毛煜文，陳權(quán)臻

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都 610065）

魚道應(yīng)用現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

毛煜文，陳權(quán)臻

（四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川成都 610065）

通過研究國內(nèi)水利工程中魚道的運(yùn)行情況，介紹了魚道建設(shè)的主要類型和發(fā)展現(xiàn)狀，歸納了我國魚道設(shè)計(jì)運(yùn)行中存在的問題，分析目前魚道的主要缺陷及其引魚、誘魚困難的原因，提出解決魚道問題的主要思路和修建復(fù)式斷面魚道的新想法，最后對魚道的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

魚道；現(xiàn)狀；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；復(fù)式斷面

1　我國魚道發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

我國魚道的發(fā)展史大致可分為3個(gè)階段：①模擬歐美、日本魚道建設(shè)的時(shí)期。20世紀(jì)60—70年代，我國效仿歐美、日本的魚道建設(shè)，先后修建了40多座魚道，主要分布在江蘇、浙江、安徽、廣東和湖南等沿海沿江平原地區(qū)的低水頭閘壩上；②魚道研究工作停頓空白時(shí)期。20世紀(jì)80年代，在建設(shè)葛洲壩大型水利工程時(shí)沒有修建過魚通道，而是采用人工繁殖和放養(yǎng)等辦法應(yīng)對中華鱘等珍稀魚類的過壩洄游問題。此后我國很多水利工程建設(shè)時(shí)都忽略了魚道的修建，導(dǎo)致魚道的研究工作出現(xiàn)了將近30年的停頓；③魚道研究復(fù)興時(shí)期。近年來，隨著國家與人民生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，魚道作為一種生態(tài)彌補(bǔ)工程，正日益受到重視。近年來新建的魚道有安徽巢湖魚道、江蘇團(tuán)結(jié)河閘魚道、青海湖沙柳河魚道等。

實(shí)際上，我國的魚道研究缺乏系統(tǒng)的魚道設(shè)計(jì)資料和明確的管理標(biāo)準(zhǔn)，還存在許多問題。

由于缺乏實(shí)際研究經(jīng)驗(yàn)，國內(nèi)很多已建魚道是依靠國外的經(jīng)驗(yàn)公式、參照國外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工的，并不能很好地和當(dāng)?shù)厮臈l件、地形地貌相匹配。

同時(shí)，由于缺乏可靠的生物學(xué)信息（如魚類的繁殖習(xí)性、洄游期、過流能力等），國內(nèi)的魚道在選擇保護(hù)對象時(shí)難以考慮全面，所建魚道的水力條件（如流速、水深等）在實(shí)際運(yùn)行時(shí)并不能滿足當(dāng)?shù)佤~類對水流流態(tài)的要求。如富春江水庫上下游水頭差約為30m，魚道內(nèi)雖然修建了減速消能的設(shè)施，但魚道內(nèi)水流流速還是大于過魚對象的游泳能力，導(dǎo)致魚道過魚效果較差。

由于魚道管理、維護(hù)體系的不健全，很多魚道在運(yùn)行時(shí)，過水量得不到滿足，設(shè)備維護(hù)和設(shè)施更新也常因經(jīng)費(fèi)或管理問題而擱置，導(dǎo)致魚道無法正常運(yùn)行。

此外，水庫上下游溫差大、魚道水體空氣過飽和、水流含氮量易超標(biāo)等一系列技術(shù)性問題還有待解決。因此，國內(nèi)的魚道經(jīng)常出現(xiàn)閑置、無魚等現(xiàn)象。

2　魚道設(shè)計(jì)的難點(diǎn)分析

魚道的設(shè)計(jì)和使用涉及了生態(tài)、水文、工程地質(zhì)、地理環(huán)境等眾多學(xué)科，其修建的主要難點(diǎn)在于誘魚方式的選擇和魚道內(nèi)部的水力設(shè)計(jì)等。

魚類在洄游過程中，常常難以發(fā)現(xiàn)魚道的入口，無法順利進(jìn)入魚道；或者是由于魚道設(shè)計(jì)和規(guī)劃的不合理，導(dǎo)致魚類不愿意通過魚道入口進(jìn)入魚道；進(jìn)入魚道的魚類，有時(shí)也會(huì)因魚道內(nèi)流速過大，遭受水流沖擊而受傷，甚至被下泄水流沖到下游，難以成功通過魚道，完成上溯。因此，要使所建魚道得到有效利用，至少需要滿足兩個(gè)基本條件：①魚類能夠在復(fù)雜的水流條件下順利找到魚道入口從而進(jìn)入魚道；②魚道內(nèi)水流流速不能超過魚類的最大游泳能力。

