劉新征

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長(zhǎng)沙市 410007）

1 湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐工程概況

湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐工程是湘江干流航道發(fā)展規(guī)劃8個(gè)梯級(jí)自上而下的最后一個(gè)梯級(jí)水庫(kù)，其正常蓄水位58.0m，相應(yīng)庫(kù)容1.97億m3，船閘設(shè)計(jì)通航船舶噸級(jí)2000t，電站裝機(jī)57MW。

湘江是長(zhǎng)江洞庭湖水系中最大河流，湘江流域魚(yú)類(lèi)資源豐富，已知的魚(yú)類(lèi)155種（亞種），湘江是全國(guó)“四大家魚(yú)”重要產(chǎn)卵場(chǎng)之一，同時(shí)也是它們棲息和索餌的重要場(chǎng)所。湘江干流有8個(gè)梯級(jí)水庫(kù)瀟湘、浯溪、湘祁、近尾洲、大源渡、株洲、土谷塘樞紐、長(zhǎng)沙樞紐，均為徑流式大壩，水頭多在10m左右，是進(jìn)行梯級(jí)過(guò)魚(yú)設(shè)施建設(shè)的理想流域。

2 魚(yú)道設(shè)計(jì)概況

本工程魚(yú)道位于壩址右岸，魚(yú)道采用單側(cè)垂直豎縫式。魚(yú)道最大設(shè)計(jì)水位差9.30m，豎縫設(shè)計(jì)流速（0.8～1.0）m/s，魚(yú)道內(nèi)平均設(shè)計(jì)流速（0.3～0.5）m/s。魚(yú)道全長(zhǎng)1051.2m，魚(yú)道底坡選用均一底坡，坡度0.0088，池間落差0.051m。魚(yú)道寬4.0m，池室長(zhǎng)4.8m，池室深3.5 m，豎縫寬度50cm。工程共設(shè)18個(gè)休息池，池長(zhǎng)9.6 m。魚(yú)道進(jìn)口設(shè)在電站右岸緊靠廠房處，共設(shè)3個(gè)進(jìn)口。魚(yú)道出口設(shè)在岸邊距電站（50～100）m處。

3 重要特性選型

3.1 魚(yú)道設(shè)施類(lèi)型選擇

過(guò)魚(yú)設(shè)施的形式多種多樣，目前國(guó)際上使用的類(lèi)型主要有魚(yú)道、仿自然通道、升魚(yú)機(jī)、魚(yú)閘、集運(yùn)魚(yú)設(shè)施等，這些形式都是為不同的工程、不同的過(guò)魚(yú)種類(lèi)設(shè)計(jì)，具有不同的特點(diǎn)，附表是各種過(guò)魚(yú)設(shè)施的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

由于本工程最大水頭不足10m，屬于低水頭工程，同時(shí)，因樞紐電站位于壩址右岸，在電站右岸布置魚(yú)道，其進(jìn)口傍岸，集誘魚(yú)效果較好，水位變化適應(yīng)能力較強(qiáng)，且整個(gè)魚(yú)道都處于岸上，便于觀測(cè)和維修，所以工程選用電站右岸魚(yú)道方案。

3.2 魚(yú)道形式選擇

本工程下游水位變化在（20.40～25.85）m，變幅達(dá)5.45m，最適應(yīng)該水位變化的魚(yú)道形式為垂直豎縫式。垂直豎縫式魚(yú)道中有許多不同的隔板設(shè)計(jì)樣式，如：?jiǎn)蝹?cè)豎縫式、異側(cè)豎縫式、雙側(cè)豎縫式等，不同樣式適用于不同的水力特點(diǎn)和不同的魚(yú)類(lèi)對(duì)象。本工程由于過(guò)魚(yú)對(duì)象都是體型較小的魚(yú)類(lèi)，游泳能力較差，對(duì)池室的休息條件有較高要求。單側(cè)豎縫式魚(yú)道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水流相對(duì)穩(wěn)定；池室內(nèi)有一部分流速相對(duì)較緩的水域，有利于魚(yú)類(lèi)在池室內(nèi)休息，故選用單側(cè)垂直豎縫魚(yú)道。

附表 不同過(guò)魚(yú)設(shè)施優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.3 過(guò)魚(yú)對(duì)象選擇

空間遷徙受工程影響的所有魚(yú)類(lèi)都應(yīng)是魚(yú)道的過(guò)魚(yú)對(duì)象。本工程重點(diǎn)考慮工程河段受影響的江湖洄游及具有短距離遷移特征的的魚(yú)類(lèi)，同時(shí)兼顧咸淡水洄游及其他魚(yú)類(lèi)。根據(jù)魚(yú)類(lèi)資源調(diào)查，本工程選擇青魚(yú)、草魚(yú)、鰱、鳙四大家魚(yú)為主要過(guò)魚(yú)對(duì)象，并兼顧鳊、銀鲴、團(tuán)頭魴、三角魴、黃尾鲴、翹嘴鲌、南方鲇等其它魚(yú)類(lèi)。

