夏朝輝，張 彤，牛 樂(lè)，高 繁

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

水利水電工程在發(fā)揮防洪、供水、灌溉、航運(yùn)、發(fā)電效益的同時(shí)，也使原始的河流生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了變化。其中最為直接的影響是水電站的修建阻隔了魚類的溯游通道，造成魚類資源減少。魚道作為緩解筑壩工程對(duì)魚類和河流連通性影響的常用措施，對(duì)其過(guò)魚效果的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要[1-3]。國(guó)外在過(guò)魚設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)測(cè)方面做了很多研究，如美國(guó)在哥倫比亞河流域?yàn)楸Ｗo(hù)大馬哈魚進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)32 a的過(guò)魚設(shè)施效果監(jiān)測(cè)；美國(guó)邦納威爾大壩通過(guò)設(shè)置魚道觀察室，引入大眾教育、人文旅游等產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮了過(guò)魚設(shè)施的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益；澳大利亞“流域魚類溯游通道恢復(fù)計(jì)劃”對(duì)澳大利亞墨累—達(dá)令河流域進(jìn)行的監(jiān)測(cè)工作，并研發(fā)了遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備等監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)；丹麥、捷克等國(guó)也對(duì)其境內(nèi)的魚類洄游通道的運(yùn)行效果進(jìn)行了大量的監(jiān)測(cè)及評(píng)估工作[4]。國(guó)內(nèi)也開展了一些有關(guān)魚道等過(guò)魚設(shè)施過(guò)魚效果的調(diào)查工作，如崔家營(yíng)航電樞紐工程魚道過(guò)魚效果監(jiān)測(cè)采用網(wǎng)捕和水聲學(xué)監(jiān)測(cè)結(jié)合的方法[5]；采用張網(wǎng)法逐日對(duì)試點(diǎn)魚道的過(guò)魚效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)的流溪河水廠壩丹尼爾式魚道效果監(jiān)測(cè)[2]；采用 PIT 標(biāo)記跟蹤的方式對(duì)魚道的通過(guò)性進(jìn)行評(píng)估的枕頭壩一級(jí)水電站豎縫式魚道[3]；以及采用張網(wǎng)法和截堵法在2012 年3—8月共 6 次對(duì)西牛魚道的過(guò)魚效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)的連江西牛魚道[6]。

多布水電站魚道工程位于西藏林芝市境內(nèi)尼洋河流域，于2017年正式建成。本文在分析國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，采用視頻觀測(cè)分析、PIT跟蹤標(biāo)記法、水聲學(xué)法等對(duì)多布水電站魚道過(guò)魚效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估，為尼洋河和雅魯藏布江后續(xù)水電站項(xiàng)目的魚類保護(hù)措施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

尼洋河流域位于西藏自治區(qū)林芝市境內(nèi)，是雅魯藏布江的一級(jí)支流，西以米拉山作為分水嶺，東接雅魯藏布江和色季拉山，南部以喜馬拉雅山脈東段為分水嶺，北部以念青唐古拉山東段為界，其流域面積為 17 815 km2，年降水量為 230.72 億m3，年徑流量為 172.29 億 m3，尼洋河流域水系如圖1所示[7]。隨著我國(guó)水電事業(yè)的大力發(fā)展，魚類的救護(hù)問(wèn)題也逐漸走進(jìn)大眾視野[8]。為保護(hù)該地區(qū)魚類資源，滿足該流域魚類上溯需求，選取適于中低水頭的水工建筑物的過(guò)魚設(shè)施—魚道[9]，并通過(guò)方案比選，最終選擇由廠房尾水向上游延伸于左副壩過(guò)壩，過(guò)壩后沿庫(kù)區(qū)左岸邊坡向上游延伸至魚道出魚口的布置方案建設(shè)多布水電站魚道[10]。

圖1 尼洋河流域水系

1.2 水電站魚道

多布水電站位于西藏自治區(qū)林芝縣多布村尼洋河干流，水庫(kù)正常蓄水位3 076.00 m，正常蓄水位以下庫(kù)容約0.65億m3，校核洪水位3 077.35 m，總庫(kù)容0.85億m3，電站裝機(jī)容量120 MW。多布水電站魚道采用在左副壩過(guò)壩，過(guò)壩后沿庫(kù)區(qū)左岸邊坡向上游延伸至魚道出魚口的布置方案。魚道型式為池式模式，槽身斷面形式為矩形，魚道隔板采用同側(cè)垂直豎縫式。設(shè)計(jì)過(guò)魚時(shí)段主要過(guò)魚對(duì)象及目標(biāo)為異齒裂腹魚過(guò)魚數(shù)量5 000尾，巨須裂腹魚過(guò)魚數(shù)量800尾，拉薩裂腹魚過(guò)魚數(shù)量500尾，魚道過(guò)魚季節(jié)與魚類產(chǎn)卵季節(jié)一致，為每年的3—6月。

