摘 要：水電開發(fā)是有效利用河流能量的一種方式，筑壩阻隔作用限制了洄游性魚類的上溯生殖行為，過魚設(shè)施成為目前恢復(fù)連通性的重要手段。流速是魚類感知環(huán)境和保持游泳行為的重要要素，壩前庫區(qū)成為近靜水環(huán)境顯著改變了河流屬性，流速降低可能使得過魚設(shè)施放殖到庫區(qū)的魚類難以找到水流方向，降低洄游成功率。以烏東德庫區(qū)為例，采用數(shù)值模擬的手段分析了不同流量水平條件下庫區(qū)流場特征，以魚類的感應(yīng)流速為閾值分析庫區(qū)中流速降低帶來影響的河段。結(jié)果表明：庫區(qū)流速從庫尾至壩前降低顯著，主庫在水深方向上流速較均一，支流河口處具有不均勻分布特征；在低流量（2月）、中流量（5月）和高流量（8月）條件下，庫區(qū)均存在一定范圍低于魚類感應(yīng)流速（0. 2 m/s）的河段，適宜的洄游魚類放流位置分別位于烏東德壩上102、96、38 km。研究成果為高壩大庫過魚設(shè)施的放殖地點選擇提供技術(shù)參考，對筑壩河段水生態(tài)保護具有重要意義。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)流速；流速降低；洄游魚類；水庫

中圖分類號：TV1 文獻標識碼：A 文章編號：1001-9235（2025）02-0083-08

Selection of Reservoir Release Location Based on Fish Induced VelocityGAO Yangyang 1 ， CHEN Zhuo 2 ， LIU Ke 1 ， WANG Jie 1 ， SHENG Cheng 1 ， ZHANG Xinyi 1 ，

CHANG Ziduo 1 ， FENG Jingjie 2*

（1. China Three Gorges Construction Engineering （Group） Co.， Ltd， Chengdu 610065， China; 2. State Key Laboratory of Hydraulics andMountain River Engineering， Sichuan University， Chengdu 610065， China）

Abstract： Hydropower development is one way to efficiently harness the energy of rivers. However， damming limits the upstreamreproductive behavior of migratory fish， and fish passage facilities are now an important means of restoring connectivity. Flow velocityis an important factor for fish to perceive the environment and maintain swimming behavior. The reservoir in front of the dam hasbecome a near-hydrostatic environment that significantly changes the river properties. Reduced velocity may make it difficult for fishreleased into the reservoir area by fish passage facilities to find the flow direction， reducing their migratory success rate. This papertakes the Wudongde reservoir as an example and uses numerical simulation to analyze the characteristics of the flow field in thereservoir at different flow levels. It takes the induced velocity of fish as the threshold value to analyze the river sections in the reservoiraffected by the reduced velocity. The results show that the flow velocity in the reservoir area decreases significantly from the end of thereservoir to the front of the dam; the flow velocity in the main reservoir is more homogeneous in the direction of water depth， and thetributary estuaries present non-uniform distribution. Under the conditions of low flow （February）， medium flow （May）， and high flow（August）， a certain range of the river section is below the induced velocity of the fish （0. 2 m/s）， and the suitable locations for migratoryfish stocking are located in the upper part of Wudongde Dam， 102， 96， and 38 km， respectively. The results provide technical references for the selection of release sites for fish passage facilities in high dams and large reservoirs， and are of great significance forthe protection of water ecology in the dam-built river reaches.

Keywords： induced velocity; reduced velocity; migratory fish; reservoir

根據(jù)2023年調(diào)查公報顯示長江流域中土著魚類有227種［1］ ，在烏東德水電站庫區(qū)中發(fā)現(xiàn)有91種，其中洄游性魚類有49種［2］ 。魚類的洄游性是指魚類在育幼場、覓食場和產(chǎn)卵場之間主動、定向和周期性的遷移，是魚類生活史中重要的行為之一［3］ ，通過洄游行動魚類可完成攝食、躲避天敵等行為，同時在洄游過程中雌魚性腺發(fā)育成熟［4］ 。已有研究證明外部環(huán)境因素可影響魚群洄游過程，包括有水溫、光照、水位、鹽度以及流速等［5］ 。其中流速因子發(fā)揮著獨特的作用［6］ ，一方面魚類體長增加及肌肉的增長需要流速的刺激［7-9］ ，另一方面流速具有“指示線索作用”，指導(dǎo)魚類進入洄游路徑［10］ ，是魚類遷徙的主要方向線索［11］ ，河流需要基本流速用于遷徙過程中發(fā)揮導(dǎo)向流作用［12］ 。流速因子對洄游魚類的影響不可忽視。

