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[摘 要]鱼类洄游通道恢复是河流生态修复的重要内容和有效手段之一，對于减缓大坝的阻隔影响，帮助恢复鱼类和其他水生生物在河流中自由洄游具有重要意义。本文在对湘江土谷塘航电枢纽工程建设对鱼类资源的影响分析基础上，提出修建鱼道恢复湘江鱼类洄游通道的必要性；明确了过鱼对象，介绍了过鱼方案和鱼道布置方案比选，进行了结构设计，并通过模型实验提出了鱼道设计优化方案。
[关键词]阻隔影响 回游通道 鱼道设计
中图分类号：O346.2+3 文献标识码：O 文章编号：1009―914X（2013）34―0068―02
1、引 言
湘江流域是长江中游的重要支流之一，是洞庭湖水系最大河流，分布有鱼类155种（亚种），鱼类资源丰富。湘江下游是长江水系除干流之外最大的四大家鱼产卵场，分布有5处国家级水产种质资源保护区，其对洞庭湖四大家鱼资源的补充起到至关重要的作用。湘江干流规划的8个梯级当中潇湘、浯溪、湘祁、近尾洲、大源渡、株洲均已建成，长沙、土谷塘枢纽正在建设。8座梯级均为径流式大坝，水头多在10m左右，是非常理想的进行梯级过鱼设施建设的流域。
湘江土谷塘航电枢纽工程是湘江干流航道发展规划8个梯级自上而下的第5个梯级，水库正常蓄水位58.0m，相应库容1.97亿m3，船闸设计通航船舶吨级1000t，电站装机90MW。
2、工程建设对鱼类的影响及减缓措施
2.1 工程建设对鱼类的阻隔影响
土谷塘航电枢纽建成运营后，洪水期流量大于7000m3/s畅泄，大坝上下游水位差约0.1m，流速达到自然状态，一方面，可缓解大坝对鱼类可上溯、下行的阻隔效应。另一方面，泄洪期，大坝以上四大家鱼等产漂流性卵鱼类产卵场，如近尾洲库尾的大堡产卵场、土谷塘库尾柏坊产卵场和土谷塘库中松江产卵场等能够部分、甚至完全能够满足其产卵的水文水力学条件，具备漂流孵化所需的流程，仍具有一定的有效性。
湘江对江湖洄游性的“四大家鱼”来说是完成生活史的重要生境，洞庭湖“四大家鱼”能否上溯到湘江生殖洄游，以及繁殖的种苗能否顺利下行到洞庭湖育肥直接影响洞庭湖“四大家鱼”的资源量。由于土谷塘下游已建大源渡、株洲梯级和在建长沙枢纽的阻隔作用，将影响“四大家鱼”从洞庭湖到湘江的越冬洄游和上溯生殖洄游，多级大坝阻隔直接影响土谷塘库区产卵场的亲鱼群体补充，土谷塘枢纽建成后，在大多数时段，将进一步加剧梯级的阻隔影响，对江湖洄游性鱼类亲鱼上溯阻隔效应更加明显，导致洞庭湖鱼类中以四大家鱼为主的、需在河流中产卵繁殖鱼类资源的下降。
2.2 鱼类影响减缓措施
为了便于管理和有效实施，统筹湘江公司的三个枢纽统一建一个鱼类增殖放流站，近期重点放流对象主要是草鱼、青鱼、鲢、鳙、长春鳊、黄尾鲴等经济鱼类。根据湘江流域特点和航电枢纽工程水工建筑物布置要求，综合考虑工程特性和鱼类的生态习性，在土谷塘以下梯级修建鱼道恢复回游通道。
此外，四大家鱼产卵繁殖季节湘江中下游各电站实行统一调度。每年的4月底到6月底家鱼繁殖季节，对从近尾洲、土谷塘、大源渡、株洲航电枢纽、到长沙综合枢纽的大坝实行统一调度，统一开闸下泄，基本恢复湘江自然状态，修复衡阳江段的“四大家鱼”产卵场，为家鱼的产卵繁殖和鱼苗孵化创造环境条件，同时还可提高水体自净功能。
3、过鱼措施施规划设计
3.1 过鱼对象和过鱼季节
