日本阶梯型鱼道模型放鱼(香鱼)试验 日本渔业工程研究和建设系列报道(一)

一、序在以治水或兴利为目的修建水工建筑物中,为保护水产资源,必须同时设置各种渔业工程。例如:为防止鱼类迷入坝和堰的取水口而建的拦鱼工程,为鱼类能够洄游而建的鱼道,或者为鱼类提供避难场而设置的鱼巢等。日本在东北部北海道设置的鱼道,大多数以通过鲑、鳟为主,而其他地区设置的鱼道大多以通过香鱼(Ayu,Japanese tzout,Plecoglssusaltivelis)为主.由于日本的鱼道设计以欧美的理论为模式,因而无论哪种鱼道,都不能充分地发挥作用。     

我国过鱼设施现状分析及鱼道适宜性管理的关键问题

水电开发对于洄游性鱼类产生的负面影响最为直接,阻碍了其繁殖、索饵以及越冬等生命行为。在调查的25个水电项目中,有17个采取了鱼类保护措施,其中采取增殖放流措施的占82.4%,仅有1个项目修建了鱼道。介绍了“莱茵河-2000计划”和哥伦比亚河鱼道建设及运行效果。鱼道不单纯是洄游性鱼类的通道,更是实现大坝上下游物质与能量循环的生态廊道。国内开展鱼道适应性管理的关键问题是：建立鱼道长效运行与保障机制,对鱼道过鱼进行长效监测以及研究鱼道过鱼效果评价方法。     

关于葛洲坝工程不必附建过鱼设施的意见

葛洲坝水利枢纽是在长江干流上兴建的第一个大坝工程。这个坝在湖北省宜昌市附近江面上拦断了滚滚江水,那里的部分鱼类将不能象原来那样上下游动。这一情况是否影响长江的整个鱼类资源?哪些鱼类可能受到影响?影响程度怎样?是否要给某种鱼类设置鱼道，即“过鱼设施”?有鱼道是否就能过鱼?除了鱼道外，还有没有其他保护鱼类资源的措施和方法?这一系列问题，引起了人们的极大关注。     

圆型台阶螺旋式鱼道

<正> 日本大手士建会社设计建造圆筒形台阶螺旋式鱼道。该鱼道为鲑、鳟鱼等溯河性鱼类溯河通过堤坝时的通道。外形呈圆柱状。直径为6.5米,每层高度为3米,圆六等分设六级台阶,一级比一级高。鱼道的每级每层可在工厂里造好,运到工地后组装。日本     

不同位置和朝向的鱼道进口诱鱼效果

为了探明不同进口朝向的布置方式和进口位置对诱鱼效果的影响，本研究通过建立鱼道进口概化模型，设计3种环境流速工况，以马口鱼为实验对象，针对不同朝向和不同位置鱼道进口分别进行放鱼实验。结果显示，在同一鱼道进口位置时，垂直于河道水流方向上的鱼道进口其诱鱼效果明显优于顺河道水流方向的鱼道进口；当开启与电站不同相对位置不同的进口时，其诱鱼效果受河道水流速度和进口位置的影响较为显著；在所设计实验工况中，环境流速为0.3 m/s时，鱼道进口诱鱼效果最好。研究结果将对水利工程中鱼道进口布置具有重要的参考意义并指导工程实践。     

鱼类克服流速能力的试验

为了解鱼类克服流速的能力，确定鱼道过鱼孔口流速，对鲤、鲫、鲢、草鱼、梭鱼、团头鲂、鲌、乌鳢、鲶等鱼进行试验。各种鱼类的感应流速多在0．2米／秒左右，适应流速是0.3米/秒，到0．8米，秒之间，极限流速的差别较大。以适应流速的上限值作为确定鱼道过鱼孔口的选定值是适宜的。试验结果还表明，鱼类克服流速能力，受其体型、体长、水温和所处环境条件等影响。从本试验结果及已建鱼道的观察资料分析，不同鱼类各体长组所能克服流速值的增长率是有差异的．选用时可按经验公式：V=(1．19—1．66)L1/2，进行推算。     

