鱼道 设计、尺寸及监测PDF电子书下载

1．前言 1

2．生态学原理 2

2.1 流水生态系统 2

2.1.1 地质与气候 2

2.1.2 水速 2

2.1.3 切应力和底质分布 4

2.1.4 温度 5

2.1.5 氧 5

2.2 河流连续统一体 6

2.3 流水的生物分区 6

2.4 潜在的自然种类组成 12

2.5 水生生物的洄游行为 13

2.6 坝堰引起的对水生动物区系的危害 16

3．鱼道的一般要求 19

3.1 鱼道的最佳位置 20

3.2 鱼道入口和吸引流 22

3.3 鱼道出口和出口位置 24

3.4 鱼道中的流量和水流状况 25

3.5 长度、坡度、休息池 25

3.6 鱼道底部设计 27

3.7 运行时间 27

3.8 维修 27

3.9 避免干扰和保护鱼道的措施 28

3.10 融入周围的景观 28

4．贴近自然型鱼道 29

4.1 底斜坡和底微斜坡 29

4.1.1 原理 29

4.1.2 设计与尺寸 30

4.1.3 跌水的重新造型 32

4.1.4 可调节堰改造成分散式或阶流式斜坡 33

4.1.5 综合评价 33

4.1.6 实例 34

4.2 旁路水道 38

4.2.1 原理 38

4.2.2 设计与尺寸 38

4.2.3 综合评价 42

4.2.4 实例 43

4.3 鱼坡 46

4.3.1 原理 46

4.3.2 设计和尺寸 46

4.3.3 特例 48

4.3.4 综合评价 50

4.3.5 实例 51

4.4 水力设计 57

4.4.1 流量公式 57

4.4.2 抗扰动蛮石的流阻 57

4.4.3 蛮石槛的设计计算 60

4.4.4 底斜坡和底微斜坡上的临界流量 65

4.4.5 试运行 65

5．技术性鱼道 66

5.1 水池式鱼道 66

5.1.1 原理 66

5.1.2 设计与尺寸 67

5.1.3 水力设计 70

5.1.4 总体评价 72

5.1.5 实例 73

5.2 狭槽鱼道 75

5.2.1 原理 75

5.2.2 设计与尺寸 75

5.2.3 水力计算 77

5.2.4 总体评价 82

5.2.5 实例 83

5.3 丹尼尔鱼道 84

5.3.1 原理 84

5.3.2 设计与尺寸 86

5.3.3 水力计算 87

5.3.4 总体评价 90

5.3.5 实例 91

5.4 鳗鲡梯 93

5.4.1 鳗鲡洄游的特点 93

5.4.2 设计 93

5.4.3 总体评价 94

5.5 鱼闸 94

5.5.1 原理 95

5.5.2 设计 95

5.5.3 总体评价 95

5.5.4 实例 96

5.6 升鱼机 98

5.6.1 原理 98

5.6.2 结构 98

5.6.3 总体评价 98

5.6.4 实例 99

6．鱼道的监测 100

6.1 监测的目的 100

6.2 方法 100

6.2.1 张网法 101

6.2.2 堵截法 101

6.2.3 标志 102

6.2.4 电捕 102

6.2.5 自动计数设备 102

6.3 效果评价 103

7．法律要求 104

7.1 新设施 104

7.2 现有设施 104

8．参考文献 105

9．符号表 109

10．专业术语解释 112

附录：最常用鱼道构造类型概况 114

图2.1 各种体型的鱼对不同流速的适应（依Schua，1970） 2

图2.2 四节蜉蝣属（Baelis）的蜉蝣幼体的体态（依Schua.1970） 2

图2.3 不同流量条件下河流流动特征的改变 3

图2.4 视流速而定的底质分布 4

图2.5 河流连续统一体概念：流水生物群落结构和功能特征的改变是河流宽度的一个函数 6

图2.6 富尔达河的鳟区（黑森州） 8

图2.7 伊尔茨河的茴鱼区（巴伐利亚州） 8

图2.8 拉恩河的鲃区（黑森州） 8

图2.9 奥得河的欧鳊区（勃兰登堡） 8

图2.10 坡度、河宽和决定河流指示鱼区分区间关系的图示（修改自HUET，1959）。典型核心区用灰色表示，灰色区域间的区段是过渡区，然而，这些过渡在河流中是逐渐发生的 12