長江上游梯級高壩阻斷了河流的連續(xù)性與連通性，使魚類的生境破碎化。洄游性魚類面對高壩無法翻越使其洄游生活史受到阻斷，影響基因交流［13］ ，可能導(dǎo)致洄游性魚類的種群數(shù)量下降甚至威脅整個流域生態(tài)環(huán)境健康［14］ 。為了減小筑壩的阻隔影響，工程上提出魚道等過魚設(shè)施恢復(fù)其連通性［15-21］ ，并結(jié)合魚類的游泳能力優(yōu)化設(shè)計以提高察覺率及通過率［22］ 。高壩運行成庫后相對于自然河流轉(zhuǎn)變成流速降低狀態(tài)。在庫區(qū)中，水體流速低于一特定流速后，魚類可能難以感知河流流向，無法順利找到洄游上溯通道［23-24］ ，這些區(qū)域也稱作魚類洄游的負面作用區(qū)域［25］ 。其不利影響導(dǎo)致魚類未能洄游到產(chǎn)卵場，使得基因交流效率降低［26］ ，影響流域水生態(tài)系統(tǒng)完整性［27］ 。

針對壩下過魚設(shè)施如何集誘魚已有豐富的研究成果，但對于已集到的魚類在庫區(qū)的放流位置選擇的報道較少，針對其風(fēng)險的緩解措施少有提出，本研究以典型的山區(qū)河流開發(fā)成庫的烏東德水電站庫區(qū)為對象，采用數(shù)值模擬的研究方式對庫區(qū)的流速降低影響河段進行識別，結(jié)合魚類感應(yīng)流速提出適宜的放流河段位置建議，豐富了過魚設(shè)施全過程生態(tài)運行的技術(shù)研究，為減緩高壩對洄游魚類上溯影響提供理論和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)域與方法

1. 1 研究區(qū)域

烏東德水電站是金沙江下游段規(guī)劃建設(shè)的4座梯級電站（烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩）最上游一級，工程位置與河段水系見圖1。烏東德水電站于2019年底啟動蓄水，2020年正式投產(chǎn)發(fā)電。水庫正常蓄水位970 m，防洪水位945 m，正常蓄水位對應(yīng)回水長度約 200 km，庫區(qū)內(nèi)有龍川江等多條支流。烏東德工程河段調(diào)查有79種魚類有過壩需求，為了恢復(fù)河道連通性，設(shè)計建設(shè)了集運魚系統(tǒng)為主的過魚設(shè)施，過魚目標48種，過魚季節(jié)為3—9月。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，烏東德壩址上游120 km左右的江段流水特征相對明顯，本文研究范圍確定為壩址至上游120 km庫區(qū)河段。

1. 2 數(shù)值模擬

考慮到庫區(qū)垂向的流場分布特征顯著，同時支流入?yún)R對局部水力學(xué)條件影響，則采用三維模型對研究河段開展水動力模擬。

1. 2. 2 網(wǎng)格劃分

研究區(qū)域長度120 km，河寬500～1 106 m，水深73～180 m，考慮支流由于蓄水過程中水位上升形成支庫，模擬計算的區(qū)域為金沙江主流及主要支流。研究區(qū)域中形成支庫的支流有鲹魚溪、塵河、勐果河、龍川江，將支庫的水動力結(jié)構(gòu)可能造成的影響考慮其中，最終對120 km長度的主庫及4個支庫使用有限體積法進行三角網(wǎng)格的劃分，劃分得到平均網(wǎng)格面積為4 800 m 2 的172 814個網(wǎng)格，根據(jù)網(wǎng)格敏感性分析該尺度網(wǎng)格能較好反映庫區(qū)流場［28］ 。

