Глава пятнадцатая
РЫБОПРОПУСКНЫЕ И РЫБОЗАЩИТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Общие положения
Реки Советского Союза имеют важное рыбохозяйственное значение, обеспечивая воспроизводство 90—95 % мировых запасов осетровых и сиговых рыб и более 60 % запасов лососевых, значительные уловы полупроходных и туводных рыб. Проходные рыбы поднимаются вверх по рекам на сотни и тысячи километров и размножаются в руслах рек, используя для откладывания икры каменные гряды, перепады и другие участки незаиленного дна. Полупроходные рыбы размножаются в дельтах крупных рек и в полойной системе, периодически заливаемой в период весеннего половодья.
При зарегулировании рек и превращении их в каскады водохранилищ создаются препятствия для миграции рыб, резко изменяются условия их воспроизводства, в связи с чем необходимы компенсационные мероприятия, к числу которых относятся: пропуск производителей рыб к местам нереста; обеспечение их нерестилищами и создание необходимых условий для нереста, созревания икры, нагула и ската молоди; защита молоди и взрослых рыб от гибели в водозаборах и в зонах гидроузлов.
Рыбопропускные сооружения
Рыбопропускные сооружения предназначаются для пропуска проходных, полупроходных, а в некоторых случаях и жилых рыб из нижнего бьефа гидроузла в верхний с целью сохранения на необходимом уровне и регулирования их естественного воспроизводства путем контроля за пропускаемыми производителями, их количеством, видовым и качественным составом.
К настоящему времени во всем мире построено значительное число рыбопропускных сооружений. Свыше 200 рыбопропускных сооружений различных типов возведено в США и Канаде, в том числе около 30 рыбоходов построено для обхода естественных препятствий на пути рыб к нерестилищам; около 100 рыбоходов различного типа сооружено в ФРГ, Австрии, Швеции, Норвегии, Польше, Венгрии и Финляндии. Рыбоподъемники эксплуатируются в Японии и Шотландии.
В СССР построено 20 рыбопропускных сооружений. Наиболее эффективно работают построенные в последние годы рыбопропускной шлюз Кочетовского гидроузла и Краснодарский механический рыбоподъемник.
Все рыбопропускные сооружения в соответствии со СНиП Н-55-79 «Подпорные стены, судоходные, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» подразделяются по способу перемещения рыб из нижнего бьефа в верхний на две основные группы. В сооружениях первой группы — рыбоходах — рыбы перемещаются благодаря их активному движению на всем протяжении рыбопропускного устройства; сооружения второй группы характерны тем, что перемещение рыб из нижнего бьефа в верхний осуществляется путем шлюзования или транспортировки их в специальных контейнерах или других устройствах.
Рыбопропускные сооружения первой группы — лотковые, прудковые и лестничные рыбоходы — не перспективны для гидроузлов на крупных равнинных реках, поскольку преодоление напора в таких сооружениях недоступно многим видам рыб или оказывает отрицательное влияние на их способность к размножению; лестничные рыбоходы рекомендуется применять только для пропуска лососей (например, на Нижнетуломской ГЭС, на Бонневильском гидроузле в США и пр.).
Сооружения второй группы имеют преимущества по сравнению с сооружениями первой группы, поскольку преодоление напора в них не связано с затратой собственной энергии рыб-мигрантов. Кроме того, благодаря соответствующему гидравлическому режиму и применению побудительных устройств становится возможным осуществлять контроль за движением рыб на всем протяжении рыбопропускного сооружения от входа в рыбонакопитель до выхода в водохранилище.
К рыбопропускным сооружениям второй группы относятся гидравлические и механические рыбоподъемники, рыбопропускные шлюзы и передвижные установки для накопления и транспортировки рыбы.
Эти сооружения состоят из четырех основных элементов: расположенного в нижнем бьефе рыбонакопителя, который служит для накопления рыб в период их привлечения в сооружение;
рабочей камеры, в которой осуществляется перевод накопленной рыбы из нижнего бьефа в верхний;
вынесенного в верхний бьеф верхового лотка, предназначенного для вывода рыбы из рабочей камеры в водохранилище;
блока питания, предназначенного для обеспечения подачи воды в рыбонакопитель для привлечения рыб и имеющего разнообразные конструкции — от устройства холостого водосброса до использования системы эжекторов.
