0  前言

随着全球范围内水资源需求的持续增长以及水资源管理压力的不断加剧，水利工程设施，诸如大坝和水电站等，已然成为实现水资源可持续利用的至关重要的关键组成部分，水利枢纽和水电站的建设数量不断增加。然而，此类水利工程设施在充分满足能源生产和水资源调控等重要功能的同时，不可避免地对周边生态环境，尤其是对水生生物的栖息、洄游、繁殖等生命活动产生了极为显著的影响^[1]。例如，水轮机的高速运转可能致使水生生物受伤乃至死亡，大坝的构筑可能阻断水生生物的洄游路径，影响其种群的延续和生存。特别是在大坝机组尾水区域进行排水检修的特定期间，尾水洞处常常会聚集并捕获大量处于洄游状态的水生生物。这主要是由于该区域具有特殊的水流条件，水生生物在这种水流环境下极易被卷入尾水洞中，进而导致大量水生生物滞留并死亡，最终引发水生生物资源出现显著减少的不良后果。

为切实有效地保护水生生物种群以及维护其生物多样性，科研人员在全球范围内针对各种驱鱼技术展开了深入且全面的探索与实践。这些驱鱼技术主要涉及声、光、电、气泡幕、水流操控、信息素等多种先进手段^[2]。其目的在于构建非物理性的、具有生态友好特性的屏障体系，通过对水生生物的行为进行引导，促使水生生物避开潜在的危险区域，从而显著减少水生生物误入尾水洞的风险，为实现水利工程与生态环境的协调发展提供有力的技术支持。然而，其他几种诱鱼方式，如利用光、声、电、气泡幕等在鱼道诱鱼的实际工程应用中尚不多见。其原因主要有两个方面：一方面，实际工程环境具有高度的复杂性和多变性，使得条件控制面临诸多困难。在实际工程中，各种因素相互交织，如水流的动态变化、水质的差异、周围环境的干扰等，这些因素共同作用，使得精确控制光、声、电、气泡幕等条件变得极为困难。另一方面，现今对于水生生物与光、声、电、气泡幕等控制条件之间的响应关系研究仍不够全面深入^[3]。

目前的研究虽然在一定程度上揭示了部分水生生物对特定控制条件的反应，但对于不同水生生物种类、不同生长阶段以及不同环境条件下水生生物与这些控制条件的复杂响应关系尚未完全明晰。本文对声波驱离、电磁驱离、光诱驱离、水流驱离、化学驱离、气泡幕驱离、组合式驱离等七大类水生生物驱离技术的应用现状、主要类型、基本原理进行探讨与研究，对水生生物驱离技术的效果评估手段、面临的问题与挑战、未来发展趋向进行了总结和展望。

1  水生生物驱离技术基本原理

 我国不同类型和规模的水利枢纽及水电站对水生生物驱离技术的需求存在多方面的差异。例如，水电工程中的复合式驱离技术系统因其灵活高效且利于生态保护而受到青睐，适用于较大规模和对生态保护要求较高的水利枢纽。潮汐电站用的大型水生生物驱赶装置，因其特定的结构设计，更适合潮汐电站的特殊环境需求。码头声波水生生物驱离技术在水电站中的应用，因其驱离技术效率良好，在一些对驱离技术效果有较高要求的场所具有需求。而像马岭水利枢纽工程采用的电赶拦鱼系统，虽然有效、安全且先进，但存在电极结构易损坏等问题，可能在一些对设备稳定性要求较高的地方需求会受到一定限制。此外，不同水利枢纽及水电站所处的地理环境、水生生物资源种类和数量、工程规模等因素都会影响对水生生物驱离技术的具体需求。例如，在水生生物资源丰富、洄游规律复杂的地区，可能需要更加精准和高效的水生生物驱离技术；而在规模较小、环境相对简单的水利枢纽，可能对水生生物驱离技术的复杂度和成本有更严格的控制。

1.1  利用水生生物的感官特性

1.1.1  听觉刺激

水生生物的听觉系统对特定频率和强度的声波较为敏感。水生生物驱离技术通过发射特定频率范围（如低频或高频）和适当强度的声波，使水生生物感受到不适或威胁，从而促使其改变游动方向，远离危险区域。

1.1.2  视觉干扰

水生生物的视觉感知在其生存和行为中起着重要作用。强烈的光线、特定波长的光或者光的闪烁模式都可能对水生生物的视觉产生干扰，影响其正常的行为模式，引导其离开特定区域。

1.1.3  嗅觉诱导

水生生物具有发达的嗅觉系统，能够感知水中化学物质的微小变化^[4]。某些具有特殊气味的化学物质可以被释放到水中，通过刺激水生生物的嗅觉感受器，引发其逃避反应。

1.2  干扰水生生物的行为模式

1.2.1  水流改变

水生生物在水中的游动和栖息往往与水流的速度、方向和流态密切相关。通过调整水利枢纽或水电站进水口、出水口的水流速度和方向，创造不利于水生生物停留的水流条件，从而达到驱离技术的目的。

