栖息地，采取增殖放流及升鱼机过坝等措施实现“鱼儿回家”的目标，合理安排诱鱼、捕鱼、运鱼、投鱼的时机，全过程实现鱼类保护监控全覆盖、效果有评价，而不是简单的“一抓了之”。对于普遍关注的“友好型过鱼水轮机”、“全自动升鱼机”、“自动化增殖放流站”开展技术攻关，实现大坝建设与生境保护的协调一致。