Технологической схемой работы гидравлических рыбоподъемников предусмотрено, что привлечение и накопление рыбы в рыбонакопителе осуществляется противотоком, создаваемым в нем путем подачи воды из блока питания. В конце периода привлечения накопившаяся рыба специальным побудительным устройством в виде сетчатого полотна, подвешенного к перемещающейся тележке, выводится в рабочую камеру, выполненную в форме вертикальной или наклонной шахты, в которой осуществляется шлюзование накопленной рыбы. После шлюзования рыбы, собранной в рабочей камере, и выравнивания уровня воды в ней с уровнем верхнего бьефа, рыбу переводят в выходной лоток, для чего также применяется побудительное устройство.
Рис. 15.1. Рыбопропускной шлюз.
1 — рыбонакопитель; 2 — рабочая камера; 3 — побудительное устройство: 4 — ихтиологическое устройство; 5 — эксплуатационные затворы с регулируемыми водопропускными отверстиями; 6 — верховой выходной лоток; 7 — пазы ремонтных ограждений.
Рыбопропускные сооружения с такой технологической схемой могут быть рекомендованы для средненапорных гидроузлов на крупных равнинных реках для пропуска производителей различных видов рыб. В СССР построено два гидравлических рыбоподъемника — на Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС и Цимлянском гидроузле.
Описанная технологическая схема сохраняется и в рыбопропускных шлюзах (рис. 15.1), которые целесообразно применять на низконапорных гидроузлах. В конструктивном отношении рыбопропускные шлюзы отличаются от гидравлических рыбоподъемников формой рабочей камеры, которая выполняется в этом случае как камера судоходного шлюза. В современных конструкциях рыбопропускных шлюзов рабочая камера осуществляет и функции блока питания, в связи с чем в ее рабочих затворах устраиваются клинкетные отверстия. Рыбопропускной шлюз такого типа построен в составе Кочетовского гидроузла на Дону. Ежегодно в его рыбонакопитель привлекается и проходит в верхний бьеф свыше 1 млн. шт. производителей осетра, белуги, стерляди, судака, леща, сельди и других рыб. Через это сооружение, по данным рыбохозяйственных организаций, в 1974—1980 гг. прошло свыше 65% осетровых рыб, подошедших к гидроузлу. Такая высокая эффективность работы рыбопропускного сооружения не имеет аналогов в мировой практике.
В настоящее время подобные рыбопропускные шлюзы построены на Николаевском гидроузле на Дону и на вододелителе в дельте Волги, а также на Федоровском гидроузле на Кубани. На Тахиаташском гидроузле (Амударья) построен рыбопропускной шлюз еще более простой конструкции, в котором совмещены рыбонакопитель и рабочая камера.
Основное отличие механического рыбоподъемника (рис. 15.2) от гидравлического заключается в способе перевода рыбы из рыбонакопителя в верхний бьеф. В механических рыбоподъемниках он осуществляется в специальных контейнерах, заполненных водой. Преимущество таких сооружений перед гидравлическими рыбоподъемниками в конструктивном отношении очевидно, поскольку отпадает необходимость в таком сложном элементе, как шлюзовая камера, и упрощается конструкция блока питания.
Рис. 15.2. Механический рыбоподъемник.
а — разрез; б — план; 1 — рыбонакопитель; 2 — рабочая камера с нишей для контейнера; 3 — блок питания; 4 — контейнер для подъема и перевода в водохранилище собранной рыбы; 5 — подъемная площадка ниши рабочей камеры; 6 — побудительное устройство; 7 — рыбозащитная решетка; 8 — рабочие затворы блока питания; 9 — эстакада крана-контейнеровоза; 10 — кран-контейнеровоз; 11 — паз сороудерживающей решетки и ремонтного заграждения; 12 — паз ремонтного заграждения.
Механический рыбоподъемник построен на Саратовской ГЭС.
На Краснодарском гидроузле на Кубани построен встроенный в плотину механический рыбоподъемник, состоящий из рыбонакопителя, рабочей камеры и блока питания. Расположенный в верховой части рыбоподъемника блок питания выполнен в виде водослива с водобойным колодцем, обеспечивающим условия безопасного ската рыб. Это экономичный и сравнительно простой по исполнению тип рыбоподъемника, в котором осуществлен одновременно перевод в верхний бьеф идущих на нерест рыб и скат рыб и молоди из верхнего бьефа в нижний. Для привлечения рыб использованы не только поток воды, но и рыбонаправляющие тактильные канавки. Рыбоподъемник оказался достаточно эффективным: за 5 лет было пропущено около 5 млн. шт. различных рыб (севрюга, рыбец, шемая, судак, лещ и др.). Кроме того, через рыбоподъемник возможен сброс воды при пропуске паводка.
