烏江白馬航電樞紐工程對水文情勢及魚類產卵場影響研究

畢雪 王俊洲 李志軍 楊寅群

摘要：白馬航電樞紐工程建成后，庫區水文情勢變化會對魚類產卵繁殖產生影響。為減小工程建設的不利影響，采用一維河流水動力模型，模擬白馬航電樞紐工程建庫前后庫區產漂流性卵魚類產卵場代表性斷面水位、洪水過程和流速變化，結合魚類繁殖對水文要素的需求，分析得出漲水過程是產漂流性卵魚類繁殖的制約因子。白馬航電樞紐工程庫區河段由壩前至庫尾，羊角和桃子溝產卵場功能基本消失，石鼻子產卵場功能有所下降，楊家沱產卵場基本可以滿足產漂流性卵魚類繁殖需求。研究成果將為攔河筑壩工程建設對水生態環境影響分析提供一定的技術支撐。

關鍵詞：水文情勢變化； 魚類生境； 漂流性卵； MIKE11； 白馬航電樞紐工程； 烏江

中圖法分類號：S931.3

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.020

文章編號：1006-0081（2023）06-0103-08

0 引 言

航電樞紐工程是以航運為主，兼有發電等水資源利用的工程，其與水利水電工程類似，同屬于河流梯級開發工程。河流梯級開發引起的水文情勢變化及生態環境問題引起國內外學者重視，黎云云、郭文獻、陳立華等的研究中均得出梯級開發會導致水文情勢發生顯著變化［1-3］。河流梯級開發對魚類生境的影響是現階段中國水利、水電、航運樞紐工程環境影響評價的重要內容。河流梯級建設影響水文情勢，進而破壞魚類生境，其主要影響途徑包括4個方面：① 由于攔河筑壩改變了河流水文情勢，河流天然的水文要素如流量、流速、水位、水溫、洪水過程、水流含沙量等都將改變，而河流的天然水文情勢是土著魚類長期適應的生境，生境的改變使土著魚類尤其是喜激流魚類被迫向庫區支流及庫尾遷移；② 攔河壩阻斷了洄游性魚類的洄游通道，從而使魚類的生境破碎化、片斷化，一些長距離洄游魚類的生存空間大大縮小；③ 電站調峰運行期間，下游不穩定流對魚類生存造成不利影響；④ 引水式電站脫水河段魚類生境顯著改變［4-5］。河流梯級開發對魚類產卵場生境影響研究主要集中在三峽工程［6-8］及對河流梯級下游生境影響的研究［9-10］，關于河流梯級開發對庫區產卵場生境影響的研究較少。本文以烏江白馬航電樞紐工程為例，采用量化對比分析工程實施前后生態水文指標變化的方法［11-13］，重點研究庫區水文情勢變化及對產漂流性卵魚類產卵場的影響。

1 工程概況

白馬航電樞紐工程位于烏江干流下游河段，地處重慶市武隆區白馬鎮，上距銀盤水電站約46 km，下距烏江河口約43 km。白馬航電樞紐工程上游約39 km處有芙蓉江從左岸匯入庫區，烏江河口下游483 km為三峽水利樞紐，三峽回水末端至白馬航電壩址。烏江干流彭水至河口河段存在烏江著名的礙航灘險羊角磧，羊角磧是由古滑坡體下滑堆積而成，涉及航道長，白馬航電樞紐工程抬高河道水位是治理羊角磧灘險的最佳工程措施，工程建設后烏江渡壩下至河口航道可達Ⅳ級航道標準。同時，白馬航電樞紐工程電站裝機容量480 MW，多年平均發電量17.12億kW·h，可減少原煤消耗，有助于中國實現“碳達峰”和“碳中和”能源戰略目標。白馬航電樞紐工程壩址以上控制流域面積83 690 km2，多年平均流量1 570 m3/s，多年平均年徑流量495.5億m3。正常蓄水位184 m，死水位180 m，設計洪水位194.36 m，校核洪水位201.93 m，總庫容3.74億m3，正常蓄水位以下庫容1.67億m3，回水長度45.3 km，調節庫容0.41億m3。大壩采用混凝土重力壩，壩頂高程205.50 m，最大壩高87.50 m，壩頂總長588.30 m。

