سلم الأسماك

سلم الأسماك ، المعروف أيضاً باسم ممر الأسماك أو ممر الأسماك أو درجات الأسماك أو مدفع الأسماك ، هو هيكل مائي يقع على أو حول الحواجز الاصطناعية والطبيعية (مثل السدود والأهوسة والشلالات ) ويوفر للحيوانات المائية (وخاصة الأسماك ) " طريقاً بديلاً " لتسهيل الحركات والهجرات الطبيعية للأنواع المهاجرة بين المياه العذبة والمالحة . ^{[ 1 ]}

تُمكّن ممرات الأسماك الأسماك من تجاوز فرق مستوى الماء حول الحواجز عن طريق السباحة أو القفز على سلسلة من المساقط المتدرجة المنخفضة نسبيًا (ومن هنا جاء مصطلح "السلم " )، والتي تُبنى على شكل قناة صغيرة متعرجة ذات تصريف منخفض على جانب الحاجز. تتكون كل "درجة" من سد منخفض ، ويعمل كل قسم بين الدرجات كحوض مائي ، مما يسمح للأسماك بالراحة مؤقتًا والتقدم صعودًا وهبوطًا تدريجيًا حتى تصل أخيرًا إلى المسطح المائي الرئيسي على الجانب الآخر من الحاجز. يجب أن تكون سرعة الماء المتدفق فوق الدرجة كافية لجذب الأسماك إلى السلم، ولكن لا يجب أن تكون كبيرة لدرجة جرفها عائدةً إلى أسفل النهر أو إرهاقها إلى درجة عدم قدرتها على مواصلة رحلتها عكس التيار.

تعود التقارير المكتوبة عن ممرات الأسماك الوعرة إلى فرنسا في القرن السابع عشر، حيث كانت تُستخدم حزم من الأغصان لصنع درجات في القنوات شديدة الانحدار لتجاوز العوائق.

ذُكر في قضية تايلر ضد ويلكنسون، التي رُفعت أمام محكمة الدائرة الأمريكية عام 1823، إنشاء قناة قديمة عام 1714 لتجاوز سد، "كانت قد حُفرت في الأصل لمرور الأسماك صعودًا وهبوطًا في النهر". ويسبق هذا المثال إنشاء سلم الأسماك في شلالات باوتوكسيت عام 1880. وقد فشلت قناة 1714 "فشلًا ذريعًا" في تحقيق هذا الغرض، وفي عام 1730، بُنيت طاحونة مكانها. وأصبحت القناة واستخدامها في الطاحونة قضية قانونية هامة في قانون المياه الأمريكي. ^{[ 2 ]}

قام المهندس الاسكتلندي جيمس سميث ببناء بركة وقناة لصيد سمك السلمون حوالي عام 1830 على نهر تيث، بالقرب من دينستون، بيرثشاير في اسكتلندا. ولا تزال القناة وقناة صيد السلمون قائمتين حتى اليوم، وقد استُلهمت منهما العديد من قنوات صيد السلمون اللاحقة التي بُنيت في اسكتلندا. ^{[ 3 ]}

حصل ريتشارد مكفارلان من باثورست، نيو برونزويك ، كندا، على براءة اختراع لنسخة من هذا التصميم عام 1837، حيث صمم ممرًا للأسماك لتجاوز سد في منشرة الأخشاب التي تعمل بالطاقة المائية. ^{[ 4 ]} وفي الفترة ما بين 1852 و1854، بُني ممر باليسودير للأسماك في مقاطعة سليغو بأيرلندا لجذب سمك السلمون إلى نهر لم يكن يدعم صيد الأسماك. وفي عام 1880، بُني أول سلم للأسماك في رود آيلاند ، الولايات المتحدة الأمريكية، على سد شلالات باوتوكسيت . أُزيل السلم عام 1924، عندما استبدلت مدينة بروفيدنس السد الخشبي بسد خرساني . وسنّت الولايات المتحدة الأمريكية تشريعًا خاصًا بممرات الأسماك عام 1888. ^{[ 5 ]}

مع تقدم العصر الصناعي ، أصبحت السدود وغيرها من العوائق النهرية أكبر وأكثر شيوعًا، مما أدى إلى الحاجة إلى ممرات فعالة للأسماك. ^{[ 6 ]}

بركة وسد

يُعدّ هذا النوع من السلالم المائية من أقدم أنواع سلالم الأسماك. فهو يستخدم سلسلة من السدود والبرك الصغيرة ذات الطول المنتظم لتشكيل قناة طويلة مائلة تسمح للأسماك بالتحرك حول العائق. وتعمل القناة كقفل ثابت لخفض مستوى الماء تدريجيًا؛ وللتحرك عكس التيار، يجب على الأسماك القفز من صندوق إلى آخر في السلم.

