鱼道应用现状与结构优化研究

毛煜文，陈权臻

（四川大学水利水电学院，四川成都 610065）

鱼道应用现状与结构优化研究

毛煜文，陈权臻

（四川大学水利水电学院，四川成都 610065）

通过研究国内水利工程中鱼道的运行情况，介绍了鱼道建设的主要类型和发展现状，归纳了我国鱼道设计运行中存在的问题，分析目前鱼道的主要缺陷及其引鱼、诱鱼困难的原因，提出解决鱼道问题的主要思路和修建复式断面鱼道的新想法，最后对鱼道的发展前景进行展望。

鱼道；现状；结构优化；复式断面

1　我国鱼道发展现状及存在问题

我国鱼道的发展史大致可分为3个阶段：①模拟欧美、日本鱼道建设的时期。20世纪60—70年代，我国效仿欧美、日本的鱼道建设，先后修建了40多座鱼道，主要分布在江苏、浙江、安徽、广东和湖南等沿海沿江平原地区的低水头闸坝上；②鱼道研究工作停顿空白时期。20世纪80年代，在建设葛洲坝大型水利工程时没有修建过鱼通道，而是采用人工繁殖和放养等办法应对中华鲟等珍稀鱼类的过坝洄游问题。此后我国很多水利工程建设时都忽略了鱼道的修建，导致鱼道的研究工作出现了将近30年的停顿；③鱼道研究复兴时期。近年来，随着国家与人民生态环保意识的增强，鱼道作为一种生态弥补工程，正日益受到重视。近年来新建的鱼道有安徽巢湖鱼道、江苏团结河闸鱼道、青海湖沙柳河鱼道等。

实际上，我国的鱼道研究缺乏系统的鱼道设计资料和明确的管理标准，还存在许多问题。

由于缺乏实际研究经验，国内很多已建鱼道是依靠国外的经验公式、参照国外标准进行施工的，并不能很好地和当地水文条件、地形地貌相匹配。

同时，由于缺乏可靠的生物学信息（如鱼类的繁殖习性、洄游期、过流能力等），国内的鱼道在选择保护对象时难以考虑全面，所建鱼道的水力条件（如流速、水深等）在实际运行时并不能满足当地鱼类对水流流态的要求。如富春江水库上下游水头差约为30m，鱼道内虽然修建了减速消能的设施，但鱼道内水流流速还是大于过鱼对象的游泳能力，导致鱼道过鱼效果较差。

由于鱼道管理、维护体系的不健全，很多鱼道在运行时，过水量得不到满足，设备维护和设施更新也常因经费或管理问题而搁置，导致鱼道无法正常运行。

此外，水库上下游温差大、鱼道水体空气过饱和、水流含氮量易超标等一系列技术性问题还有待解决。因此，国内的鱼道经常出现闲置、无鱼等现象。

2　鱼道设计的难点分析

鱼道的设计和使用涉及了生态、水文、工程地质、地理环境等众多学科，其修建的主要难点在于诱鱼方式的选择和鱼道内部的水力设计等。

鱼类在洄游过程中，常常难以发现鱼道的入口，无法顺利进入鱼道；或者是由于鱼道设计和规划的不合理，导致鱼类不愿意通过鱼道入口进入鱼道；进入鱼道的鱼类，有时也会因鱼道内流速过大，遭受水流冲击而受伤，甚至被下泄水流冲到下游，难以成功通过鱼道，完成上溯。因此，要使所建鱼道得到有效利用，至少需要满足两个基本条件：①鱼类能够在复杂的水流条件下顺利找到鱼道入口从而进入鱼道；②鱼道内水流流速不能超过鱼类的最大游泳能力。

