峡江水利枢纽鱼道设计施工与运行

翟梓良 张曦彦/中国水利水电第十二工程局有限公司

【摘 要】 峡江水利枢纽是一座以防洪、发电、航运为主，兼有灌溉、供水等综合效益的水利枢纽工程。枢纽区每年都有大量青、草、鲢、鳙“四大家鱼”等洄游鱼类从鄱阳湖经南昌、丰城、新干，最终到达峡江以上的赣江中上游段产卵。为此峡江水利枢纽专门规划建设了可供鱼类洄游的鱼道。本文就峡江水利枢纽鱼道选型布置、主要结构设计及施工运行进行介绍，以为类似工程提供借鉴。【关键词】 鱼道 设计 施工 运行

1 前言

鱼道是水利枢纽中为鱼类洄游而兴建的一种过鱼建筑物，是保护天然渔业资源、达到生物多样性及可持续发展的一种措施。

江西峡江水利枢纽位于赣江中游干流上，是一座以防洪、发电、航运为主，兼有灌溉、供水等综合效益的水利枢纽工程。赣江是鄱阳湖流域第一大江，数十种鱼类在此繁衍、栖息。每年4—7月鱼类的繁殖季节，都有大量赣江青、草、鲢、鳙“四大家鱼”等洄游鱼类溯流而上，从鄱阳湖经南昌、丰城、新干，最终到达峡江以上的赣江中上游段产卵。此后鱼卵随着激流向下游漂浮孵化，形成了鱼类特定路线。作为鄱阳湖生态经济区建设的重点水利工程，峡江水利枢纽工程的建成、运行带来了显著的社会效益和经济效益。在工程勘测设计过程中，如何让鱼类顺利洄游，保持正常的生存繁衍，曾是一道难题。

2 鱼道选型设计

2.1 主要过鱼对象及过鱼季节

枢纽区主要过鱼对象为洄游及半洄游鱼类，有青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼以及赤眼鳟等。

过鱼季节根据过鱼种类的迁徙结合工程的运行方式确定。根据上述鱼类的繁殖习性，确定每年4—7月底是本工程的最主要过鱼季节，其他季节也兼顾过鱼需要。

2.2 过鱼方案及鱼道选址

（1）过鱼方案。过鱼设施的形式多种多样，比较了鱼道、仿自然通道、升鱼机、鱼闸等多种方案。几种过鱼设施的优缺点比较见表1。

本枢纽工程属中低水头工程，最大水头13m左右，要求过鱼连续、过鱼效果稳定、运行费用低。鱼道在中低水头水利工程都有广泛的应用，能够在较短的距离达到稳定且满足鱼类需求的流速和流态。所以在本工程采用鱼道形式。

（2）鱼道选址。多数水电站运行反馈很多鱼类会聚集至电站尾水处。本工程电站位于右岸，可以保证常年有水流下泄，且地形条件允许，鱼道主进口布置在电站厂房尾水渠右侧，进口紧靠尾水，依靠尾水诱鱼，是理想的鱼道选址（图1）。

2.3 运行水位与设计流速

（1）运行水位。鱼道上、下游的运行水位，直接影响到鱼道在过鱼季节中是否有适宜的过鱼条件，鱼道上、下游的水位变幅也会影响到鱼道出口和进口的水面衔接和池室水流条件。运行水位设计不合理，会造成到达鱼道出口处的鱼无法进入上游河道，下游进口附近的鱼无法进入过鱼设施。

在过鱼季节，鱼道进口需要保证一定的水深，且水深不可过大，否则在鱼道的进口段流速大大减缓，进口诱鱼效果变差。鱼道出口底板不可露出，且需要保证一定的水深。

综合上述分析，本工程鱼道出口设计水位为44（预泄消落）～46m（最高运行水位），鱼道进口设计水位为33.00（开两台机）～36.61m（机组全开），最大设计水位差13m。

其中，垂直竖缝式鱼道有一种横隔板式鱼道。它是利用横隔板将鱼道上下游的总水位差分成多个梯级，并利用水垫、沿程摩阻及水流对冲、扩散来消能，达到改善流态、降低过鱼孔流速的目的。横隔板式鱼道的水流条件易于控制，能用在水位差较大的地方，各级水池是鱼类休息的良好场所，且可调整过鱼孔的型式、位置、（2）设计流速。过鱼设施内部的设计流速是过鱼设施成败的关键环节之一，通常是由过鱼对象的克流能力决定。

