生物交换技术的优化方案

3.5.2.1　闸门结构选择

长江中游江段湖泊引水口生物交换应主要考虑鱼类的交流，包括引入幼鱼和促进成鱼洄游两个方面。目前，常见的引水口、闸口以鱼类资源交流为目的的过鱼方式主要有灌江纳苗和鱼道两种方式。其中，灌江纳苗的主要目的是引入幼鱼，促进通江湖泊鱼类资源增殖，而鱼道的主要目的是为了解决鱼类过闸（坝）的目的，过鱼对象主要为成鱼。由于引水口运行时外江水位高于湖泊，在引水口位置主要是外江水体进入湖泊，一般在保持闸口畅通的条件下，成鱼可以逆流通过闸口或顺流通过排水口往长江洄游，因此，引水口生物交换可主要考虑促进幼鱼进入湖泊，即采用灌江纳苗的方式。

灌江纳苗方法有两种，一种叫“顺灌”，另一种叫“倒灌”。每当鱼苗汛期，当闸外水位高于闸内水位，开闸（窗）使闸外鱼、蟹苗种随水流入的纳苗方法叫顺灌。此时，纳入种类取决于闸门所处江段，汛期水流中所携带种类、数量等因素。江汛过后，到下次汛期来临之前，闸内水位高于闸外水位，开闸时闸内水往外排放，幼鱼或成鱼逆流而上的纳苗方法，叫倒灌。

过鱼闸（窗）在与江河隔离的湖泊、河闸门处，适时打开过鱼闸（窗）纳入鱼、蟹苗种，补充水产资源的方法称开闸（窗）纳苗，在长江流域颇为盛行，并有一定效果。

鱼类卵苗主要分布在水体中上层，一般条件下，利用原闸门纳苗，往往进水量多，纳苗少。流速过大还会对堤岸产生冲刷，影响堤坝安全。因此，常对原闸门进行改装，建成纳苗闸、窗，以减少进排水量，增加纳苗量。用于灌江纳苗的闸门型式通常有如下几种。

1.纳苗窗

在闸门专设供纳苗用的窗口，如武汉市的武太闸，安徽省的裕溪闸。窗口位置视汛期水位而定。可设上、下两个窗口，间距1m，每个窗口长2m，高0.2m。人力或机械启闭均可。此窗口操作方便，具有进水少，纳苗多的优点（图3.5.3）。

2.两节闸门

把闸门分割成上、下两块，加固后，上半闸门可单独启闭进行纳苗。如湖北省汉阳县黄矾闸、阳新县富池闸。该闸适用于水位稳定处，水位太高或太低时均无法使用。

3.分节闸板

在预备闸中改装分节闸板，一般分成2～3块，按闸外水位变动，调节闸板数目进行纳苗。

据研究，鱼类卵苗主要分布在水体中上层，一般条件下，利用敞开式闸门纳苗，往往进水量多，纳苗少，流速过大还会对堤岸产生冲刷，影响堤坝安全。因此，闸门应尽量选择可以利于中上层水体进入湖区的结构形式。目前常规的适合灌江纳苗的闸门结构有3种，其结构形式及优缺点见表3.5.5。

图3.5.3　纳苗窗

表3.5.5　灌江纳苗闸门结构比较

参考有关文献和鱼汛资讯，鱼苗多集中在长江上层水域，电动闸一般从下层开启，不利于鱼苗随江水灌入湖中，因此，闸口设置宜满足可单独启动上层1～2m的条件。在实际操作中，闸门整体性具有保障防洪安全的优势，另外，汛期外江水位变幅较大，防洪期间很难保障上层1～2m闸门能根据苗汛随时打开。纳苗窗结构一般采取在闸门上开设少量窗口，仅引入少量上层江苗较多的水体，当外江水位较高，防洪压力较大时，开启窗口，流入湖泊的水量较少，而且窗口较易关闭，控制性较好。另外，窗口设置可选择的水位范围也较广，较适用于长江中游通江湖泊，武汉市的武太闸和安徽的裕溪闸均采用该种结构。