2 產卵場調查

在開展重慶烏江白馬航電樞紐工程環境影響評價工作時，建設單位委托水利部中科院水工程生態研究所對烏江銀盤水電站以下河段魚類資源及產卵場分布進行調查，根據調查成果，烏江銀盤以下河段分布產漂流性卵魚類主要包括蛇鮈、吻鮈、犁頭鰍、中華沙鰍、中華倒刺鲃、翹嘴鲌、、花斑副沙鰍等。銀盤水電站至白馬壩址分布4處產漂流性卵產卵場，分別為羊角產卵場、桃子溝產卵場、石鼻子產卵場和楊家沱產卵場。羊角產卵場分布在武隆縣羊角鎮至土坎鎮長約6.5 km江段；桃子溝產卵場分布在武隆縣桃子溝村至武隆縣城長約7 km江段；石鼻子產卵場分布在武隆縣石鼻子村至九里坨村長約4 km江段；楊家沱產卵場分布在葛藤灣至太平村長約7 km江段。烏江下游漂流性魚類產卵場分布見圖1。

3 水動力模型

水動力學模型可以精確模擬水流運動的時空分布，建立一維河流水動力學模型，模擬白馬航電建庫前后水文情勢變化［14-15］。本文采用MIKE11商業軟件分析各代表斷面水位、流速變化特征。

3.1 基本方程

水動力模型所用的描述一維非恒定水流運動規律的基本方程為圣維南方程組［16］，其數學表達式為

QX+At=q

Qt+xαQ2A+gAhx+gQ｜Q｜C2AR=0

式中：Q為流量；

q為側向流入量；

A為過水面積；

h為水位；

R為水力半徑；

C為謝才系數；

α為動量修正系數。

C=1n6R

式中：n為河道糙率。

3.2 模擬范圍及邊界條件

模擬計算范圍為銀盤壩下至烏江口約89 km的烏江干流江段，見圖1。邊界條件包括干流的上游邊界流量Q和下游水位Z。上邊界流量采用2012年銀盤水電站下泄流量，下邊界水位采用烏江口大東門水位站2012年實測水位資料。

3.3 參數率定及驗證

按照不同河段、不同河床高程對河床糙率進行率定，確定河道綜合糙率取值為0.02～0.05。利用2012年7～12月水文數據對模型進行驗證，上邊界為銀盤壩下流量，下邊界為大東門水位過程，2012年下半年武隆水文站水位過程驗證結果見圖2。

3.4 模型計算

采用模型計算庫區產漂流性卵產卵場代表斷面水位、流速、洪水過程等水文要素變化情況。計算結果如下。

3.4.1 水位變化

白馬航電樞紐工程建成后，庫區整體水位抬升，白馬壩址處水位抬升最明顯，由壩址到庫尾水位抬升幅度減緩。羊角斷面3～8月平均水位由159.8～163.6 m抬升至184.0 m，水位抬升20.4～24.2 m；桃子溝斷面3～8月平均水位由164.8～168.2 m抬升至184.0 m，水位抬升15.8～19.2 m；石鼻子斷面3～8月平均水位由170.2～173.5 m抬升至184 m左右，水位抬升11.1～14.0 m；楊家沱斷面3～8月平均水位由173.6～177.5 m抬升至185 m左右，水位抬升8.0～10.9 m。白馬航電樞紐工程建庫前后產漂流性卵產卵場代表斷面水位變化見表1和圖3。