ممر أسماك مزود بحواجز

يستخدم سلسلة من الحواجز المتناظرة والمتقاربة في قناة لإعادة توجيه تدفق المياه، مما يسمح للأسماك بالسباحة حول الحاجز.

لا يشترط وجود مناطق استراحة في ممرات الأسماك المزودة بحواجز، مع إمكانية إضافة أحواض لتوفير هذه المناطق أو لتقليل سرعة التدفق. ويمكن بناء هذه الممرات بانحناءات متعرجة لتقليل المساحة اللازمة لبنائها. وتأتي الحواجز بتصاميم متنوعة، وأكثرها شيوعًا ممر لارينيه، نسبةً إلى المهندس الفرنسي الذي صممه. وهي مناسبة للأسماك النهرية والسلمونيات، ويمكن بناؤها بأحجام كبيرة بما يكفي لاستخدامها بواسطة الزوارق. ^{[ 7 ]} طُوّر التصميم الأصلي لممر دينيل للأسماك عام 1909 على يد العالم البلجيكي جي. دينيل، ومنذ ذلك الحين جرى تعديله وتطويره بطرق عديدة. فممر ألاسكا ستيب باس ، على سبيل المثال، هو نموذج معياري مسبق الصنع لممر دينيل، صُمم في الأصل للمناطق النائية في ألاسكا. وقد قام مشروع مايتاي بتركيب حواجز في العديد من الممرات المائية في نيلسون ، نيوزيلندا، لتحسين مرور الأسماك كجزء من جهود الترميم البيئي الشاملة.

مصعد الأسماك (أو رافعة الأسماك)

يخالف تصميم السلم من خلال توفير نوع من المصعد لنقل الأسماك فوق الحاجز.

يُعدّ هذا النظام مناسبًا تمامًا للحواجز العالية. فباستخدام مصعد الأسماك، تسبح الأسماك إلى منطقة تجميع عند قاعدة الحاجز. وعندما يتجمع عدد كافٍ من الأسماك في منطقة التجميع، تُدفع إلى قادوس ينقلها إلى قناة تصب في النهر أعلى الحاجز. فعلى سبيل المثال، في نهر كونيتيكت ، يرفع مصعدان للأسماك ما يصل إلى 500 سمكة في المرة الواحدة، لمسافة 15.85 مترًا (52 قدمًا)، لتجاوز سد هوليوك . وفي عام 2013، نقل المصعد أكثر من 400,000 سمكة. ^{[ 8 ]}

ممر مائي للأسماك على منحدر صخري

يستخدم هذا النظام الصخور الكبيرة والأخشاب لإنشاء برك وشلالات صغيرة تحاكي التكوينات الطبيعية. ونظرًا لطول القناة اللازمة لإنشاء السلم، فإن هذه التكوينات تُعدّ الأنسب للحواجز القصيرة نسبيًا. وتتميز بميزة هامة تتمثل في قدرتها على توفير بيئة مناسبة لتكاثر الأسماك. ^{[ 9 ]}

ممر الأسماك ذو الفتحة العمودية

يشبه هذا النظام نظام البرك والسدود، إلا أن كل "سد" يحتوي على فتحة ضيقة قرب جدار القناة. يسمح هذا للأسماك بالسباحة عكس التيار دون الحاجة إلى القفز فوق عائق. كما أن ممرات الأسماك ذات الفتحات الرأسية تتعامل بشكل جيد مع التقلبات الموسمية في مستويات المياه على جانبي الحاجز. تشير الدراسات الحديثة إلى إمكانية تشغيل أهوسة الملاحة كممرات أسماك ذات فتحات رأسية لتوفير وصول أوسع لمجموعة متنوعة من الكائنات الحية، بما في ذلك الأسماك التي لا تجيد السباحة. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

سيفون السمك

يسمح هذا التصميم بتركيب الممر المائي بالتوازي مع مجرى مائي، ويمكن استخدامه لربط مجريين مائيين. ويعتمد الممر على تأثير السيفون لتنظيم تدفق المياه. ويُفضّل هذا التصميم بشكل خاص للمساعدة في الحماية من الفيضانات.