中华鲟和白鲟活化石

最近,因为葛洲坝水利枢纽建设中的鱼道问题,引起了各界人们的强烈反应。一坝腰斩大江,不仅关系到被世界誉为“中国鲤鱼”的四大家鱼的前途,而且对举世稀珍的两种鱼类——中华鲟和白鲟,也产生了存亡问题。     

一种鱼道进口诱鱼结构装置的试验研究

常规鱼道的研究和设计大多侧重于其内部结构和水流条件等方面,对鱼道进口位置布置及结构优化的研究相对较少,往往存在鱼类发现并进入鱼道较为困难的情况。通过建立鱼道进口设计的生态水力学指标,提出了某项目集诱鱼进口所需要满足的流速范围为0.47～1.30 m/s,将鱼类游泳能力与鱼道进口流态指标相结合,用标准三维κ-ε模型数值模拟的方式,对以往鱼道进口位置的选择原则进行了验证,提出了一种可控流量、流速的新型诱鱼补水装置,对鱼道进口结构进行优化。该诱鱼补水装置利用局部水流落差,上游发电下泄水流进行诱鱼补水,避免采用自库区压力管道引水而产生的消能问题,降低了鱼道运行的成本;同时降低机组满发或发电流量较高时河段内的流速,可达到灵活调控诱鱼水流进而诱导鱼类进入鱼道完成洄游的效果,最终完成鱼道进口的优化,提高过鱼效果。     

与鱼道设计相关的鱼类游泳行为研究

在鱼类生境遭受破坏，渔业资源日益减少的今天，修建鱼道等过鱼设施已成为减缓水利工程建设所致不利影响的重要举措。纵观世界各国，早期的鱼道建设往往因为缺乏对鱼类的了解而最终成为摆设。我国的鱼道建设起步晚，其再度兴起需要更可靠的生物学信息。鱼类的游泳能力及行为关系着鱼道设计的各个方面，决定着设计的成败。文章针对鱼道设计，综述了国内外几十年来鱼类游泳行为的研究成果。鱼类的游泳速度可分为三类，即持续游泳速度，耐久游泳速度和突进游泳速度，其中与鱼道设计密切相关的是后两者。影响鱼类游泳速度的因素既有生物个体因素也有环境因素，主要包括摆尾频率、体长、疲劳时间、温度及耗氧量等。文章最后简述了鱼类行为学在鱼道设计中的应用。我国针对过鱼设施建设的鱼类行为学研究极少，总结国外的研究方法和经验成果可为我国的过鱼设施建设提供生物学基础，促进该领域的发展。     

异侧布置竖缝式鱼道紊流结构试验研究

鱼道是辅助鱼类克服障碍物,实现产卵洄游、索饵洄游和越冬洄游的通道。全球目前已建鱼道中,鱼类能够溯游通过的鱼道尚不足50%,大多数鱼道的水力设计仅考虑平均流速,忽略了鱼道内的紊流结构,探究鱼道的水力特性尤其是紊流结构,对改进其设计具有重要的指导意义。通过在大比尺水槽模型中试验研究异侧布置竖缝式鱼道的紊流结构,利用声学多普勒测速仪(ADV)实测竖缝式水池内每一点的三维瞬时流速,剖析流场的三维时均流速分布、流动特征、旋涡特性、纵向和横向紊动强度分布、不同水平面的雷诺应力分布等,考虑了两种典型流量(Q1=20.62 L/s,Q2=30.75 L/s)和3个特征水平面(h/3,h/2和2h/3),提出了三维流速分布的半理论半经验公式、流场矢量图及各点的旋度,并与自由壁面射流进行比较。结果表明,异侧布置竖缝式鱼道前半池内纵向流速具有壁面射流的特征,后半池由于受下游隔板的阻挡则偏离壁面射流规律;水池内存在顺时针方向的水平旋涡,其旋度随流量的增大而增强;前半池壁面射流区的紊动强度存在峰值区,后半池的紊动强度峰值区由水槽左侧移至右侧;壁面射流区的雷诺应力变幅较大,而在旋涡区则较小,有利于洄游鱼类在鱼道上溯和歇息。