王 猛,馬衛(wèi)忠,趙 誼,譚文超，范欣柯

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州貴陽550081)

集運(yùn)魚系統(tǒng)發(fā)展及相關(guān)技術(shù)問題探討

王 猛,馬衛(wèi)忠,趙 誼,譚文超，范欣柯

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州貴陽550081)

隨著我國水利工程建設(shè)的快速推進(jìn),中高壩的數(shù)量日益增加,集運(yùn)魚系統(tǒng)由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),將在中高壩水利工程過魚中發(fā)揮重要作用。通過總結(jié)分析國內(nèi)外集運(yùn)魚系統(tǒng)類型特點(diǎn)及研究進(jìn)展,探討了集運(yùn)魚系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研究中的關(guān)鍵技術(shù)問題,在此基礎(chǔ)上提出了未來我國集運(yùn)魚系統(tǒng)的研究方向。

集運(yùn)魚系統(tǒng)；類型特點(diǎn)；研究方向；研究進(jìn)展

0 概 述

水利水電工程中常見的過魚設(shè)施有魚道、升魚機(jī)、魚閘和集運(yùn)魚系統(tǒng)等。其中,集運(yùn)魚系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)靈活,對(duì)樞紐布置無干擾,適應(yīng)庫水位較大變幅以及魚類過壩體力消耗小等優(yōu)點(diǎn)；因而較適于中高壩過魚[1-3]。目前,國內(nèi)規(guī)劃建設(shè)的大中型水利水電工程大部分集中于高山峽谷區(qū),筑壩高度較高,集運(yùn)魚系統(tǒng)將在中高壩的過魚中發(fā)揮重要作用。

國內(nèi)外對(duì)集運(yùn)魚系統(tǒng)研究較少,目前已經(jīng)建成比較成功的有美國在哥倫比亞河采用的集運(yùn)魚船。我國集運(yùn)魚系統(tǒng)的研究起步較晚,關(guān)鍵技術(shù)研究尚屬空白。直至目前,國內(nèi)集運(yùn)魚系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)研究工作仍處于探索階段；建成運(yùn)行的集運(yùn)魚系統(tǒng)僅見于重慶烏江彭水水電站[4]。本文在分析國內(nèi)外集運(yùn)魚系統(tǒng)研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,就關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行探討,以期為后續(xù)集運(yùn)魚系統(tǒng)相關(guān)研究和設(shè)計(jì)提供參考。

1 國內(nèi)外集運(yùn)魚系統(tǒng)的研究進(jìn)展

國外開展集運(yùn)魚系統(tǒng)相關(guān)研究較早,美國華盛頓大壩最早使用集運(yùn)魚系統(tǒng)過魚,20世紀(jì)40年代,哥倫比亞河下游的Rock Island大壩使用臨時(shí)集運(yùn)魚系統(tǒng),成功轉(zhuǎn)運(yùn)了數(shù)千尾成年鮭魚[5],1943年薩克拉門托河也采用了集運(yùn)魚系統(tǒng),并進(jìn)行了結(jié)果監(jiān)測(cè)[5]；20世紀(jì)50年代,前蘇聯(lián)開始研究活動(dòng)的過魚設(shè)備——集運(yùn)魚船,并在頓河支流馬內(nèi)奇河口樞紐進(jìn)行了試驗(yàn),8天就收集了鯡、鳊、梭鱸等約2.5萬尾[6]。此后,隨著大、中型水利樞紐的建設(shè),集運(yùn)魚系統(tǒng)作為一種新型的高壩過魚方式,受到國外專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注：加拿大圣約翰河的Mactaquac大壩和美國的Merrimack河的Essex大壩利用集運(yùn)魚系統(tǒng)成功轉(zhuǎn)運(yùn)鰣和灰溪鯡[5]；美國貝克河的貝克水庫采用集運(yùn)魚系統(tǒng)運(yùn)輸鮭魚下行[7],收到一定集魚效果,準(zhǔn)備向上游水庫推廣；Raymond[8-10]和Beiningen[11]分別對(duì)哥倫比亞河(Columbia River)和蛇河(Snake River)中的大鱗麻哈魚和虹鱒開展集運(yùn)魚船試驗(yàn)；Michele B. Halvorsen[12]等調(diào)查研究了集運(yùn)魚船運(yùn)輸對(duì)大鱗麻哈魚幼魚嗅覺和聽覺系統(tǒng)的影響；Tyler Wagner[13]等研究了集魚運(yùn)船運(yùn)輸與哥倫比亞河(Columbia River)和蛇河(Snake River)中的大鱗麻哈魚的存活量和密度之間的關(guān)系。