依据鱼类资源的调查和早期资源的监测，湘江衡阳市以上江段分布有“四大家鱼”等江湖洄游性鱼类的产卵场，确定本工程过鱼对象为草鱼、青鱼、鲢鱼、鳙鱼、长春鳊、银鲴、黄尾鲴、细鳞鲴、翘嘴鲌、蒙古鲌等，兼顾其它鱼类。过鱼季节为11月至次年7月。
3.2 鱼道和仿自然通道比选
根据相关文献和工程经验，结合土谷塘航电枢纽工程和环境特点，本工程为低水头工程，应优先采用鱼道和仿自然通道等主动洄游类过鱼设施。本工程泄水建筑物包括河床内17孔泄水闸和左岸电站，因此，工程对于吸引鱼类而言，左岸是比较有利的集鱼场所，因此，过鱼设施布置在工程左岸，本文对电站左岸鱼道方案、电站和泄水闸之间鱼道方案和左岸仿自然通道方案进行了比选。
方案1：电站左岸布置鱼道，进口位于电站尾水下方，以电站发电尾水起到诱鱼作用，鱼道在坝下转折一次穿过坝体到达上游，再汇入上游河道。
方案2：电站和泄水闸之间布置鱼道，进口位于电站尾水下方，在坝下转折一次穿过泄水闸到达上游，直接进入河道中央。
方案3：电站左岸布置仿自然通道，在岸上挖掘类似自然河流的小溪，溪流底部铺设各种大小的砾石以增加摩阻或形成局部跌水起到消能和减缓流速的目的。进口位于电站尾水下方，以电站发电尾水起到诱鱼作用，鱼道在坝下转折一次穿过坝体到达上游，再汇入上游河道。仿自然通道一般较宽3m～10m，深1～2m，根据本工程的水头差，仿自然通道长度约为1000m。
方案比选结果如表1。综合比选确定采用电站左岸布置鱼道的方案。
3.3 鱼道布置
电站的发电尾水是坝下的经常性水流，鱼类常被尾水诱集在厂房尾水前沿和两侧，将鱼道进口布置在电站尾水下方，以电站发电尾水起到诱鱼作用。
集鱼系统布置在厂房尾水出口，主要由补水管路及闸门、补水消能槽及集鱼槽组成，尾水闸墩支承集鱼槽和补水消能槽。集鱼槽底高程49.0m。
主进鱼口与集鱼槽会合池布置在尾水渠左边墙外侧，会合池底高程49.0m，进鱼道穿过左边墙沿下游防洪墙布置，与高程50.5m 和52.0m进鱼口相接。
鱼道始从进鱼道沿尾水渠左边墙内侧向下游上溯20个鱼道池室后，垂直转折向上游上溯20个鱼道池室，再折回下游往返各20个鱼道池室，每10个鱼道池室和垂直转折室设为休息池。鱼道每往返一次鱼道底高程抬高2.0m，即鱼道底高程由49.0m抬高到50.5m再至52.0m，在高程50.5m和52.0m转折休息池分别设置进鱼口与进鱼道相通，进鱼口由闸门控制，根据下游水深开启和关闭，形成3个不同高程的进鱼口，以适应下游水位的变幅。 鱼道在高程52.0m后沿下游防洪墙外侧進入门机挡土墙，鱼道布置在挡土墙体内向上游穿过挡水坝体到达上游高程59.0m平台，鱼道沿平台向上穿过拦污排锚墩后进入上游河道，鱼道出口高程为55.5m。
鱼道全长728.5m，其中池室195个，休息室等平底段20个。鱼道底坡在进鱼口高程52.0m前段底坡为1/80，后段底坡为1/100。
3.4 结构设计
3.4.1 鱼道参数拟定
1）鱼道池室结构
根据土谷塘航电枢纽过鱼对象，个体长度小于1m，参照国内为鱼道设计经验，拟定鱼道宽度2.5m，池室长度3.0m，池室深度2.5m，竖缝宽度取50cm。休息池无底坡，其长度为池室的2倍，取6.0m。
2）池间落差及流量
根据国内相关科研单位对四大家鱼克流能力的测试试验，四大家鱼的喜爱流速在0.3m/s-0.5m/s之间，除去试验鱼体力原因，极限流速在1.0m/s以上。由此拟定鱼道竖缝流速0.8 m/s -1.0m/s，鱼道内平均流速0.3m/s-0.5m/s。计算得到池间落差0.5m，设计流量1m3/s。