多布水電站魚道主要由進(jìn)魚口、魚道池室、休息室、觀察室、出魚口等建筑物組成，共布置進(jìn)魚口2個(gè)、休息室9個(gè)、觀察室2個(gè)，出魚口2個(gè)，魚道全長(zhǎng)1 100.46 m。

魚道進(jìn)魚口設(shè)置兩個(gè)，均位于廠房尾水出口下游左岸邊坡上，池室斷面采用矩形斷面，尺寸為3.5 m×2.0 m(長(zhǎng)×寬)，魚道逆水流方向向上游延伸，兩個(gè)進(jìn)魚口均設(shè)置燈光系統(tǒng)等誘魚設(shè)施，進(jìn)魚口控制流速為0.9～1.1 m/s，以便于魚類誘入。

魚道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)邊墻頂部厚度為1 m，兩側(cè)坡比1∶0.1。壩下游段底板厚度為1.0 m，上游底板厚度為2～3 m，底面做成1∶0.1斜坡以利于抗滑。魚槽寬 2.0 m，魚道豎縫寬度為0.3 m，隔板間距2.5 m，設(shè)計(jì)水深1.5～2.5 m，設(shè)計(jì)流量0.356～0.594 m3/s，魚道平面布置如圖2。

圖2 魚道平面布置

休息室的布置結(jié)構(gòu)為：凈寬2 m、凈長(zhǎng)5 m、豎縫寬度0.3 m、導(dǎo)板長(zhǎng)0.5 m、導(dǎo)向角20°、底坡坡比1%、水深設(shè)置為1.5～2.5 m。觀察室分別于上、下游各布置一個(gè)，室內(nèi)安裝視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便觀測(cè)魚道內(nèi)的過(guò)魚情況。魚道出口設(shè)置2個(gè)，與上游水庫(kù)水位變幅要求相適應(yīng)。魚道出口與魚道成夾角布置，以減小漂浮物影響、便于利于魚類出游。

1.3 監(jiān)測(cè)方法

1.3.1漁獲物監(jiān)測(cè)

2020—2021年6—7月通過(guò)在魚道內(nèi)部選擇典型的魚類主要折返池室，利用堵截法采樣，確定典型池室魚類種類組成及其數(shù)量、規(guī)格，作為魚道運(yùn)行效果評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。漁獲物監(jiān)測(cè)布置如圖3所示。

圖3 漁獲物監(jiān)測(cè)布置

1.3.2視頻監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)期間2021年3月2日至4月30日的過(guò)魚視頻采用人工篩選、統(tǒng)計(jì)和記錄的方法，獲取通過(guò)觀測(cè)區(qū)域的魚類數(shù)量、規(guī)格及時(shí)間等信息，并對(duì)魚道內(nèi)過(guò)魚情況進(jìn)行分析及效果評(píng)估。視頻監(jiān)測(cè)裝置包括遮光板、照明燈、水尺、攝像機(jī)、存儲(chǔ)器和顯示屏等構(gòu)件。

1.3.3水聲學(xué)監(jiān)測(cè)

5—6月汛期水質(zhì)渾濁度高，利用水聲學(xué)探測(cè)方法對(duì)魚道過(guò)魚效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本方法將雙頻識(shí)別聲吶探測(cè)儀ARIS Explorer 1800作為監(jiān)測(cè)設(shè)備，后期通過(guò)人工統(tǒng)計(jì)的方式，記錄魚類信號(hào)的數(shù)量、規(guī)格及時(shí)間。

1.3.4PIT標(biāo)志檢測(cè)

本研究于2020年5月17日至2021年6月28日分4個(gè)批次在壩下江段及魚道進(jìn)口段放流PIT芯片標(biāo)記的不同種類及不同規(guī)格的魚類個(gè)體，并在魚道進(jìn)口段和出口段各安裝一套PIT信號(hào)接收裝置，分別記錄標(biāo)記魚通過(guò)種類、數(shù)量和時(shí)間。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.1 種類組成