Разработана и построена плавучая установка для накопления и транспортировки рыбы, основным преимуществом которой является мобильность, обеспечивающая возможность размещения ее рыбонакопителя на участке нижнего бьефа, где отмечена наибольшая концентрация рыб. Такая установка состоит из плавучего передвижного рыбонакопителя и судна (контейнера) для транспорта накопленной рыбы в верхний бьеф гидроузла или к местам нереста. Рабонакопитель — плавучий лоток с открытыми для потока торцами, в котором для привлечения рыбы используются течение реки, проходящее транзитом по лотку, а также дополнительные расходы, подаваемые с помощью погружных насосов. На рыбонакопителе предусматриваются: сопрягающее и побудительное устройства; подъемная ихтиологическая площадка для осмотра, промышленного отбора и мечения рыбы и устройство для передачи рыбы в специальное транспортное судно.
Опытная проверка передвижной рыбонакопительной установки после ее модернизации на Дону (1970—1972 гг.), на Волге (1978 г.) и на Рижской ГЭС (1979—1980 гг.) показала, что установка пригодна для привлечения и накопления всех видов ценных промысловых рыб в период их массового нерестового хода и может использоваться в качестве мобильного рыбопропускного устройства.
Эффективность работы рыбопропускного сооружения в значительной степени зависит от правильного выбора его местоположения в системе гидроузла. Выбор местоположения, количества и типа рыбопропускных сооружений основан на прогнозировании изменений в особенностях поведения и ориентации рыб после возведения гидроузла и определении возможных трасс их движения и участков концентрации при различных режимах работы водосбросных сооружений. Эти данные получают путем проведения телеметрических гидроакустических и ихтиологических исследований в районе проектируемого гидроузла, а также на основе биолого-гидравлического моделирования. При выборе местоположения рыбопропускного сооружения следует иметь в виду, что многие виды ценных промысловых рыб ориентируются не только по потоку, но и по рельефу русла реки. Поэтому необходимо учитывать, что полученные в период составления проекта на основании данных телеметрии трансы и места концентрации рыб в реке могут существенно измениться после строительства гидроузла.
Большое значение для привлечения рыб имеет сопряжение потоков ГЭС, плотины и рыбопропускного сооружения и возможность выделить из водосбросного фронта привлекающий поток, исходящий из рыбонакопителя (шлейф). Для обеспечения привлечения рыб в рыбонакопитель необходимо получить или четко выраженную границу транзитного потока, или выделяющийся «шлейф» скоростей. Следует учитывать, что для привлечения придонных рыб должно быть также обеспечено гидравлическое и конструктивное сопряжение рыбонакопителя с дном реки без образования водоворотов между потоком шлейфа и сопрягающим устройством. При этом скорости течения в придонном слое над сопрягающим устройством должны отличаться от речного потока на этой же глубине, а вектор скорости направлен вдоль плоскости сопрягающего устройства или под возможно меньшим углом к нему.
На гидроузлах с пиковыми режимами работы ГЭС в период работы агрегатов имеют место значительные скорости потока, недоступные для подхода рыб к приплотинному участку. В этих условиях целесообразно привлечение и накопление рыбы вести в удалении от гидроузла, где влияние режима ГЭС существенно уменьшается и скорости течения воды соответствуют привлекающим рыб скоростям. Проектируемый при этом комплекс сооружений состоит из рыбозаградителя, перекрывающего все или часть сечения водотока в выбранном створе, и сооружений для накопления и транспортировки рыбы в верхний бьеф гидроузла. Такая схема принята на Рижской ГЭС.
Для рек с интенсивным судоходством применяется рыбозаградитель, перекрывающий часть русла, при этом остается свободным судовой ход, отделенный специальной дамбой. Конфигурация и местоположение дамбы выбираются из условия создания на участке судового хода потока со скоростями ниже пороговых, а на участке рыбозаградителя потока с привлекающими скоростями. В этом случае для пропуска в водохранилище контейнеров с рыбой используется существующее судопропускное сооружение.
