長沙綜合樞紐工程魚道布置淺析

李 強

（湖南省水利水電勘測設計研究總院 長沙市 410007）

1 概述

在湘江上修建長沙樞紐，改善湘江航運條件、適應湘江水運主通道建設和適應長株潭3市城市發展需要（長株潭城市群沿江風光帶、城市供水等建設需要），綜合開發利用水資源，造福于民，同時也會對生態環境帶來一定的負面影響。

其中對魚類的影響主要表現在阻斷魚類的洄游通道，破壞產卵場，減少漁業資源量。這對完成生活史過程中需要進行大范圍遷移的洄游性或半洄游性魚類往往是毀滅性的。

目前針對水利樞紐工程對魚類造成的不利影響所采取的保護一般措施包括：

（1）修建過魚設施。

（2）開展人工增殖放流。

（3）施行水庫生態調度。

（4）建立魚類保護區等。

其中，以修建過魚設施和開展人工增殖放流在國內最為常見。在修建過魚設施方面，國內外的主要形式有：魚道、仿自然通道、升魚機、集運魚設施和魚閘等。通常要結合工程具體情況，通過技術經濟比較確定。目前國內比較常見的過魚設施還是魚道。

國外魚道成功案例更多，如美國邦納維爾壩魚道，年平均過魚65萬尾；美國麥克納里壩魚道，年均過魚106萬尾；前蘇聯土洛馬電站魚道，日平均過魚440尾。這些魚道的建設為河流生態的修復創造了良好的條件。

長沙綜合樞紐工程位于長沙市望城區湘江干流蔡家洲，湖南省地方重點保護野生動物名錄中一共列出了4目11科27種保護魚類，這些魚類幾乎在湘江水系都有分布。在這27種地方保護魚類中，屬于國家重點保護野生動物名錄一級種類1種、二級保護種類1種，列入IUCN紅色目錄（1996）1種，列入CITES附錄二（II）1種，列入中國瀕危動物紅皮書（1998）6種。此外，湘江下游水域還分布有國家二級保護動物江豚。

空間遷徙受工程影響的所有魚類都應是本工程的過魚對象。其中咸淡水洄游種類中華鱘、鰣魚、大銀魚、鰻鱺以及部分江湖半洄游魚類鳡、鳤、鯮等雖然具有洄游特性，但其資源量極低，漁獲物中已很難發現，故作為兼顧過魚對象。

本工程重點考慮江湖洄游及具有短距離遷移特征魚類的過壩問題，同時兼顧咸淡水洄游及壩址分布的所有魚類。主要過魚對象為四大家魚（青魚、草魚、鰱魚、鳙魚）以及鳊、銀鲴、團頭魴、三角魴、鳠、黃尾鲴、翹嘴鲌、蒙古鲌、南方鲇等。

魚道的過魚季節為湘江的枯水期和中水期，峰值期為 3～7 月，魚道設計流速選（0.8～1.0）m/s，對于克流能力較小的其它魚類及幼魚則將采用控制運行及魚道底部加糙等措施加以解決。

根據本工程所在河段河道地形及水位特點，綜合考慮過魚設施的誘魚能力、過魚能力、魚類適應程度、建造成本和運行維護等因素，結合模型試驗，魚道結構型式為橫隔板式魚道，隔板型式為導板豎縫式。

2 魚道布置

2.1 魚道平面布置

長沙樞紐電站廠房布置于左汊右岸蔡家洲左側，由于受左汊河床寬度的制約，電站大部分座落在蔡家洲洲島位置，進、尾水渠均通過疏挖河中洲島形成。

結合樞紐總體布置、蔡家洲地形地質情況，魚道的軸線布置在主廠房邊機組1#機側，由▽20.85 m進口沿下游護坡坡面往下游走，再往上游走至▽22.35 m進口，此段為開敞式；進下游防洪墻（垂直流向），再進門機平臺擋土墻（順流向），門機平臺擋墻設魚道防洪門，穿過上游運污道路回車坪，此段為涵洞式；再沿上游護坡坡面往上游走，至魚道出口，出口高程▽26.7 m，此段為開敞式。

