陸 波，喻衛(wèi)奇，陳 靜，劉躍峰

(1.水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120；2.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 611130；3.華能西藏雅魯藏布江水電開發(fā)投資有限公司，四川 成都 610093)

0 引 言

近20年來，作為可再生能源利用的主力軍，我國水電事業(yè)得以迅猛發(fā)展。水電雖有其清潔能源特有的優(yōu)勢，相較于火電等傳統(tǒng)發(fā)電方式，在節(jié)能減排上具有突出貢獻(xiàn)；但是，水電工程的建設(shè)運(yùn)行不可避免地會對所在河流的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。其最直接的表現(xiàn)即攔河大壩截斷了河流能量輸送和水生生物遷移與交流的通道，人為地將整條河流割裂為一系列的河庫系統(tǒng)，限制了水生生物特別是魚類的活動范圍。我國《水法》明確要求，在水生生物洄游通道的河流上修建永久性攔河閘壩，應(yīng)同時修建過魚設(shè)施；或者經(jīng)國務(wù)院授權(quán)的部門批準(zhǔn)采取其他補(bǔ)救措施。為貫徹落實國家法律法規(guī)要求，眾多水電工程采取修建魚道、升魚機(jī)、集運(yùn)魚系統(tǒng)等過魚設(shè)施的方式，為水生生物提供人工的上溯或下行通道。

在各類過魚設(shè)施中，魚道雖然投資較大，對地形地質(zhì)條件要求較高，但往往成為我國水電工程優(yōu)先考慮的上行過魚設(shè)施。這一方面是因為魚道作為連系壩上水庫和壩下河流的永久性建筑物，一定程度上恢復(fù)了河流的連通性，可以實現(xiàn)魚類主動性通過，也為其提供了休憩場所，有些學(xué)者更是稱其為“生態(tài)廊道”[1]；另一方面，國內(nèi)升魚機(jī)和集運(yùn)魚系統(tǒng)的發(fā)展仍處于探索嘗試階段，雖然馬馬崖一級、彭水等水電站已建或在建集運(yùn)魚系統(tǒng)，黃登、大華橋等水電站的升魚機(jī)即將建成，但尚未有成功運(yùn)行的案例，且兩者的后期運(yùn)行維護(hù)更為復(fù)雜。因此，自2000年以來由國家核準(zhǔn)的水電建設(shè)項目中，約有近20座水電工程采用魚道過魚，其中枕頭壩一級、沙坪二級、安谷等6座魚道已相繼建成，其他魚道處于設(shè)計或在建階段。

隨著一系列魚道工程的建成投產(chǎn)，如何科學(xué)有效地進(jìn)行運(yùn)行管理，彌補(bǔ)魚道在設(shè)計、建設(shè)階段可能存在的缺陷，最大程度地發(fā)揮魚道應(yīng)有的效用，已成為目前廣泛關(guān)注的問題。本文通過對國內(nèi)魚道運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問題的梳理分析，同時參考美國魚類和野生動植物委員會(U.S. Fish and Wildlife Service，USFWS)制定的“魚道工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(Fish Passage Engineering Design Criteria)”和美國陸軍工程兵團(tuán)(U.S. Army Corps of Engineers，USACE)針對魚道運(yùn)行管理制定的“魚道計劃(Fish Passage Plan)”，論述了魚道運(yùn)行管理工作重點，提出魚道運(yùn)行管理體系，為魚道工程的規(guī)范化運(yùn)行管理提供參考。

1 國內(nèi)魚道運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問題

1.1 典型魚道運(yùn)行現(xiàn)狀

回顧20世紀(jì)60、70年代，我國魚道發(fā)展曾取得突出成就，僅江蘇省就建有斗龍港、太平閘等20余座魚道，但目前仍正常運(yùn)行的較少。最具典型意義的是70年代末建成的湖南洣水洋塘魚道，雖然運(yùn)行初期過魚效果顯著；但因責(zé)權(quán)不明，經(jīng)費難以落實，且對過魚必要性存在爭議，缺乏有效地運(yùn)行管理和后期維護(hù)，僅運(yùn)行幾年即停用并最終廢棄[2]。與之相比，近些年國家對河流水生生態(tài)及漁業(yè)資源保護(hù)愈加重視，魚道建設(shè)運(yùn)行責(zé)權(quán)相對明確。特別是水電行業(yè)新建的魚道工程由電站自主運(yùn)行管理，但是新建的魚道往往難以完全達(dá)到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。表1梳理了目前水電工程已建魚道和水利工程典型魚道的運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的主要問題。

