楊俊鋒 張菡

摘要：為了選擇金沙水電站適用的過魚設(shè)施，結(jié)合該水電站過魚要求和工程特點(diǎn)，對(duì)目前5種主要過魚設(shè)施：魚道、仿自然通道、升魚機(jī)、魚閘、集運(yùn)魚系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析比較，最終確定選擇豎縫式魚道作為金沙水電站過魚設(shè)施。應(yīng)用實(shí)踐表明：金沙水電站魚道過魚效果良好，魚類種類、數(shù)量滿足前期設(shè)計(jì)目標(biāo)。可供類似水電站過魚設(shè)施建設(shè)參考借鑒。

關(guān)鍵詞：過魚設(shè)施; 魚道; 魚類行為學(xué); 過魚效果; 金沙水電站

中圖法分類號(hào)：TV653文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.019

文章編號(hào)：1006 - 0081（2022）03 - 0086 - 05

0 引 言

在河流中修建水利水電工程時(shí)，會(huì)阻斷洄游魚類通道、影響魚類資源、引發(fā)相關(guān)生態(tài)問題。為了減少水電工程對(duì)魚類資源的破壞，保護(hù)魚類生存環(huán)境，有必要修建魚道、魚閘和升魚機(jī)等過魚設(shè)施。

國(guó)外過魚設(shè)施建設(shè)起步較早。1662年法國(guó)首次提出采用建設(shè)人工通道的方式解決魚類洄游阻隔，即過魚設(shè)施雛形。1880年美國(guó)羅得島州帕塔克塞特（Pawtuxet）大壩建成了世界上第一座魚道。隨著大壩修建和水力發(fā)電的興起，魚道等上行過魚設(shè)施作為解決溯河洄游魚類上行的方案，得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于缺乏科學(xué)和工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這一時(shí)期建設(shè)的魚道基本沒有過魚效果。隨著水力學(xué)及魚類生態(tài)、行為學(xué)在魚道設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用，過魚設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)日趨多樣化，技術(shù)型魚道（池堰式、豎縫式、仿自然魚道等）、魚閘（升魚機(jī)）和集運(yùn)魚系統(tǒng)等相繼出現(xiàn)。20世紀(jì)60年代初期，美國(guó)和加拿大已建過魚設(shè)施200座以上，歐洲建設(shè)100 座以上，前蘇聯(lián)建設(shè)18座以上，過魚設(shè)施類型主要以魚道為主。至20世紀(jì)末，北美有魚道近400座，日本有1 400余座[1]。目前，巴西伊泰普水電站魚道爬升高度達(dá)120 m，屬全球最高;總長(zhǎng)度達(dá)10 km，屬全球最長(zhǎng)。

中國(guó)過魚設(shè)施建設(shè)起步時(shí)間較晚，1960年中國(guó)大陸第一座魚道建于黑龍江興凱湖附近。20世紀(jì)60～80年代，中國(guó)建成過魚設(shè)施40余座。80年代以來，隨著中國(guó)水利事業(yè)的繁榮發(fā)展，開始出現(xiàn)天然漁業(yè)資源退化的問題，一些水生物種甚至瀕臨滅絕。因此，對(duì)過魚設(shè)施建設(shè)重要性的認(rèn)識(shí)不斷加深。進(jìn)入21世紀(jì)，大批過魚設(shè)施已建成運(yùn)行或在規(guī)劃建設(shè)中，包括白鶴灘水電站集運(yùn)魚系統(tǒng)、烏東德水電站集運(yùn)魚系統(tǒng)、北京上莊新閘魚道、西藏獅泉河魚道和曹娥江大閘魚道等[2]。

長(zhǎng)江干流金沙江是長(zhǎng)江流域魚類生長(zhǎng)繁衍的重要基地。金沙水電站工程建設(shè)使魚類賴以生存的外部環(huán)境、水文條件等發(fā)生變化，魚類洄游、繁殖等活動(dòng)被迫延遲或終止，魚類生存環(huán)境面臨重大威脅。為了保護(hù)金沙江豐富的魚類資源，保證河流生物多樣性，金沙水電站采取增殖放流與修建過魚設(shè)施相結(jié)合的方式對(duì)水生生態(tài)進(jìn)行保護(hù)。本文對(duì)金沙水電站工程過魚設(shè)施進(jìn)行了比選，確定魚道作為過魚設(shè)施方案。介紹了魚道設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的過魚效果證明了魚道的有效性。