3.4.2 洪水過程變化

建庫前羊角、桃子溝、石鼻子和楊家沱斷面均有明顯洪水過程。建庫后豐水年羊角、桃子溝斷面水位基本維持在184 m，石鼻子、楊家沱斷面有2次漲落水過程；建庫后平水年羊角、桃子溝斷面水位基本維持在184 m，石鼻子斷面有1次小幅度漲落水過程，楊家沱斷面有3次較明顯漲落水過程；建庫后枯水年羊角、桃子溝、石鼻子斷面水位基本維持在184 m，楊家沱斷面有1次較明顯漲落水過程。白馬航電樞紐工程建庫前后產漂流性卵產卵場代表斷面洪水過程變化見圖4。

3.4.3 流速變化

庫區河道內河面面寬增大，相同斷面過流面積增大，相同流量下流速減緩。羊角斷面3～8月平均流速降幅為75.2%～85.0%；桃子溝斷面3～8月平均流速降幅為74.8%～83.5%；石鼻子斷面3～8月平均流速降幅為60.8%～70.9%；楊家沱斷面3～8月平均流速降幅為37.2%～48.4%。白馬航電樞紐工程建庫前后產漂流性卵產卵場代表斷面流速變化見表2和圖5。

4 對產漂流性卵魚類產卵場影響

水文情勢的改變和水流條件的變化會導致魚類棲息地環境和刺激魚類產卵的水流信號發生改變［17］。水庫回水范圍內水深增加，流速放緩，達不到產漂流性卵魚類繁殖、魚卵孵化所需的水文條件，導致魚類無法繁殖或孵化率下降［18］。由于烏江下游未開展漂流性產卵場水文因子研究，本文主要參考長江上游干支流產漂流性卵魚類和四大家魚繁殖活動與環境因子關系相關研究成果，產漂流性卵魚類產卵繁殖需要具備以下4個水文條件：① 產卵水溫［19-21］，21～24 ℃為產卵盛期，18 ℃為產卵下限水溫；② 洪峰刺激［22-24］，水位急劇升高是家魚產卵的必要條件，一般在江水上漲0.5～2 d后開始產卵，水位上漲幅度一般要求0.1～0.3 m/d，洪峰上漲時間一般持續3～8 d，水位下降、流速減小，即停止產卵，產卵規模與水位上漲幅度相關，而與起漲水位無關；③ 江水上漲后，經過一定時間，產漂流性卵魚類才開始產卵，當流速大于2 m/s時，經過0.5 d魚類就可產卵，當流速為1.0～1.2 m/s時，漲水后2 d左右魚類開始產卵，流速增加對產卵亦有促進作用［25-27］；④ 受精卵需要一定的流速和流程

在水流中漂流孵化，流速在0.2 m/s以上時，魚卵和魚苗不會下沉，能夠正常發育。

4.1 水 溫

白馬壩址年徑流量為495.5億m3，白馬航電樞紐工程總庫容為3.74億m3，年徑流量與總庫容比α為132.5，遠大于20。白馬壩址設計洪水洪量（24 h）為26.2億m3，一次入庫洪量與總庫容比β為7，遠大于1。根據α-β指數法判斷，水庫的水溫結構屬于混合型，因此，白馬航電樞紐工程的下泄水溫與入庫水溫一致，產卵水溫滿足要求。

4.2 水位漲幅

由圖4可見，豐平枯典型年水庫建成后羊角、桃子溝產卵場水位基本維持在184 m，無漲水過程，產卵場功能消失。水庫建成后，豐水年石鼻子、楊家沱

產卵場在6月和7月有兩次明顯漲水過程，漲水持續天數分別為14 d和7 d，漲水速率0.27～0.85 m/d，水位漲幅滿足產漂流性卵魚類繁殖需求；平水年石鼻子產卵場在7月有1次小幅度漲水過程，持續8 d，漲水速率為0.11 m/d，水位漲幅較小，產卵場功能將有所下降，楊家沱產卵場在4，5，7月分別有1次漲水過程，漲水時間為5～18 d，漲水速率為0.21～0.44 m/d，水位漲幅滿足產漂流性卵魚類繁殖需求；枯水年楊家沱產卵場有1次漲水過程，漲水時間為13 d，漲水速率為0.16 m/d，水位漲幅滿足產漂流性卵魚類繁殖需求。典型水平年產卵場漲水情況見表3。

