新疆高壩魚類保護設施建設實踐與對策建議

李 江,邢 坤

(1.新疆塔里木河流域管理局,新疆 庫爾勒 841000;2.新疆大學地理與遙感科學學院,新疆 烏魯木齊 830046)

0 前言

新疆屬于典型干旱內陸區，其中北疆及南疆地區分屬干旱中溫帶及干旱暖溫帶，年均氣溫分別為4～8℃、9～12℃。全疆降水普遍稀少，年降水量僅為158mm，且呈現出時空分布極不均勻特性，山區降水量約占全疆的84%。全疆年蒸發量約為1500～3400mm，干旱指數7以上，蒸發極為劇烈。新疆水資源特點主要表現為總量有限，單位面積產水量少，時空分布極不均衡，經濟用水和生態用水矛盾突出。基于上述情況，唯有修建水庫大壩才能增強全疆水資源調控能力，從而改善水資源時空配置不均衡的矛盾。但同時，水庫大壩建設又將對全疆本就脆弱的生態環境本底造成一定的影響[1]。

上世紀九十年代新疆建設了一些代表性的大壩，如活斷層上建設的克孜爾水庫黏土心墻壩、635水利樞紐黏土心墻壩、烏魯瓦提水利樞紐面板砂礫石壩等。進入二十一世紀以來，山區水庫筑壩數量顯著增多、速度顯著加快，一大批高壩相繼建成，代表性的混凝土壩有喀壩碾壓混凝土重力壩、布爾津電站混凝土雙曲拱壩，土石壩中面板壩為代表的有吉林臺、吉音、卡拉貝利、溫泉、肯斯瓦特、阿爾塔什等，瀝青心墻壩為代表的有大石門、庫什塔依、尼雅、伯斯阿木等，黏土心墻壩為代表的有白楊河、大西溝等，在建的還有大石峽面板壩、玉龍喀什面板壩，以及庫爾干、莫莫可、石門瀝青心墻壩等。這些壩大多地處深山峽谷，屬于流域出山口的典型控制性水利樞紐工程，大多承擔灌溉、防洪、供水、發電等任務[2]。

山區大壩屬于截斷性工程，建壩將不可避免地攔斷河床，對包含河流生態、水生生物、濕地資源、物種多樣性的河道生態完整性及陸生動植物產生一定程度的影響，甚至是不可修復的破壞。從魚類生境分析，河流阻隔會造成魚類通道受阻，回水較長的水庫還會影響魚類產卵區、索餌區等不同生境，而百米級高壩的過魚設施也更受業界關注[3]。早期建設的大壩普遍未考慮過魚設施，僅有增殖站等相關設施進行魚類增殖放流保護，如635水利樞紐、喀壩、吉勒水電站、特克斯電站、白楊河等工程。部分攔河型水閘修建了高度較低的魚道、魚閘等，也有部分引水式水電站后期改造時增加了專用的過魚魚道。隨著國家環境保護政策要求的不斷變化，河流生態保護也愈發收到各界重視，魚類保護類型也愈發繁多。國內外的實踐經驗表明，各種設施作用目的手段不盡不同，但核心要義還是以加強保護、繁殖保育、大壩過魚等多重手段實現對河道魚類的保護，實現人水和諧[4]。

1 新疆高壩魚類保護設施的進展

水庫大壩建成運行改變了庫區及下游局部河段的原有水文條件，導致自然水文徑流過程、自然洪水等對生態系統有特殊意義的徑流現象減弱乃至消失。其生態學影響表現為破壞了水域水生生物的原有生境，阻斷了洄游性魚類的上溯通道，影響了魚類賴以生存繁衍的“三場”的水量和水溫，導致魚類交流機制減少或消失、魚類生境破碎化等，這對需要進行大范圍遷徙的魚種幾乎是毀滅性的。因此，為了保護流域珍稀魚類資源，發揮水利工程生態效益，采取適宜的魚類保護措施，已是當前水利工程建設中必須考慮的重要因素。但是，究竟采取何種魚類保護措施，才能發揮保護的科學性、有效性以及工程的經濟性，還需進一步總結探索[5]。

