Причины и закономерности попадания рыб в водозаборные сооружения

В период ската большая часть молоди, да и взрослой рыбы, попадает в водозаборные сооружения. Причины их попадания связаны, с одной стороны, с физической невозможностью сопротивляться течению, а с другой — отсутствием условий дня ориентации рыб в потоке и, в первую очередь, условий для зрительной ориентации.

Основной причиной попадания молоди в водозаборные сооружения является её пассивный снос потоком воды (пассивный тип попадания). Другая причина — активное движение по течению (активный тип попадания) — встречается достаточно редко (за исключением лососевых), не носит систематического характера и по доле причиняемого ущерба незначительна.

Весной часто попадают в водозаборные сооружения производители. Это связано с преднерестовым и посленерестовым состоянием и, в частности, покатной миграцией отнерестившихся производителей. В этот период реореакция ослабевает, плавательная способность резко снижается. Так, например, у леща после нереста критическая скорость равна всего лишь 0,3-0,5 м/с, тогда как в норме она составляет 1,2 м/с. При этом многие рыбы, хотя и ориентированы против течения, сносятся даже при скорости 0,3 м/с.

Максимум попадания рыб в водозаборы происходит в весенне-летний период, когда личинки и молодь не могут активно сопротивляться всасывающему потоку воды, движутся с небольшой скоростью и обладают только зрительной ориентацией. Осенью подросшая молодь в меньших количествах попадает в водозаборы, так как она способна преодолевать течение и свободно ориентироваться. Зимой гибель рыб из-за попадания в водозаборы увеличивается. Это связано с понижением температуры воды и снижением двигательной активности рыб.

Наблюдается и суточная ритмика попадания рыб в водозаборные сооружения, которая зависит от закономерностей её ската и поведения в потоке воды. При потере зрительной ориентации в ночноевремя резко возрастает количество засасываемых рыб насосными станциями и их гибель Суточный ритм наиболее чётко отмечается в водоёмах, где велика прозрачность воды.

Принципы защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения

Академик Д.С. Павлов выделяет три принципа защиты рыб от попадания в водозаборные сооружения и зоны гидроузлов: экологический, поведенческий и физический.

Экологический принцип защиты предусматривает использование закономерностей, связанных с образом жизни рыб (распределением, миграциями) и особенностями их попадания в водозаборные сооружения.

Поведенческий принцип защиты — использование поведенческих реакций на те или иные раздражители — свет, звук, электрополе и т.д.

Физический принцип защиты — использование физических явлений при обеспечении жизнеспособности рыб (задержание механическими преградами, использование разницы плотности воды и рыб и др.).

Названным принципам защиты соответствуют три группы способов защиты под такими же названиями. Причём способы защиты, основанные на поведенческом принципе, относят к активным, а на экологическом и физическом принципах — к пассивным.

Сооружение водозаборов без знания горизонтального и вертикального распределения рыб в водоёмах часто приводит к массовому их засасыванию и гибели. Выбор места и типа водозаборного сооружения должны быть согласованы с органами рыбоохраны, располагающими сведениями о распределении рыб в водоёме, сё биологии и поведении. Насосные станции оросительных систем, в которые засасывается рыба, а затем выносится на поля орошения и погибает, не должны располагаться на нерестилищах, на хорошо прогреваемых кормных участках у пологих речных берегов и мелководьях водохранилищ, на путях ската молоди и в районах выпуска молоди с рыбоводных предприятий.

При выборе типа водозаборного сооружения и установления режима работы насосных станций необходимо учитывать биологиюрыб данного района. Так, оголовок водозабора нельзя располагать на глубинах 3-4 м в местах концентрации молоди осетровых или в поверхностных слоях воды в местах скопления молоди карповых рыб. В период массового ската молоди необходимо ограничивать забор воды.

Рыбозащитные устройства

Рыбозащитные устройства входят в состав водозаборных сооружений промышленных предприятий, ирригационных систем, тепловых электростанций и других потребителей воды, расположенных на водотоках (реках и каналах) и на рыбохозяйственных водоёмах (прудах, озёрах, водохранилищах, морях) и предназначены для защиты личинок, молоди и половозрелых рыб от попадания в водозаборные сооружения и гибели.