1.2 主要運(yùn)行問題

(1)魚道設(shè)計局限性和運(yùn)行不確定性，影響魚道過魚效果，需要持續(xù)優(yōu)化改造。以魚道進(jìn)口和出口為例，魚道進(jìn)口位置選擇和誘魚條件決定著是否能夠吸引魚類進(jìn)入魚道，也是決定魚道過魚效果的首要一環(huán)；而表1中的魚道普遍存在著魚道進(jìn)口誘魚效果不佳的問題。這一方面是魚道進(jìn)口位置可能選擇不當(dāng)，周邊未形成魚類集群的條件，甚至?xí)嬖趽鯄?、堵塞等外界因素妨礙魚類找到進(jìn)口；另一方面是，魚道進(jìn)口設(shè)計運(yùn)行水位與實際運(yùn)行水位存在偏差，如下游圍堰未完全拆除而導(dǎo)致壩下水位較設(shè)計水位明顯抬升，高水位時魚道進(jìn)口被淹沒，魚道運(yùn)行無法形成誘魚水流；再者魚道進(jìn)口誘魚技術(shù)不夠成熟，采取的誘魚措施未能實現(xiàn)設(shè)計預(yù)期效果，如長洲魚道采取的攔魚電柵等。就魚道出口而言，其底板高程設(shè)計和水庫運(yùn)行水位對魚道內(nèi)部水流條件起著關(guān)鍵作用，而安谷、枕頭壩二級等水電站魚道由于底板高程與水庫運(yùn)行水位的不適應(yīng)，導(dǎo)致魚道經(jīng)常性無水或低水，魚道無法保證長期正常運(yùn)行。由于設(shè)計與實施的差異，魚道建成后基本無法達(dá)到設(shè)計預(yù)期目標(biāo)，需要專業(yè)化團(tuán)隊介入，對魚道工程及其運(yùn)行進(jìn)行改進(jìn)。

(2)魚道施工不夠規(guī)范，未完全符合設(shè)計參數(shù)要求，影響魚道內(nèi)部水流條件。部分魚道特別是高原魚道存在著施工不規(guī)范的問題，造成魚道池室尺寸、豎縫尺寸、魚道底坡等未按設(shè)計參數(shù)要求控制。鑒于魚道建成后的大規(guī)模改造可操作性不高，魚道運(yùn)行后需要通過監(jiān)測評估來甄別其對魚道運(yùn)行效果的實際影響，據(jù)此對魚道工程進(jìn)行適當(dāng)改造，彌補(bǔ)施工缺陷。

(3)魚道運(yùn)行管理模式松散，機(jī)構(gòu)設(shè)置和責(zé)任分工未明確或落實，運(yùn)行經(jīng)費難以保障。與同為環(huán)境保護(hù)專項工程的魚類增殖放流站相比，魚道尚未形成成熟的運(yùn)行管理模式和機(jī)制。魚類增殖放流站的運(yùn)行相對獨立，不涉及樞紐工程運(yùn)行調(diào)度等外界因素，目前已形成了聘請專業(yè)單位進(jìn)行運(yùn)營管理的模式，其運(yùn)行也有專項經(jīng)費支撐。魚道的運(yùn)行管理則相對復(fù)雜，首先在責(zé)權(quán)方面，魚道既是環(huán)境保護(hù)專項工程，也是樞紐建筑物的一部分。其運(yùn)行涉及工程、環(huán)保等多個專業(yè)部門，需要多方溝通和協(xié)調(diào)，有時因部門間責(zé)權(quán)不明而會出現(xiàn)魚道運(yùn)行問題難以及時得到解決的情況。其次在技術(shù)方面，魚道的運(yùn)行、監(jiān)測、優(yōu)化和改造等涉及水力學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)等多個學(xué)科，需要專業(yè)技術(shù)人員長期跟蹤開展。目前魚道大都僅委托相關(guān)單位進(jìn)行過魚效果監(jiān)測，受托方不具備魚道運(yùn)行的控制權(quán)，監(jiān)測工作多受限制，而魚道的優(yōu)化改造因?qū)I(yè)性要求高，更是難以落于實處。再次在經(jīng)費方面，魚道運(yùn)行一般未設(shè)置專項經(jīng)費，目前往往以科研立項的方式獲得，魚道建成后續(xù)若干年的日常監(jiān)測、維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備維修等運(yùn)行管理經(jīng)費難以保障。最后在理念方面，雖然引入監(jiān)督機(jī)制對加強(qiáng)魚道運(yùn)行管理會產(chǎn)生一定作用，但多方積極配合的基礎(chǔ)還是得建立在對魚類資源保護(hù)的重視程度上，而目前魚類保護(hù)理念仍有待提升，也就造成了部分魚道雖然設(shè)置了專門機(jī)構(gòu)，但配合度和執(zhí)行力仍較不足的情況。