大东湖引水口防洪要求较高，外江水位变幅较大，因此，采用纳苗窗结构较好。纳苗窗一般要求，间距1m，每个窗长2m，高0.2m。后期闸门设计期间，根据长江水位变幅、引水闸规模、防洪需求等因素，确定纳苗窗在闸门上的布设位置及个数。

3.5.2.2　技术应用

1.应用概况

“灌江纳苗”工作自20世纪60—70年代就开始做了大量的工作，之后在改革开放的初期，在追求产量的指导思想下，养殖业迅猛发展，忽略了江湖湿地生态保护，灌江纳苗的工作一度处于停滞或很少展开，直到90年代末期，对江湖联系、生态保护有了足够的认识，这一工作才得以恢复进行。

在21世纪初，科研工作者在基于水生生物保护的江湖连通科学理论研究、灌江纳苗湖泊试点及监测方面开展了大量的工作。例如，鱼类生物多样性保护与长江洪泛平原最小通江湖泊面积估算，从长江中下游170余种湖泊鱼类整体保护的角度，提出14500万km2最小通江湖泊面积的概念，并以3000km2、6000km2、9000km2分阶段实施江湖连通，为流域尺度上江湖连通的湖泊面积目标及实施步骤提供了理论依据。

武汉市涨渡湖、湖北省天鹅洲长江故道、安庆市白荡湖，相继开展了灌江纳苗活动中鱼类种类、水质、泥沙等方面的系统监测。监测结果表明，单个湖泊可以通过短时间的灌江纳苗活动直接从长江引入10多种鱼类；一些消失的鱼类重返湖泊，其中涨渡湖9种已经消失的鱼类重返湖区；渔业捕捞产量明显提升17%～20%。

在长江渔业资源管理委员会、湖北省水产局、安徽省渔政渔港监督管理局、江苏省海洋与渔业局的领导下，湖北省、安徽省、江苏省40个湖泊加入到“连通江湖、灌江纳苗”项目中，涉及湖泊水面面积3000km2，长江中下游“江湖连通、灌江纳苗”试点工作已经取得了阶段性成果。其中“新洲区涨渡湖湿地保护——江湖联系、灌江纳苗”工作积累了丰富资料和经验。

2.应用实例

（1）涨渡湖灌江纳苗。

1）涨渡湖概况。涨渡湖位于武汉市新洲区境内，是长江中游的一个附属浅水型湖泊（图3.5.4），现有水面东西宽4.5km，南北长6km，湖底高程为17.70m，最大水深为2.30m，沿湖筑有围渍堤，堤顶高程为23.00m。常年调蓄水位在20m左右，水面积为37km2，合55500亩。整个湖区生态条件优越，环境优美，历来都被誉为镶嵌在江汉东部平原上的一颗璀璨的明珠。2003—2005年，长江水产研究所对涨渡湖灌江纳苗进行了研究。

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图3.5.4　涨渡湖地理位置

2）鱼苗监测。2003年、2004年的6月1日—7月5日，监测长江中游新州断面鱼苗种类组成和鱼苗发生量结果表明：长江中游新州断面鱼苗种类为34种，种类组成为5目9科34种（见表3.5.6），其中鲤科23种、鲿科3种、虎科2种，其他6科6种。鱼苗发生量2003年为516.02亿尾，2004年511.90亿尾。“四大家鱼”苗的成色2003年和2004年分别为草鱼75.26%、71.22%，青鱼17.31%、18.35%，鳙7.16%、8.12%，鲢0.27%、1.31%。调查期间2003年、2004年分别发生了两次较大的苗汛。

表3.5.6　涨渡湖灌江纳苗鱼类种类组成

续表

*　表示为灌江纳苗的主要经济种类。

3）苗汛与水文状况。2003年6月1日—7月5日调查期间，长江新州江段的水温25～27℃，平均水温26.3℃，断面共出现2次较大规模的苗汛。①6月13—19日，江水水位保持在20.30～21.66m，流量从26500m3/s增至30500m3/s，最大值曾达到30500m3/s，期间鱼苗径流量为253.8亿尾；②6月30日—7月3日，江水水位在23.93～24.55m，流量39100～43000m3/s，其间鱼苗径流量为124.8亿尾。