图2.11 多林河鱼道中石蚕蛾（Anabolia nervosa）的幼体（勃兰登堡） 13

图2.12 杜父鱼（Cottus gobio） 14

图2.13 软口鱼（Chondrostoma nasus） 14

图2.14 鲑（Salmo salar） 14

图2.15 多瑙哲罗鱼（Hacho hucho） 14

图2.16 降海性产卵洄游鱼类的生活史：以鳗鲡（Anguilla anguilla）为例 15

图2.17 溯河性产卵洄游鱼类的生活史：以鲑（Salmon salar）为例 15

图3.1 本图所示的跌水，即使不很高，也对小鱼的洄游是一个不可逾越的障碍。位于加尔德莱根的劳格溪（萨克森-安哈尔特） 19

图3.2 具冲刷邻近溪底的射流涵洞是水生生物洄游不可逾越的障碍。位于斯托贝尔的普里奇哈格内尔磨坊（勃兰登堡） 19

图3.3 摩泽尔河（莱茵兰-法尔茨）上尼夫坝的鸟瞰图，显示与坝的总体大小相比鱼道的大小（白箭头）。 21

图3.4 有底切岸和弓弧沙坝岸的河流中流态示意图。在或沿干流游泳的鱼将沿底切岸侧到达堰。因此，鱼道应尽可能靠近鱼遇见障碍物的位置（依Jens修改，1982） 21

图3.5 a）旁路水道的最佳位置和b）技术性鱼道的最佳位置：溯河洄游的鱼被干流引导，向上游到正好在坝下的下游水中最湍流的区域或涡轮机出口。在岸附近鱼寻找到一条继续溯河运动的路。最重要的是，必须保证鱼能通过消力池的底槛（依拉瑞尼尔修改，1992） 21

图3.6 溯河运动的鱼在堰和岸的狭窄夹角中聚集，这是建造鱼道的最适宜位置（依拉瑞尼尔，1992d） 22

图3.7 通过建造两条鱼道（即一条正好在水电厂旁，另一条在堰旁），确保旁路水电站附近的纵向连通性 22

图3.8 通过旁路将额外流量送入鱼道第一水池下游的前室，以增加鱼入口处的吸引流 22

图3.9 连接鱼道入口和河底的水下填石坡 23

图3.10 美国一座有集水道的水电站示意图（依拉瑞尼尔，1992d） 24

图3.11 集水道的横截面（依拉瑞尼尔，1992） 24

图3.12 在蓄水侧面，几个不同标高的入水口保证鱼甚至在上游水位变动（较低的）时能离开鱼道 25

图3.13 具休息池的技术性鱼道，以弯曲 26

图3.14 狭槽鱼道中的粗糙底质，下施普雷瓦尔德地区的下普赫尔河堰（勃兰登堡） 27

图4.1 三类外观自然的鱼道 29

图4.2 一个特征贴近自然，坡度富于变化的河段，为外观自然底槛的设计提供了一个模式。这种河段的特征是，坡度不规则，通常被分成阶梯。蛮石槛上的低跌水后是鱼找到隐蔽处并能存活数个低水期的水池 29

图4.3 底斜坡和底微斜坡的构造（据（GeblerR修改，1991） 30

图4.4 底微斜坡为填石构造（据Gebler修改，1990） 31

图4.5 蛮石块构造式的槛（平面图） 31

图4.6 曲面底斜坡平面图（依Schauberger，1975） 32

图4.7 人工跌水改建成底凹凸不平的微斜坡 33

图4.8 可调节堰改建成保护槛 33

图4.9 大魏尔／洛伊萨赫底斜坡（下游视图）。较浅边缘区中降低了的流速和流态的多样分化，提供底栖动物区系和鱼类种类中的弱游泳者皆能够通过斜坡的可能性，以致不需要其他改善设施（即单独的鱼道） 34

图4.10 改建前的木板隔墙——水生动物不可逾越的一个障碍 35

图4.11 改建后的比绍夫斯韦达保护槛 35

图4.12 芒法尔河中一个底阶的纵截面，蛮石块构造（示意图） 36

图4.13 芒法尔河中的底阶。本例中所采用的岩槛造产生可观的结构多样性。为了恢复洄游，应认为，改造河底中宽度与整个河宽相同的跌水是最佳解决办法，胜过任何单独的鱼梯 36