相對(duì)而言,我國集運(yùn)魚系統(tǒng)的早期研究和工程應(yīng)用較少,20世紀(jì)70年代為解決葛洲壩水利樞紐的過魚問題,相關(guān)科學(xué)院所聯(lián)合開展了集運(yùn)魚船的試驗(yàn)研究工作,并提出了利用射流誘集底層魚類[14]；之后我國過魚設(shè)施的研究工作整體進(jìn)入停滯狀態(tài)。近年來,隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐漸增強(qiáng)以及水法和漁業(yè)法等法律法規(guī)的頒布實(shí)施,過魚設(shè)施在我國迎來發(fā)展高峰,而集運(yùn)魚系統(tǒng)在生態(tài)保護(hù)及適應(yīng)中高壩過魚方面的優(yōu)勢(shì)引起相關(guān)部門和研究人員的重視,如烏江彭水水電站建成運(yùn)行了集運(yùn)魚船——“唐環(huán)1號(hào)”[4,15],貴州北盤江馬馬崖一級(jí)水電站[16]和西藏扎曲果多水電站也準(zhǔn)備采用集運(yùn)魚系統(tǒng)過魚方案。

2 集運(yùn)魚系統(tǒng)類型及特點(diǎn)

2.1 移動(dòng)式集運(yùn)魚系統(tǒng)

移動(dòng)式的集運(yùn)魚系統(tǒng)是指集魚平臺(tái)可根據(jù)魚類集群位置移動(dòng),通常為具備自航能力的集魚船。傳統(tǒng)集運(yùn)魚船集運(yùn)一體,運(yùn)魚時(shí)無法集魚,且由于動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲、振動(dòng)以及油污等對(duì)魚群造成驚擾,影響集魚效果[17]。為避免上述不利影響,可將集魚功能和運(yùn)魚功能分離,分為集魚平臺(tái)和運(yùn)魚船。過魚流程見圖1。

圖1 移動(dòng)式集運(yùn)魚系統(tǒng)過魚流程示意

平臺(tái)設(shè)有專門的集魚艙道與補(bǔ)水機(jī)組。為擴(kuò)大誘魚水流影響范圍,集魚艙道進(jìn)口可設(shè)置成“喇叭形”。工作時(shí),集魚平臺(tái)在適當(dāng)位置拋錨固定,開啟集魚艙道兩端閘門,讓水流從艙道中流過,并利用補(bǔ)水機(jī)組使進(jìn)魚口流速高于附近河水流速0.2～0.3 m/s,誘使魚類進(jìn)入集魚艙道；此外,為保證集魚效率,還可以靈活采用水下誘魚燈、聲控誘魚裝置等輔助誘魚設(shè)施,以及物理攔柵、電趕驅(qū)魚機(jī)等進(jìn)行攔魚導(dǎo)魚。在集魚平臺(tái)進(jìn)魚口下端可設(shè)置一個(gè)可以下翻的格柵,集魚時(shí)將格柵下翻,落入河底,以阻擋魚類從集魚平臺(tái)底部通過；在誘魚設(shè)施和攔導(dǎo)魚設(shè)施的引導(dǎo)下,魚類進(jìn)入集魚平臺(tái)的集魚艙道。在集魚達(dá)到一定數(shù)量后,艙道上方的驅(qū)趕裝置行進(jìn)驅(qū)趕魚類進(jìn)入集魚艙道尾部的運(yùn)魚箱。

集魚完成后,運(yùn)魚船與集魚平臺(tái)對(duì)接,由集魚平臺(tái)上的伸縮吊機(jī)將運(yùn)魚箱吊裝至運(yùn)魚船,運(yùn)魚船過壩放流或轉(zhuǎn)運(yùn)至岸邊運(yùn)魚車放流。一般一艘集魚平臺(tái)配備2～3只運(yùn)魚船,交替使用,保障連續(xù)工作。

2.2 固定式集運(yùn)魚系統(tǒng)

受水深、地形、地質(zhì)條件及樞紐布置條件等的制約,部分中高壩水利工程布置魚道或集魚船在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上不合理,通常采用一種綜合性的集運(yùn)魚系統(tǒng)。即，在壩下游設(shè)置集魚設(shè)備(如魚道等),進(jìn)行誘魚,并在集魚設(shè)備(魚道)出口進(jìn)行集魚。集魚完成后,將集魚池內(nèi)的魚轉(zhuǎn)運(yùn)至運(yùn)魚車中,由運(yùn)魚車運(yùn)往上游適宜水生生境放流。過魚流程見圖2。這種形式的集運(yùn)系統(tǒng)集運(yùn)魚連續(xù),運(yùn)行過程中不產(chǎn)生噪聲和振動(dòng),不會(huì)對(duì)魚類造成干擾,但因集魚地點(diǎn)較為固定,集魚效果較移動(dòng)式稍差。