2004年6月1日—7月5日调查期间，长江新州江段的水温在25～27℃，平均水温26.1℃，断面共出现2次较大规模的苗汛。①6月4—14日，江水水位从20.00m增至21.85m，流量从27000m3/s增至30800m3/s，最大值曾达到30800m3/s，6月6—14日鱼苗径流量就为157.77亿尾；②6月18日—7月3日，江水水位为22.39～23.45m，流量30600～39900m3/s，最大值曾达到39900m3/s，其间鱼苗径流量为331.33亿尾。

4）灌江纳苗监测结果。2005年6月15日，武汉市新洲区政府打开封闭60年的挖沟闸，引进长江水，改善涨渡湖湿地水质、增加生物多样性。6月15日—7月6日，涨渡湖共引进江水1760万m3、鱼苗526.7万尾，肉眼发现银鱼、寡鳞飘鱼两种鱼类回到涨渡湖，闸口现场监测，未发现钉螺。水质经武汉大学监测：引进江水之后Ca2+、Cl-浓度明显减少，离子总量、pH值减小，说明引进江水后对改善涨渡湖区水质有明显作用。

涨渡湖2005年渔业调查显示，水产品产量为880t，其中鱼类750t，螃蟹130t，分别比2004年增长30.00%、17.33%和15.38%；产值共计900万元，比2004年增长16.88%。新增加鱼类品种9个，即小银鱼、大银鱼、寡鳞飘鱼、鱼、短颌鲚、刀鲚、鳑、黑鳍鳈、沙塘鳢。增加产量的品种主要有鲫鱼、黄颡鱼、青虾、蒙古鲌、翘嘴鲌、青梢鲌、拟尖头鲌、鳊、鳜、鳡、乌鳢、赤眼鳟等水产品。

总体来看，涨渡湖2005年6月15日—7月6日开闸灌江纳苗期间，湖区水位变幅为0.53m，引水量为17.6×106m3，涨渡湖开闸灌江纳苗监测结果表明：现场监测，未引入钉螺；泥沙引入1662t；鱼苗引入14种、526.7万尾；湖泊水质改善；2005年年底湖泊调查，银鱼等9种已消失鱼类重返涨渡湖。

涨渡湖灌江纳苗研究表明：灌江纳苗是沟通江湖联系的有效措施之一，长江中游6—7月初，正是沿江附属湖泊水位低于长江水位，适宜灌江纳苗的时间，如何选择适宜的时机灌江纳苗，直接关系到灌江纳苗的效果，从2003—2004年连续2年的调查结果来看，长江中游苗汛与水文条件密切相关，每次涨退水时，均是苗汛集中的时间。6—7月初长江中游新洲江段共出现两个较大涨退水过程，因此也相应出现了两次较大的苗汛，这一点对长江中游附属湖泊灌江纳苗有一定的指导意义。

（2）三湖连江水库灌江纳苗。

1）水库概况。三湖连江水库位于长江中下游南岸，湖北省嘉鱼县城关镇境内，与洪湖隔江相望（图3.5.5）。水库于1960年建成，由原来的白湖、迷野湖和北门湖组成，经马安山进洪闸与长江相通，是座以灌溉为主，兼有养殖、航运、工业与城镇生活用水等多功能的湖泊型水库。建库以来除进行青鱼、草鱼、鲢、鳙、细鳞鲴等人工放养外，正常年份为确保工农业用水，需开闸引进0.25亿m3左右的江水，随水进入水库还有一些河流性和江湖洄游性鱼类，但以前对进入的数量与种类缺乏详细的调查研究。“八五”期间，中国水产科学院长江水产研究所有关科研人员对其灌江纳苗数量和增殖效果进行了观察研究。

图3.5.5　三湖连江水库地理位置

2）鱼苗监测。库内人工投放青、草、鲢、鳙等养殖鱼类已久，为了避免与放养鱼类相混，在分析水库纳苗效果时，不涉及“四大家鱼”和定居性的鲤、鲫类。据水利部门提供的统计资料，1986年以来的9年中，除了1991年外，其余8年均开闸灌水。其中1993年引水量达0.2357亿m3，占库容总量的22.45%，占有效库容量的32.02%，占正常蓄水库容的46.12%，如此开闸引水对水库纳苗有利。