多布水電站魚道2020—2021年共計(jì)通過(guò)魚類種類7種，隸屬2目、3科、6屬。2021年的3種調(diào)查類型中共計(jì)監(jiān)測(cè)到魚類69117尾，平均每小時(shí)過(guò)魚34尾，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 1。捕獲魚類的體長(zhǎng)為2.4～62.4 cm，體重為0.2～1753.4g。魚類個(gè)體數(shù)量以拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsisyounghusbandi)最多。

表1 多布魚道內(nèi)漁獲物種類組成

魚類洄游的主要需求主要有：捕食、產(chǎn)卵、越冬3種類型。多布水電站魚道洄游魚類大部分是以捕食、產(chǎn)卵需求為主。通過(guò)多布水電站魚道漁獲物采集到的幾種魚類習(xí)性的介紹，來(lái)闡述不同魚類對(duì)通過(guò)魚道洄游的需求[1]。

拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsisyounghusbandi)隸屬于鯉形目鯉科，屬洄游性魚類。產(chǎn)卵旺季為每年3—4月份，卵呈桔黃色，帶粘性。產(chǎn)卵場(chǎng)多位于透明度高，可見水底的淺水地帶，產(chǎn)卵群體多在5齡以上，最低齡為3齡。

異齒裂腹魚(Schizothoraxoconnori)隸屬于鯉形目鯉科，屬洄游性魚類。繁殖季節(jié)為每年4—5月份，產(chǎn)卵場(chǎng)大多位于在淺灘流水地帶。繁殖季節(jié)大多在河流水質(zhì)清澈、礫石底質(zhì)處活動(dòng)，卵為沉性卵。

拉薩裂腹魚(Racomawaltoni)隸屬于鯉形目鯉科裂腹魚亞科裂腹魚屬，產(chǎn)卵旺季為4—5月份，此間在尼洋河入雅魯藏布江匯口處有繁殖親魚集群活動(dòng)。

巨須裂腹魚(Schizothoraxmacropogon)隸屬于鯉形目鯉科裂腹魚亞科裂腹魚屬，屬洄游性魚類，產(chǎn)卵旺季為5—6月份，大多在干流敞水處活動(dòng)。

根據(jù)野外觀察和資料分析，高原魚類繁殖是在河流化冰之后即開始。對(duì)于大部分魚類來(lái)說(shuō)，產(chǎn)卵往往需要9℃～14℃的水溫以及適宜的流水條件，因此大部分魚的繁殖季節(jié)是3—6月。所以該區(qū)域魚類在3—6月內(nèi)上溯的主要原因是產(chǎn)卵。

2.2 晝夜差異

研究結(jié)果表明，多布水電站魚道的魚類上溯存在顯著的晝夜差異。通過(guò)觀察2020—2021年收集的過(guò)魚錄像發(fā)現(xiàn)尼洋河魚類在下午至傍晚時(shí)段(14:30-21:30)洄游活動(dòng)最強(qiáng)。相關(guān)數(shù)據(jù)以2021年觀測(cè)數(shù)據(jù)為例見圖4。經(jīng)查閱資料，筆者認(rèn)為這與魚道中的水溫變化有關(guān)，下午的水溫較上午和傍晚有些微的上升，使魚類對(duì)于生殖洄游的愿望增強(qiáng)，因此上溯數(shù)量較其他時(shí)段有明顯的上升[13]。

圖4 多布魚道各時(shí)段上溯數(shù)量統(tǒng)計(jì)

2.3 季節(jié)差異

因2020年魚道開放時(shí)間較晚，所以未留有完整可供分析的數(shù)據(jù)。根據(jù)2021年度多布水電站魚道監(jiān)測(cè)成果，發(fā)現(xiàn)不同月份魚類進(jìn)入魚道的數(shù)量和種類存在一定的差異，數(shù)量和種類未呈現(xiàn)明顯的相關(guān)關(guān)系。3—5月魚道過(guò)魚數(shù)量及周邊魚種類分布如圖5所示。3月份日均通過(guò)魚類數(shù)量為391.17條；4月份日均通過(guò)魚類數(shù)量為1127.76條；5月份日均通過(guò)魚類數(shù)量為695.00條。其中，因水電站流域優(yōu)勢(shì)種拉薩裸裂尻魚在3—4月為產(chǎn)卵期，且其他魚類產(chǎn)卵期多與4月重疊，魚類上溯愿望最強(qiáng)烈，故4月份的魚道過(guò)魚種類與數(shù)量均顯著高于其他月份。