目前國內外水利工程中的魚類保護措施主要分為以下六類：

第一類為增設過魚工程措施，如適合于較低水閘、水壩的魚道、魚閘等，此種過魚設施主要基于魚類逆流行為，誘導魚類通過過魚設施進口自行溯游過壩[6]；或適合于較高水壩的升魚機、集運魚船等[7]。第二類為建立增殖放流站，人工收集、培育親魚，待幼魚達到放流標準再行將其放入壩下河流自然生長，適合于各類水壩、水閘、水電站[8]。第三類為人工模擬產卵場，在壩后支流或人工渠內塑造適宜魚類產卵的模擬產卵環境，促使魚類自行產卵。第四類為采取過魚的水輪機組，適合于水頭較低、轉速較低的水電站[9]。第五類為保留魚類棲息生境，在編制流域規劃、水電規劃時即予以考慮，不再安排各類工程。第六類為加強漁政監督管理，在不同季節通過調控措施下泄生態流量，維護河流健康[10]。

我國的水庫大壩設計針對過魚設施的研究起步相對較晚，特別是在以內陸型河流為主的新疆，還未形成較為完整的過魚設施研究與設計，當前實踐中還處在以國內外類似工程為主要參考并不斷予以完善的過程。為實現人與自然和諧相處，切實保護生態環境，大壩魚類保護設施因地制宜，從早期的增殖站發展到現在的魚道、升魚機、集運魚船等。進入本世紀后，圍繞水庫大壩建設與生態環境保護主旨，逐漸形成以下型式并加以實踐：高壩主要采取人工增殖放流、升魚機(垂直提升、斜坡軌道提升、纜機提升)、集運魚船等措施，中低壩主要采取仿生魚道、魚閘等措施，并以此形成魚類綜合性保護措施體系。有的工程建設較早，缺乏魚類保護設施，在運行過程中也采用臨時性方法捕撈過壩。同時，還結合流域水域管理、河湖長制，部分重點區域建立保護水域，禁止捕撈；運行過程中采取合理調度運行方案。通過不斷實踐，水庫大壩過魚及保護措施逐漸呈現多樣化，新技術、新材料、新工藝的引進吸收也不斷創新[10]。大壩建設高度不斷被突破，百米級到二百米級，甚至三百米級也會出現，而需要自壩身翻越的過魚設施也更加復雜。已建典型工程魚類保護設施布置如圖1所示。

圖1 已建典型魚類保護設施布置示意圖

針對高壩過魚的難題，壩高為94m的山口拱壩率先在新疆建成了第一座附著式高壩升魚機[11]，在建的阿爾塔什水庫(面板砂礫石壩，壩高164.8m)、大石門水庫(瀝青心墻壩，壩高128.8m)均采用斜坡式升魚機作為主要的魚類過壩措施，在建JH二級電站(拱壩、164m)將采用纜機作為過魚設施。有的工程采用多種措施進行魚類保護，如卡拉貝利水庫采用魚類增殖站與升魚機相結合的措施，山口電站采用魚道與升魚機相結合的措施，沖乎爾電站采用集運魚船等過魚措施[12]。正在建設的阿爾塔什、大石峽、玉龍喀什水利樞紐，均研究采用魚類增殖站同時輔以高壩過魚設施對魚類進行綜合性保護。

針對新疆干旱區內流河山區水庫及電站建設的特點，已建的過魚設施已取得了許多獨特的創新成果，為類似環境條件下的魚類保護措施提供了寶貴的實踐經驗，也反映出大壩建設技術與生態環境的保護是一致的。典型工程采用的魚類保護設施見表1。

表1 不同魚類保護設施的應用情況

2 典型高壩魚類保護設施與運行

大壩過魚設施作為一種緩解大壩阻隔效應的魚類保護措施在國際上采用已有300多年歷史，實踐表明可以起到恢復魚類洄游通道和溝通上下游魚類交流的作用[13]。由于山區水庫高壩建設，造成河道建壩處上下游水位差高達百米或二百米以上，傳統的閘壩式過魚設施不具備條件，集運魚船仍然需要二次倒運，運魚車也存在時間周期較長等不安全因素。根據國內外的實踐，環保部門建議采用壩頂過魚設施也是考慮壓縮集運魚時間，確保影響較小。多個早期建設的高壩采用魚類增殖站，如喀壩、恰海工程等；本世紀以來規劃建設的高壩大部分都采用魚類增殖站輔以過魚設施，或直接采用過魚設施，如阿爾塔什、大石門、卡拉貝利等；也有的工程結合流域水電梯級開發規劃，在下游引水式電站建設魚類增殖站，在上游水庫建設高壩過魚設施[5，8]。