1 工程概況

金沙水電站位于長(zhǎng)江金沙江干流（圖1），是金沙江中游十級(jí)水電樞紐規(guī)劃的第九級(jí)，上距觀音巖水電站壩址28.9 km，下距銀江水電站壩址21.3 km。金沙水電站壩址地處攀枝花市西區(qū)，所在河段河床狹窄。金沙水電站攔河建筑物采用重力壩，最大壩高66 m，壩頂高程1 027.00 m。水庫正常蓄水位1 022.00 m，死水位1 020.00 m，水庫總庫容為1.08億m3，調(diào)節(jié)庫容1 120.00萬m3。電站采用河床式，上游水位變幅2.0 m;下游發(fā)電最高水位1 003.43 m，最低水位995.35 m，下游水位變幅8.08 m;電站最大水頭差26.65 m。

金沙水電站優(yōu)先考慮的過魚對(duì)象包括：① 具有洄游及江湖洄游特性的魚類;② 受到保護(hù)的魚類;③ 珍稀、特有及土著、易危魚類;④ 具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的魚類;⑤ 其他具有遷徙特征的魚類。根據(jù)金沙江中下游魚類資源歷史資料，結(jié)合近年來該江段調(diào)查采集到的魚類及其分布特點(diǎn)，考慮《金沙江中游河段水電規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)及對(duì)策研究報(bào)告》和《金沙江觀音巖水電站水生生態(tài)影響評(píng)價(jià)專題報(bào)告》提出的保護(hù)對(duì)象，基于梯級(jí)電站建設(shè)后環(huán)境變化的影響，將胭脂魚、圓口銅魚、長(zhǎng)薄鰍、長(zhǎng)鰭吻鮈、巖原鯉、鱸鯉、四川白甲魚、泉水魚8種魚類作為主要過魚對(duì)象，裸體異鰾鰍鮀、短須裂腹魚、長(zhǎng)絲裂腹魚、四川裂腹魚、白緣?mèng)~央、前臀鮡、細(xì)鱗裂腹魚、中華金沙鰍和硬刺松潘裸鯉等魚類作為兼顧過魚對(duì)象。金沙水電站主要過魚對(duì)象多數(shù)具有洄游習(xí)性，且以底層魚類比例最大。

2 過魚設(shè)施比選

2.1 過魚季節(jié)及運(yùn)行水位

金沙水電站過魚對(duì)象集中在繁殖季節(jié)，每年從3月開始并延至6月，因此過魚設(shè)施的重點(diǎn)過魚季節(jié)為3～6月。根據(jù)金沙水電站運(yùn)行調(diào)度方式，魚道上游最高運(yùn)行水位采用水庫正常蓄水位1 022.00 m，最低運(yùn)行水位采用水庫死水位1 020.00 m。下游最高運(yùn)行水位為1 002.20 m，最低運(yùn)行水位為995.50 m，過魚季節(jié)3～6月多年平均流量為511～3 140 m3/s。

金沙水電站魚道保護(hù)魚類多為底棲珍稀魚類，個(gè)體小于1 m?；隰~類行為生態(tài)學(xué)研究以及魚類游泳能力測(cè)試成果，金沙水電站魚道設(shè)計(jì)坡度為1/58、池寬3.0 m、池長(zhǎng)3.6 m，采用同側(cè)導(dǎo)豎式隔板，豎縫寬度0.6 m、射流角初定為45°，豎縫孔口流速1.0～1.3 m/s ，以上參數(shù)和國(guó)內(nèi)已建且成功運(yùn)行的魚道基本相近。

2.2 過魚設(shè)施優(yōu)缺點(diǎn)分析

目前，應(yīng)用較多的過魚設(shè)施類型包括魚道、仿自然通道、升魚機(jī)、魚閘、集運(yùn)魚系統(tǒng)等，主要原理和優(yōu)缺點(diǎn)分析見表1。

2.3 過魚設(shè)施選擇

首先，金沙水電站位于金沙江干流，對(duì)過魚設(shè)施的要求較高。為了最大限度地降低對(duì)魚類洄游的影響，宜選擇過魚效果好、過魚效率高的設(shè)施。由于該河段的過魚目標(biāo)中底層魚類占比最大，過魚設(shè)施應(yīng)適合底層魚類通過。升魚機(jī)、魚閘和集運(yùn)魚設(shè)施存在過魚不連續(xù)、過魚效果不穩(wěn)定、不能大量過魚等缺點(diǎn)，且操作復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用高，不適合金沙水電站過魚設(shè)施采用。