3.4 過(guò)魚(yú)季節(jié)選擇

本工程在枯水期和中水期電站發(fā)電，泄水閘關(guān)閉或部分開(kāi)啟；洪水期左汊泄水閘全開(kāi)，河流基本回復(fù)自然狀態(tài)，魚(yú)類(lèi)可以自由通行。所以，本工程的過(guò)魚(yú)季節(jié)為湘江的枯水期和中水期，根據(jù)工程的調(diào)度運(yùn)行方式即來(lái)水量<4000m3/s的時(shí)段。

4 魚(yú)道重要參數(shù)設(shè)計(jì)

4.1 魚(yú)道流速設(shè)計(jì)

魚(yú)道流速的設(shè)計(jì)原則是：魚(yú)道內(nèi)流速應(yīng)小于魚(yú)類(lèi)的巡航速度，這樣魚(yú)類(lèi)可以保持在魚(yú)道中前進(jìn)；豎縫流速應(yīng)小于魚(yú)類(lèi)的突進(jìn)速度，這樣魚(yú)類(lèi)才能夠通過(guò)魚(yú)道中的孔或縫。

根據(jù)已有的研究成果，四大家魚(yú)性成熟時(shí)的體長(zhǎng)一般>30cm，其極限速度約為1.0m/s，按照經(jīng)驗(yàn)公式，V=1.98×（0.3）1/2=1.08m/s，所以對(duì)于性成熟的四大家魚(yú)來(lái)說(shuō)，豎縫流速取1.0m/s應(yīng)可以滿足其要求。但因魚(yú)道也要兼顧其它游泳能力較弱的魚(yú)類(lèi)和其它體型相對(duì)較小的魚(yú)類(lèi)，同時(shí)為防止魚(yú)在魚(yú)道中產(chǎn)生過(guò)度疲勞，魚(yú)道豎縫流速取（0.8～1.0）m/s，魚(yú)道內(nèi)平均流速（0.3～0.5）m/s。

4.2 魚(yú)道池室尺寸設(shè)計(jì)

（1）池室寬度。池室寬度B主要由過(guò)魚(yú)量和過(guò)魚(yú)對(duì)象個(gè)體大小決定的，過(guò)魚(yú)量越大，魚(yú)道寬度要求越大。國(guó)外魚(yú)道寬度多為（2～5）m，國(guó)內(nèi)魚(yú)道寬度多為（2～4）m。由于湘江魚(yú)類(lèi)種類(lèi)和資源都較為豐富，為滿足過(guò)魚(yú)需要，本魚(yú)道寬度取4m。

（2）池室長(zhǎng)度。池室長(zhǎng)度L與水流的消能效果和魚(yú)類(lèi)的休息條件關(guān)系密切。較長(zhǎng)的池室，水流條件較好，休息水域較大，對(duì)于過(guò)魚(yú)有利。同時(shí)，過(guò)魚(yú)對(duì)象個(gè)體越大，池室長(zhǎng)度也應(yīng)越大。本工程設(shè)計(jì)取，L=（1.2～ 1.5）B，即（4.8～6.0）m，因此，本魚(yú)道池室長(zhǎng)度取4.8m。

（3）豎縫設(shè)計(jì)。池室內(nèi)的豎縫寬度b直接關(guān)系到魚(yú)道的消能效果和魚(yú)類(lèi)的可通過(guò)性，一般要求豎縫式魚(yú)道的豎縫寬度b不小于過(guò)魚(yú)對(duì)象體長(zhǎng)的1/2，國(guó)外同側(cè)豎縫式魚(yú)道寬度一般為池室寬度的1/8～1/10，而我國(guó)同側(cè)豎縫的寬度一般為池室寬度的1/5，為水池長(zhǎng)度的1/5～1/6。據(jù)臺(tái)灣許銘熙教授對(duì)同側(cè)豎縫式魚(yú)道的數(shù)值模擬試驗(yàn)表明，豎縫寬度b越小，低流速區(qū)所占的面積越大。所以本工程魚(yú)道豎縫寬度取60cm。

（4）池室深度。魚(yú)道水深h主要視過(guò)魚(yú)對(duì)象習(xí)性而定，底層魚(yú)和體型較大的成魚(yú)相應(yīng)要求水深較深。國(guó)內(nèi)外魚(yú)道深度一般為（1.0～3.0）m，本工程要兼顧表層魚(yú)類(lèi)和底層魚(yú)類(lèi)，所以魚(yú)道正常運(yùn)行水位為3.0m，池室深度可取3.5m，防止魚(yú)道運(yùn)行時(shí)因水流波動(dòng)溢出。

（5）休息池。魚(yú)類(lèi)上溯途中要設(shè)置一定的休息場(chǎng)所，方便魚(yú)類(lèi)上溯過(guò)程中暫時(shí)休息，恢復(fù)體力。本工程休息室每隔10個(gè)池室設(shè)一個(gè)，共設(shè)18個(gè)休息池，休息池?zé)o底坡，其長(zhǎng)度為一般池室的2倍長(zhǎng)，長(zhǎng)9.6m。