2.1 恰海水庫增殖站

恰海水庫以增殖站作為魚類保護主要手段。增殖站主要由養殖、飼料及輔助車間組成，集合高密度循環水、飼料加工、離岸圍欄及網箱實現魚類工廠化養殖[14]。其中養殖車間配有養殖、控溫、增氧、供電、供排水等系統，以保護、救護流域瀕危魚類，實現流域特有冷水性魚類苗種規模化生產、溫水性魚類適度生產。飼料車間屬于輔助車間的一部分，生產輔助設施配有餌料培養室、魚病檢測室、魚藥儲備室等。

2.2 沖乎爾水電站集運魚船

沖乎爾水電站以國內自主研發的集運魚船作為魚類保護主要手段[12]。這是國內第二例以流速和燈光作為誘魚方式的集運魚船技術進行魚類保護的工程實例。該系統的投運對流域的魚類保護起到了關鍵作用，對其他水電工程魚類保護問題也具有一定借鑒意義。

該系統主要有集運魚船及車載運魚箱組成，其中集運魚船負責收集魚類，車載運魚箱負責將魚類運至上游進行投放。集運魚船總長15m，船體中部設有2個片體間的腔體過魚通道，內設4套噴水泵，在自然引流不足時噴水輔助加速；船體主甲板艏部兩舷及艉部兩舷設置4臺移船絞車；船內設有魚類監測系統，可對進魚口誘魚情況、暫養艙存活情況及魚類行為特征等進行觀測，實現魚類的全面監控、記錄及統計。車載運魚箱內配有增氧、過濾裝置。

操作流程為：電站壩下至公路橋的區域內左、右岸各設地牛2只，移船絞車引出的鋼纜和地牛連接，使集魚船可在一定區域內前后左右移動，尋找合適的過流斷面進行集魚作業。當需要向運魚車轉運時，通過移船絞車將集魚船絞拖至左岸，用汽車吊將魚類收集箱吊運至運魚車上運至上游進行投放。

2.3 山口電站大壩升魚機

山口電站大壩為拱壩，高94m，下游布置泄洪二道壩，距離二道壩200m處布置引水式電站廠房，升魚機設在大壩左側壩段緊靠電梯井布置，可前后移動。升魚機主要由魚箱、豎井、升降機三大部分組成。每至4—7月，通過布置在電站廠房附近集魚箱將魚引入，利用專門轉運平臺將集魚箱通過軌道輸送到大壩升魚機底部，提升倒入水庫，幫助魚類完成上溯產卵繁衍過程。該升魚機的設計、運行、管理在國內屬首例[11，15]。升魚機布置見圖2。

圖2 山口電站大壩及升魚機平面布置圖

2.4 大石門水庫斜坡式升魚機

大石門水庫采用瀝青心墻壩，最大壩高128.8m，屬高水頭建筑物[16-17]。大壩所在河流中魚類主要有塔里木裂腹魚、寬口裂腹魚、裂腹魚、重唇裂腹魚和葉爾羌高原鰍等，主要過魚季節為每年的4—7月。

大壩采用斜坡式升魚機，通過“誘魚道+軌道運輸+回轉吊”的運輸和過魚設施來滿足魚類回游過壩，保護魚類資源。其中集誘魚系統布置在電站尾水渠左側，使壩后聚集魚類進入升魚機集魚系統內；過魚設施由誘魚道、集魚池、集魚斗、單梁吊、壩后軌道牽引機、壩前運輸臺車和回轉吊等部分組成。