(4)魚道尚未實現(xiàn)智能化、集成化運(yùn)行管理。智能化主要體現(xiàn)在兩個方面，一是魚道自動或半自動化運(yùn)行，如魚道不同進(jìn)口、出口閘門按照實時水位自適應(yīng)啟閉或遠(yuǎn)程操控；二是魚道信息化管理，如魚道監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時記錄、傳輸、保存、分析和共享等。集成化運(yùn)行管理主要指采用搭建信息平臺的方式，對多個魚道，特別是同流域魚道進(jìn)行一站式集中管理，有利于跟蹤各魚道運(yùn)行和流域魚類資源變化。而目前，魚道基本還依賴于人工或半機(jī)械化操作運(yùn)行，信息化和集成化管理也還停留在實踐初期階段。

表1 典型魚道工程運(yùn)行現(xiàn)狀

2 美國典型魚道運(yùn)行管理模式

2.1 USFWS魚道工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

魚道工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是USFWS第5區(qū)于2017年2月制定發(fā)布的，主要適用于美國東北部魚道工程的設(shè)計、運(yùn)行和維護(hù)[7]。

該標(biāo)準(zhǔn)將魚道運(yùn)行劃分為試運(yùn)行期和運(yùn)行期。魚道建成后即進(jìn)入試運(yùn)行期，一般持續(xù)1年或至魚道工程驗收，其間重點關(guān)注魚道水力學(xué)條件的調(diào)整與優(yōu)化，以滿足設(shè)計要求。隨后進(jìn)入運(yùn)行期，主要開展生物學(xué)評估，一般持續(xù)1年至3年，評估方式包括視頻觀測，樣本采集，水聲學(xué)監(jiān)測，無線電遙測，PIT標(biāo)記等。生物學(xué)評估成果用以驗證魚道的效用，判斷其是否達(dá)到預(yù)期的功能要求；如果未能達(dá)到，則需對工程本身或其運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，并繼續(xù)開展評估。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了魚道運(yùn)行維護(hù)工作內(nèi)容，具體包括制訂并更新魚道運(yùn)行維護(hù)計劃、魚道監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集和上報、魚道運(yùn)行效果問題的發(fā)現(xiàn)與解決、魚道設(shè)計符合性評估以及工程技術(shù)常規(guī)支持等。魚道運(yùn)行維護(hù)計劃是保證魚道正常工作而制定的規(guī)章程序，其內(nèi)容包括：常規(guī)維護(hù)和季前調(diào)試安排，魚道季內(nèi)和日內(nèi)的運(yùn)行規(guī)程；魚類統(tǒng)計的標(biāo)準(zhǔn)化操作程序；季后魚道的維護(hù)、保護(hù)以及冬季防凍；過魚期間對魚道、溢洪道、發(fā)電機(jī)組以及其他樞紐工程運(yùn)行、檢查和管理的詳細(xì)要求，如不同流態(tài)下水輪機(jī)啟動和運(yùn)行次序，魚道垃圾清理，魚道進(jìn)出口水位和誘魚流速或流量范圍要求等。該計劃應(yīng)每年更新，且對于由聯(lián)邦能源管理委員會(Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC)監(jiān)管的水電站，任何更改都需要得到USFWS，甚至FERC的批準(zhǔn)。魚道的監(jiān)測工作推薦每年開展，由電站所有人和被許可人負(fù)責(zé)每日的運(yùn)行、監(jiān)測和常規(guī)維護(hù)，USFWS負(fù)責(zé)年度監(jiān)督，且推薦在魚道整個生命周期，記錄過魚季節(jié)期間的水力學(xué)條件。例如：河流流量、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況、魚道進(jìn)出口水頭、流速、水溫、溶解氧、尾水位和庫水位等。

2.2 USACE魚道計劃

魚道計劃由USACE西北分部于2011年3月制訂發(fā)布，主要用于指導(dǎo)其管轄的西北地區(qū)魚道工程的全年運(yùn)行，包括哥倫比亞河下游和斯納克河上的8座水電站以及約瑟夫酋長水電站的魚道，以保護(hù)上溯洄游和土著瀕危魚類及其他洄游性魚類[8]。