鱼道内流速的设计原则是：过鱼设施内流速小于鱼类的巡游速度，这样鱼类可以保持在过鱼设施中前进；过鱼断面流速小于鱼类的突进速度，这样鱼类才能够通过过鱼设施中的孔或缝。

鱼类的克流能力一般用鱼在一定时间段内可以克服某种水流的流速大小来表示，可分为巡游速度（cruising speed）和突进速度（bust speed）。本工程主要过鱼对象为青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼及赤眼鳟，因此过鱼设施内部设计流速可以参考四大家鱼的克流能力来确定。

“四大家鱼”的喜爱流速在0.3～0.5m/s之间，除去试验鱼体力原因，极限流速在1.0～1.5m/s左右。

依上述分析，本工程鱼道隔板过鱼孔流速设计为0.7～1.2m/s，这样的流速可以满足“四大家鱼”的上溯需求。通过在鱼道底部适当加糙，降低底部流速，也可以使其适应一些游泳能力相对较弱的鱼类通过。

2.4 鱼道结构

（1）结构型式选择。鱼道由一级一级的水池组成，通过水池内的隔板起到消能和减缓流速的目的。目前常见的几种鱼道结构型式有丹尼尔式、溢流堰式和垂直竖缝式三种。

丹尼尔式鱼道、溢流堰式鱼道和垂直竖缝式鱼道都有各自的优缺点，分别适应不同的鱼类、工程以及水文特征。表2为三种鱼道的优缺点比较。

大小来适应不同习性鱼类的上溯要求，结构简单，维修方便，故近代鱼道大多采用此种型式。根据本枢纽所在河段河道地形及水位特点，选择横隔板式鱼道。

横隔板式鱼道池室结构见图2。

（2）池室尺寸。鱼道宽度由过鱼量和过鱼对象个体大小决定，过鱼量越大，鱼道宽度要求越大。国外鱼道宽度多为2～5m，国内鱼道宽度多为2～4m。由于坝址处鱼类种类和资源都较为丰富，为满足过鱼需要，本鱼道宽度取3m。

池室长度与水流的消能效果和鱼类的休息条件关系密切。较长的池室，水流条件较好，休息水域较大，对于过鱼有利。同时，过鱼对象个体越大，池室长度也应越大。本鱼道池室长度取3.6m。

池室内的竖缝宽度直接关系到鱼道的消能效果和鱼类的可通过性，一般要求竖缝式鱼道的竖缝宽度不小于过鱼对象体长的1/2，国外同侧竖缝式鱼道宽度一般为池室宽度的1/8～1/10，而我国同侧竖缝的宽度一般为池室宽度的1/5，为水池长度的1/5～1/6。本工程竖缝宽度为0.5m，一般鱼类均可以顺利通过。

鱼道的坡度和鱼道中水的流速有密切关系，综合考虑到过鱼对象并满足设计流速需求，本鱼道坡度设计为1/60。

鱼道水深主要视过鱼对象习性而定，底层鱼和体型较大的成鱼相应要求水深较深。国内外鱼道深度一般为1.0～3.0m。本鱼道深度设计为3.5m，正常运行水深设计为3.0m。

2.5 集鱼系统

本鱼道设置集鱼系统，用以利用电站发电尾水诱鱼，提高鱼道进口进鱼效率。集鱼系统由分布于厂房尾水平台上的辅助进口、输鱼槽、补水槽、消能室、出水栅和电动闸门等设施组成，工作原理见图3、图4。

集鱼系统补水槽设在安装间左侧靠近厂房处，在进水口设置补水槽控制闸门，水槽孔口尺寸为150cm×150cm方形。补水槽长度90cm，进口底高程43m，出口底高程34m。下泄水流击打在下游补水系统的水面并通过补水系统与集鱼系统之间隔墙上的多个补水孔进入集鱼系统。补水系统与集鱼系统宽度分别为100cm和200cm，长度均为210m，沿尾水前沿通长布置，顶部高程37.11m，底部高程31.46m。集鱼系统在不同高程设置进鱼孔，以满足不同水位条件下进鱼需要。

2.6 观察室

鱼道观察室设置在低水位进口和高水位进口汇合处，布置在鱼道一侧。在此处设置观察室可以观察到高、低两个进口段的过鱼情况，并统计成功上溯的鱼类种类和数量，评估过鱼设施的过鱼效果，以便将来改进过鱼设施的结构，改善过鱼效果，同时兼具宣传和演示功能。