大石門水利樞紐過魚設施布置見圖3，這也是新疆規劃建設的第一座高土石壩過魚設施。

圖3 大石門水庫壩身過魚軌道縱斷面示意圖

圖4 卡拉貝利壩身過魚設施布置示意圖

2.5 卡拉貝利大壩升魚機

卡拉貝利大壩為面板砂礫石壩，最大壩高92.5m[18]，地處喀什噶爾河流域克孜河上。主要保護魚種包括塔里木裂腹魚、斑重唇魚、葉爾羌高原鰍等多種土著魚類，采用魚類增殖站與壩身過魚設施聯合的保護措施。在電站尾水渠右側設置誘魚道和集魚池，當魚類游進誘魚道的集魚斗后，利用回轉吊將集魚斗提出，途徑壩后水平段、壩坡牽引斜坡段、壩前運輸投魚段等接力設施，將集魚斗放入水庫中。由于壩下游坡較陡，設置兩臺回轉吊進行接力轉入，過魚設施的運用時間為每年的4—7月。

2.6 阿爾塔什大壩升魚機

阿爾塔什大壩為面板砂礫石壩，最大壩高164.8m[19-20]，主電站具有高壩、水位變幅大、庫岸陡等工程特點，采取水電站尾水集誘魚，壩后軌道運輸魚，同時壩前回轉投放魚的升魚機方案，達到壩址上、下游魚類有效溝通的目的，以此保護土著魚類資源。軌道升魚機方案由誘魚道、集魚池、集魚斗、回轉吊、壩后升魚機排架、壩頂軌道卷揚機、壩前運輸電動平板車和回轉吊等部分組成。先將魚從誘魚道誘至集魚池的集魚斗，利用回轉吊將其提升至壩后的升魚機排架，通過壩頂軌道牽引機運至壩頂，再由壩前運輸車運至壩前投放，滿足魚類洄游過壩要求。

2.7 大石峽水庫聯合過魚設施

大石峽大壩為面板砂礫石壩，最大壩高247m，為同類型世界第一高壩[21]。壩下河段為已建小石峽電站庫區，小石峽電站壩下至協合拉樞紐仍為流水生境。考慮到流水生境對于土著魚類，尤其是裂腹魚的繁殖具有重要意義，因此，盡可能保留較多的流水生境即魚類適宜的繁殖生境，有利于維持對于整個流域的魚類資源，在協合拉樞紐單獨修建過魚設施，以溝通小石峽電站以下河段連通性，以此保留小石峽至協合拉樞紐間的流水生境。對于大石峽與小石峽間的庫區河段，在小石峽電站壩下修建集運魚設施，通過活魚運輸車轉運至大石峽壩上河段投放，以恢復該河段連通性。

圖5 卡拉貝利過魚設施縱剖面布置示意圖

2.8 玉龍喀什水利樞紐過魚設施

玉龍喀什大壩為面板堆石壩，最大壩高230.5m。為滿足過魚季節集魚系統誘魚要求，在電站尾水渠下游布置固定式集魚站，誘魚系統由集魚池和集魚箱組成。利用集魚斗進行集魚，并將集魚斗作為運魚容器。同時利用誘魚道邊設置的回轉吊將集魚斗放置于活魚運輸車上，過壩運輸至壩上游側的浮動碼頭平臺，利用碼頭平臺上的回轉吊將集魚斗將集魚斗放入投魚托架投放。其布置型式與大石門較為相近。

3 存在問題及對策建議

3.1 存在問題

3.1.1過魚方式問題

由于地處深山峽谷的高壩普遍存在水頭較高、水位變幅較大等因素，高壩過魚一直也是國內外面臨的技術難題，目前高壩采用的過魚方式主要包括魚道、升魚機及集運魚船等，新疆經過多年實踐也與國內保持同步，其中升魚機發展出垂直式、斜坡軌道式、纜機式等多種型式，集運魚船只能解決集魚，運輸過壩仍然需要提升裝置或汽車輔助運輸。其基本方式都是將集魚斗中的親魚通過機械方式予以提升至壩前，或直接投運，或改用運輸車再運至庫尾投放。隨著壩高的增加，提升設備建造、管理成本大幅度增加，尤其是土石壩，普遍采用壩下游坡鋪設軌道，采用自行式或牽引式拽拉集魚斗，壩頂仍然需要輔助轉運，運行過程中也存在風險，若長時間停運還會造成魚類生存風險加大。

