青海湖沙柳河鱼道设计

青海湖沙柳河鱼道设计

0鱼道建设的作用有待加强,有通过河流走廊和渔区建设，消除和缓解水库对河流生态系统保护的影响，是必要措施。鱼道建设在世界上已有200多年的历史,目前有数千个鱼道分布全球综合国内外的鱼道建设与发挥的效应来看,鱼道建设投入了大量资金,鱼道设计进行了多种探索,总体上鱼道建设发挥的作用极为有限。问题在于缺乏基础研究和应用实践的改进,加之鱼道运行维护等措施不到位,鱼道在鱼类资源与河流生态修复方面的作用还缺乏科学证明。水坝对鱼类洄游和河流生态阻隔和损害影响不可回避,补救和修复措施有待加强。因此,鱼道建设需要从理论和实践等方面加以完善,以适应河流生态保护的世界潮流。本文结合青海湖沙柳河的鱼道建设与改进,探讨基于生态修复的鱼道建设理念与方法。1海湖裸鲤青海湖入湖河流特征青海湖是中国最大的内陆半咸水湖泊,面积4300km青海湖裸鲤青海湖在20世纪50年代有入湖河流108条,60-70年代尚有80余条,90年代初减少到40多条,现入湖河流不足10条;青海湖湖面面积也由50年代的4580km2拦河大坝设施影响20世纪70年代环湖地区农业开发,在注入青海湖的沙柳河、泉吉河和哈尔盖河等河流上修建了拦河水坝。拦河坝的修建,阻隔了裸鲤的生殖洄游,减少了裸鲤产卵场面积,降低了新增裸鲤群体数量,对裸鲤后备补充群体造成极大的损害。至新世纪初,青海湖裸鲤资源下降到2.6×10为补救因筑坝截流对裸鲤资源的损害和修复青海湖渔业生态系统,在注入青海湖的河流上修建了过鱼通道。2.1导壁式鱼道建设2006年,在裸鲤溯河产卵的沙柳河、泉吉河、哈尔盖河上分别修建了3座导壁式过鱼通道。导壁式鱼道照搬了通常的设计,鱼道布置在坝体向下沿河道的左侧,鱼道宽5m,长150m,见图1a。鱼道进口在坝下150m处,见图1a和图1b。2.2专家合作设计2008年,青海湖裸鲤救护中心同台湾清华大学生命科学院专家一同进行鱼道设计。在经过实地考察后,参考台湾等地鱼道设计使用的经验,结合青海湖裸鲤生物学特性、沙柳河水坝和河道的情况,在沙柳河设计、制作、安装了简易模块式鱼道。2.2.1小体积、大长度依据裸鲤个体大小、游泳能力、跳跃高度确定设计参数。青海湖裸鲤产卵个体多为120~200g/尾,体长20~24cm。国内通常采用鲤科鱼类克流速度1.2m/s进行设计,按照青海湖裸鲤体长与普通鲤科鱼类的比例,确定沙柳河过鱼通道设计流速为0.5m/s;考虑裸鲤的克流和跃升能力,设计流量为0.1~0.25m鱼道入口在坝下上溯鱼类聚集但水流平缓的区域。2.2.2鱼道导壁式鱼道图1鱼道由18只独立模块(金属箱体)组成,见图2。每个模块长×宽×高为1m×1m×0.6m,材料为8cm×0.8cm的角钢和0.4cm厚的镀锌板加工而成。鱼道内隔板上缘倾斜,最高处距箱顶10cm,最低处距箱顶20cm,隔板最低处与箱体侧面留有一宽20cm竖直向下至底部的槽口;隔板交错安置,使水流在箱体内呈“之”字型运动,并在每个箱体中形成涡流缓冲区供亲鱼小息。按照1/10坡降联接组合而成。鱼道阻水板相互交错,称导壁交互式鱼道;鱼道阻水板相互平行,称为导壁平行式鱼道。