Рыбозащитные устройства подразделяют на три группы:

1 группа — механические заграждения — препятствия на пути движения рыб, К этой группе относятся простейшие заграждения (плетни, решётки, фильтры из различных материалов), фильтрующие водозаборы, сетчатые заграждения (плоские сетки, плоские сетки с рыбоотводами, сетчатые барабаны, конусные сетчатые устройства);

2 группа — гидравлические заграждения — струенаправляющие устройства, с помощью которых в водотоках создаются гидравлические условия для направления движения рыб у гидротехнических сооружений (запони, отбойные козырьки, зонтичные рыбозащитные устройства);

3 группа — «физиологические» заграждения — устройства, задерживающие рыбу путём создания в воде электрических полей, светового и звукового воздействия, а также завес из воздушных пузырьков.

Механические рыбозащитные устройства являются наиболее эффективными. Гидравлические и «физиологические» рыбозащитные устройства строят в тех случаях, когда по биотехническим и инженерным соображениям нецелесообразно применение механических рыбозащитных устройств.

Механические рыбозащитные устройства представляют собой механическую преграду перед водозаборными сооружениями, бывают сетчатые и фильтрующие. Их конструкции могут быть срыбоотводом и без него. На небольших водозаборах в качестве временных рыбозащитных устройств применяют простейшие фильтрующие сооружения без рыбоотводов из хвороста, камыша и других материалов в виде плетней или фильтрующие дамбы из камня, щебня, гальки, гравия. При этом для бесперебойного водоснабжения участок канала в месте устройства фильтров расширяют в 2-3 раза.

Гравийный фильтр. Поперёк расширенного участка канала забивают два ряда кольев (на глубину не менее 0,5 м), колья каждого ряда заплетают плетнем. Промежуток между плетнями засыпают гравием размером 1 -2 см.

Гравийно-галечный фильтр. Поперёк расширенной части канала ставят три ряда плетневых стенок. Промежутки между первой и второй стенкой по течению воды заполняют галькой размером 3-5 см, а между второй и третьей стенкой – гравием. Стенки ставят на расстоянии 0,5 м одна от другой. Иногда между второй и третьей стенкой засыпают крупнозернистый песок, тогда такой фильтр называют песчано-галечным.

Стеклянно-гравийный фильтр. В промежутки между плетневыми стенками (на полную высоту фильтра) насыпают гравий с мелкобитым стеклом с таким расчётом, чтобы стекло заполняло все промежутки между гравием. Попадая в такой фильтр, икра, личинки, мальки хищной и сорной рыбы, а также земноводных травмируются стеклом и погибают. Для увеличения поверхности фильтра его располагают под некоторым углом к оси канала (не менее чем на 45°).

Кассетные фильтры представляют собой эстакаду, в пазы которой вставлены кассеты коробки, заполненные гравием, керамзитом, стеклянным или кирпичным боем и другими материалами, включая синтетические. Эти кассеты устанавливают для предотвращения попадания в водозабор мусора и молоди рыб. Скорости фильтрации воды в устройствах кассетного типа равны 25-30 см/с.

По мере заиления и загрязнения фильтров их необходимо очищать и промывать. Промывка фильтров проводится при поднятии кассет на поверхность. Наполнитель кассеты промывают и просушивают. Промывку фильтров проводят также обратным током воды, импульсами давлений и при комбинации этих способов.

Фильтрующие рыбозащитные устройства обычно устанавливают на участках водоёмов, где скорости течения воды превышают скорость на подходе к фильтру не более чем в 3 раза.

Сетчатые устройства имеют размеры ячеи, обеспечивающие защиту рыб определённых размеров и необходимый пропуск воды. Материал, из которого изготовлена сетка, не должен подвергаться деформации и коррозии. Для этой цели используют нержавеющую сталь, медь, латунь, капрон, нетрон, лавсан и другие материалы, Вдоль сетки должен создаваться такой поток воды, который бы не прижимал рыбу и позволял ей уйти от сетки. Применяют различные конструкции сетчатых рыбозаградительных устройств в зависимости от места и типа водозабора, расхода воды, биологической и размерной характеристики рыб, обитающих в водоёме.

Плоские сетки применяют в водозаборах на водотоках и водоёмах, устанавливают в водозаборных отверстиях оголовков, на входе в водозаборные отверстия, на плавучих насосных станциях и др. Они состоят из несущей конструкции, грубой решётки, сетчатого полотна, очистного устройства, подъёмного механизма, монтажной площадки.

Грубая решётка необходима для защиты сетчатых полотен от крупного мусора. Её можно установить вертикально или наклонно. Расстояние между стержнями решётки должно быть не более 50 мм.

