大渡河安谷水電站過魚設施改造效果研究

周武 張祺 施家月 湯優敏 孫鈞鍵

摘要：大渡河安谷水電站建成后運行水位變更，豎縫式魚道和仿自然通道下鑿閘底板，降低高程，以保證水流條件。為了解改造后魚道水力條件和過魚效果，測量過魚設施內的水位和流速，使用網捕法調查生態河道和過魚設施內的魚類特征，分析改造前后過魚設施運行狀況和水生生態調查結果的變化，得到以下主要結論：改造后魚道和通道的運行保證率大幅提高，水動力條件接近設計效果；改造后調查區域內魚類種類更豐富，部分洄游魚類的種群數量明顯增加；安谷水電站生態河道放水閘豎縫式魚道和仿自然通道的漁獲物物種組成有明顯差異，魚道和通道適用于不同魚類，有效互補。

關鍵詞：過魚設施；豎縫式魚道；仿自然通道；水生生態調查；安谷水電站

中圖分類號：X176? 文獻標識碼：A? 文章編號：1001.9235（2024）01.0114.08

Study on Modification Effects of Fish Passage Facilities in Angu Hydropower Station in Dadu River

ZHOU Wu1，ZHANG Qi1*，SHI Jiayue1，TANG Youmin1，SUN Junjian1，2

（1.PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited，Hangzhou 311122，China;

2.College of Hydraulic and Environmental Engineering，Three Gorges University，Yichang 443000，China）

Abstract：Due to the changed operating water level after the building of Angu Hydropower Station in Dadu River，the gate floors of the vertical slot fishway and nature.like passage are chiseled to lower the elevation and ensure water flow conditions.In order to understand the hydraulic condition of the modified fishway and the effect of fish passing，the water level and flow velocity in the fish passage facility are measured.The features of fishes in ecological river channels and fish passage facilities are investigated through net capturing.In addition，the operation status of fish passage facilities and the changes in aquatic ecological investigation results before and after modification are analyzed.The following main conclusions are drawn.After modification，the operation guarantee rate of fishway and passage is greatly improved，and the hydrodynamic conditions are close to the design effect; there are more fish species within the survey area after modification，and the species number of some migratory fishes has increased remarkably; there are obvious differences in fish species between vertical slot fishway and nature.like passage of ecological river sluice in Angu Hydropower Station，and the two channels are suitable for different fish species，showing a complementary effect.

Keywords：fish passage facilities;vertical slot fishway;nature.like fishway;aquatic ecological investigation;Angu Hydropower Station

過魚設施溝通了擋水建筑物阻隔的上下游水系，為魚類提供洄游通道。常見的過魚設施有技術型魚道和仿自然通道［1-10］，技術型魚道的常見形式是豎縫式［3-6］，也有孔堰式等多種形式及組合形式，仿自然通道也稱為近自然魚道［7］，布置形式多樣［8-10］。不同類型的魚道均需適應上下游水位變幅，在一定水位區間內都能正常發揮作用［11］。水位變幅較小時可允許魚道內水深和流速在一定范圍內波動；水位變幅較大時應考慮布置多個高程不同的出入口，在不同工況下選用。但一些過魚設施未能充分考慮水位變化［12］，或者遇到設計變更，設計工況與實際運行工況不一致，需要進行改造［13-14］；也有些魚道建成后根據監測結果，進行改造以優化水流結構［15-18］。同時，中國低水頭過魚設施的效果與歐、美、日同類工程仍有差距［19］，存在改進空間。

魚道改造的典型研究案例有青海湖支流魚道、漢江雅口航運樞紐魚道、加拿大安大略省格蘭德河丹尼爾魚道。青海湖支流沙柳河、泉吉河、哈爾蓋河建有4條魚道，其中，泉吉河魚道水流入口高程高于主河道，水流入口和閘板間有0.7 m高的斜坡，在水量較枯時，河水不能正常流入魚道，建議拆除斜坡，下挖泉吉河魚道［11］。漢江雅口航運樞紐魚道改造工程中，魏萍等［13］優化了堰孔式魚道進口段隔板，使之能夠適應下游水位變動，優化后的隔板型式在下游水位為0.8 m時，能減緩魚道進口附近池室水面線的陡降；魚道進口段水深在0.8～1.3 m變動時，魚道內水流條件仍能夠滿足魚類上溯要求，魚道適應下游水位變動的能力增加了0.4 m。加拿大安大略省格蘭德河魚道［15］左右岸各一條，無線電追蹤結果顯示，較多三文魚被消力池尾坎下泄的水流吸引，較少三文魚出現在左右岸魚道入口附近，為此，改進了魚道入口形式，將魚道一側擋墻從消力池尾坎下游縮短到尾坎上游，擴大入口，改造后標識回捕率顯著增長，過魚效果變好。