圖5 魚道過(guò)魚種類和數(shù)量分布

2.4 魚道通過(guò)性

2020—2021年的4次PIT實(shí)驗(yàn)中， 2020-1實(shí)驗(yàn)有43%的標(biāo)記魚通過(guò)上游監(jiān)測(cè)斷面，而49%的標(biāo)記魚沿魚道向下進(jìn)入河道。2020-2實(shí)驗(yàn)有46%的標(biāo)記魚通過(guò)上游監(jiān)測(cè)斷面，而50%的標(biāo)記魚沿魚道向下進(jìn)入河道。2021-1實(shí)驗(yàn)有31%的標(biāo)記魚通過(guò)上游監(jiān)測(cè)斷面，而56%的標(biāo)記魚沿魚道向下進(jìn)入河道。2021-2實(shí)驗(yàn)有31%的標(biāo)記魚通過(guò)上游監(jiān)測(cè)斷面，而59%的標(biāo)記魚沿魚道向下進(jìn)入河道。PIT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 PIT實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.5 過(guò)魚效果的影響因素

通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研及國(guó)內(nèi)外魚道監(jiān)測(cè)評(píng)估結(jié)果分析，生態(tài)環(huán)境因素的變化是引發(fā)魚類洄游活動(dòng)的主要因素，影響魚道過(guò)魚效果的生態(tài)環(huán)境因素主要有上游水位、水溫、流速等[14]。對(duì)于多布水電站魚道來(lái)說(shuō)，魚道內(nèi)水位、流速、流量等主要由上游水位所決定。 在3—6月魚道內(nèi)水溫的變幅不大，故暫不考慮其影響，因此主要研究水位變化對(duì)多布水電站魚道過(guò)魚效果的影響。分析結(jié)果如圖6～7所示。

圖6 水位與過(guò)魚數(shù)量對(duì)比

圖7 水溫與過(guò)魚數(shù)量對(duì)比

根據(jù)監(jiān)測(cè)成果分析，影響多布水電站魚道過(guò)魚效果的因素主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 魚道上游水位的變化對(duì)魚道過(guò)魚效果會(huì)產(chǎn)生影響。監(jiān)測(cè)成果體現(xiàn)出上游水位較高時(shí)當(dāng)日過(guò)魚效果會(huì)相對(duì)較好，如：2021年4月2日與2021年4月20日的過(guò)魚數(shù)據(jù)相對(duì)較高，其對(duì)應(yīng)的水位也相對(duì)附近日期較高。

(2) 月平均水溫與過(guò)魚數(shù)量未有明顯變化，這可能與該流域氣候因素有關(guān)，該流域日照充足，年溫差小，日溫差大，所以月平均溫難以表達(dá)過(guò)魚數(shù)量與溫度變化的關(guān)系，如上圖所示。筆者認(rèn)為，溫度會(huì)對(duì)過(guò)魚效果產(chǎn)生一定的影響，這主要體現(xiàn)在魚道過(guò)魚的晝夜差異上，如在溫度相對(duì)較高的下午時(shí)段，過(guò)魚效果會(huì)相對(duì)較好。

(3) 魚道運(yùn)行水位與過(guò)魚數(shù)量在一定范圍內(nèi)呈反向相關(guān)性，當(dāng)魚道的運(yùn)行水位達(dá)到1.80 m以上時(shí)，過(guò)魚數(shù)量變化將不再顯著，基本達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)分析，認(rèn)為運(yùn)行水位處于1.0～1.5 m時(shí)，本魚道的過(guò)魚效果較好。

(4) 魚道運(yùn)行流速與過(guò)魚數(shù)量成一定的反相關(guān)性，魚道內(nèi)過(guò)魚數(shù)量基本隨運(yùn)行流速的增大而減小。

水位、水溫以及流速對(duì)魚道過(guò)魚效果有一定的影響，但相關(guān)性不甚明顯，這可能與所測(cè)數(shù)據(jù)過(guò)少不能完全代表影響情況以及魚類上溯本身的生殖需求有關(guān)。