При строительстве на реке каскада гидроузлов в ряде случаев целесообразно возводить рыбопропускные сооружения только на нижнем гидроузле каскада, а затем транспортировать накопленных производителей рыб через каскад гидроузлов в плавучих или автомобильных контейнерах в верхнее водохранилище. Такое решение рассмотрено, например, в техническом проекте каскада гидроузлов на Амударье.
Для транспортировки производителей и молоди на большие расстояния разработаны и испытаны различные конструкции плавучих контейнеров. Они выполнены в виде самоходных двухбортовых судов- рыбовозов с лотками, торцы которых перекрыты сетчатыми затворами. Опытная проверка плавучих контейнеров на Дону и Волге показала возможность эффективной транспортировки производителей рыб и их молоди на расстояние до 300 км.
Созданный опытный образец автомобильного контейнера для транспортировки рыб с системой жизнеобеспечения предусматривает циркуляцию воды с подачей в напорный тракт кислорода и поддержание на заданном уровне температуры воды в контейнере. Транспортировка производителей и молоди рыб в таких контейнерах на расстояние до юо км производится практически без отхода (гибели), что говорит об их существенном преимуществе по сравнению с эксплуатируемыми в настоящее время цистернами для перевозки живой рыбы. Автомобильный контейнер с системой жизнеобеспечения может быть использован и для транспорта товарной рыбы на расстояние до 1500 км с целью снабжения рыбной продукцией городов нашей страны.
Опыт последних лет показал, что при использовании уже разработанных конструкций в большинстве случаев может быть решена задача пропуска к местам нереста необходимого для воспроизводства количества производителей рыб. В ближайшие годы должно быть построено и введено в эксплуатацию значительное число рыбопропускных сооружений: рыбопропускные шлюзы на Федоровском и Кубанском гидроузлах на Кубани, Тиховском на Лабе, Гудермесском на Сунже, вододелители в дельте Волги, на Николаевском, Константиновском и Богаевском на Дону, на Рижской ГЭС на Даугаве и др.
15.3. Искусственные нерестилища
При строительстве гидроузла значительная часть нерестилищ затапливается или становится непригодной для нереста из-за колебаний уровня воды и нестабильных гидравлических условий. По этим причинам рыбное хозяйство предъявляет требования по ограничению колебаний уровней воды как в водохранилищах, так и в нижних бьефах гидроузлов. Но и при выполнении этих требований эффективность нереста рыб на отсыпных искусственных нерестилищах невелика из-за неприспособленности их к изменяющемуся гидрологическому режиму и заиляемости нерестового субстрата. Кроме того, на строительство таких нерестилищ требуются большие капитальные затраты, а эксплуатация их дорога и трудоемка.
В настоящее время разработана конструкция искусственных нерестилищ из сборных панелей с облегченным нерестовым субстратом Подготовка и сборка этих нерестилищ и очистка нерестового субстрата производится на берегу, а установка в водоток осуществляется непосредственно перед нерестом, на наиболее благоприятных для нереста рыб участках реки или водохранилища. Нерестовые поля заданного размера собираются из отдельных панелей. Поскольку такие нерестовые панели могут быть погружены на любую глубину или подвешены на поплавках, то их важным преимуществом является возможность сохранения благоприятных условий нереста при колебаниях уровней воды в водохранилищах и в нижних бьефах гидроузлов.
Разработанные нерестовые панели представляют собой жесткую плиту или гибкое полотно и состоят из основания и нерестового субстрата. При изготовлении панелей искусственный субстрат имитирует гальку или гравий для нереста литофильных рыб (осетровых, лососевых, рыбца и др.), растительность — для фитофильных рыб (судака, леща и др.), норы — для бычков.
Опытная проверка нерестовых панелей в лабораторных и производственных условиях на рыбоводных заводах и на реках показала, что нерестовые панели пригодны для нереста различных видов рыб. В настоящее время разработана промышленная конструкция панелей для осетровых и рыбца. В ближайшее время предполагается организация их промышленного производства. Применение нерестовых панелей позволит смягчить требования рыбного хозяйства к уровенным режимам водохранилищ и нижних бьефов гидроузлов, а также осуществлять компенсацию нерестовых площадей взамен затопленных или выведенных из эксплуатации при гидротехническом строительстве.