從以上案例可以看出，過魚設施改造是工程實踐中常見的需求，已有技術手段可以較好地提出改造方案，優化過魚設施進出口的水動力條件，滿足魚類洄游對水流條件的需求。已有研究多關注改造方案，部分研究比較了改造前后特定魚類的通過率，尚未涉及改造前后的魚類種類變化情況。

本文以安谷水電站左岸生態河道放水閘豎縫式魚道和仿自然通道為案例，研究魚道和通道改造前后水動力條件和魚類種群變化趨勢，并對比魚道和通道中漁獲物組成差異，推斷魚道和通道適用的魚類種類范圍。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

安谷水電站庫尾左側生態河道放水閘右岸，建有一條豎縫式魚道和一條仿自然通道，見圖1。豎縫式魚道由上至下由進口、魚道池室、觀測室、出口等組成，進口高程改造前392.80 m，出口高程397.74 m，魚道全長340.26 m，坡度1.5%，魚道寬度為2.5 m，單個池室長度3.2 m，共102個池室，由于魚道坡度較小，不設休息室，豎縫寬0.4 m，與魚道軸線成45°角；魚道進口設計流速大于0.2 m/s，豎縫流速設計流速為1.0～1.5 m/s。仿自然通道布置在豎縫式魚道東側，進口高程改造前393.80 m，出口高程398.44 m，通道全長392.53 m，坡度0.10%～1.25%，通道內的水深為0.44～1.09 m，寬度3.0 m。不同于保留池式結構使用漿砌石的仿自然通道［10］，該通道進口段束窄斷面，且布置蠻石檻，以營造一定的紊動，吸引上溯的魚類，共設84處蠻石檻，斷面平均設計流速為0.4～0.9 m/s。

庫尾水位低于設計值，魚道和通道的流量和水位均低于設計值，有時甚至斷流，運行保證率較低，因而進行了改造。電站日調節運行，設計正常蓄水位為398 m，實際運行水位維持在397 m附近。2019年，建設單位和設計單位提出對魚道進行優化改造，根據庫區多年運行水位情況，對放水閘豎縫式魚道和仿自然通道出口高程進行優化調整，其中豎縫式魚道需要鑿混凝土深度為27 cm，縱坡為0.1%，調整的長度約20 m，調整段底坡與下游自然銜接；仿自然通道需要鑿混凝土深度為37 cm，縱坡為0.1%，調整的長度約30 m，對下游采用混凝土板渠道基本沒有影響，豎縫式魚道和仿自然通道的閘門門槽和底坎也進行了改造，閘門進行了加高，改造工程于2020年5月完成建設，經改造后，2個魚道保持正常運行，現場見圖2。

1.2 測量方法

2016年已開展一次監測，2020年改造后進行第二次監測，以驗證改造效果。監測內容包含流速水深測量和魚類種群調查。

采用LS1206B型螺旋槳流速儀對魚道進口、豎縫流速進行測量；采用測深桿對魚道池室水深進行測量。將測試的水文數據與設計參數對比，以評估魚道是否正常運行。魚道正常運行保證率為魚道正常運行天數與監測天數的比值。

采用地籠網和3層絲網（網孔大小1～3指）在豎縫式魚道、仿自然通道、魚道進口下游1 km附近生態河道開展魚類資源調查。記錄每次調查所使用的網具種類和數量。漁獲物調查時間為6—9月份。

魚類捕撈起來后，依據《四川魚類志》［21］對漁獲物種類進行鑒定和分類。采用直尺測量魚類全長和體長，采用電子天平稱量體重。

使用單位捕撈努力量漁獲量（Catch Per Unit Effort，CPUE）來評估生態河道區域內的魚類資源量。

式中 M——某月的漁獲物總重量，g；S——所用網具數量，副；h——捕撈時間，h；CPUE——單位捕撈努力量，g/（副·h）。

2017年在生態河道區域，使用絲網、地籠網、流刺網和定制網，連續捕撈5 d，捕撈努力量約為400 g/（副·h）；2020年在生態河道區域，使用3層絲網，6—9月每月的捕撈努力量分別為187、505、318、390 g/（副·h）。