魚道的運(yùn)行管理涉及單位包括USACE、魚類機(jī)構(gòu)和印第安納部落、Bonneville電力管理局等，兵團(tuán)主要負(fù)責(zé)執(zhí)行魚道運(yùn)行維護(hù)的常規(guī)及緊急程序，外部協(xié)調(diào)，合作開展魚道監(jiān)測、監(jiān)察和上報等，魚類機(jī)構(gòu)和印第安納部落負(fù)責(zé)提供魚類相關(guān)技術(shù)支持，如明確魚道放水量及魚道應(yīng)維持的環(huán)境條件、編制魚道生物學(xué)監(jiān)測監(jiān)察報告和下游魚類洄游的現(xiàn)狀報告等，Bonneville電力管理局負(fù)責(zé)提供魚道放水對電力市場的影響評估、調(diào)整系統(tǒng)發(fā)電以滿足魚道運(yùn)行水量所需、提供工程負(fù)荷實時需求等。

該計劃針對各個魚道的運(yùn)行、監(jiān)測、維護(hù)、水輪機(jī)運(yùn)行維護(hù)以及垃圾清理等提出了明確要求。以Bonneville魚道為例，魚道運(yùn)行規(guī)定了電站機(jī)組運(yùn)行時間、誘魚水流泄放、溢洪道管理、總?cè)芙鈿怏w管理與控制、幼魚/成魚魚道相關(guān)設(shè)施的操作要求等，魚道監(jiān)測監(jiān)察規(guī)定了魚道監(jiān)測頻次、內(nèi)容及異常情況上報、周報編制要求等，魚道設(shè)施維護(hù)規(guī)定了攔魚柵，自動控制系統(tǒng)、電力設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備、補(bǔ)水系統(tǒng)、廠房和溢洪道集魚系統(tǒng)、魚梯及計數(shù)室等設(shè)施常規(guī)維護(hù)要求及發(fā)生故障時的非常規(guī)維護(hù)要求等，水輪機(jī)運(yùn)行維護(hù)規(guī)定了過魚季節(jié)水輪機(jī)運(yùn)行的優(yōu)先排序以及相關(guān)技術(shù)要求，垃圾清理規(guī)定了采用泄水方式清除垃圾廢物的措施要求。其他還包括魚道排空、危險物質(zhì)泄漏應(yīng)急處理等技術(shù)要求。

3 魚道運(yùn)行管理體系構(gòu)建

(1)魚道運(yùn)行管理模式與結(jié)構(gòu)(如圖1所示)：魚道運(yùn)行管理由水電站設(shè)立專門機(jī)構(gòu)統(tǒng)一負(fù)責(zé)，并接受上級單位或相關(guān)行政主管部門監(jiān)督監(jiān)察。運(yùn)行階段劃分為試運(yùn)行期和運(yùn)行期，前者通過魚道運(yùn)行測試和優(yōu)化，形成運(yùn)行管理規(guī)程，構(gòu)建魚道信息交互平臺，后者按照運(yùn)行、監(jiān)測、維護(hù)、信息、安全、檔案和科研等七大模塊對魚道進(jìn)行規(guī)范化運(yùn)行管理。

(2)魚道運(yùn)行管理專門機(jī)構(gòu)：由責(zé)任單位主導(dǎo)建立魚道運(yùn)行管理部，下設(shè)魚道運(yùn)行協(xié)調(diào)組，負(fù)責(zé)魚道放水、機(jī)組運(yùn)行等內(nèi)部(電站相關(guān)部門等)和外部(電網(wǎng)公司、水利部門等)協(xié)調(diào)工作，以保證魚道調(diào)試和正常運(yùn)行；魚道技術(shù)支持組，試運(yùn)行期宜委托專業(yè)機(jī)構(gòu)常駐，運(yùn)行期宜聘請專業(yè)技術(shù)顧問，及時應(yīng)對魚道運(yùn)行相關(guān)技術(shù)問題；魚道綜合事務(wù)組，負(fù)責(zé)魚道保養(yǎng)及垃圾清理、信息報送和平臺管理、檔案管理、魚道展示等常規(guī)工作，并協(xié)助技術(shù)組開展相關(guān)工作；安全應(yīng)急組，負(fù)責(zé)魚道現(xiàn)場作業(yè)安全監(jiān)督、設(shè)備設(shè)施安全防范和應(yīng)急管理等。