为了使鱼类能够较快感知并成功进入鱼道，通常要辅之以相应的诱鱼措施。目前，诱鱼措施主要有水流诱鱼、声波诱鱼、光线诱鱼、电导鱼等。其中，水流对鱼类的诱导效果被学界普遍认为是最自然高效的。水流诱鱼，就是调整鱼道入口处的水流流速分布，使鱼类感知到鱼道入口处水流流场的特殊变化，从而被吸引并进入鱼道。鱼类对高速水流有极其敏锐的感知力，一些鱼类（如鲑鱼）有逆流而上的天然顶水习惯，因此工程中可以考虑利用过鱼对象的生活习性，采取措施，适当地增加鱼道入口处的水流流速。

同时，由于经济条件和地理因素的限制，实际工程中鱼道的比降通常较大，鱼道内部水流流速偏大，对鱼类产生巨大的冲击力，不利于鱼类顺利通过鱼道。而高水头电站上下游水头差常高达上百米，更加剧了水流流速的增大。因此，鱼道设计的另一个突破点为改善鱼道内部的水力设计，对鱼道内部的水流进行合理消能，降低水流流速，使鱼类能够更安全省力地上溯，提高鱼类过流的成功率。

人工鱼道和天然河流的构造差异导致了两者水流特性的不同，这是鱼道过鱼效果不理想的关键原因，因此，使人工鱼道水流状态尽可能地符合过鱼对象的天然习性至关重要。

3　鱼道结构优化的新思路研究

3.1鱼道截面形式的改进

为方便设计施工，目前鱼道的截面形式一般设计为矩形，但矩形断面的流速分布较为单一。近年来，为了满足鱼道内不同过鱼对象对水流流态和流速的不同要求，国内的一些鱼道开始采用“梯—矩形综合断面”，如1972年修建的江苏太平闸鱼道。这种截面内可以形成不同流速区，为不同品种和体型的鱼类提供适宜的水流流态条件。

此外，还可以采用一种截面形式为复式断面的鱼道。与传统的矩形断面相比，复式断面鱼道可以灵活地调节边长比例，在小矩形处形成小流速区，在大矩形处形成大流速区，有利于能量在鱼道内重新分布，满足不同鱼类对流速的要求。该种截面的可行性可利用数值模拟软件进行辅助分析。

3.2鱼道内部消能技术改进

目前鱼道内部的常用结构有栅板式、隔板式等，构件主要由预制混凝土或木料制成。预制混凝土制成的隔板强度高，坚固耐用，但灵活性差，建成后难以根据实际运行情况进行结构改造；木料制成的鱼道内部构件轻便且易于施工，有较好的灵活性，但使用寿命短，易被腐蚀破坏，需要定期维护更换。

综合考虑两者的优缺点，可以模仿古代都江堰水利枢纽中使用的竹笼，采用卵石框（石笼），即将特殊的金属丝编制成一定形状的长方体，并在其中堆放大块卵石，然后将这种长方体按照设计要求堆叠到鱼道内，形成鱼道内部的消能建筑。这种方式可根据鱼道的实际运行情况作出及时调整，兼具了灵活性和坚固耐久性。事实上，巴西政府已在亚马逊流域玛代拉河的鱼道建设中采用了这种结构，并取得了良好的效果。

4　总结

随着社会的发展和环保意识的提高，人们对水能等清洁能源的需求将越来越大。国内的水能资源开发率相较发达国家还有一定差距，大中型水电站仍在不断兴建。水利工程在改造自然、谋求利益的同时，应该兼顾对生态的维护。党的十二五规划中明确强调绿色发展，建设资源节约型，环境友好型社会，要求促进生态保护和修复。而鱼道的修建可以在一定程度上弥补和修复大型闸坝造成的生态破坏。

鱼道的建设是横跨生物、工程建设等多学科的系统工程。在设计鱼道前，首先要选择合适的过鱼对象，然后根据过鱼对象的习性，并结合考虑工程实地的地形地貌、水文条件和闸坝的运行工况等，对鱼道进行恰当的水力学设计，并在后续运行中进行适当的流量调度和监控管理。这些步骤的有效实施，都有赖于我国水利水电工作者的进一步研究，以求针对国内各个典型流域的情况，形成一部较完整的鱼道设计标准和方法。

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1002－0624（2015）10－0049－03

2015-06-16