2 結果和討論

2.1 流速水深

2020年的監測結果顯示，監測期間隨庫尾水位變化，豎縫式魚道進口流速范圍0～0.37 m/s；豎縫流速范圍為0.21～0.89 m/s（第46號池室）；池室水深范圍為7～132 cm（第82號池室）；仿自然魚道內部流速在1～1.66 m/s。以魚道池室水位作為標準，池室水位大于40 cm視為正常運行。魚道設計水位為1 m，但該河段魚類多為小型魚類，40 cm池室水深已能滿足其上溯。經統計，監測期間正常運行天數為65 d，豎縫式魚道正常運行保證率為85.3%。仿自然通道運行情況良好，水量充沛，正常保障率為100%。流速和水深沿程分布見圖3，豎縫式魚道和仿自然通道出口附近水流為漸變流，隨后形成明渠均勻流，水深和流速幾乎不隨距離變化，進口附近收到下游水位頂托，形成漸變流，水深變大，流速降低；由于上、下游底板高程較高，仿自然通道的水深較豎縫式魚道淺，但仿自然通道消能效果較差，多數蠻石完全被淹沒，斷面平均流速較高。

2017年的監測結果顯示，1號仿自然通道入口附近水深較淺，不足1.0 m，受上游水位的影響，通道內水流不連續，呈現間歇性有水的情況；豎縫式魚道內部水流情況與仿自然通道情況基本一致，豎縫式魚道進口長期處于淹沒狀態，進口處呈現回流現象，豎縫式魚道出口附近水深最大為30 cm，豎縫口流速0.6 m/s，池室壁附近流速0.1 m/s，池室內流速基本呈現紊亂狀態，魚道內的水流受水位影響較為明顯，一般是上午9：00左右魚道內開始有水流，至下午3：00左右魚道內水流逐漸減小直至部分區域無水。部分時段水位較出口高程低，導致魚道在運行期間部分時間段出現無水情況。

2020年的運行狀況較2017年明顯好轉，降低上游水流入口的高程改善了魚道和通道內的水動力條件。

2.2 魚類種群特征

2次3個區域的魚類種群調查結果見表1。2017年魚道和通道不具備進行網捕的條件，僅調查了魚道和通道進口附近的生態河道區域；2020年調查了魚道和通道進口附近生態河道、魚道內部和通道內部3個區域。這兩次3個區域的調查結果，蘊含著魚類種群時空分布特征和變化規律，但限于調查次數較少，部分魚種捕獲數量較少，受到隨機性的影響較大，下文討論較顯著的規律，并根據魚類習性分析潛在的原因。

2017—2020年調查區域內魚類種類變豐富，資源量增加。2017年，調查發現生態河道有魚類26種，隸屬于3目7科；2020年，調查發現生態河道、魚道和通道等3個區域共有魚類35種，隸屬于3目7科。其中，2017年未調查到，2020年新增的魚類有鯉、銀鮈、花、白甲魚、中華倒刺鲃、寬口光唇魚、鰱、泥鰍、紅尾副鰍、貝氏高原鰍、短體副鰍、峨眉后平鰍、中華鮡、粗唇鮠等14種；2017年調查到，2020年未調查到的魚類有黑鰭鳈、似、鏡鯉、黑尾、中華紋胸鮡等5種。2017年生態河道漁獲物總重量5 111 g，單位捕撈努力量漁獲量12.78 g/（副·h）；2020年生態河道漁獲物總重量18 731 g，單位捕撈努力量漁獲量13.39 g/（副·h），相比2017年上升4.8%。

2020年調查中新增的14種魚類，鯉科占7種，鰍科占5種，鲇科和鲿科各1種。其中，鯉魚、白甲魚、鰱魚等在生活史中有洄游行為，魚道和通道的正常運行對其種群繁衍有積極影響。當前魚道和通道正常運行時間較短，現有證據無法證明這些魚類數量上升的原因，但仍然可以推定一系列的水生生態保護措施起到了積極作用。為了進一步確定各種措施造成的具體影響，需要更多更詳盡的調查結果。改造前（2017年）后（2020年）鯉科與鲇科優勢種占比見圖4。