图4.14 显示米伦哈根／戈尔德巴赫底斜坡位置的平面图 37

图4.1 5米伦哈根／戈尔德巴赫底斜坡 37

图4.16 旁路水道。绕坝的旁路：普通结构实例 38

图4.17 旁路水道使得采用贴近自然的构造及与水道所在地点很好地融合成为可能。本例中，水道的线形是依原有植被而定的。拉普瑙磨坊（勃兰登堡） 39

图4.18 加固旁路水道的底和两岸的例子 39

图4.19 放置了抗扰动蛮石的旁路水道 40

图4.20 中断旁路水道的蛮石槛 41

图4.21 拦水坝（竣工前不久）中旁路水道进水口处的控制装置。这一构造限制流入量，且在发生洪水时或对水道进行维修时可关闭。开口必须向下一直延伸到底部，且不中断底质的连续性。位于金绍（巴伐利亚州）的莱希坝 42

图4.22 瓦勒尔庄园（下萨克森州）附近的瓦勒尔贝凯溪中的旁路水道 43

图4.23 塞弗特氏磨房坝位置示意图。虽然以前的磨房坝不再用来发电，但磨房塘作为调节池及为了保护已兴盛的湿地群落生境必须予以保留，在磨房坝附近修建了一条长120m、运送总流量达平均高水流量的旁路水道。总高度差为3.3m意味着，水道底必须用蛮石槛分段加固。其他区段显示零坡度，没有加固。自然改变能形成水池、陡岸和淤积 44

图4.24 塞弗特氏磨房旁的旁路水道。蛮石槛的加固段和未加固段交替产生高度可变的流动状态。可让零坡度区听任其自然改变。照片前景显示倾斜岸切割，但这并未危害蛮石槛的设置 44

图4.25 金绍旁路水道位置示意图 45

图4.26 主堰下旁路水道与老河床连接。为了便于操作，使老河床的最低流量为20m3/s。照片显示莱希坝旁路水道在金绍的上游段。这一区段施工坡度平缓，不加固水道横截面即可获得波状结构。在下游段克服最大高度差，下游段的构造呈阶流式，坡度为I＝1:20～1:30。流量由旁路水道的入口构造控制，该入口构造床具有保护旁路水道免于洪患之功能，主电站旁若再加设一鱼道则可大大改善这个堰附近的环境 45

图4.27 鱼坡在坝旁的定位 46

图4.28 本例中，鱼坡取代了左手堰槽，总流量达到平均流量，是通过鱼坡传送的，该鱼坡设计采用了抗扰动蛮石偏置的、粗糙水道形式。坡体是一个填石构造。石头砌的矮墙将鱼坡与无障碍堰区分开。克雷韦林堰，多林溪（勃兰登堡） 46

图4.29 鱼坡在旁路电站主堰附近的位置。正常情况下，最低总流量通过鱼坡传送。水仅在流量较高时才溢出堰。齐格河（北莱茵-威斯特法伦州）上的艾托夫鱼坡 46

图4.30 水池式粗糙水道型通道（平面图） 48

图4.31 水池式凹凸不平水道型鱼道（水道的横截面与纵截面） 49

图4.32 桩道（纵截面示意图） 50

图4.33 埃尔茨河上的埃塞尔斯布吕克鱼坡（下游水视图）。该斜坡坡度平缓，和谐地融入堤及现有堰构造 51

图4.34 达腾费尔德／齐格河鱼坡（有鱼坡的底槛全视图） 52

图4.35 下游水视图 52

图4.36 德尔门霍斯特鱼坡。竣工前不久上游水端视图。坡度平缓的鱼坡覆盖以一层不间断的砾石和石头的衬底层。对于建在堰的上游水区、出口（鱼的入口）直接邻接堰的鱼坡，避免形成死角。这类表面粗糙、坡度平缓的鱼坡，整个河流的动物区系都可毫无限制地通过 53