3）鱼道底坡
根据本工程鱼道总体布置，鱼道进口高程49.0m，出口高程55.5m，高差7.5m，鱼道前段为形成三个进鱼口，池室全长240m，高差3.0m，底坡1/80。后段池室长345m，高差3.5m，坡度约为1/100。
3.5 模型试验
采用正态1：25整体物理模型，试验重点研究了鱼道内沿程水位、比降、流速等水力要素变化，以及主、辅进鱼口水流条件等。试验表明设计方案各种条件下，鱼道过流量约为1.0m3/s，鱼道竖缝、鱼池、休息池及出口水流条件均满足鱼类洄游要求。但鱼道主进口附近流速大于鱼类极限流速，洄游鱼类较难进入，为此，通过试验提出了优化方案，采取延长主进鱼口与电站之间分隔墙长度及抬高电站下游左岸附近（主进口下游）疏挖区高程两项措施，使得主进口及下游附近河段产生明显的近岸缓流区，使流速满足鱼类洄游要求。
4、结论与建议
4.1 结论
土谷塘航电枢纽库区是湘江“四大家鱼”主要产卵场，11月至次年3月为“四大家鱼”越冬洄游和生殖洄游期，4～7月为家鱼的产卵繁殖季节，土谷塘枢纽的建成后，将进一步加剧梯级的阻隔影响。
经多方案比选，土谷塘航电枢纽过鱼采用电站左岸布置鱼道的方案，鱼道进口设在电站左岸紧靠厂房处，出口设置在明渠上游浮式拦污排处。主要过鱼对象为四大家鱼以及长春鳊、银鲴、黄尾鲴、细鳞鲴、翘嘴鲌等。单侧竖缝式鱼道全长728.5m，其中池室195个，休息室等平底段20个。鱼道底坡在进鱼口高程52.0m前段底坡为1/80，后段底坡为1/100。通过土谷塘航电枢纽鱼道水力学物理模型试验，提出了改善下游鱼道进口水流流态的工程优化方案。
4.2 建议
1）开展湘江流域鱼类洄游通道恢复相关研究
过鱼设施是为鱼类过坝修建的工程技术措施，需要满足鱼类行为习性和生理机能的基本需求。因此过鱼设施的设计、建设和运行涉及鱼类生态学、鱼类行为学、水力学、水工学等多个学科，需要加强多学科间的合作研究。同时加强过鱼效果的监测与评价，不断改进和完善过鱼设施的设计，达到更加理想的过鱼效果。
2）开展流域梯级联合生态调度及研究
在流域鱼类洄游通道恢复、鱼类可成功上溯后，适时开展流域梯级联合生态调度，为四大家鱼等鱼类的繁殖制造适宜的水文条件，达到鱼类洄游通道恢复、鱼类成功上溯繁殖的理想效果。
参考文献
[1] 甘茂辉，贺柏武，湘江土谷塘航电枢纽工程过鱼设施研究[J]，湖南交通科技，2010年03期
[2] 水利部中国科学院水工程生态研究所，湘江土谷塘航电枢纽工程水生生态环境影响评价专题报告（2011年）
[3] 湖南交通规划勘察设计院，湖南省水利水电勘测设计研究总院，土谷塘航电枢纽工程初步设计报告（2012年）
作者简介
李翔，男，籍贯湖南常德，出生于1979年6月，现就职于中国水电顾问集团中南勘测设计院，工程师，研究方向主要为水电工程生态环境保护。
[关键词]阻隔影响 回游通道 鱼道设计
中图分类号：O346.2+3 文献标识码：O 文章编号：1009―914X（2013）34―0068―02
1、引 言
湘江流域是长江中游的重要支流之一，是洞庭湖水系最大河流，分布有鱼类155种（亚种），鱼类资源丰富。湘江下游是长江水系除干流之外最大的四大家鱼产卵场，分布有5处国家级水产种质资源保护区，其对洞庭湖四大家鱼资源的补充起到至关重要的作用。湘江干流规划的8个梯级当中潇湘、浯溪、湘祁、近尾洲、大源渡、株洲均已建成，长沙、土谷塘枢纽正在建设。8座梯级均为径流式大坝，水头多在10m左右，是非常理想的进行梯级过鱼设施建设的流域。