魚道過魚：采用魚道方式需要很長的長度才能將沿程水流流速控制在魚類克流能力以下，魚有道可能長達數公里，魚類通過長距離魚道非常消耗體力，可能致使通過效率低下并造成產卵的延遲，無法起到過魚的目的。在建某拱壩高164m，早期論證時采用落差達百米，長達6km的盤山式魚道，可操作性較差、過魚效果不佳，難以說服專家，后期改用施工纜機進行改造。

升魚機過魚：為便于管理，通常集魚設施都布置在壩后幾百米或廠房尾水附近，希望靠發電尾水吸引魚類，但發電流量過大時難以實現，魚類仍可能沿尾水主流上溯，聚集并滯留在尾水附近，造成過魚設施進口集魚效率低下。由于新疆河流大部分在4—7月運行過魚設施，這也是水電站發電的高峰時間段，通過改變發電流量又存在與發電沖突，影響工程效益。魚類過壩后一般直接轉運至庫水內，突然進入流速基本為靜水的區域，難以找到上溯方向，壩前長期滯留也會影響魚類繁殖。

集運魚船：集運魚船是一種綜合平臺，主要功能是誘魚、集魚、監測、管理，一般都布置在壩下。高壩所在的河流通常落差大、通航條件差，集運魚船一般不具備往上行駛的條件，只能通過其他輔助設施將魚類運輸過壩，而且在大壩泄洪期間，集運魚船的安全也存在問題。

國內外實踐表明，這幾種過魚設施的進魚口高程和位置相對固定，難以誘集棲息在不同水層的魚類，如集運魚船的誘魚水流難以誘集表層的魚類。往往是花了大價錢建設的集運魚設施運行效果不佳。針對高壩的過魚設施還需要深入研究。

3.1.2過魚水輪機的可行性問題

有研究表明，當魚類穿過水輪機或經過泄洪道(洞)洄游過壩時會受到嚴重傷害，非洄游性魚類也有被水輪機吸入而受到嚴重傷害的可能，魚類死亡率超過了30%[9]。近年來新發展的“過魚水輪機”是水電站建設對生態環境進行補償的一項有效措施，美國在這方面開展了大量研究，包括轉槳式、混流式、燈泡貫流式過魚水輪機等。其基本思路是在保證水輪機出力及運行效率的基礎上通過改變水輪機的結構設計和運行參數，盡可能降低對魚類造成的傷害，達到環保可接受的狀態，進而緩解水電開發與生態保護的矛盾，實現人與自然的和諧發展。由于高壩、高水頭、大流速的特點，爭取更多的發電量是項目投資的主要考核指標，當前的研究還難以適應水輪機高效運行的結構要求。另外，須對“過魚水輪機”的運行機理開展研究，以明確不同魚類在通過水輪機時的受傷機理及其本身的生理特征，同時深入論證“過魚水輪機”的實際運行效果。

3.1.3建設運行與效益問題

新疆高壩(尤其是南疆)都處于深山峽谷，普遍存在高地震(Ⅷ度地震區占多數)、高嚴寒(年較差往往高達60～70℃)、高邊坡(自然或人工邊坡)、大風(峽谷風口效應更為明顯)、多泥沙(河流多年平均含沙量4～12kg/m3)等突出自然特點，這些因素造成魚類過壩設施建設往往投資很大、建設難度大。升魚機設備需要考慮結構自身穩定，還要考慮抗震、抗凍、抗風等因素；集運魚船需要專用碼頭予以固定，行駛路線無法調整；盤山魚道更為復雜，疆內還未見有工程予以采納；各種設備年運行時間也存在很大不確定性。考慮魚類保護設備的操作與效果，大部分工程都采取購買服務委托專業隊伍管理方式，尤其是增殖站的管理運行。魚類增殖站建設后的運行一般通過考核繁殖不同魚類的數量來確定是否達標？是否符合生態保護要求？而各類升魚機建設只能表明采用升魚機以后“抓了魚、過了魚”，監測設備可以佐證，但具體實施效果難以定量評價。