مدفع السمك

يستخدم أنبوب هوائي مرن ورطب ضغط الهواء لسحب سمك السلمون سمكة تلو الأخرى، ثم يدفعها برفق إلى الماء المتجه إليه. صُمم هذا النظام في الأصل من قِبل شركة Whooshh في بيلفيو، واشنطن، لنقل التفاح بأمان. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

قفل السمكة

هوس الأسماك عبارة عن هيكل مصمم لتسهيل مرور الأسماك فوق الحواجز المائية كالسدود والقنوات، مما يُمكّنها من الوصول إلى الموائل المائية العليا الضرورية للتكاثر والنمو. ويعمل بشكل مشابه لهوس الملاحة، حيث يستخدم حجرة تمتلئ وتفرغ لنقل الأسماك عبر الحاجز عن طريق ضبط مستويات المياه لتتوافق مع مستويات المياه في الأجزاء العليا والسفلى من النهر. وهناك أنواع عديدة من هواس الأسماك، مثل هوس بورلاند، وهوس ديلدر، وهوس بافلوف، ومؤخراً هوس فيشكون. ^{[ 15 ]}

قفل فيشكون

يُمكّن قفل Fishcon من هجرة الأسماك في اتجاهي المنبع والمصب في مساحة صغيرة، وقد تم تطويره بواسطة شركة Fishcon.

بين عامي 2019 ومنتصف عام 2024، تم تركيب سبعة أقفال من نوع فيشكون في النمسا وألمانيا وسويسرا. وقد خضعت خمسة من هذه التركيبات لتقييم مستقل، وأظهرت نتائج ممتازة، واعتُبرت فعّالة وفقًا للمعايير النمساوية والألمانية. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

قفل السمك من بورلاند

يشبه هذا نظام قفل القناة. عند الطرف السفلي للعائق، تنجذب الأسماك إلى حوض تجميع بفعل تدفق المياه عبر بوابة. تُغلق البوابة على فترات زمنية محددة، فتمتلئ حوض التجميع وقناة مائلة بالمياه من المستوى العلوي، مما يرفع الأسماك إلى مستوى المنبع. بمجرد امتلاء القناة، تُفتح بوابة في المستوى العلوي، لتسمح للأسماك بمواصلة رحلتها عكس التيار. ثم تُغلق البوابة العلوية، وتُفرغ القناة لتبدأ العملية من جديد. بُني عدد من أقفال بورلاند للأسماك في اسكتلندا، مرتبطة بسدود كهرومائية ، بما في ذلك سد أيغاس على نهر بيولي . ^{[ 18 ]}

قفل القرص

ابتكر المهندس الهولندي كلاس ديلدر هذا التصميم الذي يتألف من حجرتين يفصل بينهما حاجز داخلي . تدخل الأسماك الحجرة السفلية، التي تمتلئ بالماء، مما يسمح لها بالسباحة فوق الحاجز إلى الحجرة العلوية ومواصلة رحلتها عكس التيار. وقد أثبتت هذه الطريقة فعاليتها في نقل مجموعة واسعة من أنواع وأحجام الأسماك. ^{[ 19 ]}

قفل بافلوف

يُنسب هذا التصميم إلى المهندس الروسي ديمتري سيرجيفيتش بافلوف ، ويتضمن خصائص لتوجيه الأسماك إلى حجرة القفل، مثل تيارات الجذب وأحواض الاحتجاز. يعمل القفل بشكل دوري، حيث يمتلئ ويفرغ لنقل الأسماك إلى أعلى النهر، وقد تم تطبيقه في مناطق مختلفة للمساعدة في هجرة الأسماك . ^{[ 20 ]}

• 
  سلم الأسماك في سد جون داي على نهر كولومبيا ، الولايات المتحدة الأمريكية
• 
  تفاصيل سلم الأسماك على نهر دارت في إنجلترا
• 
  سلم موسمي ثنائي الاتجاه في مخيم بيكو بلانكو على نهر ليتل سور في بيغ سور ، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية
• 
  سلم أسماك السلمون بالقرب من محطة توليد الطاقة في غولسبانغ ، السويد
• مثال فيديو لممر الأسماك في نهر متعرج .

