JC水电站鱼道工程鱼类资源监测效果研究
作者： 王忠伟 周畅
摘 要：西藏高原鱼类资源物种丰富，但当地此前修建的水电站大多未有鱼道等过鱼设施，水电站的建设对当地的鱼类生态造成了破坏。为了缓解水电站对当地鱼类的阻隔，加查水电站（JC水电站）修建了竖缝式鱼道供流域内鱼类洄游、生殖、繁衍。为进一步了解该鱼道项目的实际过鱼效果，研究对JC水电站坝上、坝下鱼类资源及水体资源进行了监测和统计，总结了坝上、坝下的鱼种组成及鱼类特征，同时结合鱼道内部流动特性对JC水电站鱼道的过鱼效果进行了全面分析，并提出了鱼道的优化策略。经过优化后的鱼道更有利于过鱼控制和过鱼效果监测。
关键词：鱼类资源；过鱼设施；竖缝式鱼道；水体资源；JC鱼道
中图分类号：S956.3 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）13-129-3
DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.13.029
0 引言
在雅鲁藏布江土著鱼类中，资源价值利用较高的土著鱼类种群数量有下降趋势，但绝大部分土著鱼类种群仍处于原始的动态平衡状态［1］。为减少水电站建设的大坝蓄水池对河道内鱼类生存环境的影响，部分水电站建设了生态鱼道。常毅等［2］对比了苏洼龙水电站不同类型的鱼道建设方案，发现苏洼龙水电站鱼道对鱼类基因交流和洄游起到了一定的作用，但由于鱼道过长且比较狭窄，效果并不理想。陈静等［3］对藏木生态鱼道的设计及建设投运等进行了资料整理及调查，发现藏木生态鱼道很好地解决了鱼类洄游的问题，以及种群之间的基因交流阻隔，且过鱼效果较好。何伟等［4］对夹岩工程区域内过鱼目标、鱼类洄游能力、主要过鱼季节、过鱼数量等进行了分析，发现鱼道建设可以缓解种群之间的基因交流阻隔，有效改善了河流之间的连通性，对保护鱼类种群多样性具有重要意义。研究以位于雅鲁藏布江干流中游桑日至JC峡谷段的JC水电站为例，对坝上、坝下鱼类资源及水体资源进行监测和统计，总结了坝上、坝下的鱼种组成及鱼类特征，结合JC水电站鱼道的内部流动特性，分析了JC鱼道的过鱼效果，并提出了鱼道的优化方案。
1 材料与方法
1.1 JC水电站鱼道概况
JC水电站的鱼道设置了进口和出口2个观测研究室，并在进口观测研究室旁增设了鱼道旁通池室，以便在鱼道过鱼效果不佳时启用。鱼道进口观测研究室承担了统计鱼类数量、观察研究和参观游览的任务［5］。进口观测室旁设计的旁通池室既可以作为鱼道休息池，也可以作为后续捕捞过坝的集鱼池。鱼道出口观测研究室位于19号坝段下游，承担了统计成功过鱼数量和观察研究的任务。鱼道过鱼监测设备安装在JC水电站进厂公路鱼道观察室内，主要对鱼类迁移洄游等行为习性进行监测。
1.2 鱼类资源监测方法
鱼类资源监测采样通过人工捕捞、水下视频监测、生物学示踪剂追踪等方法，对JC水道进行了近3 a的鱼类资源调查。在调查过程中，对大部分鱼类进行了现场拍照鉴定，并进行了分类汇总。对于无法直接辨别的鱼种，利用化学方式进行储存，后续通过查阅鱼类志等方法进行鉴定确认。
1.3 数据分析方法
捕获的鱼类样本经过分类鉴定后，通过计算Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数评估雅鲁藏布江鱼类资源的多样性和稳定性［6］。相关计算公式见式（1）至式（3）。
[H=-（pi*lnpi）] （1）
[D=1-（p2i）] （2）
[E=H'/Hmax] （3）
式中：H为Shannon-Wiener多样性指数，Hmax为最大的物种多样性指数，H'为实际观察的物种多样性指数，pi为第i个物种在样方中的相对丰度，D为Simpson多样性指数，E为Pielou均匀度指数。
1.4 鱼道池室内水流特性监测方法
研究采用小型剖面流速仪（StreamPro ADCP）配合旋桨流速仪及计算机采集分析系统进行全面监测。在鱼道池室内按左右走航式进行逐点测量，每个测点自水面起按不同深度分层测量，每隔0.07～0.11 m测量1次。研究全面测取了典型池室内三维水流的流速、流向特征，以验证鱼类上溯洄游的可能性及其环境特性。
2 结果与讨论
2.1 JC水电站鱼道鱼类检测结果
2021年3月至2023年6月，共监测到鱼类9种，分别为异齿裂腹鱼、拉萨裂腹鱼、巨须裂腹鱼、拉萨裸裂尻鱼、拟硬刺高原鳅、鲤、鲫、镜鲤、鲇。监测记录过鱼数量49 385尾次。其中，异齿裂腹鱼数量占渔获物总数的67.12%，巨须裂腹鱼数量占渔获物总数的13.70%，拉萨裂腹鱼数量占渔获物总数的4.80%，拉萨裸裂尻鱼数量占渔获物总数的3.42%，拟硬刺高原鳅占渔获物总数的0.34%，外来物种如鲤、鲫、鲇、镜鲤共占渔获物总数的10.62%。
2.2 JC鱼道内部流场特性