湘江土谷塘航电枢纽工程是湘江干流航道发展规划8个梯级自上而下的第5个梯级，水库正常蓄水位58.0m，相应库容1.97亿m3，船闸设计通航船舶吨级1000t，电站装机90MW。
2、工程建设对鱼类的影响及减缓措施
2.1 工程建设对鱼类的阻隔影响
土谷塘航电枢纽建成运营后，洪水期流量大于7000m3/s畅泄，大坝上下游水位差约0.1m，流速达到自然状态，一方面，可缓解大坝对鱼类可上溯、下行的阻隔效应。另一方面，泄洪期，大坝以上四大家鱼等产漂流性卵鱼类产卵场，如近尾洲库尾的大堡产卵场、土谷塘库尾柏坊产卵场和土谷塘库中松江产卵场等能够部分、甚至完全能够满足其产卵的水文水力学条件，具备漂流孵化所需的流程，仍具有一定的有效性。
湘江对江湖洄游性的“四大家鱼”来说是完成生活史的重要生境，洞庭湖“四大家鱼”能否上溯到湘江生殖洄游，以及繁殖的种苗能否顺利下行到洞庭湖育肥直接影响洞庭湖“四大家鱼”的资源量。由于土谷塘下游已建大源渡、株洲梯级和在建长沙枢纽的阻隔作用，将影响“四大家鱼”从洞庭湖到湘江的越冬洄游和上溯生殖洄游，多级大坝阻隔直接影响土谷塘库区产卵场的亲鱼群体补充，土谷塘枢纽建成后，在大多数时段，将进一步加剧梯级的阻隔影响，对江湖洄游性鱼类亲鱼上溯阻隔效应更加明显，导致洞庭湖鱼类中以四大家鱼为主的、需在河流中产卵繁殖鱼类资源的下降。
2.2 鱼类影响减缓措施
为了便于管理和有效实施，统筹湘江公司的三个枢纽统一建一个鱼类增殖放流站，近期重点放流对象主要是草鱼、青鱼、鲢、鳙、长春鳊、黄尾鲴等经济鱼类。根据湘江流域特点和航电枢纽工程水工建筑物布置要求，综合考虑工程特性和鱼类的生态习性，在土谷塘以下梯级修建鱼道恢复回游通道。
此外，四大家鱼产卵繁殖季节湘江中下游各电站实行统一调度。每年的4月底到6月底家鱼繁殖季节，对从近尾洲、土谷塘、大源渡、株洲航电枢纽、到长沙综合枢纽的大坝实行统一调度，统一开闸下泄，基本恢复湘江自然状态，修复衡阳江段的“四大家鱼”产卵场，为家鱼的产卵繁殖和鱼苗孵化创造环境条件，同时还可提高水体自净功能。
3、过鱼措施施规划设计
3.1 过鱼对象和过鱼季节
依据鱼类资源的调查和早期资源的监测，湘江衡阳市以上江段分布有“四大家鱼”等江湖洄游性鱼类的产卵场，确定本工程过鱼对象为草鱼、青鱼、鲢鱼、鳙鱼、长春鳊、银鲴、黄尾鲴、细鳞鲴、翘嘴鲌、蒙古鲌等，兼顾其它鱼类。过鱼季节为11月至次年7月。
3.2 鱼道和仿自然通道比选
根据相关文献和工程经验，结合土谷塘航电枢纽工程和环境特点，本工程为低水头工程，应优先采用鱼道和仿自然通道等主动洄游类过鱼设施。本工程泄水建筑物包括河床内17孔泄水闸和左岸电站，因此，工程对于吸引鱼类而言，左岸是比较有利的集鱼场所，因此，过鱼设施布置在工程左岸，本文对电站左岸鱼道方案、电站和泄水闸之间鱼道方案和左岸仿自然通道方案进行了比选。
方案1：电站左岸布置鱼道，进口位于电站尾水下方，以电站发电尾水起到诱鱼作用，鱼道在坝下转折一次穿过坝体到达上游，再汇入上游河道。
方案2：电站和泄水闸之间布置鱼道，进口位于电站尾水下方，在坝下转折一次穿过泄水闸到达上游，直接进入河道中央。
方案3：电站左岸布置仿自然通道，在岸上挖掘类似自然河流的小溪，溪流底部铺设各种大小的砾石以增加摩阻或形成局部跌水起到消能和减缓流速的目的。进口位于电站尾水下方，以电站发电尾水起到诱鱼作用，鱼道在坝下转折一次穿过坝体到达上游，再汇入上游河道。仿自然通道一般较宽3m～10m，深1～2m，根据本工程的水头差，仿自然通道长度约为1000m。
