陈 昂 温静雅 王鹏远

(1.长江生态环保集团有限公司技术中心，湖北 武汉 430062；2.生态环境部环境工程评估中心水电环境研究院，北京 100012；3.中国长江三峡集团有限公司环境保护部，北京 100038)

1 概 述

河流筑坝开发的阻隔作用影响了河流连通性和鱼类洄游通道，导致河流生态系统退化、鱼类洄游通道受阻和鱼类栖息地破碎化等问题，同时，影响了洄游性鱼类的生活史过程[1]。高坝对洄游性鱼类的阻隔影响更为显著，可能形成物理隔离导致鱼类遗传多样性的丧失，进而影响鱼类种群资源。阻隔对洄游性鱼类的影响包括：阻断洄游通道，鱼类栖息地破碎化，影响水文、水温、凌情、地形、水质等基本要素，捕食风险增加等[2]。洄游性鱼类在不同生活史阶段具有不同的栖息地条件要求[3-4]，流量、温度、水质要素变化及栖息地退化等都是影响洄游性鱼类栖息条件的主要因素。人类活动对河流的阻隔导致世界许多地区的洄游性鱼类种群数量严重下降，部分种群已濒临灭绝[5]。

过鱼设施是帮助鱼类洄游通过河流阻隔的通道，为了恢复河流的连通性、减缓大坝阻隔对鱼类的影响，通常需要同步建设鱼梯、鱼道等过鱼设施，实现鱼类的溯河和降河洄游，恢复鱼类栖息地和河流生态系统的连通性。世界上现存最早的过鱼设施是300年前法国建设的鱼道，1909年比利时科学家丹尼尔以科学实验为基础设计了第一个鱼道。20世纪30年代后期，过鱼设施得到进一步发展，美国哥伦比亚河上的邦纳维尔大坝建设了鱼道，通过将工程设计和鱼类生物学相结合，增加了对诱鱼水流条件的考虑。加拿大的过鱼设施比较有代表性，例如1945年在不列颠哥伦比亚省弗雷泽河(Fraser River)建造的保障鲑鱼洄游的垂直竖缝式鱼道。目前，已有研究在鱼道设计方面开展了较多探索[6]，但是针对不同鱼类的过鱼有效性评价方面研究较少，过鱼设施有效性评价的文章仅检索到96篇[7]，其中以鲑鱼为过鱼目标的设计研究占58%。过鱼有效性一般采用鱼类是否能够通过过鱼设施洄游到上游进行评价，由于缺乏设计目标物种通过的有效信息，难以判定设计的有效性和合理性，设计有效性评价相对较少，导致难以确定不同鱼类的最佳过鱼设施类型及运行方案[8]，例如1997年通过对玻璃梭鲈(Sander vitreus)进行标记评估丹尼尔式鱼道的过鱼效果，发现过鱼效果较差，玻璃梭鲈并不能发现和通过鱼道。这种问题在其他鱼道中同样存在，需要通过长期的运行优化才能改进过鱼效果，建立统一的过鱼设施数据库，纳入所有的鱼道工程信息和鱼类信息，可为未来过鱼设施的建设和运行提供信息支撑。

中国正处于河流开发高峰期，筑坝开发对河流产生了不同程度的阻隔。随着环境保护要求的不断提高，在河流开发的鱼类保护方面，提出了充分论证过鱼方式、认真落实过鱼措施的具体要求，以及加强建设项目事中事后监管的管理办法。但是相关管理中的技术支撑方面相对薄弱，尚未建立过鱼设施运行效果评估的科学方法体系，仅有少数鱼道开展了探索性的运行效果研究。另外，还未建立能够支撑事中事后监管的数据管理系统，也是影响过鱼设施运行效果评估与改进的制约性因素。过鱼设施运行效果需要在长期监测和大量数据积累的基础上开展评估，但目前大多数国家尚未建立系统的过鱼设施管理体系和监测数据管理体系。2009年加拿大渔业部发起了CanFishPass项目，建立了世界上首个国家层面的过鱼设施数据库，为加拿大过鱼设施运行效果评估提供了技术支撑和数据支撑，也为其他国家和全球过鱼设施数据库的建设提供了参考。中国在鱼类分布数据库、过鱼设施数据库方面已开展了初步探索，例如，基于GIS技术的中国内陆鱼类物种多样性及特有种和濒危种的分布格局、以鱼道为主的中国过鱼设施典型案例集[9-10]。综合来看，中国还未开始国家层面过鱼设施数据库的系统建设，过鱼设施监测缺乏全过程的考虑，亟需从设计之初就考虑过鱼设施及其运行监测数据管理，进一步完善数据库建设。