(3)魚道試運(yùn)行期運(yùn)行管理：考慮國內(nèi)魚道可能存在的設(shè)計不確定性及建設(shè)不規(guī)范性，與USFWS的標(biāo)準(zhǔn)不同，試運(yùn)行期宜維持3～5 a，視魚道穩(wěn)定運(yùn)行狀況及效果而定，其重點是開展魚道符合性評估和魚道運(yùn)行調(diào)試。符合性評估包括魚道組成、結(jié)構(gòu)、底坡、尺寸等建設(shè)規(guī)范性評估和電站機(jī)組運(yùn)行水位及流量、魚道進(jìn)出口運(yùn)行水位、流量及魚道內(nèi)部池室水力學(xué)條件等設(shè)計符合性評估，據(jù)此對魚道工程進(jìn)行必要的改造和優(yōu)化。運(yùn)行調(diào)試是通過不同機(jī)組發(fā)電工況下的魚道進(jìn)出口閘門控制等，結(jié)合水力學(xué)、生物學(xué)監(jiān)測，獲得電站機(jī)組發(fā)電有利工況優(yōu)先排序和相應(yīng)的魚道進(jìn)出口、補(bǔ)水系統(tǒng)等控制要求。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合魚道日常管理需求，制定符合自身工程特性，涵蓋各模塊技術(shù)與管理要求的運(yùn)行管理規(guī)程，并根據(jù)實際應(yīng)用狀況，逐年更新與完善。

圖1 水電工程魚道運(yùn)行管理體系

魚道的評估、監(jiān)測、改造、優(yōu)化和信息化平臺建設(shè)等技術(shù)工作由專業(yè)機(jī)構(gòu)開展，并編制魚道試運(yùn)行期運(yùn)行管理評述報告，經(jīng)相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)出具鑒定意見后，魚道正式進(jìn)入運(yùn)行期，持續(xù)至魚道退役。

(4)魚道運(yùn)行期運(yùn)行管理：①運(yùn)行模塊。魚道運(yùn)行期按照制定的運(yùn)行規(guī)程操作，一般根據(jù)魚道上下游水位，控制魚道進(jìn)口、出口閘門和補(bǔ)水系統(tǒng)等輔助設(shè)施。②監(jiān)測模塊。按照制定的監(jiān)測方案開展，過魚季節(jié)每日監(jiān)測魚道內(nèi)部的水溫、溶解氧、濁度等水環(huán)境指標(biāo)，河流流量、魚道進(jìn)出口水位、流量、魚道內(nèi)部流量、特定斷面流速等水力學(xué)指標(biāo)，魚道過魚數(shù)量、種類、規(guī)格、時長等過魚指標(biāo)等，同時記錄魚道機(jī)組運(yùn)行工況、尾水位、庫水位等。③維護(hù)模塊。魚道工程非過魚期的巡查、設(shè)備設(shè)施維修保養(yǎng)、工程維修和防凍保養(yǎng)等，過魚期前的魚道清理、設(shè)備設(shè)施檢查、監(jiān)測設(shè)備安裝等，過魚季節(jié)的日常巡查、垃圾清理、監(jiān)測設(shè)備防盜等。④信息模塊。信息平臺管理，監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳、處理、分析，運(yùn)行周報、年報編制，異常及處理信息報送等。⑤安全模塊?，F(xiàn)場作業(yè)人員安全、設(shè)備安全防盜、用水用電安全、事件應(yīng)急處理等管理。⑥檔案模塊。魚道設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)行階段形成的各類報告、文函、記錄等文字資料，魚道監(jiān)測及其他相關(guān)數(shù)據(jù)、影音、標(biāo)本等資料的檔案管理。⑦科研模塊。圍繞魚道開展的各項科研課題管理，如物種保護(hù)效果、種群動態(tài)變化、壩上下魚類基因交流狀況、魚類過壩生理學(xué)變化等。

4 結(jié) 語

魚道建成后運(yùn)行效果的實現(xiàn)與提升是以科學(xué)化、專業(yè)化和規(guī)范化的運(yùn)行管理為基礎(chǔ)的。通過建立魚道運(yùn)行管理體系，明確魚道運(yùn)行、監(jiān)測、維護(hù)和管理等方面的工作要點，有利于水電工程魚道結(jié)合自身及樞紐工程特點，制定具有可操作性的運(yùn)行管理規(guī)程；同時，也有利于同流域或同區(qū)域魚道工程的統(tǒng)一管理，對魚類資源的跟蹤和保護(hù)有著重要作用。