船閘兼做過魚設施的研究進展及應用

王 承 恩,　楊 橋 培,　李 英 文

(1.重慶航運建設發展有限公司，重慶　401121；2.重慶師范大學生命科學學院，重慶　400331)

船閘兼做過魚設施的研究進展及應用

王 承 恩1,楊 橋 培1,李 英 文2

(1.重慶航運建設發展有限公司，重慶401121；2.重慶師范大學生命科學學院，重慶400331)

摘要：隨著環保理念的增強和新環保法的實施，大多數新建的水利水電樞紐需增設過魚設施，而船閘過魚作為新型的過魚設施日益受到重視。實測和研究表明：船閘過魚是可行的，是實際存在的。船閘兼做過魚設施不僅節約投資，魚類不受傷害而且還適合各種魚類過壩，具有實現魚類雙向通行等優勢。

關鍵詞：低水頭；船閘；過魚設施；進展；應用

1概述

隨著社會經濟的進步和水電資源的開發，水電建設發展對水生生物影響的必然性和對水生生物保護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措施，如修建過魚設施、開展人工增殖放流、建造人工產卵場、實施水庫生態調度、建立魚類保護區等。我國目前采取的主要保護措施是進行人工增殖放流。但是，長期的實踐表明：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、不能完全代替魚類自然過壩等。因此，過魚設施的研究和發展又被高度重視起來。

過魚設施是指讓魚類通過障礙物的人工通道和設施。最早的過魚設施是開鑿河道中的礁石、疏浚急灘等天然障礙以溝通魚類的洄游路線。過魚設施主要分為溯河魚類通過設施和降河魚類通過設施，溯河魚類通過設施分為仿生態式自然通道、斜坡式魚槽、階梯式魚梯、垂直升降式升魚機與索道式魚道、船閘式魚閘、集運魚設施、特殊魚道等類型。降河魚類過壩通道主要有水輪機流道、幼魚旁側通道、溢洪道過魚、水表面通道等方式。

我國過魚設施的研究和建設大致經歷了初步發展期、停滯期、二次發展期三個時期。1958年在規劃開發富春江七里壟水電站時首次提及魚道，1960年在興凱湖附近首先建成了新開流魚道；至今，我國先后建成了70余座魚道。如北京上莊水庫魚道、西藏獅泉河水電站導墻式魚道、雅魯藏布江藏木水電站魚道、贛江石虎塘航電樞紐組合隔板式魚道、松花江依蘭航電樞紐仿自然結合豎縫式魚道、烏江彭水水電站集運漁船、湘江長沙綜合樞紐豎縫橫隔板式魚道、珠江長灘樞紐魚道等。

鑒于魚道修建困難、費用高、運行管理經驗不足而導致效果甚微的事實，有必要研究新的過魚設施及方法。船閘是以保證船舶順利通過航道上集中水位落差的廂形水工建筑物，是應用最廣的一種通航建筑物。船閘具有大體積聯通水體，從而使其具有成為魚類通道的可能性，因此，有必要對船閘的過魚能力進行研究，從而分析并探討其代替魚道成為魚類過壩通道的可行性。

2船閘過魚的可行性

船閘過魚的研究由來已久，美國、法國、澳大利亞的相關研究已表明船閘能過魚，并且一定程度上允許大壩上下游魚類自由通行，具有一定的雙向通過潛力。

1970年，Monan et al.[1]對美國哥倫比亞河Bonneville壩船閘過魚開展調查，其研究表明：有洄游魚類通過船閘。1992年，Travade和Larinier對法國Rhone河道內的Beaucaire船閘運行的49個循環期間進行研究，發現有10 000多尾美洲西鯡經過該船閘。美國南卡羅來納州Pinopolis[2，3]大壩船閘的下游是魚類聚集最多的地方。我國的西津航運梯級水電站建成后，亦發現有部分小型魚可通過船閘上溯。

我國學者對船閘的過魚能力也進行過初步的探討和專門研究。國內的研究始于2008年，中國長江三峽集團公司開展了“魚類過壩技術與工程實驗研究”項目(2008～2010年)，對葛洲壩船閘的過魚能力與過魚效果進行過評估，項目要求研制一套用于提高船閘過魚效率的技術措施，建立一套調查魚類時空分布和遷移活動的技術體系。高勇[4]通過在船閘內安裝魚探儀和錄像機觀測到葛洲壩一號船閘330 min內上行魚類有28個體，下行魚類有11個體，初步評估并確定船閘具有過魚能力。

在葛洲壩船閘的歷次檢修工作中，均可發現大量滯留閘底的不同魚類，說明魚類可以適應船閘內的環境并在閘室內外存活。既使是三峽工程的雙線五級船閘，在其初期運行檢修時也有一定數量的魚滯留閘室內[5]。