1. 2. 3 邊界條件

以水位及流量作為邊界條件，考慮到庫區(qū)流量水平受到氣候、上游調(diào)節(jié)作用影響，以豐水期（8月）、平水期（5月）、枯水期（2月）的主流及支流的平均流量作為代表性高流量期、中流量期、低流量期水平。下游出口邊界條件采用水位值，烏東德水電站為季調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位975 m，汛期防洪限制水位945 m。模擬中以945 m水位作為高流量期壩前水位邊界條件；975 m水位作為低流量期、中流量期壩前水位邊界條件。代表性水期的金沙江及主要支流流量作為模型計算的上游入口邊界條件，其中Q i 表示不同時期主流的流量；Q Li 、Q Mi 、Q Ci 、Q Si 分別表示龍川江、勐果河、塵河、鲹魚溪在不用流量時期支流入流量。表1匯總了模型計算用的邊界條件。

1. 2. 4 模型驗證

圖2展示了3個典型流量水平下庫區(qū)沿程的斷面平均流速分布情況，采用吳俊東等［29］ 在6月統(tǒng)計的烏東德庫區(qū)流速分布數(shù)據(jù)對模擬結(jié)果進行驗證，結(jié)果顯示6月份平水期與中流量期的流速分布結(jié)果吻合較好，模擬結(jié)果能正確反映庫區(qū)流速沿程分布趨勢。

2 庫區(qū)流場模擬結(jié)果

2. 1 主流庫區(qū)流速特征

主庫斷面平均流速沿程逐漸降低趨勢，通常條件下開展過壩魚類放流河段（壩前2～5 km）3個流量條件下平均流速分別為0. 07 m/s （高流量）、0. 06 m/s（中流量）、0. 04 m/s（低流量）。庫區(qū)入庫流量高低對庫區(qū)上游區(qū)域的流速大小影響更顯著，在高流量期上游120 km斷面位置的流速有2. 21 m/s，中流量期減小到 0. 46 m/s，低流量期僅有 0. 23 m/s。庫區(qū)一些河段存在著距離壩址較近斷面其流速卻高于距離較遠斷面的現(xiàn)象，例如高流量時期在距離壩址77 km斷面其流速0. 53 m/s而距離壩址85 km斷面流速為0. 32 m/s，造成這種現(xiàn)象的原因是河流地形斷面復(fù)雜變化，過水斷面具有差異，在庫區(qū)中形成了緩流、急流交替狀態(tài)。

圖 3 展示了典型流量水平下庫區(qū)表層（水下0. 5 m）流速、水下20 m、底層5 m之間的速度差異，結(jié)果表明了在庫區(qū)存在垂向流速差異上游到下游垂向流速差逐漸減小。

2. 2 支流庫區(qū)流場特征

圖4展示了3個流量條件下研究河段4個支庫區(qū)域的流速分布結(jié)果?？梢钥闯鲈谥Я魑恢脦靺^(qū)的水面寬度延展水域面積相比于原主流庫區(qū)突然擴大，幾條支流的支庫河段流速范圍0. 02～0. 06 m/s。受流量比限制支流對主流的頂托作用微弱，受地形和水域擴大影響，支庫河段的主庫流速也存在著一定程度降低現(xiàn)象，其中低流量期平均降低0. 02 m/s，中流量期平均降低 0. 04 m/s，高流量平均降低0. 08 m/s。

3 討論

3. 1 魚類感應(yīng)流速與影響存在河段魚類洄游過程中流速是指明路線的物理因素之一，為此需要研究魚類感應(yīng)流速。魚類感應(yīng)流速的定義是在流速不斷增加環(huán)境下魚自發(fā)調(diào)整面對水流此時的流速，是魚類能感受到水流方向的最小流速，表2展示了數(shù)種金沙江流域魚類的感應(yīng)流速成果。根據(jù)研究成果得出鰍科魚屬的流速感應(yīng)性最高，為0. 1 m/s，裂腹魚屬感應(yīng)流速為0. 12 m/s，而圓口銅魚與長鰭吻鮈感應(yīng)流速最高，為0. 2 m/s。圓口銅魚與長鰭吻鮈為烏東德過魚設(shè)施的主要過魚目標，也是金沙江下游河段重要的洄游性魚類，本文分析中將烏東德庫區(qū)魚類最小感應(yīng)流速設(shè)定為0. 2 m/s［29］ 。

