Миграции рыб – одно из наиболее сложных и интересных биологических явлений. Они различны по своей протяженности, направлениям и формам проявления.
Миграции рыб, как правило, тесно связаны с системой течений в области распространения отдельных популяций. При этом рыбы могут перемещаться как против течения, так и вниз по течению. Миграционное поведение во внутренних водоемах схематично может быть представлено в виде «миграционных колец».
Возведение плотин, регулирование стока рек и безвозмездное водоизъятие нарушили веками сложившиеся миграционные кольца. Нерестовые миграции заканчиваются под первыми плотинами, а покатные – массовой миграцией и гибелью в искусственных «реках» ирригационных каналах и водозаборных сооружениях. Большая часть нерестилищ в водохранилищах оказывается заиленной, а оставшиеся – недоступными для производителей.
Охрана рыб при миграциях, сохранение их миграционных путей – одна из основных задач, которую необходимо решить при воздействии человека на экосистемы водоемов. Обеспечение миграций рыб в реках в условиях зарегулирования изъятия стока требует восстановления миграционных колец. Для этого необходима разработка и применение рыбоохранных мероприятий, а также создание специальных устройств и сооружений – рыбопропускных, рыбозащитных, искусственных нерестилищ и др.
Кафедра гидравлики, теплотехники и гидропривода Тверского государственного технического университета в общей сложности более 50 лет занимается разработкой конструкций рыбопропускных и рыбозащитных сооружений и устройств, а также искусственных нерестилищ. Это первое направление научной работы кафедры.
Большой объем экспериментальных исследовательских работ был выполнен при обосновании (на стадии проектирования) конструкций и режимов работы рыбопропускных сооружений на Краснодарском и Федоровском гидроузлах (р. Кубань). После ввода гидроузлов в эксплуатацию в течение двух лет были определены оптимальные параметры работы рыбопропускного сооружения – скорость и продолжительность привлечения, скорость в местах выпуска рыб в верхнем бьефе и др.
На реке Печа (приток р. Тулома в Мурманской обл.), после гидравлико-биологических исследований установлены причины непрохода к местам нереста лосося. По рекомендациям, разработанным ТГТУ, в ОАО «Институт Гидропроект» им. С.Я. Жука был спроектирован новый лестничный рыбоход, по которому к местам нереста в настоящее время проходит до 90 % нерестовых мигрантов.
Для лестничного рыбохода Нижне-Туломской ГЭС предложена новая конструкция входного оголовка, позволяющего создавать постоянные условия привлечения рыб в нижнем бьефе гидроузла.
Разработаны рекомендации по конструкции и режимам работы лестничных рыбоходов на р. Черек (приток р. Терек), которые переданы заказчику и использованы в ОАО «Институт Гидропроект».
В дельте реки Волга, на реке Даугава, совместно с биологами из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н Северцева (ИПЭЭ) РАН проведены испытания плавучих рыбонакопителей. Полученные результаты позволили разработать рекомендации по местам установки их в нижнем бьефе гидроузлов и по режимам работы блоков питания.
По вопросам пропуска рыб через плотины гидроузлов в 2007-2008 гг. были налажены связи с Oak Ridge National Laboratory, USA (Dr. C. Coutant), Envirocentre, UK (prof. G. Fleming) и др.
Вторым направлением деятельности кафедры по сохранению рыбных запасов является совместное с ихтиологами (ИПЭЭ РАН, Институт биологии внутренних вод РАН) проведение гидравлико-биологических исследований по изучению структуры течений в водотоках, на которых наблюдаются покатные миграции и попадание молоди рыб в водозаборные сооружения.
С 2000 по 2016 г. при кафедре работала комплексная лаборатория «Гидроэкология», которая, кроме научных исследований и изысканий, выполняла также и проектные работы.
На реках Большая Коша, Тверца (Тверская обл.), Путиловка (Калининградская обл.) созданы и работали с 1995 по 2000 гг полигоны для испытания новых конструкций рыбозащитных устройств. При этом практически все гидравлико-биологические исследования проходили на естественном скате молоди рыб.
На основании полученных данных предложен ряд конструкций рыбозащитных сооружений и устройств для водозаборов с расходом от 0,1 до 320 м3/с.
Установлено, что концентрация ранней молоди на вогнутом берегу излучин водотока, особенно в поверхностном слое толщи потока, во много раз превышает концентрацию по выпуклому берегу. Основной причиной перераспределения молоди на повороте открытого потока являются особенности гидравлической структуры течений (поперечная циркуляция потока).
Испытания, проведенные на Марьяно-Чебургольской оросительной системе с расходом воды 320 м3/с показали, что даже при таких больших расходах излучина обеспечивает защиту ранней молоди (молоди рыб длиной до 25 мм) с эффектом от 68 до 80 %.