圖2 固定式集運(yùn)魚系統(tǒng)過魚流程示意

兩種形式集運(yùn)魚系統(tǒng)的特點(diǎn)見表1。

3 存在的若干問題

3.1 干擾因素多,集魚效果不佳

最佳集魚位置會(huì)隨著水利樞紐運(yùn)行方式的改變而發(fā)生變化。固定式集魚平臺(tái)由于集魚位置固定,集魚效果存在不確定性；而移動(dòng)式集魚平臺(tái)受限于吃水深度,較難誘集底層魚類,運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲,會(huì)對(duì)魚類誘集帶來一定負(fù)面影響,冬季水庫結(jié)冰也限制了移動(dòng)式集運(yùn)魚系統(tǒng)的運(yùn)行。

表1 集運(yùn)魚系統(tǒng)類型特點(diǎn)比較

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹,水流被認(rèn)為是對(duì)魚類行為影響起決定性作用的因子[5]。魚群易受發(fā)電尾水等大壩常泄水流吸引,常常聚集在大壩尾水出流處,是集魚的較優(yōu)水域。但是,此區(qū)域亂石較多,容易卡錨[15]；而且在實(shí)際應(yīng)用中,受尾水出流的干擾,存在魚類被吸引至電站尾水處而不進(jìn)入集魚平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)[19]。此外,集魚平臺(tái)的集魚地點(diǎn)與發(fā)電建筑物、泄水建筑物以及通航建筑物都較近,集魚過程可能受發(fā)電尾水、泄洪閘泄水以及過壩船只干擾。

3.2 運(yùn)行過程復(fù)雜,魚類損傷率高

集運(yùn)魚系統(tǒng)按過魚流程可分為集魚、提升轉(zhuǎn)運(yùn)和放流。過魚過程復(fù)雜,作業(yè)周期較長(zhǎng),設(shè)備故障出現(xiàn)的幾率較高,需要較多的操作和運(yùn)行維護(hù)人員。魚類在提升轉(zhuǎn)運(yùn)過程中會(huì)受到一些外界的脅迫，如捕撈、顛簸和噪音等的影響,可能出現(xiàn)跳躍、躲避和側(cè)翻等應(yīng)激行為,容易產(chǎn)生機(jī)體損傷或呼吸困難。

魚類是變溫動(dòng)物,體溫隨著水溫的變化而變化。各種魚類都有自身的適溫范圍,超出適溫范圍就容易出現(xiàn)傷病,魚類轉(zhuǎn)運(yùn)過程代謝活動(dòng)可能造成水體中溶解氧的下降；同時(shí),代謝廢物增多也易造成水質(zhì)污染,使魚體活力下降。

魚類運(yùn)輸密度是也是需要小心謹(jǐn)慎處理的問題,運(yùn)魚密度過高,會(huì)產(chǎn)生大量的CO2,同時(shí)降低水體中的溶解氧,魚類鱗片和粘液的物理磨損可能會(huì)造成魚類免疫力的下降,影響過壩魚體成活率。

4 有關(guān)技術(shù)問題思考

4.1 開展多種誘驅(qū)魚技術(shù)研究,提高集魚效果

集魚平臺(tái)進(jìn)魚口能否為魚類較快發(fā)現(xiàn)和順利進(jìn)入,直接關(guān)系到系統(tǒng)的運(yùn)行效果。為避免外界因素干擾,集運(yùn)魚系統(tǒng)設(shè)計(jì)前,應(yīng)開展過魚目標(biāo)生態(tài)習(xí)性研究和適宜生境調(diào)查,根據(jù)研究和調(diào)查結(jié)果,合理選擇集魚平臺(tái)位置：①魚群密集處或主要過魚種類的洄游路線上；②水流平穩(wěn)順直、水質(zhì)新鮮、噪聲及污染較少的水域；③對(duì)大壩泄水及防洪沒有影響；④避免人為干擾,符合水上作業(yè)安全要求的水域；⑤交通便利,便于后期平臺(tái)的運(yùn)行管理和維護(hù)。