3.1.4河流梯級開發魚類保護問題

新疆內陸河落差較大、主流較長的河流，在流域規劃階段往往都安排了專項的水電規劃，對河流進行綜合梯級開發。瑪納斯河、奎屯河先在河流中下游新建了數個引水式電站，后期又修建了山區龍頭水庫予以調控，形成了4—5個梯級電站；葉爾羌河、克孜河在建設阿爾塔什水庫、卡拉貝利水庫同時，下游引水式電站同步建設，同樣形成了4—6個梯級電站。無論哪種方式，河流均被分段碎片化，魚類生境受到嚴重影響。由于大壩阻隔、水文情勢改變等，魚類資源發生了較大變化，當地特有的土著魚類、珍稀瀕危特有魚類出現種群規模變小，瀕危程度加劇的現象。國內實踐表明，采取棲息地保護、河流連通性恢復、魚類增殖放流站建設、生態調度、漁政管理和生態補償等措施可在一定程度上得以保護。大石峽水庫建設時將上游支流鐵米爾蘇河一部分劃分為魚類棲息地就是一個嘗試，阿爾塔什水庫建設也同樣如此。

3.2 對策建議

(1)河流有序開發建設高壩大庫、水電站，不僅僅是追求效益問題，更是解決干旱區水資源供需矛盾、防治洪旱災害的重要手段。2022年葉爾羌河流域遭遇特大洪水，在已建下坂地水庫、阿爾塔什水庫的聯合調度下，洪水順利調控下泄，千余公里河道未遭到較大損失，沿線農田、村莊平安無恙，試想沒有高壩大庫遏制“千年水患”，何來“神女應無恙”！由于調控洪水，2022年下坂地水庫7月份損失發電收益數千萬元，但這也是值得的！解決高壩大庫建設與魚類生態保護的矛盾就是一項重要課題，不能因為建壩而嚴重影響魚類生境，也不能因為環保要求就廢棄大壩建設。

(2)基于不同的地形地貌、壩型/壩高條件以及被保護魚類的生存、繁衍特性等，結合抗震、抗風、抗凍等不利因素，深化符合實際情勢、工況的過魚設施研究設計，以期提高當地土著魚類資源保護成效，同時加強具備生態友好效益的新型過魚水輪機組研制。確保各種魚類保護設施在誘魚、輸送環節“站得穩、抓得住、送得快、效果好”。

(3)加快完善過魚設施的運行、維護、投入等制度建設，確保不僅能“抓到魚”，也能讓魚“過得好”。目前大多數河流開發和水電建設存在“多龍”開發局面，如阿克蘇河，上游建設的水庫電站歸塔里木河流域管理局、克州水利局管理，下游還有國電新疆阿克蘇公司、其他民營企業參與引水式電站建設，“多龍”開發不可避免存在利益糾紛問題，更存在誰來保護魚的問題，需要在聯合保護、過魚效果、監測評估上下功夫。

(4)早期建設的山區高壩普遍沒有增殖措施和過魚設施，在建設下游引水式電站時就存在需要電站承擔上游水庫電站原設計缺乏的增殖放流任務，有的還需要補建魚道等設施，這就需要從流域管理層面加以協調。確保“多龍”開發、流域管控，確保河流健康，實現人水和諧。

4 結語

新疆干旱區內陸河水資源調控離不開高壩大庫，流域防洪、供水、發電同樣需要高壩大庫，大型水庫也是新時期國家水網規劃中“綱目結”中的“結”，具有舉足輕重的作用。當前做好新時期高壩大庫建設需要統籌考慮水利工程建設現狀、干支流棲息地保護、大壩過魚設施、增殖放流等綜合措施。基于生態環境保護的高壩大庫建設需要貫徹“生態優先”的原則，主要是加大力度保護魚類賴以生存繁衍的棲息地，采取增殖放流及升魚機過壩等措施實現“魚兒回家”的目標，合理安排誘魚、捕魚、運魚、投魚的時機，全過程實現魚類保護監控全覆蓋、效果有評價，而不是簡單的“一抓了之”。對于普遍關注的“友好型過魚水輪機”、“全自動升魚機”、“自動化增殖放流站”開展技術攻關，實現大壩建設與生境保護的協調一致。