Сетчатое полотно используют для предупреждения попадания молоди рыб в водозаборное сооружение. Оно состоит из отдельных сеточных рамок. Размер рамок по ширине 1 м, высота не более 1,5 м.

Сетчатое полотно может быть расположено в плане по прямой линии, по дуге, в виде прямоугольника. Сетчатые полотна применяют с ячеёй 4×4 мм для защиты молоди рыб длиной тела 30 мм и более и с ячеёй 2×2 мм — для защиты молоди рыб длиной тела 15 мм и более.

Плоские сетки с рыбоотводом часто устанавливают на подводящих каналах. Они состоят из несущей конструкции, грубой решётки, сетчатого полотна, подъёмного оборудования и рыбоотвода, который предназначен для выведения рыбы из подводящего канала. Сетчатое полотно рекомендуют располагать под углом 16-17,5° к оси канала.

Сетчатые барабаны устанавливают непосредственно на входе в водозаборные отверстия. Существуют различные их конструкции.Они могут состоять из одного или нескольких барабанов, обтянутых мелкоячейной сеткой, и очистного устройства.

В зависимости от способа очистки сетного полотна сетчатые барабаны делят на две группы: промывные устройства (водяная флейта) неподвижные, а сетчатый барабан вращается вокруг своей оси от лопастной турбины, или лопастного винта, или электропривода, сетчатый барабан неподвижный, а промывное устройство вращается от лопастного винта, или лопастной турбины, или струереактивного приспособления.

В некоторых струереактивных устройствах использована автоматика, которая контролирует степень засорения сетки. Реле автоматически выключает очистное устройство, отрегулированное на определённый период давления струй воды на сетке. При неисправности устройства и сильном засорении реле автоматически отключает насос и подает аварийный сигнал.

Сетчатые барабаны имеют производительность от 50 до 5000 л/с. Их применяют для рыбозащиты на плавучих насосных станциях и на водозаборах береговых насосных станций.

Не рекомендуется применять сетчатые барабаны на водозаборных сооружениях, перед оголовками которых имеются ковши или подводящие каналы. При использовании сетчатых барабанов на реках следует учитывать, что скорость течения воды через сетку не должна превышать 0,25 м/с при защите молоди рыб всех размеров, включая мальков менее 15 мм, и 0,4 м/с при защите молоди рыб длиной от 15 мм и более. Скорость течения в водотоке на участке расположения сетчатых барабанов должна быть не менее 0,4 м/с.

При применении сетчатых барабанов на водозаборах из водохранилищ и озёр скорость течения воды через сетку допускается не более 0,1 м/с при защите разноразмерной молоди рыб до 15 мм и не более 0,25 м/с при защите молоди рыб длиной 15 мм и более.

Конусное сетчатое устройство используют для защиты рыб на водозаборах с большими расходами воды (обычно на оросительных системах). Это рыбозащитное устройство представляет собой вращающийся сетчатый усечённый конус, установленный в пазовые конструкции вершиной к течению. Вращается конус от электродвигателя или от гидромотора, установленного под водой на оси конуса. Очистка наружной поверхности сетки конуса осуществляется неподвижным промывным устройством (водяной флейтой). Во избежание попадания крупного мусора перед конусом устанавливают решётку. Прошедшая через сороудерживающую решётку рыба попадает в сетчатый конус со стороны большого его основания. При вращении конуса и работе очистного устройства рыба относится током воды сначала к вершине конуса, а затем в водоотвод.

Гидравлические рыбозащитные устройства. К сооружениям этого типа относятся устройства, с помощью которых перед водозаборами создаются гидравлические условия, препятствующие попаданию рыбы в водозабор и направляющие её в рыбоотвод. У нас в стране наибольшее распространение получили такие рыбозащитные устройства как запани, отбойные козырьки, зонтичные.

Запани и отбойные козырьки состоят из стационарной несущей конструкции, щитов и подъёмно-транспортного оборудования. Щиты заглубляют ниже уровня воды не менее чем на 1 м. Подъёмно-транспортное оборудование обеспечивает установку и демонтаж запани или отбойных козырьков.

Зонтичные рыбозащитные устройства представляют собой конструкцию в виде цилиндра или куба, состоящую из непроницаемого материала. Такая конструкция присоединяется сверху к отверстию всасывающей трубы водозаборного сооружения. Вода засасывается в трубу снизу вверх. Это создаёт гидравлические условия, при которых предотвращается попадание рыбы в водозабор.