2.2.3鱼道进鱼口与出水口设置鱼道架设选择在拦河坝下受阻亲鱼较为集中的区域。鱼道出鱼口(即进水口)下沿直接镶入坝顶下30cm,进鱼口设在拦河坝底受阻亲鱼集中区域,进鱼口处用沙包依次围出落差约10cm的3级水池,每级水池进、出水口相互交错,使水流在水池中亦成“之”字流动,最高一级为鱼道出鱼口处,水深约30~40cm,使进鱼口处部分箱体没入水中保证洄游亲鱼顺利进入。见图3。2.3鱼道建筑布置2010年,刚察县人民政府在沙柳河宽约200m的拦河坝上建成开放式阶梯型鱼道。鱼道设计参数由青海湖裸鲤救护中心依据裸鲤生物学习性提出具体建议,借鉴了简易模块式鱼道的设计参数。鱼道采用开放式阶梯型设计,砼建筑。实现了无阻碍方式的过鱼,坝下已观察不到受阻隔而等待的上溯集群亲鱼。阶梯型鱼道设计采用了简易模块式鱼道的相关参数。设计:每级平台长80m,宽1m,外沿口宽0.3m,相邻两级外沿高差0.15m,外沿与相邻下级内沿高差约0.35m,从而在每级中形成深0.2m水池,供上溯亲鱼歇息和冲刺。见图4、图5。相邻两级平台设计,借鉴了欧美对鲑科鱼类溯河设计跃升高度应小于0.3m,虽然国内鲤科鱼类的跳跃高度可达0.3m以上,考虑到裸鲤游泳与跳跃能力相比较小,以水位差0.15m为宜。3重要的是湖泊鱼道的建设和维护青海湖沙柳河鱼道建设经历了完善的过程,从中我们发现容易忽视的鱼道进鱼口、集鱼、洄游鱼类生物特性和管理维护等问题3.1鱼道进鱼口距坝下距离导壁式鱼道存在的突出问题,一是自坝体沿河道的一侧修建鱼道,所建鱼道仅对河道一侧洄游亲鱼有效果;二是洄游亲鱼大量积聚坝下,而鱼道进鱼口距坝下150m处,且进鱼口不在洄游的主要通道上,亲鱼难以找到鱼道入口;三是沙柳河鱼道进鱼口外沉积有一些沙砾石,形成了阻碍。2008年建设的简易模块式鱼道,直接架设在坝下的鱼类洄游聚积区域,并在坝下的鱼道入口处设计了导鱼设施,效果明显。可以看出,集鱼是鱼道发挥效益的不可忽视的环节,应当作为鱼道设计的组成部分,充分考虑洄游鱼类的通路和鱼类如何进入鱼道。3.2简易模块鱼道设计参考国内外洄游鱼类参数,并依据测定裸鲤长度等生物学数值,分析裸鲤越高能力和克流能力,确定按15cm作为越高设计,最大越高20cm,并设置鱼池作为上溯缓冲休息。简易模块鱼道的测定结果,裸鲤上溯高峰时段,每分钟通过鱼道上溯裸鲤亲鱼37~39尾。因此,鱼道设计要具体分析洄游鱼类,鱼类个体大小和游泳与跃升能力差异很大3.3导壁式鱼道破坏青海湖鱼道建设经过导壁式鱼道、简易模块鱼道、阶梯型鱼道的过程,鱼道设计不断完善,过鱼效果越来越好。2006年建设的导壁式鱼道受洪水冲刷,鱼道出水口(即进鱼口)处以上约有1/3鱼道被毁坏,并在鱼道毁坏部分已经形成泥沙沉淀堆积,鱼道出水口处形成了一道沙梁将之与主河道隔离,已无正常水流,鱼道功能丧失。回顾历史,洋塘鱼道发生了同样的问题,受泥沙淤积、设施毁损、缺乏运行维护等停止了运行3.4阶梯型鱼道建设对裸鲤生物多样性及观赏的影响2006年建设的导壁式鱼道,简单套用了其他工程的鱼道设计,忽略了裸鲤洄游习性;2008年建设的简易模块鱼道和2010年建设的阶梯型鱼道,设计时注意采纳生物学家和裸鲤保护工作者的建议,对于裸鲤的生物特征及洄游习性进行了分析研究,使鱼道设计能够满足裸鲤的溯河洄游要求。