4.3 魚(yú)道進(jìn)口

（1）進(jìn)口位置。魚(yú)道進(jìn)口一般選擇在經(jīng)常有水流下泄的地方，緊靠在主流兩側(cè)，且能適應(yīng)下游水位的漲落，保證在過(guò)魚(yú)季節(jié)中進(jìn)魚(yú)口有一定的水深（1.0m以上）的地方。本工程魚(yú)道進(jìn)口設(shè)在電站右岸緊靠廠房處，此處魚(yú)道進(jìn)口緊靠尾水，可以借廠房尾水誘集魚(yú)類(lèi)。

（2）進(jìn)口高程。本工程下游運(yùn)行水位上限為25.85 m，下限為21.90m，考慮河床沖刷，水位下降，最低壩下水位采用20.40m。為滿足這樣的水位變幅，避免魚(yú)道進(jìn)口出現(xiàn)壅水或水面線突然下降，本魚(yú)道設(shè)3個(gè)魚(yú)道進(jìn)口，高程分別為18.85m（滿足最低水位20.40m時(shí)魚(yú)道中有1.55m的運(yùn)行水位）、20.85m，22.85m（滿足下游最高25.85m時(shí)魚(yú)道運(yùn)行水位不超過(guò)3m）。

4.4 魚(yú)道出口

（1）出口位置。魚(yú)道出口應(yīng)布置在距電站上游一定距離的地方，距離太近，上溯成功的魚(yú)類(lèi)容易被發(fā)電泄水卷入水輪機(jī)，隨水流帶入壩下；距離太遠(yuǎn)，魚(yú)類(lèi)感受不到水流，容易迷失方向。本工程魚(yú)道出口設(shè)置在岸邊距電站（50～100）m處。

（2）出口高程。出口工程須適應(yīng)上游水位的變化，保證在任何水位變化情況下，出口底部均不能露出，而且要有一定的水深，魚(yú)道出口底板要與河床平緩銜接。

本工程魚(yú)道出口高程26.7m，用閘門(mén)控制，連接至上游河道。閘門(mén)的啟閉均采用螺桿升降方式，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與手動(dòng)兩種控制，自動(dòng)控制時(shí)采用電力驅(qū)動(dòng)，通過(guò)水位控制開(kāi)關(guān)、控制器、電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不同水位下調(diào)節(jié)閘門(mén)，控制下泄流量，以使在任何水位情況下，進(jìn)入魚(yú)道最上一級(jí)泄水的流量均能保持大致不變，使魚(yú)道能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 魚(yú)道運(yùn)行建議

（1）開(kāi)展過(guò)魚(yú)效果觀察和水力學(xué)監(jiān)測(cè)，對(duì)魚(yú)道結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理調(diào)整和改進(jìn)。魚(yú)道結(jié)構(gòu)參數(shù)主要是依據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因魚(yú)道內(nèi)流態(tài)、魚(yú)類(lèi)習(xí)性、實(shí)地水文情勢(shì)都很復(fù)雜，很難做到一次設(shè)計(jì)完全滿足所有魚(yú)類(lèi)長(zhǎng)期的過(guò)壩要求。因此在下階段應(yīng)及時(shí)開(kāi)展過(guò)魚(yú)效果觀察和水力學(xué)監(jiān)測(cè)，根據(jù)研究結(jié)果對(duì)池室結(jié)構(gòu)、魚(yú)道進(jìn)出口等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和完善。

（2）制定魚(yú)道運(yùn)行操作規(guī)程。根據(jù)魚(yú)道的運(yùn)行維護(hù)以及監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合本工程的運(yùn)行方式，制定魚(yú)道的運(yùn)行操作規(guī)程。并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整操作管理思路，修改完善操作規(guī)程和管理制度。

（3）開(kāi)展湘江中下游各電站的生態(tài)聯(lián)合調(diào)度。建議在每年家魚(yú)繁殖季節(jié)的4月底到6月底，對(duì)湘江大源渡、株洲航電樞紐、土谷塘樞紐、到長(zhǎng)沙綜合樞紐的大壩實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度，統(tǒng)一開(kāi)閘下泄，基本恢復(fù)湘江自然狀態(tài)，修復(fù)從張家鋪至香爐山江段的“四大家魚(yú)”產(chǎn)卵場(chǎng)，為家魚(yú)的產(chǎn)卵繁殖和魚(yú)苗孵化創(chuàng)造適宜的環(huán)境水文條件。

[1]王興勇，郭軍.國(guó)內(nèi)外魚(yú)道研究與建設(shè)[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2005，3（3）.

[2]湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院.湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐工程可行性研究報(bào)告[R].2005.

[3]湖南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院.湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐工程環(huán)境影響報(bào)告書(shū)[R].2008.