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摘要
本文概述了近几十年来我国水利水电工程运行期的主要问题。首先，分析了自2006年提出技术指导方针以来，这些项目的不利影响。然后，结合2006年至2014年的工程和经验，总结出四个主要问题：（1）鱼道设计和施工中存在许多问题，对鱼类的迁移有一定的帮助，且迁移效果并不理想。（2）影响下游鱼类的温度分层是温度的主要影响因素，在繁殖季节改变鱼类的产卵。（3）生态基流是我国近30年来面临的主要问题之一，其最大的相关困难是对满足鱼类生活史所需的数量和流量过程进行量化。随着河流生态系统恢复的发展，鱼类生境保护与恢复成为近年来的热门话题。大坝建设和生境破碎化对鱼类生境的影响越来越严重。这四个问题是目前水利工程管理的主要难点，相互作用，对河流生态系统产生综合影响。设计阶段的生态水力考虑问题是关键。最后，提出了今后我国水利水电工程环境保护研究和实践的重点。本文的主要目的是加强科研、监测和运行效果评价。
关键字：鱼道、温度分层、生态激流
介绍
我国可开发水电资源5.42亿千瓦时，居世界前列。然而，装机容量仅占可开采总量的46%（Li等人，2015c）。众所周知，中国使用的主要能源是煤炭，短期内很难改变其主要地位（Chang等人，2010年）。“十二五”规划指出，“在保护生态环境、妥善安置受灾群众的前提下，中国将积极发展水电事业”（HONG等人，2013）。水电仍然是未来一段时期支撑国民经济发展的主要驱动因素。各省可开发水电潜力分布不均（Li，2012），因为中国的水电项目大多在自然环境更为敏感的东南山区实施。公众意见不一关于水电开发，尤其是其对环境的影响，例如通过改变水流模式和重建自然栖息地对河流生态系统的直接或间接不利影响（Chen等人，2015年）。水电开发必须减轻对河流生态系统的影响，以改变当前的能源结构。由于水力发电和河流功能已通过大坝施工活动得到了改善，鱼类的保护越来越受到关注。生物多样性保护和渔业管理必须评估这些变化对鱼类区系的影响（Welcomme等人，2006年）。鱼类需要不同的环境来完成养殖、饲养、越冬等活动，水利水电工程对鱼类的直接影响是障碍物和栖息地，将天然河流生态系统划分为离散单元（Zhao等人，2008）。许多洄游鱼类的产卵地都消失了，它们的生长和繁殖受到影响。为了减少河流生态系统的分裂，采取了技术和工程措施，以确保鱼道和栖息地恢复的有效性。然而，这不能显著减轻大坝的影响（Orr等人，2012年）。例如，长江流域大型水电工程对鱼类的影响十分严重，大坝切断了迁徙通道，使鱼类栖息地分离。由于河流和湖泊之间的连通性发生变化，一些鱼类受到威胁，迁徙减少（Yi等人，2010b）。在澜沧江-湄公河流域，作业开始后，鱼类组合发生了很大变化。关于小湾大坝（Li等人，2013）。即使对于小型水电项目，河流周期性干涸造成的下游生态系统服务退化也是生态影响的最大部分（Pang等人“2015年”）。
一些因素对鱼类有间接影响，包括水文状况变化、排放冷水的影响、最小流量和水轮机的损坏。大坝施工对鱼类的直接和间接影响是水利水电工程环境影响评价的主要问题之一。为减轻大坝建设的影响，环境影响评价中的鱼类工程保护措施必须与主体工程相结合，并在运行开始后采取保护措施。鱼类迁徙系统主要有两种：上游和下游鱼类迁徙系统。上游鱼类迁徙系统包括鱼道、鱼梯、鱼驳船等。然而，下游鱼类迁移系统通常通过水轮机，这严重损害了下游的鱼类（Katopodis和Williams，2012年）。与鱼类的上游通道相比，下游通道大多被忽略。这会导致鱼类通过溢洪道和涡轮机，从而对鱼类造成伤害。在过去的十年中，许多研究都描述了与涡轮通道相关的伤害机制、各种鱼类对这些机制的反应以及在特定条件下通过特定水坝生存的可能性（Richmond等人，2014年）。此外，即使鱼类成功地向上游和下游移动，由于侵蚀，分离的下游栖息地可能会离开其原来的位置。水库热分层和非自然流态释放的冷深水也将导致生境变化，尤其是最小流量不足（Chang等人，2011年）。