Физиологические рыбозащитные устройства рассчитаны на использование поведенческих реакций рыб на различные раздражители, вызывающие испуг или привлечение рыб. Они воздействуют на зрение, слух, осязание и боковую линию рыб. При этом применяются как отдельные раздражители, так и их комплекс. Следовательно, такие устройства защищают рыб от попадания в водозаборные сооружения, не препятствуя потоку воды. К этой группе способов защиты рыб относятся электрические, световые, звуковые, воздушно- пузырьковые рыбозащитные устройства.

Электрические рыбозащитные устройства используются в оросительных каналах и у гидроэлектростанций. Принцип их работы основан на реакции избегания рыбами электрических полей высокого напряжения. Причём чем меньше рыба, тем большее напряжение нужно для её отпугивания. В связи с этим при создании электрозаградителя исходят из минимальных размеров защищаемых рыб. Кроме того, различные виды рыб имеют разную чувствительность к электрическому полю и по-разному реагируют на него.

В нашей стране применяют однорядный электрорыбозаградитель ЭРЗУ-1, разработанный ГосНИОРХом и Ленинградским электротехническим институтом. Он состоит из несущей конструкции, системы электродов, делителя напряжения, прерывателей тока, системы управления и контроля, подьёмно-транспортного оборудования и ограждающего приспособления. Рыбозаградитель состоит из одного ряда расположенных вертикально электродов, опускаемых на всю глубину водоёма. Электроды сделаны из металлических труб, стержней или полос и сгруппированы в секцию по 12 шт. Расстояние между электродами зависит от электропроводности воды и размера защищаемой рыбы. Питание ЭРЗУ-1 осуществляется переменным током.

Световые рыбозащитные устройства разработаны на основе биологических особенностей рыб. Реакция рыб на искусственный источник света имеет видовую специфичность, может быть различной на разных стадиях онтогенеза даже у одного и того же вида, а также зависит от физиологического состояния рыбы, от абиотических и биотических факторов среды. Одни виды рыб положительно реагируют на свет, другие безразличны к нему, а третьи реагируют отрицательно. Световые рыбозаградители можно использовать для защиты молоди леща, воблы и некоторых других рыб.

Звуковые рыбозащитные устройства основаны на том, что рыбы воспринимают звуки широкого диапазона частот от 1 до 13000 Гц. В этом принимают участие органы слуха, боковой линии и плавательный пузырь. Звуки с переменными частотой и интенсивностью действуют на рыб сильнее, чем постоянные монотонные звуки. Рыбы пугаются любого шума. Однако эта реакция сохраняется короткое время, так как рыбы быстро адаптируются и не двигаются в нужном направлении. Управлять эффективно поведением рыб с помощью звука можно при использовании биологически значимых акустических сигналов: угрозы, боли, опасности, питания и др. Установлено, что наиболее сильная двигательная реакция у рыб отмечается на низкочастотные звуки (от 100 до 5000 Гц), которые являются для рыб сигналом опасности и создаются при броске хищников на жертву,биении раненой рыбы. Следовательно, для защиты рыб можно использовать звуки, отвлекающие рыб из зоны водозабора.

Воздушно-пузырьковая завеса создаётся воздухо-распылительной магистралью с перфорацией, уложенной по дну канала под углом от 60 до 8° к потоку воды. Наиболее эффективная завеса — плотная, спокойная, с несколькими рядами перфораций (6 рядов). Наибольший эффект рыбозащиты (до 80%) наблюдается при создании равномерной плотной завесы из пузырьков воздуха диаметром 2-3 мм. Для отвода рыбы от воздушно-пузырьковой завесы устраивают рыбоотвод.

Рыбопропускные сооружения

Проходные и полупроходные рыбы на нерест идут из моря в реки. Часто нерестилища расположены на большом расстоянии от моря и на пути к ним производители рыб встречают плотины, преграждающие ей путь вверх по реке. На таких реках, как Дон, Волга, Днепр, Обь, Тулома, Кура, Енисей, и др., имеющих рыбохозяйственное значение, построено по несколько гидротехнических узлов, через которые рыба должна пройти к местам размножения.

Для обеспечения прохода промысловых рыб из нижнего в верхний бьеф к нерестилищам в плотинах гидротехнических узлов строят рыбопропускные сооружения, которые различаются по конструкции и бывают двух типов: рыбоходы и рыбоподъёмники. Первые относятся к сооружениям непринудительного действия, вторые — принудительного. Те и другие способствуют сохранению естественного воспроизводства рыбных запасов.