為使魚道的光線、水溫等過魚條件接近自然，增大過魚幾率，在魚道布置時結合其他廠區建筑物，盡可能采用開敞式。魚道全長570 m，上下游坡面上開敞式為411 m，涵洞式為159 m。

魚道主要結構包括電站下游尾水的輔助集魚系統，匯合池、補水管、魚道進口、魚道出口、魚道觀察室和魚道池室。魚道平面布置見圖1。

2.2 魚道進口

魚道的進魚口能否為魚類較快的發覺和順利的進入，是魚道設計成敗的關鍵因素之一。

經湘江上游同類型的低水頭燈泡貫流式機組株洲航電樞紐及大源渡樞紐調研，邊機組尾水岸邊是魚類喜愛聚集的位置。本工程把魚道進口布置在1#機尾水處，魚類易被吸引而進入進魚口，輔以誘魚、攔魚措施，有利于聚集魚群洄游上溯。

為適應過魚季節3～7月不同入庫流量、樞紐運行調度及下游洞庭湖頂托而產生的下游水位變幅，盡量提高過魚季節的過魚保證率，本工程魚道進口宜設置多個。

圖1 魚道平面布置圖

從 《長沙綜合樞紐水庫回水報告》分析來看，“733”典型為機組正常發電狀況的典型，長沙壩址2 400 m3/s時，開始預泄，此時壩下水位為▽26.84 m，魚道將不再過魚，取▽26.84 m為魚道運行的最高水位。則魚道高進口高程取▽22.35 m〔（加上池底0.5 m 厚砂卵石層為▽22.85 m）、（▽26.84 m～1.5 m水位變幅-2.5 m設計水深=▽22.85 m）〕。

根據長沙壩下水位保證率2001～2008年每年3月16日至7月15日資料，▽26.84 m水位保證率為50%，即魚道高進口50%的時間有正常水深2.5 m+1.5 m水位變幅。

魚道低進口高程取▽20.85 m（加上池底0.5 m厚砂卵石層為▽21.35 m），魚道最低運行水位為▽23.85 m（▽23.85 m～2.5 m設計水深=▽21.35 m）。

根據長沙壩下水位保證率2001～2008年每年3月16日至7月15日資料，▽23.85 m水位保證率為98%，即魚道低進口98%的時間有正常水深2.5 m。

根據壩址水位流量關系曲線，長沙壩址7 000 m/s時，壩下水位為▽28.2 m，此時基本恢復天然行洪狀態，可從泄水閘過魚。

根據長沙壩下水位保證率2001～2008年每年3月16日至7月15日資料，▽28.2 m水位保證率為34%，即有34%時間可由泄水閘過魚。

綜上所述，每年3月16日至7月15日過魚保證率為84%。進口設2個高程：▽20.85 m、▽22.35 m。魚道進口剖面圖見圖2。

圖2 魚道進口剖面圖

2.3 魚道出口

魚道出口位于上游護坡坡面上，距離電站進水口250 m，流態平順，流向明確，方便魚類沿著水流和岸邊順利上溯。

長沙樞紐為無調節徑流式電站，壩前正常蓄水位（死水位）▽29.7 m，預泄時壩前水位降低，但歷時時間短，可以認為魚道出口水位變幅小，僅設一個出口高程。魚道出口高程為▽26.7 m〔加上池底0.5 m厚砂卵石層為▽27.2 m）、（▽29.7 m～2.5 m正常水深=▽27.2 m）〕。

2.4 魚道池室

根據魚道主要過魚對象的生態習性以及經濟斷面比較及模型試驗，并參考國內外已建魚道的經驗，魚道池室凈寬3 m；魚道凈水深2.5 m（設計水深）～4 m（設計水深2.5 m+水位變幅1.5 m）；魚道池室長取4.0 m（垂直豎縫隔板中心之間的距離），能滿足過魚要求且比較經濟。

