金沙水電站過魚方案比選研究

楊俊鋒 張菡

摘要：為了選擇金沙水電站適用的過魚設施，結合該水電站過魚要求和工程特點，對目前5種主要過魚設施：魚道、仿自然通道、升魚機、魚閘、集運魚系統的優缺點進行了分析比較，最終確定選擇豎縫式魚道作為金沙水電站過魚設施。應用實踐表明：金沙水電站魚道過魚效果良好，魚類種類、數量滿足前期設計目標?？晒╊愃扑娬具^魚設施建設參考借鑒。

關鍵詞：過魚設施; 魚道; 魚類行為學; 過魚效果; 金沙水電站

中圖法分類號：TV653文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.019

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0086 - 05

0 引 言

在河流中修建水利水電工程時，會阻斷洄游魚類通道、影響魚類資源、引發相關生態問題。為了減少水電工程對魚類資源的破壞，保護魚類生存環境，有必要修建魚道、魚閘和升魚機等過魚設施。

國外過魚設施建設起步較早。1662年法國首次提出采用建設人工通道的方式解決魚類洄游阻隔，即過魚設施雛形。1880年美國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電的興起，魚道等上行過魚設施作為解決溯河洄游魚類上行的方案，得到了廣泛應用。然而，由于缺乏科學和工程技術標準，這一時期建設的魚道基本沒有過魚效果。隨著水力學及魚類生態、行為學在魚道設計研究中的應用，過魚設施的設計和建設日趨多樣化，技術型魚道（池堰式、豎縫式、仿自然魚道等）、魚閘（升魚機）和集運魚系統等相繼出現。20世紀60年代初期，美國和加拿大已建過魚設施200座以上，歐洲建設100 座以上，前蘇聯建設18座以上，過魚設施類型主要以魚道為主。至20世紀末，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120 m，屬全球最高;總長度達10 km，屬全球最長。

中國過魚設施建設起步時間較晚，1960年中國大陸第一座魚道建于黑龍江興凱湖附近。20世紀60～80年代，中國建成過魚設施40余座。80年代以來，隨著中國水利事業的繁榮發展，開始出現天然漁業資源退化的問題，一些水生物種甚至瀕臨滅絕。因此，對過魚設施建設重要性的認識不斷加深。進入21世紀，大批過魚設施已建成運行或在規劃建設中，包括白鶴灘水電站集運魚系統、烏東德水電站集運魚系統、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]。

長江干流金沙江是長江流域魚類生長繁衍的重要基地。金沙水電站工程建設使魚類賴以生存的外部環境、水文條件等發生變化，魚類洄游、繁殖等活動被迫延遲或終止，魚類生存環境面臨重大威脅。為了保護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施相結合的方式對水生生態進行保護。本文對金沙水電站工程過魚設施進行了比選，確定魚道作為過魚設施方案。介紹了魚道設計要點，并根據現場監測的過魚效果證明了魚道的有效性。

1 工程概況

金沙水電站位于長江金沙江干流（圖1），是金沙江中游十級水電樞紐規劃的第九級，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，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，調節庫容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。

金沙水電站優先考慮的過魚對象包括：① 具有洄游及江湖洄游特性的魚類;② 受到保護的魚類;③ 珍稀、特有及土著、易危魚類;④ 具有經濟價值的魚類;⑤ 其他具有遷徙特征的魚類。根據金沙江中下游魚類資源歷史資料，結合近年來該江段調查采集到的魚類及其分布特點，考慮《金沙江中游河段水電規劃環境影響評價及對策研究報告》和《金沙江觀音巖水電站水生生態影響評價專題報告》提出的保護對象，基于梯級電站建設后環境變化的影響，將胭脂魚、圓口銅魚、長薄鰍、長鰭吻鮈、巖原鯉、鱸鯉、四川白甲魚、泉水魚8種魚類作為主要過魚對象，裸體異鰾鰍鮀、短須裂腹魚、長絲裂腹魚、四川裂腹魚、白緣魚央、前臀鮡、細鱗裂腹魚、中華金沙鰍和硬刺松潘裸鯉等魚類作為兼顧過魚對象。金沙水電站主要過魚對象多數具有洄游習性，且以底層魚類比例最大。

2 過魚設施比選

2.1 過魚季節及運行水位

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

金沙水電站魚道保護魚類多為底棲珍稀魚類，個體小于1 m?；隰~類行為生態學研究以及魚類游泳能力測試成果，金沙水電站魚道設計坡度為1/58、池寬3.0 m、池長3.6 m，采用同側導豎式隔板，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 ，以上參數和國內已建且成功運行的魚道基本相近。