观察室面积约40m2，放置摄像机、电子计数器等设备。底层不设亮窗，用绿色或蓝色防水灯来照明。观察室内靠高水位进口段和低水位进口段的侧壁上各设有观察窗，用来观察鱼类的洄游情况。观察窗材质为钢化玻璃贴一层半透明膜，使观察者能够看到过鱼设施中的鱼类，而鱼类看不到观察窗外的人。观察室减少人工照明，光源颜色选择为绿色、蓝色，减弱光线以免鱼类受到惊吓和干扰。

鱼道内设有光电计数器以及水下摄像机，记录洄游鱼类的种类及数量，同时观察鱼在通道中的姿态，判断鱼类对通道的适应能力和疲劳程度。摄像机录制的影像供研究人员及游客观看，可为今后对鱼类的洄游规律和生活习性的研究以及鱼道的建造提供依据。

3 鱼道施工

鱼道土方及砂石料开挖采用1.6m3反铲装渣，20t自卸车运输。石方开挖采用松动梯段爆破，边坡采用预裂爆破，爆破孔采用高风压钻机钻孔，预裂孔采用中风压潜孔钻钻孔，1.6m3反铲装渣，20t自卸车运输。鱼道建筑物基础底部回填，采用分层回填，分层压实。

鱼道基础混凝土分段施工，各段长度不超过10m，最大底宽14m。鱼道两侧边墙分层施工，采用3.0m×3.0m悬臂模板，其余部位均采用钢模板，门槽二期混凝土采用木模板。模板采用履带吊吊运就位，仓内采用拉模筋固定。钢筋由加工厂加工完成，运输至现场绑扎安装成型。鱼道混凝土水平运输采用搅拌车运输，由50t履带吊入仓。

4 鱼道运行及过鱼效果

4.1 运行方式

每年的4—7月为峡江鱼道的过鱼季节。因此，在此季节对鱼道进行运行控制比较频繁。运行方式主要有两种：

（1）正常运行。当上游水位高于下游水位，且下游运行水位在鱼道1号、2号进口设计水位范围内时，上、下游挡洪闸及进、出口闸门全开，利用上下游水头差形成鱼道的过鱼流速。

（2）控制运行。当下游水位较低的时候（主要在春季），下游的过鱼孔过水断面比上游的小；在下游水位下降时，鱼道水面线来不及调整，出现严重的局部跌落现象，导致进口段隔板过鱼孔的流速比上游大得多，影响幼鱼的上溯。因此，需要采取控制运行的方式，将鱼道下游进口闸门保留一定开度，鱼道出口闸门全开，使鱼道内水位逐渐升高，流速减小，使鱼道出口处平均流速为0.1～0.3m/s，已进入鱼道的鱼类即可顺利上溯。

4.2 过鱼效果

目前，据监测，自去年9月10日至10月23日，监测到的过鱼种类主要包含鳜、大眼鳜、银鲴、鳊、黄颡等13种鱼。小鱼（鱼长20cm以下）游出数量15217尾，中鱼（鱼长20～50cm）游出数量为15649尾，大鱼（鱼长50cm以上）游出数量为1249尾，游出鱼数共32115尾；小鱼游入12616尾，中鱼游入9733尾，大鱼游入626尾，游入鱼数共22975尾。据统计，游入游出鱼数共计55090尾。其中，9月过小鱼24778尾，中鱼14241尾，大鱼1279尾，总计40298尾；10月过小鱼3055尾，中鱼11141尾，大鱼596尾，共14792尾。按日计算，每日过鱼1252尾。从目前数据看，鱼道过鱼数量基数比较大，过鱼效果比较好。

5 结语

2016年9月19—20日，江西省环境保护厅会同省水利厅组织吉安市环境保护局等有关部门对峡江水利枢纽工程开展蓄水阶段环境保护验收。验收认为，峡江水利枢纽工程较好落实了环评及批复的各项环保措施，进行了必要的鱼类洄游行为与水力学条件调查及生态学研究，实施阶段进一步优化的过鱼设施，设计先进合理。根据初期运行观测，峡江过鱼设施合理有效；同时结合鱼类增殖放流、建立鱼类栖息地保护区等措施，将工程建设对鱼类资源的不利影响程度降至最低，取得良好效果，可为新建大型中低水头水利工程提供借鉴。