根據魚道池室長度4.0 m、設計水頭5.85 m和魚道底坡1∶69，可得每級水池承受的水位差約為0.058 m，所需的魚道水池數量為106個，同時結合魚道的整體布置設置了15個平底的休息池以供魚類在上溯過程中休息。魚道池室典型斷面圖見圖3。

圖3 魚道池室典型斷面圖

2.5 魚道隔板

魚道選擇了豎縫式隔板中的單側導豎式，垂直豎縫的寬度考慮所過魚類的習性、個體大小，本魚道所過魚類主要是四大家魚，四大家魚的個體相對較大，參考國內外現有魚道的設計及模型試驗結果，選擇豎縫寬度為0.53 m。

采用單側導豎式隔板，水流除利用孔后擴散來消能外，還需充分利用水池的寬度，使得水流在水池中形成S形流向，利用水體消能，并盡量避免孔口水流直沖下一隔壁孔口。導豎式隔板由橫隔板+斜向導板+縱向導板組成，對控制隔板孔口流速效果明顯。單側導豎式隔板見圖4。

2.6 輔助集魚系統

為了增大過魚能力，沿廠房下游尾水墩布置一線輔助集魚系統，包括補水槽和輸魚槽；補水槽壁上布置有補水孔，輸魚槽壁上有3個高程交錯布置的進魚孔，以滿足下游不同水位變幅的進魚要求。集魚槽的總長為121.6 m。輔助集魚系統剖面圖見圖5。

2.7 補水管

補水管為輔助集魚系統提供供水渠道，為避免補水渠從廠區穿過，與廠區建筑物交叉干擾，本工程采用Φ1.5 m鋼管埋置于主廠房1#機邊墩內對輔助集魚系統補水。

圖4 單側導豎式隔板

圖5 輔助集魚系統剖面圖

補水管從電站進口取水，補水管前設攔污設施，補水管上設有控制閘門，以控制流量的大小，使其滿足輔助集魚系統的集魚要求。經過消能以后，水流由補水槽進入輸魚槽。輸魚槽所需最大供水量為6m3/s。

2.8 匯合池

匯合池布置在魚道的2個主要進口和輸魚槽的匯合處。這是所有洄游魚類必須經過的重要通道。只有水位和水流條件合適時，魚類才會往魚道里洄游。為了保持匯合池內的良好水流條件，在匯合池底部設置了消能格柵，以減輕補水時的水流紊動對魚類的影響。匯合池大樣圖見圖6。

圖6 匯合池大樣圖

3 結語

長沙綜合樞紐工程位于湖南省會長沙市，魚道的建設是對保護生態環境的積極響應，更能彰顯“山、水、洲、城”的生態城市特色。

參考國內外相關魚道設計實例及結合模型試驗成果，魚道的總布置和各項設施是合理的。魚道導豎式隔板的型式能夠滿足四大家魚習性，其流速控制也是合適的；特別是盡量開敞式的池室設計更貼近自然通道的要求，電站主廠房尾水的輔助集魚系統對過魚能力的增加起了決定性的作用，多高程進口能更好的適應下游水位的變幅，增大過魚幾率。長沙綜合樞紐工程魚道的工程實踐，將為水利水電工程建設中的魚道設計積累更加豐富的經驗。

1 南京水利科學研究所.魚道 [M].北京：水利電力出版社,1982.

2 華東水利學院.水工設計手冊：（6）泄水與過壩建筑物[M].北京：水利電力出版社,1982.

3 楊臣瑩.湖南洋塘魚道水工水力學模型試驗報告[R].南京水利科學研究院，1978.

4 宣國祥.湘江長沙綜合樞紐工程魚道水工水力學模型試驗報告[R].南京水利科學研究院，2012.

5 王興勇，郭軍.國內外魚道研究與建設[J].中國水利水電科學研究院學報，2005（3）.