4.3 產卵場流速

由圖5可見，豐平枯典型年4個產卵場3～8月大部分時段流速能夠達到0.2 m，白馬航電樞紐工程建庫后流速明顯減小，但基本可以滿足魚類產卵和受精卵漂流孵化要求。以平水年為例，羊角、桃子溝、石鼻子和楊家沱產卵場3～8月流速達到0.2 m/s的天數分別占總天數的76.6%，83.7%，94.02%和100%，大部分時段能夠滿足魚卵漂流孵化。豐水年6，7月兩次漲水過程中，石鼻子、楊家沱產卵場流速范圍為1.91～4.07 m/s，平水年4，5，7月3次漲水過程中，石鼻子、楊家沱產卵場流速范圍為1.67～3.54 m/s，枯水年楊家沱產卵場流速范圍為0.84～3.28 m/s，漲水過程中石鼻子、楊家沱產卵場流速可以滿足魚類產卵要求，且大部分時段流速大于1.5 m/s，漲水0.5 d后魚類開始產卵。典型水平年產卵場漲水時流速情況見表3。

綜上所述，楊家沱產卵場基本可以滿足產漂流性卵魚類繁殖需求，石鼻子產卵場功能將有所下降，桃子溝和羊角產卵場功能基本消失。

5 補償措施

烏江白馬航電樞紐工程對產漂流性卵魚類的繁殖造成不利影響，主要體現為產卵場數量減少和產卵規模縮小。為實現“生態優先，綠色發展”，做好

魚類資源保護工作，攔河筑壩工程形成了以棲息地保護、過魚措施、增殖放流、生態調度、水溫影響減緩措施、流域水生生態保護管理和監測等為框架的魚類保護措施體系［28-30］。

結合白馬航電樞紐工程特點，促進產漂流性卵魚類資源的恢復，可采取的補償措施主要包括以下4個方面。

（1） 建設魚類增殖放流站。白馬航電樞紐工程對犁頭鰍、吻鮈、蛇鮈等魚類繁殖造成影響，這些魚類資源量將下降，建設魚類增殖放流站，開展人工繁殖工作，定期增殖放流，為工程涉及江段魚類資源保護和恢復助力，維護水生生態系統穩定。結合環境特點及工程特征，選定人工增殖放流對象時應充分考慮產卵場受工程建設影響的蛇鮈、吻鮈、犁頭鰍、中華沙鰍、中華倒刺鲃、翹嘴鲌、、花斑副沙鰍等，評價區漁產量按150 kg/hm2計算，放流規模可定為10萬尾/a。

（2） 建設過魚設施。白馬航道大壩阻斷了產漂流性卵魚類生殖洄游通道，結合工程特點，可建設魚道，保障漂流性卵魚類基因交流。根據過魚對象篩選原則，將珍稀保護魚類、長江上游特有魚類、主要經濟魚類、受蓄水影響明顯魚類列出作為過魚篩選對象，共有包括蛇鮈、吻鮈、犁頭鰍、中華沙鰍、中華倒刺鲃、翹嘴鲌、、花斑副沙鰍等在內的27種。根據魚道的設計水頭、過壩魚類生態特性以及運行管理等條件，白馬航電樞紐采用單側導豎式魚道，魚道寬取2.5 m，池室長度取3.0 m，隔板采用單側導豎式，豎縫寬度為0.5 m，池室水深取1.5～5.5 m，魚道適宜流速0.6～0.8 m/s，豎縫流速小于魚類的極限速度1.1～1.2 m/s。