马安山进洪闸门底部高程较高，多数年份中只能推迟开闸引洪，而长江鱼苗汛期，特别是江湖洄游性鱼类的鱼苗主要在5—6月，这在很大程度上制约了纳苗效果。即使这样，从1992年至1994年这三年中共纳苗1.3828亿尾，年均为0.4609亿尾，比洪湖纳苗最多的1981年高10倍，与其他湖泊相比纳苗数量也是高的。

3）灌江纳苗效果。鱼苗入库后的成活情况是判断纳苗效果好坏的重要标志。据调查研究发现，约有2/3的入库种类，特别是在江河流水中繁殖的种类，已能适应水库环境而生长成活，并有一定的数量，这在渔获物组成中也得到了反映。如占渔获物尾数前9位的鳤、鳡、鳊和鳜等，它们鱼苗尾数占进库总数的4.68%，而它们占渔获物总数的23.65%，占渔获物总重量的40.12%。据此判断，灌进的鱼苗，特别是江河繁殖鱼类的多数鱼苗生长成活良好并能形成群体优势，这对改善库区生物多样性，调整鱼类群体结构，增殖渔业资源，发挥水体生产潜力，提高鱼产量等都是有利的。

4）灌江纳苗存在的制约因素。以往研究表明，在实施灌江纳苗的过程中，暴露了一些操作上的矛盾与困难，甚至对其经济与生态效益的认识也存在分歧。实际上，影响灌江纳苗效果的因素，除了沿江各湖泊的特性外，大多数是在实际操作过程中的问题。

a.长江鱼类资源状况。水库湖泊开闸纳苗效果，是以长江鱼苗多少为前提，长江自20世纪60年代以来，由于多种原因，天然鱼类资源严重衰退，鱼苗种类和数量大幅下降。如洪湖1972年灌进1m3江水含鱼苗25.9尾，而处于同一江段的三湖连江水库1992年和1993年两年仅为3.3尾，1994年更少，仅为1.7尾。所以可以认为，处于同一江段的湖泊在70年代以前灌江纳苗效果好，而进入90年代就较差，原因之一就是长江鱼类资源发生变化的结果。

b.当年长江鱼苗江汛。长江鱼类种类很多，各有自身的繁殖规律，但各种鱼类进入繁殖期后，并不是每天都产卵繁殖，往往集中在某几天出现一次产卵高潮，随后停止产卵，过一段时间再次出现产卵高潮，如此反复多次。因此，鱼苗江汛也是每隔一段时间出现一次旺发期。要提高进库鱼苗数量，必须有专人监测当年长江苗汛。准确掌握苗汛时间，及时开闸纳苗，这在长江鱼苗数量下降的今天更为重要。

c.开闸引洪流量。在长江鱼苗汛期及时开闸灌江情况下，引水流量越多纳苗会越多。事实上引水流量常受到多种因素限制，如防洪、血防、泥沙淤积等。

d.涵闸、引水渠道。涵闸和引水渠道的形态结构是影响纳苗效果的重要因素之一。如三湖连江水库的灌江纳苗仍采用防洪排涝涵闸，这类闸门在设计建造时未考虑长江鱼苗在江水中的分布特点，灌进的含鱼苗少的底层江水，降低了进苗效果。

e.部门间协调配合。我国许多湖泊、水库的进排水都会牵涉到水利、农业、城镇和水产等部门，而管理部门在政策上和指导思想上一直是重水利，保工农业，轻水产，灌江纳苗工作长期处于附属地位。当用水出现矛盾时，部门间不能协调兼顾各方利益，多半牺牲渔业利益而停止灌江纳苗。

根据涨渡湖灌江纳苗的经验，对青山港引水口在每年5—7月鱼类繁殖高峰季节期间适度引江纳苗，从长江自然补充鱼类资源，增加湖泊鱼类资源的物种多样性。根据前述研究成果，针对灌浆纳苗效果而言，新建纳苗窗效果最好。因此，大东湖水网连通工程采用引水闸上设置纳苗窗作为灌江纳苗设施。灌江纳苗期间，为了避免絮凝药剂对鱼苗的伤害，对于纳苗时的引水采取只沉淀不投药的措施。因纳苗所需总水量较小，对湖泊水质影响很小，不会导致湖泊水质超标。