水流誘魚被認(rèn)為是最切實(shí)有效的一種手段。因此,集魚平臺(tái)進(jìn)魚口誘魚水流流速應(yīng)大于進(jìn)魚口附近江水流0.2～0.3 m/s。為便于魚類上溯感應(yīng),水流方向應(yīng)與河流主流方向保持一致,誘魚水流還需保持一定深度,以誘集棲息于不同水層的魚類。此外,還可利用魚類對(duì)聲音、光照、氣泡幕和食物的敏感性開發(fā)綜合誘驅(qū)魚技術(shù)[20-23]。移動(dòng)式集魚平臺(tái)可將水泵和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置于船尾,并進(jìn)行減噪處理以減輕振動(dòng)和噪聲對(duì)魚群的驚擾。根據(jù)文獻(xiàn)介紹,底層誘捕網(wǎng)[24-25]和深水網(wǎng)箔[26]對(duì)底層魚類具有較好的誘集效果；利用物理導(dǎo)魚柵實(shí)現(xiàn)的全水深集魚技術(shù)也可應(yīng)用于集運(yùn)系統(tǒng)中[27]。如,美國貝克河貝克壩采用的壩前攔導(dǎo)魚網(wǎng)從水底延伸至水面,并覆蓋整個(gè)庫區(qū)兩岸,僅留進(jìn)口引導(dǎo)魚類進(jìn)入收集裝置。在集運(yùn)魚系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中,應(yīng)開展過魚種類基礎(chǔ)行為與生理行為試驗(yàn)研究,并根據(jù)研究成果,綜合運(yùn)用多種誘集魚方法。

4.2 加強(qiáng)?；钸\(yùn)輸研究,減輕轉(zhuǎn)運(yùn)放流的魚類損傷

魚類轉(zhuǎn)運(yùn)放流過程應(yīng)盡可能簡(jiǎn)化操作,速度應(yīng)平穩(wěn),盡量避免顛簸和噪聲,以最大可能地減少魚類的應(yīng)激。在魚類的運(yùn)輸過程中,可選用質(zhì)量高的中型或微堿性水裝運(yùn)魚類,運(yùn)魚車或運(yùn)魚船中還應(yīng)裝備具有充氧、過濾、水體交換和控溫等功能的維生系統(tǒng),當(dāng)發(fā)現(xiàn)魚類受傷或不健康時(shí),及時(shí)將其取出并進(jìn)行急救處理。到達(dá)放流地點(diǎn)后,應(yīng)避免將魚類暴露在光照強(qiáng)度突變的環(huán)境中,宜在弱光環(huán)境中將運(yùn)魚箱開啟,并在魚類逐步適應(yīng)外界環(huán)境后,再進(jìn)行放流。此外,魚類轉(zhuǎn)運(yùn)放流地點(diǎn)還應(yīng)滿足：①具有適合主要過魚種類的生境:水域較開闊,有一定流速指引,水深不宜過深,餌料生物應(yīng)相對(duì)豐富,兇猛性魚類少；②無人為和船只干擾；③交通方便,便于運(yùn)魚車或運(yùn)魚船到達(dá)。

5 展 望

我國未來的水電規(guī)劃大部分集中在西南高山峽谷區(qū),集運(yùn)魚系統(tǒng)由于其獨(dú)特的定位和功能,將在中高壩過魚中發(fā)揮重要作用,應(yīng)用前景廣闊。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有集運(yùn)魚系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及存在問題,水利工作者和魚類專家應(yīng)聯(lián)合攻關(guān)：①開展魚類基礎(chǔ)行為學(xué)、魚類行為學(xué)與水力學(xué)耦合研究；②根據(jù)魚類生理特性,開展多種誘驅(qū)魚技術(shù)研究(水流誘魚、聲音誘魚、光氣誘魚、誘魚劑等),提高集魚效果；③研究生態(tài)友好型提升轉(zhuǎn)運(yùn)裝置,減輕提升轉(zhuǎn)運(yùn)過程對(duì)魚類的損傷；④加強(qiáng)目標(biāo)魚類跟蹤監(jiān)測(cè),評(píng)估集運(yùn)魚系統(tǒng)的過魚效果；⑤學(xué)習(xí)國外先進(jìn)集運(yùn)魚系統(tǒng)的先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)和管理運(yùn)行理念；⑥編制集運(yùn)魚系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范,為集運(yùn)魚系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)提供規(guī)范依據(jù)。

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(責(zé)任編輯 陳 萍)

Discussion on the Development of Fish Collection and Transportation System and Relevant Technical Problems

WANG Meng, MA Weizhong, ZHAO Yi, TAN Wenchao, FAN Xinke

(PowerChina Guiyang Engineering Corporation Limited, Guiyang 550081, Guizhou, China)

With the rapid development of hydraulic engineering construction in China, the number of high-head dams has increased gradually. Because of its unique advantages, the fish collection and transportation system will play an important role in assisting fish pass the high-head dams. Through summarizing the type characteristics and research progress of fish collection and transportation system at home and abroad, the key technical problems in design and research of fish collection and transportation system are discussed herein. On the basis of analysis, the research direction of fish collection and transportation system in China is also put forward．

fish collection and transportation system; type characteristics; research direction; research progress

2015-12-25

中國電力建設(shè)股份有限公司科技項(xiàng)目(DJ-ZDXM-2014-04)

王猛(1988—),男,河南駐馬店人,助理工程師,碩士,主要從事環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)研究．

S956

A

0559-9342(2017)02-0006-04