1979年度颁布的《中华人民共和国环境保护法》（EPL）为环境影响评价（EIA）提供了基础（Jin，2015）。经过20多年的努力，《中华人民共和国环境影响评价法》于2002年通过，2003年开始实施。在过去几十年中，考虑到中国和其他亚洲国家的大坝建设活动，环境影响评价体系得到了扩展（Erlewin，2013年）。正如《环境影响评价法》（2002年）所述，大坝项目的项目后环境评价已在实践中提出（Chen等人，2014a）。新的环境保护法于2015年1月1日生效。环境影响评价提出了水利水电工程的生态保护要求，特别是大坝建设对鱼类的影响（Liu等人，2013年）。在水利水电工程环境影响评价实践中，我们发现近十年来水利水电工程存在四大问题。即鱼道的设计和建造；深部水库的热分层；最小释放流量或其他指定的生态基流；以及鱼类栖息地的恢复。我们收集了尽可能多的相关研究成果，总结了我国水利水电工程环境保护研究与实践中存在的问题，并提出了今后各领域的发展方向。
二、鱼道
2.1鱼道状态
在水生系统中，河流结构（如水坝、堰和道路交叉口）可作为阻碍鱼类沿着水道移动，尤其是上游移动的障碍。鱼道，也被称为鱼道、鱼道或鱼梯，是一种建在人工和自然屏障（如水坝、水闸和瀑布）上或周围的结构，以促进洄游鱼类的自然迁移（Chen等人，2014b；Keller等人，2012）。有各种类型的鱼道，包括Denil鱼道、水池和鱼梁鱼道、垂直槽鱼道和天然鱼道（Katopodis和Williams，2012年）。目前，我国主要的鱼道类型有直槽鱼道和天然鱼道。
世界上第一条鱼道是1662年在法国建造的，正如Chen等人所描述的。（2012）。1709年通过了第一项禁止修建限制春季鱼类通过的堰的法律，尽管此类法律或法规尚未颁布，但有时修建了鱼道（Katopodis和Williams，2012年）。在19世纪，许多国家，如挪威和爱尔兰，提出了法律、法案或法规，要求在水坝或其他无法通过的屏障处修建鱼道，以保护鱼类。20世纪，1935年修订的《1920年美国联邦权力法》（1920年通过），规定了所有水电站的鱼道，到20世纪60年代初，已有200多条鱼道。接着，1973年的《濒危物种法》和其他法案集中讨论了鱼道的进一步有效性。21世纪相关法律与技术全球环境评估得到加强，需要努力提高加拿大和欧洲大陆鱼道的有效性，自然鱼道成为主要关注点。已对鱼道设计进行评估，以检验物理模型或数值模型的效率（Foulds和Lucas，2013年；Gustafsson等人，2013年）。
我国第一个鱼道设施是1958年在富春江七里龙水库建成的，据统计，1958年至1980年共建成40多条鱼道（王、郭，2005）。由于很难评估鱼道的有效性，从1980年到2000年，出现了一个滞后阶段，即使在像葛洲坝大坝这样的大型水电项目中，也没有修建鱼道或其他设施。随着世界范围内鱼道的发展和评价的不断提高，中国于2000年开始恢复鱼道建设，研究人员开始更多地关注鱼道设计的数值模拟和物理实验方法（Mao等人，2012年）。这就要求在环评过程中的新项目和改造项目中采取额外的鱼道工程措施，以维持生物多样性并减轻对鱼类的影响。协定根据评估报告，2000年以来，全国共有27个大型水利水电工程建设了鱼道等设施。
2.2鱼道设计中涉及的问题
最近对鱼道的生态水力研究主要在美国、加拿大和欧洲进行。这些研究将鱼类、鱼道以及鱼类运动与湍流之间的关系联系起来（Santos等人，2012年）。与全球有关鱼道的成就相比，中国目前在鱼道设计方面存在三大困难：
（1）上游通道模拟的建模局限性
尽管垂直槽式鱼道得到了广泛的应用，但在保证鱼道的有效性方面仍然存在许多困难。目前主要问题是水力和生物变量之间的相互作用，鱼道的水动力特性必须满足鱼类物种的要求（Puertas等人，2012年；Bian和Sun，2013年）。设计中必须考虑的主要因素之一是游泳性能，还有其他因素，如水深和流速。近年来，我国建立的鱼道工程面临着一些困难，主要是理论上的鱼生理习性限制、国外设计和经验公式的模拟、缺乏实验验证或验证。鱼道水力学可能在三个地方（入口、内部和出口）对鱼类形成障碍，作为鱼道的入口和出口。鱼道是指水流分布在鱼道水流与其他构筑物之间的接口处，水池产生的消散困难与以下水力特征有关：
（a）入口流量特性
鱼道入口的流速和流速分布是鱼道能否成功的关键。设计阶段必须考虑的因素很多，如目标物种的生物习性、长期的水文资料系列、地理位置、地形特征等环境因素。为了鼓励欧洲鳗鱼通过鱼道，进行了定量试验，结果表明，强烈的边缘效应影响了路线选择（Piper等人，2012年）。比较了韩国汉江的四个主要标准，以确定鱼道的最佳位置（Baek和Kim，2014年）。利用光照等辅助手段诱导鱼类进入鱼道是我国目前使用最广泛的方法。然而，事实是，大多数鱼类很难找到入口，因此许多鱼类聚集在大坝，说明设计的不足。