تتفاوت فعالية سلالم الأسماك، إذ يختلف ذلك باختلاف أنواعها، فقد أظهرت إحدى الدراسات أن 3% فقط من سمك الشاد الأمريكي يعبر جميع السلالم في طريقه إلى مناطق التكاثر. ^{[ 21 ]} وتعتمد الفعالية على قدرة الأسماك على السباحة، وكيفية تحركها مع التيار. فعلى سبيل المثال، قد لا يسمح ممر الأسماك المصمم لعبورها عكس التيار بمرورها مع التيار. ^{[ 22 ]}

لا تُجدي ممرات الأسماك نفعًا دائمًا. عمليًا، يكمن التحدي في مطابقة بيانات أداء السباحة مع القياسات الهيدروديناميكية. ^{[ 23 ] [ 24 ]} نادرًا ما تستخدم اختبارات السباحة البروتوكول نفسه، وتكون النتيجة إما قياسًا لنقطة واحدة أو سرعة إجمالية. في المقابل، يُقدّم النمذجة الفيزيائية والرقمية لتدفق السوائل (أي الهيدروديناميكا) خريطة تدفق مفصلة، ​​بدقة مكانية وزمنية عالية. تواجه الهيئات التنظيمية مهمة صعبة في مطابقة القياسات الهيدروديناميكية مع بيانات أداء السباحة.

في ولاية كارولاينا الشمالية، وتحديدًا في حوض نهر كيب فير، يُسهم تحسين فعالية ممرات الأسماك في تحسين الظروف البيئية، مما يؤدي إلى مياه أنظف وزيادة أعداد الأسماك. يستخدم نهر كيب فير هياكل "الأقفال والسدود" التي تمنع الأسماك من الهجرة عكس التيار. في عام 2012، عند القفل والسد رقم 1، سمح حوض النهر للأسماك بالهجرة عكس التيار باستخدام ممرات أسماك تُحاكي منحدرات الجداول. تستخدم شراكة نهر كيب فير، التابعة لمكتب حماية الموائل في الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، ممرات الأسماك لإعادة الأسماك إلى حوض النهر، بهدف تحسين البيئة المائية بمياه أنظف، مما يعود بالنفع على المجتمعات المحلية. ^{[ 25 ]}

لقد تمّ التعرّف على الأثر البيئي للعبّارات على الجداول والأنهار الطبيعية. وبينما تُستمدّ سعة تصريف العبّارة من اعتبارات هندسية هيدرولوجية وهيدروليكية، ^{[ 26 ]} فإنّ هذا غالبًا ما ينتج عنه سرعات عالية في قاع العبّارة، ممّا قد يمنع الأسماك من المرور.

يمكن تركيب حواجز على طول قاع البرميل لتوفير بديل ملائم للأسماك. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} عند معدلات تصريف منخفضة، تُقلل الحواجز من سرعة التدفق وتزيد من عمق الماء لتسهيل مرور الأسماك. أما عند معدلات تصريف أعلى، فتُحدث الحواجز سرعات محلية أقل وتُنشئ مناطق إعادة تدوير. قد يكون من الممكن تسهيل مرور الأسماك عن طريق تبديل فتحات الحواجز، مما يُحاكي التعرج الطبيعي لتدفق النهر. ^{[ 30 ]} مع ذلك، يُمكن للحواجز أن تُقلل بشكل كبير من سعة تصريف العبارة عند تدفق معين، ^{[ 31 ]} مما يزيد بشكل كبير من التكلفة الإجمالية لهيكل العبارة لتحقيق نفس معدل التصريف والتدفق التصميمي. يُعتقد أن التفاعل بين الأسماك والاضطراب قد يُسهل الهجرة عكس التيار، على الرغم من أن التصميم الأمثل يجب أن يستند إلى توصيف دقيق لكل من الديناميكا المائية وحركة الأسماك. ^{[ 24 ] [ 32 ] [ 33 ]} وأخيرًا، لا يمكن تجاهل الآثار العملية للتصميم الهندسي، في حين أن الفهم الجيد لأنواع الاضطراب يُعد شرطًا أساسيًا لأي معالجة ناجحة للحدود تُسهّل مرور الأسماك باتجاه المنبع. ^{[ 34 ]}