三峽大學水利與環境學院王從鋒教授的團隊對船閘過魚進行了更為深入的研究，實際監測并分析了葛洲壩樞紐水電站船閘過魚，系統分析了魚類活動規律；主持了水利部公益基金項目“中低水頭水利樞紐船閘過魚能力及其改進措施”(2012～2014年)，詳細研究了船閘過魚；為提高魚類通過船閘的數量和種類，王從鋒教授還對船閘進行了改進或增設了一些誘驅魚措施，申請了許多專利。

向經文[5]碩士繼續深入研究了船閘過魚，詳細分析、研究了葛洲壩船閘的過魚能力及改進措施。通過實測，總結了船閘過魚時空特性和船閘過魚的影響因素，明確提出了船閘過魚改進措施。

陳大慶在[6]《大壩與過魚設施》中也明確將船閘過魚作為上行過魚實施，同樣認為船閘過魚具有可行性。

3船閘過魚的原理

船閘主要由閘室、閘首和引航道等三個基本部分及相應的設備組成。在閘首設有工作閘門、檢修閘門、船閘閥門、啟閉機械及信號、通訊等設備。引航道內設有導航建筑物和靠船建筑物等。船閘的閘室是固定在一個位置、用注入或排除水來控制閘室內的水位高度，閘首是將閘室和上、下游引航道隔開的擋水建筑物，位于上游的被稱為上閘首，位于下游的被稱為下閘首。閘室是上、下兩閘首和兩側閘墻組成的空間。船只通過船閘并在此空間暫時停泊。引航道是保證船只進出、交錯避讓和暫時停靠的一段航道。

船閘的過魚方式與魚閘過魚或船只過閘類似。溯河魚類過閘，關閉上游閘門，打開下游閘門，將閘室水位降到與下游水位齊平，利用誘魚措施，引誘魚類進入閘室間隔一定的時間，關閉下閘室，向閘室充水，待閘室內水位與上游水位齊平后開啟上游閘門，啟動驅魚裝置，驅趕魚類離開閘室，進入大壩上游。下行魚類操作與其相反。

王從鋒教授在專利中和向經文[5]在論文中提出了船閘兼做過魚設施需要增設誘魚和驅魚措施的必要性。由于設計時僅為船只通航考慮，其閘前水流較緩，天然情況下吸引魚類較少，尚達不到過魚建筑物的過魚效率，因此，為解決船閘魚類不主動進、出閘室的難題，可以采用誘魚設備或技術誘魚進入船閘，采用驅魚設備或技術驅趕閘室的魚出閘室。高欣指出通過一種微波性質的探測、控制和吸引魚類技術，讓將要過壩的魚類聚集在某個輪船周圍，盡可能在利用船閘讓輪船通過的同時，也能讓魚類安全地通過大壩。洪峰和陳金生報道了如果在閘門上、下游放置誘魚設施，如翻水花器、變頻發聲器、香精散發器和光導等配合誘魚水流的流速和流態變化可增大過魚量。誘驅魚措施按照對魚類影響因子的不同，主要可分為水流、聲音、光照、電流等誘驅魚方式。

4船閘過魚的應用

位于澳大利亞東南部的墨累河上，Euston壩的船閘在改變閘口流速時吸引魚類過壩的數量是船閘正常運行模式下的56倍；在美國北卡羅萊納州的Cape Fear河，美洲鰣通過船閘過壩的比例為18%～61%[7]。

廣東省潮州供水樞紐工程采用了流域聯合調度方案、船閘改造兼作魚閘、加強漁政管理等措施，并增設了誘魚和驅魚措施。國家環保部組織了對該項目環境影響進行后評價驗收，驗收組認為該樞紐利用船閘過魚及下游開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至英德河段梯級規劃中的第二個梯級，為日調節徑流式水電站。經過設計單位及當地人民政府組織專家評審論證，項目采取船閘兼做過魚設施和增殖放流的補救措施。

廣東省龍川縣龍潭水電站為一座以發電為主、兼顧航運等的低水頭、無調節、徑流式水電站，配套建設有閘壩、船閘、變電站、發電廠房等設施。項目未建設專門的過魚通道，但項目業主專門委托廣東省水利電力勘測設計研究院編制了《廣東省龍川縣龍潭水電站船閘兼做過魚通道可行性分析報告》，研究論證船閘過魚。2014年7月，廣東省環境保護廳對龍川縣龍潭水電站進行了竣工環境保護驗收并順利通過驗收。

向經文[5]碩士在不同季節對葛洲壩船閘進行了24 h晝夜持續監測，實測到很多不同種類魚類通過葛洲壩船閘上行和下行。經分析估算，一號船閘上行年過魚數量為26萬尾，下行為31萬尾；二號船閘上行年過魚數量為12萬尾，下行為23萬尾。

