船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施的研究進(jìn)展及應(yīng)用

王 承 恩,　楊 橋 培,　李 英 文

(1.重慶航運(yùn)建設(shè)發(fā)展有限公司，重慶　401121；2.重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶　400331)

船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施的研究進(jìn)展及應(yīng)用

王 承 恩1,楊 橋 培1,李 英 文2

(1.重慶航運(yùn)建設(shè)發(fā)展有限公司，重慶401121；2.重慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，重慶400331)

摘要：隨著環(huán)保理念的增強(qiáng)和新環(huán)保法的實(shí)施，大多數(shù)新建的水利水電樞紐需增設(shè)過(guò)魚(yú)設(shè)施，而船閘過(guò)魚(yú)作為新型的過(guò)魚(yú)設(shè)施日益受到重視。實(shí)測(cè)和研究表明：船閘過(guò)魚(yú)是可行的，是實(shí)際存在的。船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施不僅節(jié)約投資，魚(yú)類(lèi)不受傷害而且還適合各種魚(yú)類(lèi)過(guò)壩，具有實(shí)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)雙向通行等優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：低水頭；船閘；過(guò)魚(yú)設(shè)施；進(jìn)展；應(yīng)用

1概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和水電資源的開(kāi)發(fā)，水電建設(shè)發(fā)展對(duì)水生生物影響的必然性和對(duì)水生生物保護(hù)的緊迫性矛盾日益突出。為解決該矛盾，人們提出了眾多保護(hù)措施，如修建過(guò)魚(yú)設(shè)施、開(kāi)展人工增殖放流、建造人工產(chǎn)卵場(chǎng)、實(shí)施水庫(kù)生態(tài)調(diào)度、建立魚(yú)類(lèi)保護(hù)區(qū)等。我國(guó)目前采取的主要保護(hù)措施是進(jìn)行人工增殖放流。但是，長(zhǎng)期的實(shí)踐表明：人工增殖放流存在一定弊端，如放流效果不明顯、種群多樣性下降、不能完全代替魚(yú)類(lèi)自然過(guò)壩等。因此，過(guò)魚(yú)設(shè)施的研究和發(fā)展又被高度重視起來(lái)。

過(guò)魚(yú)設(shè)施是指讓魚(yú)類(lèi)通過(guò)障礙物的人工通道和設(shè)施。最早的過(guò)魚(yú)設(shè)施是開(kāi)鑿河道中的礁石、疏浚急灘等天然障礙以溝通魚(yú)類(lèi)的洄游路線(xiàn)。過(guò)魚(yú)設(shè)施主要分為溯河魚(yú)類(lèi)通過(guò)設(shè)施和降河魚(yú)類(lèi)通過(guò)設(shè)施，溯河魚(yú)類(lèi)通過(guò)設(shè)施分為仿生態(tài)式自然通道、斜坡式魚(yú)槽、階梯式魚(yú)梯、垂直升降式升魚(yú)機(jī)與索道式魚(yú)道、船閘式魚(yú)閘、集運(yùn)魚(yú)設(shè)施、特殊魚(yú)道等類(lèi)型。降河魚(yú)類(lèi)過(guò)壩通道主要有水輪機(jī)流道、幼魚(yú)旁側(cè)通道、溢洪道過(guò)魚(yú)、水表面通道等方式。

我國(guó)過(guò)魚(yú)設(shè)施的研究和建設(shè)大致經(jīng)歷了初步發(fā)展期、停滯期、二次發(fā)展期三個(gè)時(shí)期。1958年在規(guī)劃開(kāi)發(fā)富春江七里壟水電站時(shí)首次提及魚(yú)道，1960年在興凱湖附近首先建成了新開(kāi)流魚(yú)道；至今，我國(guó)先后建成了70余座魚(yú)道。如北京上莊水庫(kù)魚(yú)道、西藏獅泉河水電站導(dǎo)墻式魚(yú)道、雅魯藏布江藏木水電站魚(yú)道、贛江石虎塘航電樞紐組合隔板式魚(yú)道、松花江依蘭航電樞紐仿自然結(jié)合豎縫式魚(yú)道、烏江彭水水電站集運(yùn)漁船、湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐豎縫橫隔板式魚(yú)道、珠江長(zhǎng)灘樞紐魚(yú)道等。