1.2.2  电磁场影响

在水中建立特定强度和频率的电磁场，水生生物在感知到电磁场的变化后，可能会改变其行为，远离电磁场覆盖的区域。

2  常见驱离技术应用探究及实效性分析

常见的水生生物驱离技术包括声波驱离技术、电磁驱离技术、光诱驱离技术、水流驱离技术、化学驱离技术、气泡幕驱离技术、组合式驱离技术等七大类。本文对其基本作用原理、应用案例及应用实效性进行了详细研究与分析。

2.1  声波驱离技术

声波驱离技术主要是利用水生生物对特定声音的敏感性和响应机制，通过精准地发出特定频率、强度和节律的声音来达到驱赶水生生物的目的。

高效的声波驱离技术要点在于构建一个声学参数高度可控的水下发射装置，具体包括声频、工作时长、增益和作业深度。面对复杂的海洋鱼类群落，该装置的关键性能指标是宽频带与高声强。不同鱼种对声音频率的感知能力迥异，装置覆盖的频带越宽，其适用的驱鱼种类就越广泛；声强越高，则声波的有效作用半径越大。据研究，具备20 Hz - 10 kHz工作带宽、峰值声压级180 dB的装置，在理想水下传播条件下，200米距离处的声压级估计约为134 dB^[5]。这个声压水平依然高于绝大多数鱼类的听觉敏感下限，确保了可靠的驱鱼效能。

为保护韩江流域水生生物，促进鱼类洄游通道畅通，广东省水利厅韩江局从2024年4月1日起启动了潮州供水枢纽鱼闸溯河运行工作，他们在闸室中采用多种诱鱼剂和水下驱鱼灯，在上下游引航道设置超声波驱鱼器。声呐和水下视频数据初步分析表明，监测时段鱼闸每次运行过鱼数量可达上千尾，声波驱鱼装置与鱼闸的联合运行有效减小了工程对鱼类洄游的不利影响。

但水生生物的听觉系统具有一定的感知范围和独特的反应特性，不同种类的水生生物对声音的感知和响应存在显著差异。例如，一些研究发现，某些水生生物对低频或高频声音表现出较为明显的敏感性，而特定的声音模式，如连续的、脉冲的或者特定节奏的声音，可能会引起水生生物的恐惧、不安或不适，从而促使它们主动远离声源。此外，声音在水中的传播特性，包括衰减速度、折射和反射等，也会对声音驱离的效果产生重要影响。

综上，声波驱离技术的优点是声波在水中传播距离远，能够大面积覆盖，可以根据需要调整声波的频率和强度。但声波的传播可能受到水流、水温等环境因素的影响，对于某些对声波不敏感的水生生物效果可能不佳。

2.2  电磁驱离技术

电磁驱离技术利用电场对水生生物的刺激作用来实现驱离目的。水生生物在电场中可能会感受到不适或受到电信号的干扰，从而改变其行为。电场的强度、频率、波形等参数的选择对于驱离效果至关重要。同时，电场在水中的分布和衰减规律，以及水生生物在电场中的生理和行为反应机制，也是研究和应用电场驱离技术时需要重点关注的问题。

西江航运干线贵港至梧州段航道整治工程中，使用电子脉冲赶渔器来驱赶鱼类^[6]。这种赶渔器可产生脉冲电流，电流对鱼类刺激较强，但不会对其造成伤害。具体操作时，将赶渔器放置在船上，在施工航段上下游各500米的范围内呈“之”字型前进。通过水下电极建立迫使鱼类产生回避反应的水下电场，当鱼类靠近这种电场时会本能地离开，大概在两小时内不会返回驱赶水域，从而为炸礁施工创造了有利的时间窗口期。电磁驱离技术既满足了工程建设的需要，又在一定程度上维护了鱼类生存环境的相对平衡，减少了航道炸礁施工对鱼类的影响^[7]。

此外，贵州省黔西南布依族苗族自治州兴义市境内马岭水利枢纽工程也采用了电赶拦鱼系统，电栅是有效、安全且先进的拦鱼、导鱼设施，通过布置电栅来产生无形的水下电场，从而实现电磁驱离的效果^[8]。三峡工程围堰爆破前爆破前24小时，也曾在前置鱼类分布探测后，利用高压脉冲电场驱鱼，将爆破区600米内的鱼群驱离，保护中华鲟、胭脂鱼等濒危物种，驱鱼率达90%以上

但电流对鱼类的生理影响显著，尤其体现在对其电感受器官的强烈刺激及随之产生的持续性代谢效应上。 这一结论基于对鱼类在电流作用前后耗氧量、呼吸频率（表征代谢强度）变化的对比分析。实验数据显示：受直流电刺激麻痹后，鱼类完全恢复约耗时70分钟；交流电刺激后恢复期延长至2小时左右；相比之下，脉冲电流刺激后恢复最快，仅需20分钟左右^[9]。

综上，电磁驱离技术的优点是电场的作用范围较为集中，可精确控制驱离技术区域，对设备的安装位置要求相对较低。但电场的建立需要消耗一定的电能，长期使用可能会对水域的电化学环境产生一定影响。