5潼南航電樞紐船閘兼做過魚設施的研究

正在建設中的潼南航電樞紐工程[8]位于潼南縣城區涪江大橋下游約3 km處，為低水頭徑流式電站，開發任務是以航運為主、兼顧發電，修復涪江干流潼南縣城段水生態系統，樞紐主要建筑物從左至右依次為左岸土壩連接段、發電廠房、泄水閘、船閘與右岸土壩連接段。

水庫正常蓄水位高程為236.5 m，死水位高程為235.5 m，船閘布置于右岸，為Ⅴ級船閘，船舶噸位按300 t設計，閘室有效尺寸為120 m×12 m×3 m(長×寬×門檻水深)，為整體式結構，船閘前沿總長度為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。考慮到本樞紐為河床式工程，汛期敞開閘門泄洪，基本恢復天然狀態。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江二級支流，具有長江上游魚類群落組成特點[9]。原本適應流水或激流生活、底棲生活并以底棲無脊椎動物為主要食物的魚類種類最多，占有很大比例，也是長江干流眾多大型洄游性魚類的索餌育肥場所。近年來，隨著水文條件的變化，涪江潼南段魚類的構成也發生了劇烈的變化。在歷年調查中發現，底棲、喜激流生活的魚類逐漸減少，而適應靜水及敞水面生活的草魚、鰱、鳙、鯉、鯽、鲇、大鰭鳠等地方定居性魚類及增殖放流的魚類資源量大大增加。

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，壩址處的地理環境限制多以及過魚種類及生活習性，專門為潼南航電樞紐工程修建過魚設施其過魚效果可能不會太理想。但為了保護魚類繁殖和生存，做好生態保護，業主單位不僅投資了幾千萬元建設增殖放流站，還積極探索新的過魚通道，主動籌劃實施船閘過魚，論證船閘過魚的可行性，增設誘魚和驅魚等設施，優化船閘調度設計方案和運行方案，從而為保障船閘過魚做好了充分的論證和準備。

6船閘過魚的利弊

船閘兼做過魚設施具有眾多優勢，其可以利用樞紐原有結構，不需額外投資；而魚道等專門的過魚設施則需另外修建且造價昂貴；船閘常年使用，有專人管理和維護；而魚道等過魚設施還需要請專人管理維護；船閘口和閘室內的流速緩慢，便于調節；魚類在魚閘中憑借水位上升可以不過度耗費體力過壩，基本不會造成傷害；可以實現魚類上、下行雙向通行；過魚通道較寬敞；適合各種魚類過壩。

船閘過魚也存在一定的不足之處。船閘內流速太低，魚類因找不到方向而在船閘和引航道內徘徊，需要設置誘魚裝置和驅魚裝置；增加了人力資源和運行成本；船閘過閘運行時，產生了較大的機械振動、嘈雜喧鬧進而影響魚類。過魚設施要求的船閘運行方法與通航所要求的船閘運行方法可能存在一定的矛盾；過魚不連續；機動設備多，維修費用大。目前大部分船閘設計的調度方式只考慮了過船的需求，船閘閘室內和上下游水流緩慢，常為準靜水狀態，對魚類吸引力較弱，船閘自然通過的魚類數量不大，對于這些，均需進行改造。

7結語

實測和研究表明：船閘兼做過魚設施可行，并非噓頭。隨著研究的深入，只要認真落實相關措施，增加誘魚和驅魚設施，合理安排調度運行，優化船閘建設方案、增添設施、設備，船閘成為具有通航和過魚雙重功效的新型建筑物必將逐步被大眾認可，進而可以改變過魚設施過不了魚、乃至廢棄的尷尬局面，促進經濟社會健康發展。

參考文獻：

[1]Larinier, M. Environmental issues, dams and fish migration[J].Dams Fish & Fisheries Opportunities Challenges & Conflict Resolution. 2001：31-61.

[2]Duncan M S, Isely J J, Cooke D W. Evaluation of shortnose sturgeon spawning in the Pinopolis Dam tailrace, South Carolina[J]. North American Journal of Fisheries Management. 2004, 24(3): 932-938.

[3]高勇，陶江平，喬曄，等. 葛洲壩近壩區及船閘魚類分布、活動規律研究[C]. 北京：中國水利學會第四屆青年科技論壇論文集， 2008.

[4]經向文. 葛洲壩船閘過魚能力及其改進措施研究[D]. 湖北:三峽大學碩士學位論文，2014.

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技術與管理工作；

楊橋培(1968-)，男，重慶開縣人，高級工程師，學士，從事水利工程和港口建設技術與管理工作；

李英文(1963-)，男，四川大竹人，教授，博士，碩士生導師，中國科學院水生生物研究所客座研究員，從事動物生物學、水產生物技術、魚類生理學方面的教學及科研工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-03-08

文章編號:1001-2184(2015)04-0078-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:[TV691];U641;U643.2

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