鑒于魚(yú)道修建困難、費(fèi)用高、運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)不足而導(dǎo)致效果甚微的事實(shí)，有必要研究新的過(guò)魚(yú)設(shè)施及方法。船閘是以保證船舶順利通過(guò)航道上集中水位落差的廂形水工建筑物，是應(yīng)用最廣的一種通航建筑物。船閘具有大體積聯(lián)通水體，從而使其具有成為魚(yú)類(lèi)通道的可能性，因此，有必要對(duì)船閘的過(guò)魚(yú)能力進(jìn)行研究，從而分析并探討其代替魚(yú)道成為魚(yú)類(lèi)過(guò)壩通道的可行性。

2船閘過(guò)魚(yú)的可行性

船閘過(guò)魚(yú)的研究由來(lái)已久，美國(guó)、法國(guó)、澳大利亞的相關(guān)研究已表明船閘能過(guò)魚(yú)，并且一定程度上允許大壩上下游魚(yú)類(lèi)自由通行，具有一定的雙向通過(guò)潛力。

1970年，Monan et al.[1]對(duì)美國(guó)哥倫比亞河Bonneville壩船閘過(guò)魚(yú)開(kāi)展調(diào)查，其研究表明：有洄游魚(yú)類(lèi)通過(guò)船閘。1992年，Travade和Larinier對(duì)法國(guó)Rhone河道內(nèi)的Beaucaire船閘運(yùn)行的49個(gè)循環(huán)期間進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有10 000多尾美洲西鯡經(jīng)過(guò)該船閘。美國(guó)南卡羅來(lái)納州Pinopolis[2，3]大壩船閘的下游是魚(yú)類(lèi)聚集最多的地方。我國(guó)的西津航運(yùn)梯級(jí)水電站建成后，亦發(fā)現(xiàn)有部分小型魚(yú)可通過(guò)船閘上溯。

我國(guó)學(xué)者對(duì)船閘的過(guò)魚(yú)能力也進(jìn)行過(guò)初步的探討和專(zhuān)門(mén)研究。國(guó)內(nèi)的研究始于2008年，中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司開(kāi)展了“魚(yú)類(lèi)過(guò)壩技術(shù)與工程實(shí)驗(yàn)研究”項(xiàng)目(2008～2010年)，對(duì)葛洲壩船閘的過(guò)魚(yú)能力與過(guò)魚(yú)效果進(jìn)行過(guò)評(píng)估，項(xiàng)目要求研制一套用于提高船閘過(guò)魚(yú)效率的技術(shù)措施，建立一套調(diào)查魚(yú)類(lèi)時(shí)空分布和遷移活動(dòng)的技術(shù)體系。高勇[4]通過(guò)在船閘內(nèi)安裝魚(yú)探儀和錄像機(jī)觀測(cè)到葛洲壩一號(hào)船閘330 min內(nèi)上行魚(yú)類(lèi)有28個(gè)體，下行魚(yú)類(lèi)有11個(gè)體，初步評(píng)估并確定船閘具有過(guò)魚(yú)能力。

在葛洲壩船閘的歷次檢修工作中，均可發(fā)現(xiàn)大量滯留閘底的不同魚(yú)類(lèi)，說(shuō)明魚(yú)類(lèi)可以適應(yīng)船閘內(nèi)的環(huán)境并在閘室內(nèi)外存活。既使是三峽工程的雙線(xiàn)五級(jí)船閘，在其初期運(yùn)行檢修時(shí)也有一定數(shù)量的魚(yú)滯留閘室內(nèi)[5]。

三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院王從鋒教授的團(tuán)隊(duì)對(duì)船閘過(guò)魚(yú)進(jìn)行了更為深入的研究，實(shí)際監(jiān)測(cè)并分析了葛洲壩樞紐水電站船閘過(guò)魚(yú)，系統(tǒng)分析了魚(yú)類(lèi)活動(dòng)規(guī)律；主持了水利部公益基金項(xiàng)目“中低水頭水利樞紐船閘過(guò)魚(yú)能力及其改進(jìn)措施”(2012～2014年)，詳細(xì)研究了船閘過(guò)魚(yú)；為提高魚(yú)類(lèi)通過(guò)船閘的數(shù)量和種類(lèi)，王從鋒教授還對(duì)船閘進(jìn)行了改進(jìn)或增設(shè)了一些誘驅(qū)魚(yú)措施，申請(qǐng)了許多專(zhuān)利。

向經(jīng)文[5]碩士繼續(xù)深入研究了船閘過(guò)魚(yú)，詳細(xì)分析、研究了葛洲壩船閘的過(guò)魚(yú)能力及改進(jìn)措施。通過(guò)實(shí)測(cè)，總結(jié)了船閘過(guò)魚(yú)時(shí)空特性和船閘過(guò)魚(yú)的影響因素，明確提出了船閘過(guò)魚(yú)改進(jìn)措施。

