魚(yú)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）

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

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

1　我國(guó)魚(yú)道發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

我國(guó)魚(yú)道的發(fā)展史大致可分為3個(gè)階段：①模擬歐美、日本魚(yú)道建設(shè)的時(shí)期。20世紀(jì)60—70年代，我國(guó)效仿歐美、日本的魚(yú)道建設(shè)，先后修建了40多座魚(yú)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(yú)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(méi)有修建過(guò)魚(yú)通道，而是采用人工繁殖和放養(yǎng)等辦法應(yīng)對(duì)中華鱘等珍稀魚(yú)類的過(guò)壩洄游問(wèn)題。此后我國(guó)很多水利工程建設(shè)時(shí)都忽略了魚(yú)道的修建，導(dǎo)致魚(yú)道的研究工作出現(xiàn)了將近30年的停頓；③魚(yú)道研究復(fù)興時(shí)期。近年來(lái)，隨著國(guó)家與人民生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，魚(yú)道作為一種生態(tài)彌補(bǔ)工程，正日益受到重視。近年來(lái)新建的魚(yú)道有安徽巢湖魚(yú)道、江蘇團(tuán)結(jié)河閘魚(yú)道、青海湖沙柳河魚(yú)道等。

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

由于缺乏實(shí)際研究經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)很多已建魚(yú)道是依靠國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)公式、參照國(guó)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(yú)類的繁殖習(xí)性、洄游期、過(guò)流能力等），國(guó)內(nèi)的魚(yú)道在選擇保護(hù)對(duì)象時(shí)難以考慮全面，所建魚(yú)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~(yú)類對(duì)水流流態(tài)的要求。如富春江水庫(kù)上下游水頭差約為30m，魚(yú)道內(nèi)雖然修建了減速消能的設(shè)施，但魚(yú)道內(nèi)水流流速還是大于過(guò)魚(yú)對(duì)象的游泳能力，導(dǎo)致魚(yú)道過(guò)魚(yú)效果較差。

由于魚(yú)道管理、維護(hù)體系的不健全，很多魚(yú)道在運(yùn)行時(shí)，過(guò)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(wèn)題而擱置，導(dǎo)致魚(yú)道無(wú)法正常運(yùn)行。

此外，水庫(kù)上下游溫差大、魚(yú)道水體空氣過(guò)飽和、水流含氮量易超標(biāo)等一系列技術(shù)性問(wèn)題還有待解決。因此，國(guó)內(nèi)的魚(yú)道經(jīng)常出現(xiàn)閑置、無(wú)魚(yú)等現(xiàn)象。

2　魚(yú)道設(shè)計(jì)的難點(diǎn)分析

魚(yú)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(yú)方式的選擇和魚(yú)道內(nèi)部的水力設(shè)計(jì)等。

魚(yú)類在洄游過(guò)程中，常常難以發(fā)現(xiàn)魚(yú)道的入口，無(wú)法順利進(jìn)入魚(yú)道；或者是由于魚(yú)道設(shè)計(jì)和規(guī)劃的不合理，導(dǎo)致魚(yú)類不愿意通過(guò)魚(yú)道入口進(jìn)入魚(yú)道；進(jìn)入魚(yú)道的魚(yú)類，有時(shí)也會(huì)因魚(yú)道內(nèi)流速過(guò)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(guò)魚(yú)道，完成上溯。因此，要使所建魚(yú)道得到有效利用，至少需要滿足兩個(gè)基本條件：①魚(yú)類能夠在復(fù)雜的水流條件下順利找到魚(yú)道入口從而進(jìn)入魚(yú)道；②魚(yú)道內(nèi)水流流速不能超過(guò)魚(yú)類的最大游泳能力。

為了使魚(yú)類能夠較快感知并成功進(jìn)入魚(yú)道，通常要輔之以相應(yīng)的誘魚(yú)措施。目前，誘魚(yú)措施主要有水流誘魚(yú)、聲波誘魚(yú)、光線誘魚(yú)、電導(dǎo)魚(yú)等。其中，水流對(duì)魚(yú)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(yú)，就是調(diào)整魚(yú)道入口處的水流流速分布，使魚(yú)類感知到魚(yú)道入口處水流流場(chǎng)的特殊變化，從而被吸引并進(jìn)入魚(yú)道。魚(yú)類對(duì)高速水流有極其敏銳的感知力，一些魚(yú)類（如鮭魚(yú)）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(guò)魚(yú)對(duì)象的生活習(xí)性，采取措施，適當(dāng)?shù)卦黾郁~(yú)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(yú)道的比降通常較大，魚(yú)道內(nèi)部水流流速偏大，對(duì)魚(yú)類產(chǎn)生巨大的沖擊力，不利于魚(yú)類順利通過(guò)魚(yú)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(yú)道設(shè)計(jì)的另一個(gè)突破點(diǎn)為改善魚(yú)道內(nèi)部的水力設(shè)計(jì)，對(duì)魚(yú)道內(nèi)部的水流進(jìn)行合理消能，降低水流流速，使魚(yú)類能夠更安全省力地上溯，提高魚(yú)類過(guò)流的成功率。

人工魚(yú)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(yú)道過(guò)魚(yú)效果不理想的關(guān)鍵原因，因此，使人工魚(yú)道水流狀態(tài)盡可能地符合過(guò)魚(yú)對(duì)象的天然習(xí)性至關(guān)重要。

3　魚(yú)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新思路研究

3.1魚(yú)道截面形式的改進(jìn)

為方便設(shè)計(jì)施工，目前魚(yú)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(lái)，為了滿足魚(yú)道內(nèi)不同過(guò)魚(yú)對(duì)象對(duì)水流流態(tài)和流速的不同要求，國(guó)內(nèi)的一些魚(yú)道開(kāi)始采用“梯—矩形綜合斷面”，如1972年修建的江蘇太平閘魚(yú)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(yú)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(yú)道。與傳統(tǒng)的矩形斷面相比，復(fù)式斷面魚(yú)道可以靈活地調(diào)節(jié)邊長(zhǎng)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(yú)道內(nèi)重新分布，滿足不同魚(yú)類對(duì)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(yú)道內(nèi)部消能技術(shù)改進(jìn)

目前魚(yú)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(yú)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(zhǎng)方體，并在其中堆放大塊卵石，然后將這種長(zhǎng)方體按照設(shè)計(jì)要求堆疊到魚(yú)道內(nèi)，形成魚(yú)道內(nèi)部的消能建筑。這種方式可根據(jù)魚(yú)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(yú)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(duì)水能等清潔能源的需求將越來(lái)越大。國(guó)內(nèi)的水能資源開(kāi)發(fā)率相較發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)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(yú)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(yú)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(yú)道前，首先要選擇合適的過(guò)魚(yú)對(duì)象，然后根據(jù)過(guò)魚(yú)對(duì)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(duì)魚(yú)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(guó)水利水電工作者的進(jìn)一步研究，以求針對(duì)國(guó)內(nèi)各個(gè)典型流域的情況，形成一部較完整的魚(yú)道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和方法。

［1］SL609-2013，水利水電工程魚(yú)道設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.

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S956

A

1002－0624（2015）10－0049－03

2015-06-16