图4.37 鸟英根／菲尔斯水池式粗糙水道型通道，下游水端视图 54

图4.38 放置蛮石块 55

图4.39 布局与坡结构 55

图4.40 斯皮坡伦堡堰；施工中的鱼坡 56

图4.41 斯皮伦堡堰；竣工后的鱼坡 56

图4.42 具抗扰动蛮石的旁路水道 58

图4.43 计算实例说明示意图 59

图4.44 具蛮石槛的旁路水道和斜坡的水力设计计算 60

图4.45 莱希河金绍坝附近的鱼溪。其陡坡被用蛮石制做的横槛中断。槛间盆状构造的底未加固，经过冲刷能形成水池 62

图4.46 淹没流衰减系数 62

图4.47 绕过蛮石的水流 63

图4.48 计算实例示意图 63

图4.49 艾托夫温克尔米勒鱼坡的试运行，不可能精确设计计算这类不规则蛮石槛。因此，蛮石的最佳排列在这里最初是借助于沙袋。在这次试验后，蛮石才被固定。必须认为这类试运行是施工过程的一个必不可少的部分，因而在设计阶段其成本就已被考虑 65

图5.1 传统水池式鱼道（纵载面与水池结构）（依Jens修改并补充，1982） 66

图5.2 水池式鱼道（平面图）（依Larinier修改并补充，1992a） 66

图5.3 在贝尔讷河（下萨克森州）胡德磨坊坝附近用砖建造的、具交错水池的水池式鱼道。该建筑物与过去磨坊总画面非常相配 67

图5.4 水池式鱼道的纵截面（示意图） 68

图5.5 水池式鱼道术语 68

图5.6 长菱形鱼道隔墙的结构（依JENS，1992） 69

图5.7 长菱形鱼道实例（摩译尔河上的莱赫芒堰，下游水视图） 69

图5.8 易北河上盖斯特哈赫特坝旁弓形鱼道的水池结构与尺寸（单位用m或cm）（依HENSEN和SCHIEMEMZ，1960）。另一个弓形鱼道可在上阿勒尔河上的吉夫霍恩中找到。该弓形鱼道小，宽0.75m，仅有一个25cm×25cm的中心潜流孔口 70

图5.9 水池的横截面 71

图5.10 水池式鱼道的纵截面（伴有计算实例的示意图） 72

图5.11 科布伦茨／摩泽尔鱼道（下游水视图）。该坝的鱼道位于摩泽尔右岸水电站旁，于1951年投入运行。（GENNERICH（1957）、PELZ（1985）和其他人检查了该鱼道的运行。虽然大量的鱼能够通过该鱼道，但在靠近涡轮机出口附近捕获的鱼多得多，显然是因为它们找不到鱼道的入口。试验表明，鱼道入口和涡轮机出口的距离约为45m，这是因为鱼道太长，约102m，应是问题所在。 73

图5.12 达赫尔水池式鱼道（投入运行前不久） 74

图5.13 运行中的达赫尔水池式鱼道（下游水视图） 74

图5.14 具两个狭槽的狭槽鱼道的实例（示意图） 75

图5.15 多尔多涅河（法国）上的贝尔杰拉克堰旁的狭槽鱼道（htot＝4.0m，b＝6.0m，lb＝4.5m，ltot＝73m，Q＝2.2～7m3/s，通过旁路水道的补充流量0～6m3/s。建造年份，1984年）。这类结构证明对大型鲑科鱼类和有经济意义的西鲱（Alosa alosa）及鲤科鱼类都适合 76

图5.16 仅有一个狭槽的狭槽鱼道的尺寸和术语（平面图） 76

图5.17 狭槽中的流速分布，光滑底与凹凸不平底间的比较（依GEBLER，1991） 77

图5.18 狭槽鱼道的纵截面（示意图） 79

图5.19 狭槽鱼道详图（纵截面示意图） 79

图5.20 狭槽鱼道中的狭槽流。水流必须从狭槽沿对角线形成，防止水池中的短路流（下普赫尔河坝／下施普雷瓦尔德） 79

图5.21 狭槽宽度为s＝17cm的狭槽鱼道中的流量 80

图5.22 锐缘狭槽边界的方程（5.9）中的流量系数μr=f（hu/h0） 80

图5.23 计算实例的示意图（狭槽鱼道的纵截面） 81

图5.24 拟采用的狭槽鱼道隔板结构。堰板安装在两侧呈U形，而中心钢材截面同时具有钩状凸出物导流的功能。因此，中心钢材截面的宽度应较大（b＝16cm）（根据KRUGER等，1994b） 81