（b）内部流动特性
内部水池的水流特征主要取决于具体的几何结构，如坡度、内部流速、水深和其他相关因素（Bermudez等人，2010年）。鱼道内部流动特征是容易吸引鱼的水力条件，允许它们以最小的时间和能量成本安全地进入、通过和退出。根据国外的研究，水流与池内平均水深呈线性关系，湍流对评价设计的生物效率具有重要意义。这是因为鱼变得疲劳，当它们在水池中寻找出路时，高湍流水平会混淆鱼（Mao等人，2012年）。以往的研究表明，不同类型的挡板在湍流分布上存在微小的差异。吐鲁番的不同之处湍流分布是由于每个挡板产生的流量变化造成的（Morrison等人，2009年；Yagci，2010年；Rodriguez等人，2006年）。湍流分布本质上是传统的水力消能难点，因此需要在鱼道预定长度内采用不同的消能方式，创造合适的物理条件。关于鱼道池的水动力研究数量不足，但根据结果和发现，可以根据目标物种和温度确定坡度、池的大小。以及可用或适用于这些结构的排放。
（c）出口流量特性
出口流量参数主要是为了防止鱼类因高流量而掉入下游速度过快，或防止鱼类因水库中的静水力而在池中丢失（Alvarez-Vazquez等人，2011年）。太平洋西北部一些地区的鱼道开发可追溯到近半个世纪，并且在允许大型、强壮和高度动机的产卵前成鱼沙尔莫-尼兹和非美洲土著沙鼠通过方面取得了巨大成功（Schilt，2007年）。然而，在水电开发日益广泛的背景下，中国仍面临着重要挑战。水位的变化也会影响鱼道出口的状态，尤其是由于梯级水库的运行（Sui等人，2013年）。我国鱼道出口常被沙土、浮木或大石头堵塞，发电效益是梯级水库运行的首要目标，但其水流状况对其影响不大。很少考虑鱼道出口。
（2）下游通道威胁
到目前为止，还没有有效的措施来解决鱼道下游问题。通常，下游移民不使用鱼道。其他国家的下游选择通常包括涡轮机、少年旁路系统、溢洪道、泄水道和地面上的其他路线，或直接通过驳船或卡车运输鱼类（Schilt，2007年）。为避免鱼类受伤，最常用的方法是防止鱼类使用支架进入涡轮机，同时进入泄水闸，并允许它们在中小型水力发电厂下游（Calles等人，2012年）。然而，我国鱼类的主要下游路线直接通过水轮机或溢洪道，近年来对鱼类造成了严重危害。中国的大多数鱼类都是多产卵鱼类。相比之下，像鲑鱼和鳟鱼这样的鱼在水中产卵后死亡。她的国家，如美国和加拿大。这就意味着我们必须确保通过鱼道的亲本鱼类的安全，以保护物种和渔业的可持续发展。
（3）多种水力参数的确定
速度对放电的变化相对不敏感。传统的鱼道设计主要针对一种或两种主要的鱼类，根据一定的速度、水深等指标对鱼类进行分类。然而，对于某些类型的鱼，由于鱼的大小、习性和运动方式不同，中国存在以下两个主要问题：
（a）速度范围测定
计算和确定不同鱼类通过鱼道的速度是一个技术难题。由于能量需求增加，流速过高会导致通过鱼道的鱼直接减少，而流速过低则无法鼓励鱼进入鱼池（Puertas等人，2012年）。与一条鱼的游泳能力相匹配的最小速度必须考虑到其他鱼。
（b）多鱼道必要性
另一方面，还必须讨论是否有必要根据不同的鱼类种类建造多个鱼道。过去十年在中国开展的大多数项目只涉及一条鱼道的建设，一些项目涉及其他鱼道，如升降机，尽管效果并不理想。仍然存在着很大的挑战，例如鱼梯和升降梯已经进化了很长时间，对许多物种都有效，但中国的鱼类物种与其他国家的鱼类物种有很大的不同。我国物种的水力特性有待进一步研究。
2.3、管理体系涉及的问题
（1）适应性管理中的问题
鱼道管理的多学科研究包括水文学、水力学和生态学，在建造鱼道时必须考虑这些因素。管理中还必须考虑相关的法律法规。同时，对鱼道的有效性评估是一项更广泛的研究，研究是否有证据表明鱼类种群受益于鱼道（Dan等人，2014年）。建立鱼道适应性管理机制，保证鱼道的正常运行和维护。鱼道适应性管理周期包括六个主要步骤：（1）评估目标的问题和规范；（2）建模现有知识；（3）评估潜在的管理选项；（4）实施所选选项；（5）监测变化；（6）审查和调整措施（Humpluies and Walke，2013）。鱼道适应性管理缺乏监测和评价观察期是提高鱼道效率的重要环节。此外，监测通常需要很长的
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