Большое внимание в исследованиях кафедры было уделено разработке и созданию вертикального рыбозащитного концентратора. В этом устройстве происходит отделение верхнего слоя потока, где концентрируется молодь, от нижнего, который забирает воду в водозаборе. В 1988 году этот тип рыбозащитного сооружения внедрен на Севанской ГЭС (р. Раздал). Исследования показали, что эффект защиты молоди храмули и серебряного карася с длиной более 12 мм составил в среднем 77 %, а для молоди рыб с длиной более 12 мм – 87 %. Рыбозащитный концентратор, спроектированный для расхода воды 22 м3/с построен на Череповецкой ГРЭС.
Для водозабора Смоленской ГРЭС (максимальный расход составляет 23,22 м3/с) была предложена конструкция рыбозащитного устройства (РЗУ), включающая наплавную запань. По данным круглогодичных исследований эффективность этого РЗУ составляла от 71 до 99 %. Такая высокая эффективность объясняется работой запани, большим заглублением оголовка и малыми скоростями течения.
Известно, что пузырьки воздуха при подъеме к поверхности воды способны увлекать вместе с собой дискретные частицы с плотностью большей, чем плотность самой жидкости. Как один из элементов защиты молоди рыб, воздушно-пузырьковая завеса была предложена и применялась на водозаборе Каширской ГРЭС-4 с расчетным расходом 30 м3/с. Использование воздушно-пузырьковой завесы позволило изменить структуру течений перед водозабором и повысить эффективность отведения молоди рыб.
Для водозабора Ленинградской АЭС разработаны рекомендации по технологии защиты молоди рыб.
В гидравлической лаборатории кафедры на модели, установленной в русловой площадке, проведены уникальные гидравлико-биологические исследования водозаборного оголовка атомной станции «Куданкулам» (Индия). На основании полученных данных ОАО «Институт Гидропроект» разработал инновационный проект, направленный на охлаждение ядерного реактора АЭС «Куданкулам» и защиту водных биологических ресурсов Манарского залива в Индийском океане от техногенного влияния станции.
Целый ряд водозаборов предприятий оборудован рыбозащитными сооружениями, при проектировании которых привлекались сотрудники, или использованы данные ТвГТУ. Среди них: Калининская АЭС, Конаковская ГРЭС, Тверские ТЭЦ-3 и ТЭЦ-4, Федоровский гидроузел, Петровско-Анастасиевская и Баканасская оросительные системы, Змеевская ГРЭС, Костромская АЭС, ОАО Мосэнерго, Калининградская ТЭЦ-2, Новополоцкая ТЭЦ и Лукомльская ГРЭС (Беларусь), Тюменские ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, Саратовская ТЭЦ-4 (г. Балаково), Тамбовская ТЭЦ, Уфимская ТЭЦ-5, Ульяновская ТЭЦ, Ириклинская ГРЭС, Краснодарский и Тиховской гидроузлы, Рижская ГЭС и др.
Третьим направлением научной работы кафедры является создание искусственных нерестилищ. Впервые нерестовые панели были испытаны в нижнем бьефе Цимлянской ГЭС. При подъеме панелей на поверхность обнаружена икра осетровых рыб.
Для инкубации икры в естественных речных условиях разработаны и исследованы гнезда-инкубаторы для лососевых видов рыб. В зависимости от конструкции и скорости течения эффективность таких устройств может достигать 97 %.
При разработке СНиП 2.06.07-87«Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» и «Пособия по проектированию рыбопропускных и рыбозащитных сооружений» к СНиП 2.06.07-87 были использованы положения, полученные сотрудниками ТвГТУ в лабораторных и натурных условиях.
Около 45-ти лет (с 1962 по 2007 гг) научными исследованиями кафедры руководил канд. техн. наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ, специалист в области гидравлики, гидротехники, рыбоохранной техники и технологии, автор около 300 публикаций (в т.ч. около 60 авторских свидетельств и патентов) Аршак Шаваршович Барекян. На кафедре им создана научная школа, связанная с исследованиями и проектированием рыбопропускных и рыбозащитных сооружений при использовании водных ресурсов речных водоемов в промышленности, энергетике и сельском хозяйстве.
С 2007 по 2017 гг научными исследованиями кафедры руководил ученик А.Ш. Барекяна д.т.н., зав. кафедрой М.А. Скоробогатов, крупный специалист в области комплексной системы научно-технических мероприятий для сохранения и естественного воспроизводства промысловых рыб при использовании водных ресурсов внутренних водоемов.
По материалам работ кафедры защищены две докторских (М.А. Скоробогатов и А.Е. Яковлев) и более 15 кандидатских диссертаций.
За последние 20 лет сегодняшними сотрудниками кафедры в различных издательствах опубликовано более 200 статей, пять монографий, получено более 27 патентов на изобретения и полезные модели и более 30 свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ, издано более 17 методических трудов. Результаты исследований были доложены на технических совещаниях и конференциях в городах: Москве, Санкт-Петербурге, Смоленске, Петрозаводске и др.; международных конференциях в Берлине, Дюссельдорфе (Германия), Хельсинки (Финляндия), Барселоне (Испания), Котону (Бенин), Кызыл-Кия (Кыргызия) и др.