陳大慶在[6]《大壩與過(guò)魚(yú)設(shè)施》中也明確將船閘過(guò)魚(yú)作為上行過(guò)魚(yú)實(shí)施，同樣認(rèn)為船閘過(guò)魚(yú)具有可行性。

3船閘過(guò)魚(yú)的原理

船閘主要由閘室、閘首和引航道等三個(gè)基本部分及相應(yīng)的設(shè)備組成。在閘首設(shè)有工作閘門(mén)、檢修閘門(mén)、船閘閥門(mén)、啟閉機(jī)械及信號(hào)、通訊等設(shè)備。引航道內(nèi)設(shè)有導(dǎo)航建筑物和靠船建筑物等。船閘的閘室是固定在一個(gè)位置、用注入或排除水來(lái)控制閘室內(nèi)的水位高度，閘首是將閘室和上、下游引航道隔開(kāi)的擋水建筑物，位于上游的被稱(chēng)為上閘首，位于下游的被稱(chēng)為下閘首。閘室是上、下兩閘首和兩側(cè)閘墻組成的空間。船只通過(guò)船閘并在此空間暫時(shí)停泊。引航道是保證船只進(jìn)出、交錯(cuò)避讓和暫時(shí)?？康囊欢魏降?。

船閘的過(guò)魚(yú)方式與魚(yú)閘過(guò)魚(yú)或船只過(guò)閘類(lèi)似。溯河魚(yú)類(lèi)過(guò)閘，關(guān)閉上游閘門(mén)，打開(kāi)下游閘門(mén)，將閘室水位降到與下游水位齊平，利用誘魚(yú)措施，引誘魚(yú)類(lèi)進(jìn)入閘室間隔一定的時(shí)間，關(guān)閉下閘室，向閘室充水，待閘室內(nèi)水位與上游水位齊平后開(kāi)啟上游閘門(mén)，啟動(dòng)驅(qū)魚(yú)裝置，驅(qū)趕魚(yú)類(lèi)離開(kāi)閘室，進(jìn)入大壩上游。下行魚(yú)類(lèi)操作與其相反。

王從鋒教授在專(zhuān)利中和向經(jīng)文[5]在論文中提出了船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施需要增設(shè)誘魚(yú)和驅(qū)魚(yú)措施的必要性。由于設(shè)計(jì)時(shí)僅為船只通航考慮，其閘前水流較緩，天然情況下吸引魚(yú)類(lèi)較少，尚達(dá)不到過(guò)魚(yú)建筑物的過(guò)魚(yú)效率，因此，為解決船閘魚(yú)類(lèi)不主動(dòng)進(jìn)、出閘室的難題，可以采用誘魚(yú)設(shè)備或技術(shù)誘魚(yú)進(jìn)入船閘，采用驅(qū)魚(yú)設(shè)備或技術(shù)驅(qū)趕閘室的魚(yú)出閘室。高欣指出通過(guò)一種微波性質(zhì)的探測(cè)、控制和吸引魚(yú)類(lèi)技術(shù)，讓將要過(guò)壩的魚(yú)類(lèi)聚集在某個(gè)輪船周?chē)?，盡可能在利用船閘讓輪船通過(guò)的同時(shí)，也能讓魚(yú)類(lèi)安全地通過(guò)大壩。洪峰和陳金生報(bào)道了如果在閘門(mén)上、下游放置誘魚(yú)設(shè)施，如翻水花器、變頻發(fā)聲器、香精散發(fā)器和光導(dǎo)等配合誘魚(yú)水流的流速和流態(tài)變化可增大過(guò)魚(yú)量。誘驅(qū)魚(yú)措施按照對(duì)魚(yú)類(lèi)影響因子的不同，主要可分為水流、聲音、光照、電流等誘驅(qū)魚(yú)方式。

4船閘過(guò)魚(yú)的應(yīng)用

位于澳大利亞?wèn)|南部的墨累河上，Euston壩的船閘在改變閘口流速時(shí)吸引魚(yú)類(lèi)過(guò)壩的數(shù)量是船閘正常運(yùn)行模式下的56倍；在美國(guó)北卡羅萊納州的Cape Fear河，美洲鰣通過(guò)船閘過(guò)壩的比例為18%～61%[7]。