图5.25 新吕伯瑙／下施普雷瓦尔德附近施普雷坝旁的狭槽鱼道（下游水视图） 83

图5.26 丹尼尔鱼道（示意图）（依LONNEBJERG修改，1980） 84

图5.27 丹尼尔鱼道中的隔板（标准丹尼尔鱼道术语）（依LONNEBJERG修改，1980） 85

图5.28 丹尼尔鱼道中特有的速度分布（依KRUGER修改，1994a） 85

图5.29 有中间休息池的丹尼尔鱼道。普伦茨劳（勃兰登堡）附近的戈尔米茨磨坊／河的上游水平视图 85

图5.30 丹尼尔木制鱼道吉夫霍思／伊塞（下萨克森州） 86

图5.31 丹尼尔鱼道（纵截面，施工原理和术语示意图）（依LARINIER修改，1992b） 89

图5.32 h*＝f（h0）的关系（依LONNEBJERG修改，1980） 89

图5.33 隔板的尺寸 89

图5.34 丹尼尔鱼道的纵截面 89

图5.35 温克尔米勒／齐格河水电站旁的鱼道（北莱茵-威斯特伐利亚州） 91

图5.36 下丹尼尔通道及之上的休息池视图。吸引流清晰可见，其在尾水渠处有大范围的影响面积，同时使鱼道入口易于被发现 92

图5.37 下丹尼尔通道视图。混凝土制通道覆盖有木板，木板上安装有呈U形开口的隔板。水面上的高湍流度水气混合物令观察者误解，然而通道底区附近的流速实际上低得多 92

图5.38 齐格河的海七鳃鳗（Petrom yzon marinus） 92

图5.39 鳗鲡（Anguilla anguilla） 93

图5.40 罗斯波特（莱茵兰-法尔茨州）附近绍尔坝上的长菱形鱼道和鳗鲡梯。上游水视图。鳗鲡梯内放置了柴捆，平行设置于长菱形鱼道靠河岸一方的边墙 94

图5.41 摩泽尔河（莱茵兰-法尔茨州）上采尔廷根坝上的鳗鲡梯适应于鳗鲡的特殊洄游行为。这种梯存在于里面放置了帮助鳗鲡溯河迁移的无端尼龙刷的通道。此外，鳗鲡梯的建造还与另一普通鱼道相连，并平行于这一鱼道的侧面（依JENS，1982） 94

图5.42 鱼闸运行原理（纵截面示意图） 95

图5.43 舍登鱼闸（萨尔河）的纵截面图和平面图 96

图5.44 舍登／萨尔鱼闸（堰整体图）。鱼闸安装在堰和发电厂间的隔墩中（见箭头） 97

图5.45 升鱼机结构及功能原理示意图（依LARINIER修改，1992c） 98

图5.46 图伊列雷斯升鱼机。升鱼机位于与涡轮轮机出水口直接邻近的右侧，并将鱼提升10m高运送入中间池，从中间池到上游水体的最后2m高度差由狭槽鱼道克服 99

图5.47 图伊列雷斯升鱼机的下进口。关闭可启闭栅门，将聚集在前室中的鱼推向运输槽，然后升起该槽。栅门大大提升了该装置的效率。在照片右上部可看到渠道的开口，通过渠道开口狭槽鱼道获得运行所需水流（Q＝1m3/s）。同时，这额外水流改善了升鱼机的吸引力 99

图6.1 设置鱼张网监测施托伯河（勃兰登堡）上普里茨哈格内尔磨坊旁鱼坡的运行 101

图6.2 用红色刺花染料标志并放流入米尔巴赫河。种群恢复计划框架［兰河（莱茵兰-法尔茨）一条支流］的鲑 102

图6.3 齐格河（北莱茵-威斯特伐利亚州）中温克尔米勒堰旁鱼坡上的监测性电捕 102

表2.1 莱茵河、威悉河和易北河3个水系主要鱼区中主要鱼类的分布 10

表2.2 河的分区（依Illies，1961） 11

表2.3 河区的坡降分类（依Illies修改，1949） 12

表3.1 若干较大鱼类种类成鱼的平均体长 26

表5.1 水池式鱼道的推荐尺寸 69

表5.2 仅有一个狭槽的狭槽鱼道的最小尺寸（m）（根据GEBLER，1991，和LARINIER，1992a） 76

表5.3 高上游水位时的水位与流速 81

表5.4 丹尼尔鱼道的通道宽度和坡降的指导值（LARINIER，1983） 86

表5.5 丹尼尔鱼道中视所选择的通道宽度而定的隔板设计指导值，依LONNEJERG（1980）和LARINIER（1992b） 87