试验选取了鱼道观察室段、圆弧形回转段、典型顺直段、连续转折段、过坝段、坝前段等18个典型区间、75个池室结构进行池室内流场特性监测，并选取了具有代表性的观察室段、休息室段2个区间进行了池室内水流流速特性分析。
2.2.1 鱼道过坝段及1#观察室段池室内水流特性
2.2.1.1 水深分布
池室段水深变化范围为1.62～2.34 m，上游3个池室水较深（约2.00 m），下游最后一个池室下游段水深减小（约1.60 m）。
2.2.1.2 流速分布
池室段垂向平均流速变化范围为0～0.62 m/s，最大流速区域位于隔板竖缝附近区域。池室主要水流方向为从上游隔板竖缝处流向下游隔板竖缝处，水流呈“S”形，靠近边壁区域流向呈螺旋状，流速较小。
池室段平均流速为0.23 m/s，最大流速为1.3 m/s，位于0.23 m水深的隔板竖缝处。该池室段流速分布满足鱼道竖缝设计流速要求，存在上下贯通的鱼类上溯通道，满足鱼类上溯洄游需求。
2.2.2 坝下#1休息池段池室内水流特性
2.2.2.1 水深分布
该池室段从上游到下游水深逐渐增大，上游#1池室水深约为1.60 m，下游#5池室水深约1.80 m。
2.2.2.2 流速分布
该池室段垂向平均流速变化范围为0～0.48 m/s，最大流速位于隔板竖缝附近区域。池室主要水流方向为从上游隔板竖缝处流向下游隔板竖缝处，水流呈“S”形，靠近边壁区域流向呈螺旋状，流速较小。休息池内流速接近0，可为上溯鱼类提供休息场所。
研究选取了4个水深分别为0.22 m、0.50 m、0.71 m、0.99 m的监测点，发现随着水深的增加，该池室内水流流速逐渐减小，池段平均流速为0.13 m/s，最大流速为1.23 m/s，流速均小于设计流速（1.3 m/s）。因此，该池室段满足鱼类上溯洄游需求。
2.3 鱼道过鱼监测
2021年3月1日鱼道首次运行以来，持续监测其过鱼情况，截至2023年6月30日，经3个过鱼周期，JC鱼道出口段观测室共监测到过鱼数量超过27.5万尾次，日均过鱼758尾次，具体数据见表1。鱼道过鱼期监测过鱼种类见表2。监测到最大的过鱼个体体长超过480 mm，最小个体体长约50 mm（幼鱼）。从鱼道过鱼效果来看，JC水电站鱼道有效地发挥了其作为鱼类迁移、洄游通道的功能。
2.4 鱼道功能提升和优化
鱼道进、出口启闭机房内设置高程水位测试仪，以满足相应洪水位的校核，进、出口闸门均采用液压启闭机，可以更精确地远程控制水位和流量，满足各种工况下的联合运行。
配置鱼道监测设施，如1#至4#进口诱鱼防水LED灯、暗涵段和过坝段灯带、鱼道监测计数系统、水下摄像系统、机械与动力捕捞设备、水质在线监测系统、流速在线监测系统、鱼道在线监测集成平台等，实现远程监控信息化。
3 结论和展望
3.1 结论
鱼道内鱼类主要种类为异齿裂腹鱼、拉萨裂腹鱼和巨须裂腹鱼，与坝下鱼类主要种类组成基本一致。进入鱼道中的鱼类个体之间体长、体重均存在差异，表明鱼道能满足不同规格鱼类的上溯洄游需求。
鱼道各处过鱼缝最大流速大多小于竖缝设计的流速（1.3 m/s），垂线流速分布显示过鱼缝均存在小流速过鱼空间，所以JC鱼道池室结构满足鱼类上溯洄游需求。
优化后的鱼道实现了远程控制和远程监测，方便对过鱼情况进行全方位、全时段监测。
3.2 展望
小型剖面流速仪在特定环境（如低流速、浅水域）下，测量精度可能会受到一定影响，对于水流中的微小变化和紊乱流态的捕捉可能不够精细。对于高流速或紊动较大的区域，旋桨流速仪的测量结果可能会产生波动，影响数据的准确性。可结合使用不同类型的流速仪（如激光流速仪等），以提高测量的准确性和稳定性。
计算机采集分析系统在处理大量数据时，系统的稳定性和处理速度可能会受到影响，可采用自动化数据采集系统，以减少数据采集的出错率。
参考文献：
［1］李洪池，龚君华.雅鲁藏布江土著鱼类种类组成及区系资源分布特征研究［J］.西藏农业科技，2023，45（3）：63-69.
［2］常毅，谭奇林，张轶超，等.苏洼龙水电站过鱼设施方案比选初步研究［J］.水力发电，2016，42（7）：8-11.
［3］陈静，郎建，周小波，等.雅鲁藏布江藏木水电站鱼道工程设计与研究［J］.水电站设计，2017，33（1）：52-58.
［4］何伟，石远航，谭龙英.夹岩水利枢纽工程过鱼设施研究［J］.水利水电快报，2020，41（9）：97-101.
［5］曾海钊，周小波，陈子海.藏木水电站鱼道设计［J］.水电站设计，2017，33（1）：68-71.
［6］庞景豪，梁燊，刘亚斌，等.恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响［J］.水土保持通报，2023，43（4）：110-120.
作者简介：王忠伟（1990—），男，硕士，工程师，研究方向：农业机械技术及智能装备。