其次，金沙水電站壩址所在河段河床狹窄，采用仿自然魚道所需的水量和占地面積大，相應(yīng)工程量也大，從地形地質(zhì)條件上不具備布置仿自然魚道的條件。同時(shí)，金沙水電站上游水位變幅2.00 m、下游水位變幅達(dá)8.08 m，仿自然魚道較難適應(yīng)上下游水位變幅。另外，仿自然魚道雖然過魚效果較好，但設(shè)計(jì)難度較大，目前國(guó)內(nèi)成功范例較少，運(yùn)行效果存在不確定性，后期需要進(jìn)行長(zhǎng)期維護(hù)和調(diào)整，技術(shù)支撐較為薄弱。

綜上分析，根據(jù)各類過魚建筑物特點(diǎn)，結(jié)合過魚對(duì)象的洄游習(xí)性、魚體大小以及技術(shù)條件，并參考國(guó)內(nèi)外已建工程經(jīng)驗(yàn)，從持續(xù)過魚以及運(yùn)行費(fèi)用方面綜合考慮，金沙水電站過魚設(shè)施選擇采用魚道的結(jié)構(gòu)型式。

3 魚道建設(shè)情況

金沙水電站魚道布置在廠房左岸，由進(jìn)魚口、過魚池、出魚口、廠房集魚系統(tǒng)以及補(bǔ)水系統(tǒng)等組成，全長(zhǎng)約1 486 m（圖2）。

魚道池室寬3.0 m，共設(shè)置383道隔板，形成69個(gè)過魚池和24個(gè)休息室。過魚池長(zhǎng)3.5 m，底板坡度2%，休息室長(zhǎng)7 m，底板坡度1%。魚道下游設(shè)置有3個(gè)進(jìn)魚口，1，2，3號(hào)進(jìn)魚口底板高程分別為994，996 m和999 m，其中1號(hào)和2號(hào)進(jìn)魚口相毗鄰，最常用的2號(hào)進(jìn)魚口與廠房集魚系統(tǒng)相連通（圖3）。

上游2個(gè)出魚口，底板高程分別為1 018.00 m和1 020.00 m，如圖4所示。

根據(jù)計(jì)算分析和模型試驗(yàn)論證，最終采用豎縫式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，魚道內(nèi)設(shè)計(jì)流速為0.6～1.1 m/s。魚道過魚池水流形態(tài)物理模型試驗(yàn)結(jié)果及CFD數(shù)值模擬結(jié)果如圖5所示。

4 過魚效果分析

金沙水電站采用PIT芯片跟蹤試驗(yàn)（圖6）、魚道堵截法采樣、魚道視頻的方式對(duì)魚道過魚種類、數(shù)量、規(guī)格等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析魚道實(shí)際過魚效果。

通過魚道堵截法采樣在魚道中捕捉到中華金沙鰍、麥穗魚、餐條、白甲魚、齊口裂腹魚等3科15種魚類（圖7），其中，麗魚科魚類1種，鰍科魚類6種，鯉科魚類8種。魚道發(fā)現(xiàn)重要過魚對(duì)象——白甲魚和裂腹魚。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：魚道對(duì)包括過魚對(duì)象在內(nèi)的多種魚類均具有吸引力，且魚類可以順利通過。

截至2021年6月，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)控視頻表明：魚道日均過魚數(shù)量為85尾，最大日過魚量達(dá)到153尾，并且過魚數(shù)量呈逐月上升趨勢(shì)，可見金沙水電站魚道過魚效率較高。從魚類的形態(tài)規(guī)格來看，體型最大的是一尾鯉魚，全長(zhǎng)460 mm，體長(zhǎng)390 mm，體重1 621.5 g;體型最小的是麥穗魚，全長(zhǎng)40 mm，體長(zhǎng)34 mm，體重0.5 g。魚道聚集的魚群中，數(shù)量占比較大的是中華金沙鰍、餐條和麥穗魚。由此可見，金沙水電站魚道對(duì)魚的大小規(guī)格并沒有嚴(yán)格限制，大多數(shù)魚的成年個(gè)體和小部分幼年個(gè)體均可以順利進(jìn)入魚道。綜合以上分析，金沙水電站魚道過魚效果良好。

5 結(jié) 語

金沙水電站魚道是長(zhǎng)江干流上第一座魚道。魚道運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，魚道方案合理可行，且運(yùn)行效果良好，適合大部分具有洄游習(xí)性的魚類。金沙水電站魚道的建成和運(yùn)行，將對(duì)維護(hù)金沙江中游流域的生態(tài)連續(xù)性產(chǎn)生積極作用，還可為類似水電站過魚設(shè)施設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：李 慧）