廣東省潮州供水樞紐工程采用了流域聯(lián)合調(diào)度方案、船閘改造兼作魚(yú)閘、加強(qiáng)漁政管理等措施，并增設(shè)了誘魚(yú)和驅(qū)魚(yú)措施。國(guó)家環(huán)保部組織了對(duì)該項(xiàng)目環(huán)境影響進(jìn)行后評(píng)價(jià)驗(yàn)收，驗(yàn)收組認(rèn)為該樞紐利用船閘過(guò)魚(yú)及下游開(kāi)閘納苗的措施基本可行。

廣東省曲江縣北江濛里水電站是北江干流韶關(guān)至英德河段梯級(jí)規(guī)劃中的第二個(gè)梯級(jí)，為日調(diào)節(jié)徑流式水電站。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位及當(dāng)?shù)厝嗣裾M織專(zhuān)家評(píng)審論證，項(xiàng)目采取船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施和增殖放流的補(bǔ)救措施。

廣東省龍川縣龍?zhí)端娬緸橐蛔园l(fā)電為主、兼顧航運(yùn)等的低水頭、無(wú)調(diào)節(jié)、徑流式水電站，配套建設(shè)有閘壩、船閘、變電站、發(fā)電廠(chǎng)房等設(shè)施。項(xiàng)目未建設(shè)專(zhuān)門(mén)的過(guò)魚(yú)通道，但項(xiàng)目業(yè)主專(zhuān)門(mén)委托廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制了《廣東省龍川縣龍?zhí)端娬敬l兼做過(guò)魚(yú)通道可行性分析報(bào)告》，研究論證船閘過(guò)魚(yú)。2014年7月，廣東省環(huán)境保護(hù)廳對(duì)龍川縣龍?zhí)端娬具M(jìn)行了竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收并順利通過(guò)驗(yàn)收。

向經(jīng)文[5]碩士在不同季節(jié)對(duì)葛洲壩船閘進(jìn)行了24 h晝夜持續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)到很多不同種類(lèi)魚(yú)類(lèi)通過(guò)葛洲壩船閘上行和下行。經(jīng)分析估算，一號(hào)船閘上行年過(guò)魚(yú)數(shù)量為26萬(wàn)尾，下行為31萬(wàn)尾；二號(hào)船閘上行年過(guò)魚(yú)數(shù)量為12萬(wàn)尾，下行為23萬(wàn)尾。

5潼南航電樞紐船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施的研究

正在建設(shè)中的潼南航電樞紐工程[8]位于潼南縣城區(qū)涪江大橋下游約3 km處，為低水頭徑流式電站，開(kāi)發(fā)任務(wù)是以航運(yùn)為主、兼顧發(fā)電，修復(fù)涪江干流潼南縣城段水生態(tài)系統(tǒng)，樞紐主要建筑物從左至右依次為左岸土壩連接段、發(fā)電廠(chǎng)房、泄水閘、船閘與右岸土壩連接段。

水庫(kù)正常蓄水位高程為236.5 m，死水位高程為235.5 m，船閘布置于右岸，為Ⅴ級(jí)船閘，船舶噸位按300 t設(shè)計(jì)，閘室有效尺寸為120 m×12 m×3 m(長(zhǎng)×寬×門(mén)檻水深)，為整體式結(jié)構(gòu)，船閘前沿總長(zhǎng)度為30 m。上游最高通航水位高程236.5 m，下游最高通航水位高程235.99 m，上游最低通航水位高程235.5 m，下游最低通航水位高程227.5 m?？紤]到本樞紐為河床式工程，汛期敞開(kāi)閘門(mén)泄洪，基本恢復(fù)天然狀態(tài)。樞紐最大水頭僅為9 m，非常洪水條件下，上、下游水位差為1.05 m。上下游水位落差很小。

該樞紐所處江段屬于長(zhǎng)江二級(jí)支流，具有長(zhǎng)江上游魚(yú)類(lèi)群落組成特點(diǎn)[9]。原本適應(yīng)流水或激流生活、底棲生活并以底棲無(wú)脊椎動(dòng)物為主要食物的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)最多，占有很大比例，也是長(zhǎng)江干流眾多大型洄游性魚(yú)類(lèi)的索餌育肥場(chǎng)所。近年來(lái)，隨著水文條件的變化，涪江潼南段魚(yú)類(lèi)的構(gòu)成也發(fā)生了劇烈的變化。在歷年調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，底棲、喜激流生活的魚(yú)類(lèi)逐漸減少，而適應(yīng)靜水及敞水面生活的草魚(yú)、鰱、鳙、鯉、鯽、鲇、大鰭鳠等地方定居性魚(yú)類(lèi)及增殖放流的魚(yú)類(lèi)資源量大大增加。