根据文献调研成果，结合中国过鱼设施设计与运行管理的关键问题，本文提出了中国过鱼设施数据库的框架和设计方案，提出了加强过鱼设施数据库建设和研究的建议，可为完善过鱼设施的运行管理和有效性评估提供技术和数据支撑。

2 数据与方法

2.1 数据准备与处理

中国过鱼设施数据库的数据来源主要是通过百度、中国知网、万方数据知识服务平台、Web of Science等搜索引擎检索过鱼设施相关的期刊论文、研究报告和新闻报道等内容，提取关键指标的相关信息。通过对文献中的过鱼设施名称、类型、地理位置、目标过鱼物种、建设时间、运行方式和是否开展了有效性评价等关键信息进行提取，采用分类汇总统计的方法，将数据字段统一整理到Excel表格中，作为数据库开发的基础。确定过鱼设施类型是数据库设计的关键，根据文献调研结果，过鱼设施类型主要包括鱼道(竖缝式鱼道、丹尼尔式鱼道、池堰式鱼道)、鱼梯、升鱼机、集运鱼船等。

2.2 结构框架设计

过鱼设施相关信息涉及目标鱼类、过鱼设施所在河流、过鱼设施所属工程等多种类型，不同信息字段存在交叉与重复，提高关系数据库的完整性可有效减低数据冗余和数据不一致的概率，较好建立实体与实体之间的联系，同时其二维表结构也便于使用者的操作和理解，因此本文基于关系数据库模型开发设计中国过鱼设施数据库。

数据库采用Microsoft Access设计，由三个独立的数据表构成，包括过鱼设施数据表、过鱼种类数据表和参考文献数据表，三个数据表的主键分别是过鱼设施数据表的工程名称、过鱼种类数据表的鱼类ID和参考文献数据表的参考文献ID(见图1)。通过关联过鱼设施数据表、过鱼种类数据表和参考文献数据表，可实现多级查询生成来自三个数据表字段信息的结果，通过在数据库中检索关键字段可以创建信息报表。

图1 中国过鱼设施数据库结构框架

3 数据库开发设计

3.1 过鱼设施数据表设计

过鱼设施数据表存储了过鱼设施的标识信息、地理位置、工程属性、设计参数和运行情况等信息，共49个可用数据字段(见表1)。标识信息中的“工程名称”是过鱼设施数据表的唯一字段，指大坝或其他类型阻隔的名称，类型主要包括鱼道(竖缝式鱼道、丹尼尔式鱼道、池堰式鱼道)、鱼梯、升鱼机、集运鱼船等，不在这些类型内的过鱼设施类型定义为“其他”。鱼类ID和参考文献ID分别链接过鱼物种数据表和参考文献数据表。除了上述信息，数据表设计了备注信息，包括工程说明、操作说明和照片，“照片”字段链接了每个过鱼设施的图片信息，包括从外观到内部的工程示意图、设计图等信息。

表1 过鱼设施数据表内容

续表

3.2 过鱼种类数据表设计

过鱼种类数据表包含标识信息和目标物种的种类信息等内容，共10个可用数据字段(见表2)。鱼类ID是指在中国内陆发现的每种鱼类的唯一编号，常见物种及相关信息通过查阅朱松泉的《中国淡水鱼类检索》(1995)、中国淡水鱼类物种鉴别专业数据库、鱼类网(http://fish.sppchina.com/)、FishBase世界鱼类数据库(https://www.fishbase.cn)等确定，并编入“过鱼种类数据表”中。

表2 过鱼种类数据

3.3 参考文献数据表设计

参考文献数据表包含从多种渠道获得的信息，主要包括标识信息和鱼类信息等内容，共24个可用数据字段(见表3)。标识信息的参考文献ID设定唯一的ID值，对每种鱼类制定单独的数据条目信息，并链接过鱼种类数据表的鱼类ID唯一编号，鱼类信息包括目标物种的学名、俗名、可通过目标物种的尺寸范围等内容。

表3 参考文献数据表内容

4 结论与展望

本文建立了中国过鱼设施数据库的框架和设计方案，数据库可为过鱼设施管理提供数据和案例支撑，对改进过鱼设施设计、开展过鱼设施有效性评估具有重要作用。未来研究中仍需进一步完善数据库的相关指标、完善过鱼设施相关信息管理系统的建设，加强过鱼设施运行效果的评估与监测。