2.3  光诱驱离技术

光诱驱离技术利用基于水生生物的趋光性或避光性等独特特征。不同的水生生物对于光的颜色、强度和波长有着各自不同的偏好和反应。通过精心设置特定光色和强度的光源，可以有效地吸引或驱赶水生生物。比如，齐口裂腹鱼偏好蓝光和绿光，异齿裂腹鱼偏好黄光和绿光，因此可以巧妙地利用其偏好光色进行有针对性的诱集^[10]；而对于一些需要驱赶的水生生物，则可以使用其具有负趋性的光色。同时，光在水中的传播和衰减规律，以及水域环境中的光照条件变化，都会对光诱驱离的效果产生复杂的影响。此外，突发光刺激也会让水生生物产生驱离作用^[11]，即鱼类面对短暂、不连续的强闪光会表现出躲避行为。相反，对于稳定强度和颜色的光照，鱼类的反应则较为复杂，可能表现出被吸引趋近或排斥远离。

藏木水电站在过鱼设施中采用了光诱驱鱼技术，考虑到水的浑浊度会影响光的传播，所以每天需要测量诱集区域的光强照度，确保诱集区域的光照强度为目标鱼类的光照强度。在鱼道内部布置水下诱鱼灯和水上诱鱼灯，分别在不同情况下开启，帮助鱼类快速找到主流区，从而随主流区不断上溯。

综上，光诱驱离技术的优点是能够在夜间或光线较暗的条件下发挥作用，可与其他水生生物驱离技术结合使用。但强光设备的能耗较高，可能会对周边环境造成光污染。

2.4  水流驱离技术

水流驱离技术借助水生生物对水流的天然感知和习性，通过巧妙地调整水流的方向和速度来引导或驱赶水生生物。水生生物对于水流的速度、方向和紊流程度等都有着敏锐的感知能力，合适的水流条件可以有效地影响水生生物的游动方向和活动范围。在实际应用中，需要深入了解不同水生生物对水流的特定响应，以及水流在不同水域环境中的变化规律，以便能够精准地设计和实施水流驱离方案。

美国的北汊坝鱼道采用一种类似水轮机的装置来实现水流驱鱼。该装置通常由主体、转动轴、撞击片、传动片、振动片等部分组成。水流流动时，会推动装置上的转动板。转动轴持续旋转会带动撞击片撞击传动片，传动片开始震动，并将振动传递给振动片，两个振动片进一步放大振动，从而达到驱赶鱼群的目的。

此外，浙江兰溪江拦河闸由于其尾水渠流速大于鱼类最低感应流速导致鱼类大量聚集，进而将鱼道设置于尾水渠附近，增加诱鱼效率；湘江土谷塘航电枢纽工程在鱼道进口设置补水孔，并将辅进鱼口与集鱼系统连接处改为开敞式，以提高辅进鱼口水流流速，保证进鱼口流速为鱼类喜爱的洄游流速，从而提高鱼类驱离效率^[3]。

综上，水流驱离技术的优点是利用了水利工程自身的水流条件，无需额外的能源输入，同时对环境的影响较小。但水流的控制效果受水利工程运行条件的限制，调整水流可能会对工程的其他功能产生一定影响。

2.5  化学驱离技术

化学驱离技术是向水中释放具有刺激性气味的化学物质，如大蒜素、氯化铵等，这些化学物质在水中扩散，刺激水生生物的嗅觉感受器，使其产生逃避行为。化学驱离技术是利用某些化学物质对鱼类产生驱赶作用的方法，但这种方法可能会对水域生态环境造成负面影响，一些化学物质可能对鱼类有毒害作用，会导致鱼类死亡或影响其生存和繁殖，从而破坏水域生态平衡。此外，这些化学物质还可能在水体中残留，对其他水生生物和环境产生长期的危害。因此，国内暂未查找到相关应用实例资料。

综上，化学驱离技术的优点是操作相对简单，成本较低，且在短时间内能够迅速产生驱离技术效果。但化学物质可能对水域生态环境造成一定污染，驱离技术效果的持久性有限。

 总结

水生生物驱离技术在水利枢纽的应用对于保障水生生物生态和水利工程的可持续发展具有重要意义。尽管目前在技术原理、类型和应用方面已取得一定成果，但仍面临诸多挑战，如环境适应性、技术成本、水生生物适应性和多目标平衡等问题。本文通过对当前发展较为成熟、应用较为广泛的七类水生生物驱离技术进行详细研究与讲解，对当前研究现状和未来发展趋势进行深入探讨，对水生生物驱离技术的研究与发展具有较大的参考价值。未来，随着智能化、多技术集成、生态友好型技术研发和跨学科研究的不断推进，水生生物驱离技术有望实现更高效、精准和可持续的发展，为水利工程与生态环境的和谐共生提供有力支撑，实现人与自然的共赢。

[参 考 文 献]

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[2] 尹入成.不同规格气泡幕对鱼类趋避行为影响机制及其工程应用设计[D].三峡大学,2020.

[3] 刘志雄;张迪岩;杨文俊,等.光驱诱鱼技术和声驱诱鱼技术研究现状与应用前景[J].长江科学院院报,2019,36(05):42-48+61.

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