綜合考慮潼南航電樞紐工程水頭低、投資大、效益差、公益性強(qiáng)，壩址處的地理環(huán)境限制多以及過(guò)魚(yú)種類(lèi)及生活習(xí)性，專(zhuān)門(mén)為潼南航電樞紐工程修建過(guò)魚(yú)設(shè)施其過(guò)魚(yú)效果可能不會(huì)太理想。但為了保護(hù)魚(yú)類(lèi)繁殖和生存，做好生態(tài)保護(hù)，業(yè)主單位不僅投資了幾千萬(wàn)元建設(shè)增殖放流站，還積極探索新的過(guò)魚(yú)通道，主動(dòng)籌劃實(shí)施船閘過(guò)魚(yú)，論證船閘過(guò)魚(yú)的可行性，增設(shè)誘魚(yú)和驅(qū)魚(yú)等設(shè)施，優(yōu)化船閘調(diào)度設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行方案，從而為保障船閘過(guò)魚(yú)做好了充分的論證和準(zhǔn)備。

6船閘過(guò)魚(yú)的利弊

船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施具有眾多優(yōu)勢(shì)，其可以利用樞紐原有結(jié)構(gòu)，不需額外投資；而魚(yú)道等專(zhuān)門(mén)的過(guò)魚(yú)設(shè)施則需另外修建且造價(jià)昂貴；船閘常年使用，有專(zhuān)人管理和維護(hù)；而魚(yú)道等過(guò)魚(yú)設(shè)施還需要請(qǐng)專(zhuān)人管理維護(hù)；船閘口和閘室內(nèi)的流速緩慢，便于調(diào)節(jié)；魚(yú)類(lèi)在魚(yú)閘中憑借水位上升可以不過(guò)度耗費(fèi)體力過(guò)壩，基本不會(huì)造成傷害；可以實(shí)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)上、下行雙向通行；過(guò)魚(yú)通道較寬敞；適合各種魚(yú)類(lèi)過(guò)壩。

船閘過(guò)魚(yú)也存在一定的不足之處。船閘內(nèi)流速太低，魚(yú)類(lèi)因找不到方向而在船閘和引航道內(nèi)徘徊，需要設(shè)置誘魚(yú)裝置和驅(qū)魚(yú)裝置；增加了人力資源和運(yùn)行成本；船閘過(guò)閘運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生了較大的機(jī)械振動(dòng)、嘈雜喧鬧進(jìn)而影響?hù)~(yú)類(lèi)。過(guò)魚(yú)設(shè)施要求的船閘運(yùn)行方法與通航所要求的船閘運(yùn)行方法可能存在一定的矛盾；過(guò)魚(yú)不連續(xù)；機(jī)動(dòng)設(shè)備多，維修費(fèi)用大。目前大部分船閘設(shè)計(jì)的調(diào)度方式只考慮了過(guò)船的需求，船閘閘室內(nèi)和上下游水流緩慢，常為準(zhǔn)靜水狀態(tài)，對(duì)魚(yú)類(lèi)吸引力較弱，船閘自然通過(guò)的魚(yú)類(lèi)數(shù)量不大，對(duì)于這些，均需進(jìn)行改造。

7結(jié)語(yǔ)

實(shí)測(cè)和研究表明：船閘兼做過(guò)魚(yú)設(shè)施可行，并非噓頭。隨著研究的深入，只要認(rèn)真落實(shí)相關(guān)措施，增加誘魚(yú)和驅(qū)魚(yú)設(shè)施，合理安排調(diào)度運(yùn)行，優(yōu)化船閘建設(shè)方案、增添設(shè)施、設(shè)備，船閘成為具有通航和過(guò)魚(yú)雙重功效的新型建筑物必將逐步被大眾認(rèn)可，進(jìn)而可以改變過(guò)魚(yú)設(shè)施過(guò)不了魚(yú)、乃至廢棄的尷尬局面，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展。

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王承恩(1984-)，男，四川通江人，工程師，碩士，從事水利和港口工程建設(shè)技術(shù)與管理工作；

楊橋培(1968-)，男，重慶開(kāi)縣人，高級(jí)工程師，學(xué)士，從事水利工程和港口建設(shè)技術(shù)與管理工作；

李英文(1963-)，男，四川大竹人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所客座研究員，從事動(dòng)物生物學(xué)、水產(chǎn)生物技術(shù)、魚(yú)類(lèi)生理學(xué)方面的教學(xué)及科研工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-03-08

文章編號(hào):1001-2184(2015)04-0078-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):[TV691];U641;U643.2

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