（3） 采取棲息地保護措施。魚類棲息地保護是魚類資源保護最為有效的方法之一，白馬航電樞紐工程建成后，水庫庫尾銀盤壩址下游流水江段以及白馬壩下可能形成新的產卵場，需要采取措施重點

保護，另外也可利用流域內有類似生態環境的支流作為棲息地保護。重點保護范圍為烏江下游干流棲息地，保護重點在白馬大壩以下至涪陵河口約43 km烏江干流河段，包括分布于該江段的大溪河、麻溪河、御泉河等支流的入河匯口河段。支流重點保護銀盤庫尾的郁江馬巖洞發電廠房以下至河口59.4 km河段，白馬近壩址處的支流石梁河大院子電站以下13 km河段及其次級支流趙家河團家堡至匯口3 km河段。主要措施包括郁江馬巖洞發電廠房以下不再新建攔河筑壩涉水工程、拆除部分攔河建筑物以恢復原有河道功能等。

（4） 實施流域生態調度。建議每年5～7月份在烏江下游產漂流性卵魚類的主要繁殖季節，綜合考慮烏江中上游來水情況，擇機實施2次以上烏江下游梯級聯合生態調度，滿足烏江下游產漂性卵魚類產卵所需的水文過程，使現存產卵場產卵功能基本恢復，受精卵漂流孵化流速和流程得到保障，促進魚類完成自然繁殖過程，保護烏江下游魚類多樣性，維持一定規模的魚類資源。

6 結 論

本文結合白馬航電樞紐工程，以銀盤水電站、武隆和大東門水文（位）站水文流量數據為基礎，采用MIKE11模型，量化分析了白馬航電樞紐工程庫區河段流速、水位、水溫、洪水過程等水文要素變化。從水溫、漲水過程、流速3個方面分析白馬航電樞紐庫區江段水文情勢變化對原有產漂流性卵魚類產卵場生境條件的影響。分析結果表明：白馬航電樞紐工程建成后，庫區代表斷面水位抬升，流速減緩，漲落水過程幅度減小或消失;漲水過程是研究江段產漂流性卵魚類繁殖的制約因素，工程實施后，庫區江段由壩前至庫尾，羊角和桃子溝產卵場生態功能基本消失，石鼻子產卵場生態功能有所下降，楊家沱產卵場基本可以滿足產漂流性卵魚類繁殖需求，生態功能不降低，生境的改變可能使產漂流性卵魚類向庫區支流及庫尾遷移。為了減緩工程不利影響，促進產漂流性卵魚類資源的恢復，可采取棲息地保護、建設過魚設施、增殖放流、生態調度、加強管理與監測等生態補償措施。

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（編輯：李 晗）

Study on the impact of Baima Navigation and Hydropower Project on eco-hydrology and fish spawning ground in Wujiang River

BI Xue，WANG Junzhou，LI Zhijun，YANG Yinqun

（Yangtze River Water Resources Protection Institution，Wuhan 430051，China）

Abstract：

Changes in the hydrological situation in the reservoir area after the completion of the Baima Navigation and Hydropower Project will have an impact on fish spawning and reproduction.To minimise the adverse effects of the construction of the project，in this paper，a one-dimensional river hydrodynamic model was used to simulate the changes of water level，flood process and flow velocity in the representative section of the spawning ground for drifting fish in Baima Reservoir area before and after the construction of the reservoir.The analysis show that the flood process is the limiting factor for the reproduction of the fish with pelagic eggs.From the front to the tail of the reservoir，the function of the Yangjiao and Taozigou spawning ground basically disappears，the function of the Shibizi spawning ground decreases，and Yangjiatuo spawning ground can basically meet the needs of the reproduction of the fish with pelagic eggs.This paper will provide some technical support for the analysis of the water ecological environment impact caused by the construction of river-blocking and dam-building projects．

Key words：

change of hydrological situation；fish reproduction； pelagic eggs； MIKE11； Baima Navigation and Hydropower Project； Wujiang River