3 討 論

3.1 魚道過(guò)魚效果評(píng)估

多布水電站魚道監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的魚類共計(jì)7種，分屬2目3科6屬。包含魚道規(guī)劃的主要過(guò)魚對(duì)象有巨須裂腹魚、異齒裂腹魚、拉薩裂腹魚和尖裸鯉。但尖裸鯉分布局限，數(shù)量少，生長(zhǎng)速度較慢，性成熟年齡晚且魚道建成投入使用時(shí)間短，故暫未檢測(cè)出這種稀有魚類。目前除瀕危水生野生保護(hù)動(dòng)物尖裸鯉，其余物種均已在魚道中檢出或成功上溯，已證明魚道具有較好的過(guò)魚功能。另外，基于2021年P(guān)IT標(biāo)志監(jiān)測(cè)的魚道過(guò)魚效果評(píng)估結(jié)果：4—5月PIT實(shí)驗(yàn)魚總上溯率為31.25%，6月PIT實(shí)驗(yàn)魚總上溯率為31.17%。綜合分析得出2020、2021年度PIT實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好，相對(duì)于2019年魚類上溯率有了一定提升，魚類的通過(guò)性較好。所以，該魚道具有較好的過(guò)魚效果。

3.2 多布魚道的過(guò)魚特點(diǎn)

監(jiān)測(cè)期間，魚道內(nèi)水質(zhì)較為均勻，監(jiān)測(cè)期內(nèi)大部分池室豎縫流速滿足設(shè)計(jì)要求的0.9～1.1 m/s，滿足上溯需求。主要過(guò)魚對(duì)象除尖裸鯉外均被監(jiān)測(cè)到進(jìn)入魚道或成功上溯。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示魚類上溯時(shí)間主要集中在下午時(shí)段(14：30-21：30)，且就整體數(shù)據(jù)來(lái)看，魚類于4月份上溯數(shù)量居多。分析原因認(rèn)為，4月份恰逢該水域魚類產(chǎn)卵高峰期，魚類上溯需求最為迫切，其進(jìn)入魚道上溯至上游的可能性較大。

3.3 國(guó)內(nèi)外其他魚道過(guò)魚效果比較

本次評(píng)估工作采用了堵截法、視頻觀測(cè)法、水聲學(xué)法及PIT實(shí)驗(yàn)等方法，針對(duì)不同時(shí)期魚道運(yùn)行特點(diǎn)采用不同方式監(jiān)測(cè)，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。本魚道過(guò)魚種類為7種，明顯少于其他魚道，這可能與環(huán)境中魚類本身種類限制有關(guān)(尼洋河共分布魚類2目3科10屬15種，包括土著魚類6屬11種、外來(lái)魚類4屬4種)，過(guò)魚數(shù)量為34尾每小時(shí)，與大部分魚道過(guò)魚數(shù)量持平。與國(guó)內(nèi)外其他魚道過(guò)魚效果比較見表3。

表3 多布水電站魚道運(yùn)行效果與其他魚道比較

3.4 提高過(guò)魚效果的主要措施

根據(jù)2020—2021年監(jiān)測(cè)結(jié)果及影響因素分析，為提高魚道的過(guò)魚效果，大致可采取以下兩種措施:

(1) 設(shè)計(jì)過(guò)魚時(shí)段內(nèi)通過(guò)調(diào)整魚道出口閘門啟閉大小，保證魚道內(nèi)水位及流速在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，為魚類通過(guò)魚道創(chuàng)造最有利條件。

(2) 通過(guò)各類導(dǎo)魚及誘魚措施，以增加魚道進(jìn)魚口位置魚類集群數(shù)量，使魚類更加便于找到進(jìn)魚口并進(jìn)入魚道。

4 結(jié) 論

魚道是保證魚類順利上溯洄游的重要工程措施之一。為了解本魚道的運(yùn)行效果，采用了堵截法、視頻觀測(cè)法、水聲學(xué)法和PIT實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)法多種方式相結(jié)合的方法，于2020年及2021年3—6月份對(duì)多布水電站魚道進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估,形成結(jié)論如下：

(1) 魚道內(nèi)共有7種魚類通過(guò)，隸屬2目、3科、6屬。魚類的過(guò)魚數(shù)量呈現(xiàn)晝夜差異和季節(jié)差異，其中魚類多選擇下午及傍晚上溯并于4月份上溯數(shù)量最多，這可能與其過(guò)魚種類多于4月份產(chǎn)卵，上溯需求較大有關(guān)。

(2) 水位、水溫、流速也會(huì)對(duì)魚類上溯情況產(chǎn)生一定影響。與其他魚道相比，多布魚道的過(guò)魚種類相對(duì)單一，但數(shù)量可觀。研究結(jié)果可為繼續(xù)優(yōu)化魚道運(yùn)行管理及魚類資源保護(hù)提供一定的參考，對(duì)該流域的魚類保護(hù)有重要意義。