2.2 過魚設施優缺點分析

目前，應用較多的過魚設施類型包括魚道、仿自然通道、升魚機、魚閘、集運魚系統等，主要原理和優缺點分析見表1。

2.3 過魚設施選擇

首先，金沙水電站位于金沙江干流，對過魚設施的要求較高。為了最大限度地降低對魚類洄游的影響，宜選擇過魚效果好、過魚效率高的設施。由于該河段的過魚目標中底層魚類占比最大，過魚設施應適合底層魚類通過。升魚機、魚閘和集運魚設施存在過魚不連續、過魚效果不穩定、不能大量過魚等缺點，且操作復雜、運行費用高，不適合金沙水電站過魚設施采用。

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，相應工程量也大，從地形地質條件上不具備布置仿自然魚道的條件。同時，金沙水電站上游水位變幅2.00 m、下游水位變幅達8.08 m，仿自然魚道較難適應上下游水位變幅。另外，仿自然魚道雖然過魚效果較好，但設計難度較大，目前國內成功范例較少，運行效果存在不確定性，后期需要進行長期維護和調整，技術支撐較為薄弱。

綜上分析，根據各類過魚建筑物特點，結合過魚對象的洄游習性、魚體大小以及技術條件，并參考國內外已建工程經驗，從持續過魚以及運行費用方面綜合考慮，金沙水電站過魚設施選擇采用魚道的結構型式。

3 魚道建設情況

金沙水電站魚道布置在廠房左岸，由進魚口、過魚池、出魚口、廠房集魚系統以及補水系統等組成，全長約1 486 m（圖2）。

魚道池室寬3.0 m，共設置383道隔板，形成69個過魚池和24個休息室。過魚池長3.5 m，底板坡度2%，休息室長7 m，底板坡度1%。魚道下游設置有3個進魚口，1，2，3號進魚口底板高程分別為994，996 m和999 m，其中1號和2號進魚口相毗鄰，最常用的2號進魚口與廠房集魚系統相連通（圖3）。

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

根據計算分析和模型試驗論證，最終采用豎縫式結構設計，魚道內設計流速為0.6～1.1 m/s。魚道過魚池水流形態物理模型試驗結果及CFD數值模擬結果如圖5所示。

4 過魚效果分析

金沙水電站采用PIT芯片跟蹤試驗（圖6）、魚道堵截法采樣、魚道視頻的方式對魚道過魚種類、數量、規格等情況進行監測，分析魚道實際過魚效果。

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。魚道發現重要過魚對象——白甲魚和裂腹魚。監測結果表明：魚道對包括過魚對象在內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，監測數據和監控視頻表明：魚道日均過魚數量為85尾，最大日過魚量達到153尾，并且過魚數量呈逐月上升趨勢，可見金沙水電站魚道過魚效率較高。從魚類的形態規格來看，體型最大的是一尾鯉魚，全長460 mm，體長390 mm，體重1 621.5 g;體型最小的是麥穗魚，全長40 mm，體長34 mm，體重0.5 g。魚道聚集的魚群中，數量占比較大的是中華金沙鰍、餐條和麥穗魚。由此可見，金沙水電站魚道對魚的大小規格并沒有嚴格限制，大多數魚的成年個體和小部分幼年個體均可以順利進入魚道。綜合以上分析，金沙水電站魚道過魚效果良好。

5 結 語

金沙水電站魚道是長江干流上第一座魚道。魚道運行監測結果表明，魚道方案合理可行，且運行效果良好，適合大部分具有洄游習性的魚類。金沙水電站魚道的建成和運行，將對維護金沙江中游流域的生態連續性產生積極作用，還可為類似水電站過魚設施設計和建設提供參考。

參考文獻：

[1] 曹慶磊，楊文俊，周良景. 國內外過魚設施研究綜述[J]. 長江科學院院報，2010，27（5）：39-43.

[2] 伍銘杰，諸 韜 . 國內外魚道發展探析[J]. 東北水利水電，2018（9）：68-70.

[3] 艾克明. 魚道水力設計的基本要點與工程實例[J]. 水利科技與經濟，2012，18（10）：82-85.

[4] 黃建清. 魚閘適應性探討[J]. 湖南交通科技，2014，40（1）：129-130.

（編輯：李 慧）