Рыбоход — сооружение в виде лотка, устраиваемое в обход плотины или в её теле. В рыбоход из верхнего бьефа постоянно подаётся вода со скоростями течения, которые может преодолеть рыба при проходе по рыбоходу из нижнего в верхний бьеф. Наиболее эффективным является лестничный рыбоход — лоток, разделённый поперечными стенками на отдельные бассейны. Дно каждого бассейна горизонтально. Каждый последующий бассейн расположен выше предыдущего. В продольном разрезе рыбоход напоминает лестницу.

Особым видом рыбохода является сооружение, пропускающее молодь угря вверх по реке — угреход (лоток шириной 20-40 см соступенями бассейнами размером 3×5 м, глубиной 0,8-0,9 м, дно покрыто мелким галечником, удерживаемым перегородками с отверстиями).

Рыбоподъёмники — сооружения, располагаемые в теле плотины и пропускающие рыбу из нижнего бьефа в верхний при помощи подъёмных механизмов или методом шлюзования.

Особым типом рыбопропускных сооружений является рыбопропускной шлюз и плавучая установка для привлечения и транспортировки рыбы.

Для обеспечения нормальной работы рыбопропускных сооружений необходимо соблюдать следующие условия:

• для привлечения рыбы к входу в рыбоход из верхнего бьефа в нижний необходимо

подавать значительный расход воды, а скорости воды в этом месте должны быть равны

скорости течения воды в реке. Вход в рыбоход следует располагать с таким расчётом,

чтобы рыба могла легко его обнаружить;

• скорость течения воды по рыбоходу следует назначать в зависимости от вида

рыбы, идущей по рыбоходу, чтобы рыба могла её преодолеть;

• размеры отдельных конструктивных частей рыбоходов необходимо выбирать в

зависимости от вида рыб, которые будут проходить по этому рыбоходу. Так, ширину,

длину отдельных бассейнов (ступеней), уклон дна, расстояния между бассейнами для

отдыха рыб, размеры отверстий и т.д. следует назначать в каждом отдельном случае

специально;

• при устройстве рыбоподъёмников размеры лотка и камер рыбоподъёмника

необходимо назначать с учётом исключения травмирования рыбы при подъёме её из

нижнего бьефа в верхний;

• работа подъёмных и других механизмов должна быть по возможности бесшумной,

чтобы не отпугивать рыбу от сооружения.

Обеспечение интенсивного пропуска рыбы из нижнего бьефа в верхний во многом зависит от удачного расположения рыбопропускного сооружения в теле плотины и от его размеров. Размеры и тип рыбопропускного сооружения зависят от напора, созданного плотиной, рельефа местности в створе плотины и конструктивных решений всего комплекса сооружений, входящих в состав гидротехнического узла, а также вида и количества рыбы, которая должна быть пропущена через рыбопропускное сооружение из нижнего бьефа в верхний.

На гидротехнических узлах с напором до 30 м рекомендуется применять рыбоходы лестничного типа, при больших напорах лучше устраивать рыбоподъёмники и рыбопропускные шлюзы, так как лестничные рыбоходы будут иметь в этом случае большие размеры и стоимость.

Для пропуска лососевых рыб пригодны рыбоходы, в которых создаются условия, близкие к природным. Для пропуска осетровых и сельдевых рыб лучше применять рыбоподъёмники и рыбопропускные шлюзы, так как крупным осетровым рыбам трудно подниматься по рыбоходу и преодолевать скорости в отверстиях до 2 м/с; сельдевые же рыбы, идущие на нерест в больших количествах, будут травмироваться в рыбоходах.

Условия, определяющие создание рыбопропускных сооружений. При установлении целесообразности строительства рыбопропускных сооружений учитывают следующее:

• ценность и величину запаса тех видов рыб, нерестилища которых будут

расположены выше плотины;

• значение нерестилищ, расположенных в зоне проектируемого гидроузла, дня

воспроизводства ценных промысловых рыб, сохранятся ли они в новых условиях и

будут ли соответствовать биологическим требованиям данного вида рыб. Нужно

учитывать также возможность образования новых нерестилищ в нижнем и верхнем

бьефах гидроузла;

• возможность ската производителей и молоди рыб из верхнего бьефа в нижний

вместе с потоком воды, сбрасываемым через гребень плотины и турбины ГЭС;

• оценка экономической эффективности рыбопропускного сооружения. Если эта

оценка положительна, то всё равно ущерб, наносимый рыбному хозяйству

строительством плотины, слишком велик и не может быть компенсирован лишь