研究河段的長江上游特有魚類的生存區(qū)域集中在庫區(qū)中上層水域［30］ ，選取表層流速作為流速降低帶來的負面影響判斷指標，以流速閾值0. 2 m/s分析庫區(qū)引導(dǎo)流速不足的區(qū)域范圍，見圖5。結(jié)果顯示，在低流量期下影響河段從壩前延伸至壩上 96km，占烏東德正常蓄水位對應(yīng)回水范圍的44%；中流量期延伸至壩上 73 km 處，占正?；厮秶?2%；高流量期延伸至壩上36 km，占正常回水范圍的16%。對于洄游魚類，在低流量時期過壩魚類放流的低于感應(yīng)流速的范圍最大，庫區(qū)流速較低引起洄游指引不足的影響更大。

3. 2 庫區(qū)魚類放流點選擇

3. 1節(jié)的討論結(jié)果表明烏東德庫區(qū)存在相當長的可能降低洄游成功率的河段，為解決高壩阻斷洄游路線的問題，現(xiàn)已有眾多的集運魚研究成果［26］ ，但是對于減緩洄游魚類落入缺乏流速引導(dǎo)的風(fēng)險缺乏一個如何通過放流位置減緩其影響的策略。

以洄游魚類最小感應(yīng)流速為閾值，在整個庫區(qū)中初次確定多個滿足流速條件斷面（S1），并得到數(shù)個河流分段及較適宜放流的斷面。圖5表明部分河段存在流速波動變化情況，流速波動重新形成低于魚類感性流速的河段，以此分析不同流量條件下適宜放流范圍和最下游適宜斷面（S2）。圖6展示了按照此方法得到的一系列的適宜放流斷面位置，其中框線部分為適宜放流帶。

按照上述策略，在高流量期、中流量期、低流量期確定負面影響河段長度36、73、96 km基礎(chǔ)上排除波動流速河段，得到適宜放流帶的起點斷面位置距離壩址分別為38、96、102 km。放流帶中涵蓋了支流形成的庫灣，庫灣中流速極小且以環(huán)流居多，水域中營養(yǎng)物質(zhì)較為豐富，可有效補給洄游魚類期間的身體機能發(fā)育，同時圖3的結(jié)果表明支庫灣河段存在流速橫向分布不均，在主流側(cè)流速較高，形成供魚類識別的流速通道。

鑒于長江上游特有魚類洄游繁殖需求的季節(jié)不同，在不同月份烏東德運行調(diào)度方式不同，在放流時可選擇相應(yīng)流量水平條件下的適宜放流帶進行，降低庫區(qū)的低流速區(qū)域放流對洄游魚類的負面影響，以便增加洄游魚類繁育率。

4 結(jié)論

本研究主要關(guān)注了庫區(qū)流速降低情況下對于洄游魚類無法感應(yīng)并正確找到洄游路線的影響，采用數(shù)值模擬的方式對烏東德庫區(qū)進行模擬，結(jié)合洄游魚類感應(yīng)流速閾值分析了過壩魚類在庫區(qū)的適宜放流位置。

a） ）烏東德主庫區(qū)斷面縱向平均流速與入流量水平正相關(guān)，在主庫區(qū)中流速垂向上有一定不均勻分布；支庫流量水平所限導(dǎo)致支庫流速較低，對主庫的頂托作用不顯著，但支庫區(qū)域水域擴大導(dǎo)致主庫流速一定程度降低。

b） ）以洄游魚類0. 2 m/s感應(yīng)流速閾值判別，流速高于該感應(yīng)流速的河段位于主庫，支庫均不滿足。低于閾值流速的河段長度與水庫流量水平負相關(guān)。在高、中、低流量條件下的影響的河段分別占總庫區(qū)長度的44%、32%、16%。

c） ）依據(jù)感應(yīng)流速閾值與影響河段分區(qū)，針對烏東德提出考慮流速對魚類引導(dǎo)作用的過壩魚類放流位置選擇方法。在低、中、高流量時期適宜放流河段起始斷面位置，分別位于壩上102、96、38 km。

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