2017—2020年生態河道調查區域內魚類體長小幅增長。所有魚類的體長范圍分別為3.8～29.8、1.5～46.5 cm，其中，2次調查蛇鮈的數量占比分別為49%和55%，是該河段的優勢種，體長范圍分別為5.8～13.3、5.7～13.5 cm，平均體長增長0.5%；數量占比第二多的是寬鰭鱲，2次調查體長范圍分別為7.2～11.8、6.8～14.1 cm，平均體長增長10.5%；其他魚種數量占比小，不具有代表性，不做進一步分析。2020年捕撈到最長的魚為鯉魚，體長46.5 cm，2017年未捕獲。漁獲物平均體長增長的原因主要是成魚比例增加和魚類種類變化。

生態河道、豎縫式魚道和仿自然通道3個調查區域，魚類種群數量的差異反映了魚類對生境的選擇偏好。有些魚類不使用魚道或通道，有些魚類僅使用魚道和通道的一種，有些魚類同時使用魚道和通道。鯉魚、鯽魚、銀鮈、泥鰍、瓦氏黃顙魚和粗唇鮠在下游生態河道發現較多，但未在魚道或通道中發現，可以認為這些魚類在調查時段不使用魚道。麥穗魚、短須頜須鮈、裸腹片唇鮈和子陵吻蝦虎魚在生態河道和魚道中發現較多，而在通道中沒有發現或發現較少。白甲魚、白緣、光澤黃顙魚和福建紋胸鮡在生態河道和通道中發現較多，而在魚道中沒有發現或發現較少。寬鰭鱲、花和凹尾擬鲿在3個調查區域均較多，可以認為這些魚類對水流條件不挑剔。另外值得注意的是，貝氏高原鰍在魚道中較多，在通道中較少，沒有在生態河道中捕撈到。豎縫式魚道和仿自然通道捕獲魚種對比見圖5。白甲魚和子陵吻蝦虎魚分別利用仿自然通道和豎縫式魚道，且調查到的數量較可觀，規律較顯著，結合其他魚類在仿自然通道和豎縫式魚道的分布差異，可以認為魚道和通道適用的魚類種類范圍是互補的。

造成魚類空間分布差異的原因較復雜，水動力條件和魚類生活習性可以解釋部分現象。仿自然通道流速較大，游泳能力強且喜流水的魚類較多，典型的如白甲魚［22-23］；但并非所有在仿自然通道捕獲的魚都有很強的游泳能力，如蛇鮈，可能是從上游被水流沖進通道。豎縫式魚道中發現較多子陵吻蝦虎魚，該魚有洄游習性，適應能力強［23］，本次調查結果表明該魚很可能利用豎縫式魚道進行洄游，但因持續游泳能力有限，無法利用仿自然通道。

3 結論和展望

3.1 結論

本文先從水動力情況入手，對比豎縫式魚道和仿自然通道改造前后的差異；然后，審慎地分析魚類生態調查結果，選取具有統計學顯著性的數據進行分析，得到以下主要結論。

a）降低上游段底板高程后，安谷水電站生態河道放水閘魚道和通道的運行保證率大幅提高，水動力條件接近設計效果，但魚道下游魚類進口淹沒較深，流速較低，誘魚效果一般，可結合誘魚燈、誘魚顏色等措施，提升誘魚效果。

b）魚道和通道改造后，調查區域內魚類種類更豐富，部分洄游魚類的種群數量明顯增加，特別是捕撈到了該區域此前未捕撈到的銀鮈、白甲魚等14種魚。

c）安谷水電站生態河道放水閘豎縫式魚道和仿自然通道的漁獲物物種組成有明顯差異，魚道和通道有效互補。

3.2 展望

魚類生態調查受隨機性的影響較大，給過魚設施效果評估帶來困難，可多次開展調查，降低隨機誤差的干擾。

網捕法無法確定過魚設施中魚類運動的方向，可使用無線電或聲學失蹤法，研究下游生態河道中洄游魚類的運動軌跡，得到過魚設施集魚和過魚的有效性。

子陵吻蝦虎魚沒有被人工馴化，可用于評估生境破碎化程度［25］?？稍诖蠖珊酉掠伍_展子陵吻蝦虎魚遺傳多樣性研究，評估過魚設施實現上下游魚類基因交流的有效性。

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