تُعيق محطات الطاقة الكهرومائية هجرة الأسماك، مما قد يؤثر سلبًا على التنوع البيولوجي. وتُستخدم ممرات الأسماك لإعادة تأهيل الموائل المتضررة. فعلى سبيل المثال، أعاد مشروع في جنوب غرب واشنطن فتح 117 ميلاً من موائل سمك السلمون وسمك السلمون المرقط عند سدوده الكهرومائية. تُصطاد الأسماك المهاجرة باتجاه المصب، وتُنقل بالشاحنات حول السدود الثلاثة، ثم تُطلق في اتجاه المصب. وبمجرد بلوغها، يسمح لها سلم الأسماك ومرفق الفرز بالهجرة عكس التيار. ^{[ 35 ]}

ثمة نهج آخر، وهو الممرات المائية التقنية، تُصنع من مواد طبيعية لمحاكاة المجاري المائية الطبيعية ذات الانحدارات المنخفضة والتدفقات البطيئة والمساحات الواسعة ذات الارتفاعات المنخفضة لتسهيل حركة الأسماك. تُبنى هذه الممرات لتمكين الأسماك من التحرك بأمان في أي اتجاه عبر الحواجز. ويمكن لمحطات الطاقة الكهرومائية وسدودها استخدام هذا النوع من الممرات المائية للتكيف مع تحركات الأسماك وتوفير صيانة فعالة. ^{[ 36 ]}

• ممر إلفر – تعديل الممر المائي للثعابين 
• سد غلين دي بالمر – سد في يوركفيل، إلينوي 
• جرس باب على شكل سمكة – سلم أسماك تم إنشاؤه بتمويل جماعي في هولندا 
• هجرة الأسماك – انتقال الأسماك من جزء من المسطح المائي إلى جزء آخر بشكل منتظم 
• شبكة صيد السمك
• سلم الأسماك في بيتلوكري – هيكل في بيرث وكينروس، اسكتلندا 
• هجرة سمك السلمون – الهجرة السنوية لسمك السلمون 

• لإنقاذ سمك السلمون (1997) فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي.
• الممرات المائية والعبارات الصديقة للأسماك - دمج الديناميكا المائية وتفاعل اضطراب الأسماك (2017) جامعة كوينزلاند.

• دراسة حول ديناميكيات التدفق فوق ممرات الأسماك، مؤرشفة بتاريخ 30 أكتوبر 2004 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• إنشاء ممر رأسي للأسماك وسلالم للثعابين لسد سانت أورس ( نهر ريشيليو ، كيبيك )
• مركز عبور الأسماك
• يمر السمك. التصميم والأبعاد والرصد ، منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة /Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau (DVWK)، روما، 2002 ISBN 92-5-104894-0رقم الكتاب المعياري الدولي (ISBN) 3-89554-027-7( تنزيل ملف مضغوط)من منطقة FTP التابعة للجنة الاستشارية الأوروبية لمصايد الأسماك الداخلية التابعة لمنظمة الأغذية والزراعة (EIFAC)
• الولايات المتحدة تأمر بتعديل نهر كلاماث - إزالة السدود قد تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة للسماح بمرور سمك السلمون - صحيفة واشنطن بوست ، 31 يناير 2007
• سلالم الأسماك والمصاعد لا تعمل.
• عبور الأسماك عكس التيار في العبارات الصندوقية: كيف يتفاعل كل من الأسماك والاضطراب؟ بقلم الدكتور هانغ وانغ والبروفيسور هوبرت شانسون ، كلية الهندسة المدنية، جامعة كوينزلاند