為了使魚類能夠較快感知并成功進(jìn)入魚道，通常要輔之以相應(yīng)的誘魚措施。目前，誘魚措施主要有水流誘魚、聲波誘魚、光線誘魚、電導(dǎo)魚等。其中，水流對魚類的誘導(dǎo)效果被學(xué)界普遍認(rèn)為是最自然高效的。水流誘魚，就是調(diào)整魚道入口處的水流流速分布，使魚類感知到魚道入口處水流流場的特殊變化，從而被吸引并進(jìn)入魚道。魚類對高速水流有極其敏銳的感知力，一些魚類（如鮭魚）有逆流而上的天然頂水習(xí)慣，因此工程中可以考慮利用過魚對象的生活習(xí)性，采取措施，適當(dāng)?shù)卦黾郁~道入口處的水流流速。

同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)條件和地理因素的限制，實(shí)際工程中魚道的比降通常較大，魚道內(nèi)部水流流速偏大，對魚類產(chǎn)生巨大的沖擊力，不利于魚類順利通過魚道。而高水頭電站上下游水頭差常高達(dá)上百米，更加劇了水流流速的增大。因此，魚道設(shè)計(jì)的另一個(gè)突破點(diǎn)為改善魚道內(nèi)部的水力設(shè)計(jì)，對魚道內(nèi)部的水流進(jìn)行合理消能，降低水流流速，使魚類能夠更安全省力地上溯，提高魚類過流的成功率。

人工魚道和天然河流的構(gòu)造差異導(dǎo)致了兩者水流特性的不同，這是魚道過魚效果不理想的關(guān)鍵原因，因此，使人工魚道水流狀態(tài)盡可能地符合過魚對象的天然習(xí)性至關(guān)重要。

3　魚道結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新思路研究

3.1魚道截面形式的改進(jìn)

為方便設(shè)計(jì)施工，目前魚道的截面形式一般設(shè)計(jì)為矩形，但矩形斷面的流速分布較為單一。近年來，為了滿足魚道內(nèi)不同過魚對象對水流流態(tài)和流速的不同要求，國內(nèi)的一些魚道開始采用“梯—矩形綜合斷面”，如1972年修建的江蘇太平閘魚道。這種截面內(nèi)可以形成不同流速區(qū)，為不同品種和體型的魚類提供適宜的水流流態(tài)條件。

此外，還可以采用一種截面形式為復(fù)式斷面的魚道。與傳統(tǒng)的矩形斷面相比，復(fù)式斷面魚道可以靈活地調(diào)節(jié)邊長比例，在小矩形處形成小流速區(qū)，在大矩形處形成大流速區(qū)，有利于能量在魚道內(nèi)重新分布，滿足不同魚類對流速的要求。該種截面的可行性可利用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行輔助分析。

3.2魚道內(nèi)部消能技術(shù)改進(jìn)

目前魚道內(nèi)部的常用結(jié)構(gòu)有柵板式、隔板式等，構(gòu)件主要由預(yù)制混凝土或木料制成。預(yù)制混凝土制成的隔板強(qiáng)度高，堅(jiān)固耐用，但靈活性差，建成后難以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造；木料制成的魚道內(nèi)部構(gòu)件輕便且易于施工，有較好的靈活性，但使用壽命短，易被腐蝕破壞，需要定期維護(hù)更換。

綜合考慮兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，可以模仿古代都江堰水利樞紐中使用的竹籠，采用卵石框（石籠），即將特殊的金屬絲編制成一定形狀的長方體，并在其中堆放大塊卵石，然后將這種長方體按照設(shè)計(jì)要求堆疊到魚道內(nèi)，形成魚道內(nèi)部的消能建筑。這種方式可根據(jù)魚道的實(shí)際運(yùn)行情況作出及時(shí)調(diào)整，兼具了靈活性和堅(jiān)固耐久性。事實(shí)上，巴西政府已在亞馬遜流域瑪代拉河的魚道建設(shè)中采用了這種結(jié)構(gòu)，并取得了良好的效果。

4　總結(jié)

隨著社會(huì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的提高，人們對水能等清潔能源的需求將越來越大。國內(nèi)的水能資源開發(fā)率相較發(fā)達(dá)國家還有一定差距，大中型水電站仍在不斷興建。水利工程在改造自然、謀求利益的同時(shí)，應(yīng)該兼顧對生態(tài)的維護(hù)。黨的十二五規(guī)劃中明確強(qiáng)調(diào)綠色發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)，要求促進(jìn)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)。而魚道的修建可以在一定程度上彌補(bǔ)和修復(fù)大型閘壩造成的生態(tài)破壞。

魚道的建設(shè)是橫跨生物、工程建設(shè)等多學(xué)科的系統(tǒng)工程。在設(shè)計(jì)魚道前，首先要選擇合適的過魚對象，然后根據(jù)過魚對象的習(xí)性，并結(jié)合考慮工程實(shí)地的地形地貌、水文條件和閘壩的運(yùn)行工況等，對魚道進(jìn)行恰當(dāng)?shù)乃W(xué)設(shè)計(jì)，并在后續(xù)運(yùn)行中進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧髁空{(diào)度和監(jiān)控管理。這些步驟的有效實(shí)施，都有賴于我國水利水電工作者的進(jìn)一步研究，以求針對國內(nèi)各個(gè)典型流域的情況，形成一部較完整的魚道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法。

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