应该说,鱼道设计和建设的成功,体现了工程设计和生物学家等多方面良好结合。目前,过鱼设施分为为溯河鱼类洄游设计的上行鱼道、为降河鱼类洄游设计的下行鱼道4通过生态恢复建设和鱼类种群维护综合国内外鱼道设计、建设和运行的情况,基于生态修复的鱼道设计理念、建设与维护有待改进。4.1水生生物价值的布局设计的目标是明确的青海湖是一个鱼鸟共生的生态系统,有近20万只鸟类在此栖息、繁衍,这些鸟类主要以青海湖裸鲤为食,每年食用裸鲤在3.5×104.2鱼类群落的环境敏感和群落鱼类具有独特的生命繁衍规律,洄游鱼类在生命周期中的繁殖、生长和性成熟的不同阶段,需要有不同的水域环境,洄游路径成为完成生命过程的关键环节。鱼类是生命体,对其生活的水域环境敏感。鱼类对水域环境的反应等行为方式等鱼类行为尚不为人类所了解,这些基础研究的缺乏,往往导致鱼道设计的失败。近年来,仿生态鱼道越来越受到重视和广泛应用,且在高坝的过鱼道建设上得到采用。著名的伊泰普水电站(ItaipuBinacional,ItaipuDam),位于世界第五大河流巴拉那河上,是当时世界第二大水电站,修建了全球最高和最长的鱼道,实际爬升高度约120m,全长达10km,其中自然鱼道6km,人工修建鱼道4km,这条鱼道每年帮助40余种鱼洄游产卵。其他,如玛代拉河4.3系统的跟踪和管护是鱼道发展的关键国内外的不少案例证明,鱼道本身设计和建设的完成,并不能取得设想的过鱼效果,鱼道进口和集鱼区往往成为制约鱼道发挥作用的关键因素,因此,需要将鱼类进入和游出鱼道纳入鱼道设计进行系统安排。而且,鱼道设计和建设往往依赖过去的经验,鱼道的硬件条件往往难以满足鱼类洄游的具体需求,这就需要设计者和建设者在鱼道运行过程中加以系统跟踪监测、调整和改进。系统的管护也是鱼道发挥作用不可或缺的因素,鱼类洄游集群往往容易受到伤害,需要在集鱼区采取更加严格的保护管理措施。基于河流水电建设的梯级开发,新建大坝鱼道作用的发挥与已建大坝的阻隔密切相关,对于以往未建过鱼道的大坝,应当采取“以新带旧”的方式,依托新建大坝工程,对于已有大坝加建过鱼道,促进实现河流生态系统的通畅。5青海湖鱼道建设与维护青海湖沙柳河鱼道建设经历了3次改进。第1次建设的导壁式鱼道的问题,一是布置在河流一侧,只能发挥部分过鱼作用;二是洄游亲鱼积聚坝下,而鱼道进鱼口距坝下150m处,亲鱼难以找到鱼道入口;三是缺乏管护的鱼道进鱼口外沉积沙砾石形成了阻碍。第2次建设的简易模块式鱼道,由鱼类保护专家参与鱼道设计,一是分析裸鲤越高能力和克流能力,确定沙柳河过鱼通道设计流速为0.5m/s,设计流量为0.1~0.25m吴晓春,史建全.基于生态修复的青海湖沙柳河鱼道建设与维护[J].农业工程学报,2014,30(22):130-136.WuXiaochun,ShiJianquan.ConstructionandmanagementoffishpassageonShaliuRiveradjacenttoQinghaiLakebasedoneco