方案比选结果如表1。综合比选确定采用电站左岸布置鱼道的方案。
3.3 鱼道布置
电站的发电尾水是坝下的经常性水流，鱼类常被尾水诱集在厂房尾水前沿和两侧，将鱼道进口布置在电站尾水下方，以电站发电尾水起到诱鱼作用。
集鱼系统布置在厂房尾水出口，主要由补水管路及闸门、补水消能槽及集鱼槽组成，尾水闸墩支承集鱼槽和补水消能槽。集鱼槽底高程49.0m。
主进鱼口与集鱼槽会合池布置在尾水渠左边墙外侧，会合池底高程49.0m，进鱼道穿过左边墙沿下游防洪墙布置，与高程50.5m 和52.0m进鱼口相接。
鱼道始从进鱼道沿尾水渠左边墙内侧向下游上溯20个鱼道池室后，垂直转折向上游上溯20个鱼道池室，再折回下游往返各20个鱼道池室，每10个鱼道池室和垂直转折室设为休息池。鱼道每往返一次鱼道底高程抬高2.0m，即鱼道底高程由49.0m抬高到50.5m再至52.0m，在高程50.5m和52.0m转折休息池分别设置进鱼口与进鱼道相通，进鱼口由闸门控制，根据下游水深开启和关闭，形成3个不同高程的进鱼口，以适应下游水位的变幅。 鱼道在高程52.0m后沿下游防洪墙外侧進入门机挡土墙，鱼道布置在挡土墙体内向上游穿过挡水坝体到达上游高程59.0m平台，鱼道沿平台向上穿过拦污排锚墩后进入上游河道，鱼道出口高程为55.5m。
鱼道全长728.5m，其中池室195个，休息室等平底段20个。鱼道底坡在进鱼口高程52.0m前段底坡为1/80，后段底坡为1/100。
3.4 结构设计
3.4.1 鱼道参数拟定
1）鱼道池室结构
根据土谷塘航电枢纽过鱼对象，个体长度小于1m，参照国内为鱼道设计经验，拟定鱼道宽度2.5m，池室长度3.0m，池室深度2.5m，竖缝宽度取50cm。休息池无底坡，其长度为池室的2倍，取6.0m。
2）池间落差及流量
根据国内相关科研单位对四大家鱼克流能力的测试试验，四大家鱼的喜爱流速在0.3m/s-0.5m/s之间，除去试验鱼体力原因，极限流速在1.0m/s以上。由此拟定鱼道竖缝流速0.8 m/s -1.0m/s，鱼道内平均流速0.3m/s-0.5m/s。计算得到池间落差0.5m，设计流量1m3/s。
3）鱼道底坡
根据本工程鱼道总体布置，鱼道进口高程49.0m，出口高程55.5m，高差7.5m，鱼道前段为形成三个进鱼口，池室全长240m，高差3.0m，底坡1/80。后段池室长345m，高差3.5m，坡度约为1/100。
3.5 模型试验
采用正态1：25整体物理模型，试验重点研究了鱼道内沿程水位、比降、流速等水力要素变化，以及主、辅进鱼口水流条件等。试验表明设计方案各种条件下，鱼道过流量约为1.0m3/s，鱼道竖缝、鱼池、休息池及出口水流条件均满足鱼类洄游要求。但鱼道主进口附近流速大于鱼类极限流速，洄游鱼类较难进入，为此，通过试验提出了优化方案，采取延长主进鱼口与电站之间分隔墙长度及抬高电站下游左岸附近（主进口下游）疏挖区高程两项措施，使得主进口及下游附近河段产生明显的近岸缓流区，使流速满足鱼类洄游要求。
4、结论与建议
4.1 结论
土谷塘航电枢纽库区是湘江“四大家鱼”主要产卵场，11月至次年3月为“四大家鱼”越冬洄游和生殖洄游期，4～7月为家鱼的产卵繁殖季节，土谷塘枢纽的建成后，将进一步加剧梯级的阻隔影响。
经多方案比选，土谷塘航电枢纽过鱼采用电站左岸布置鱼道的方案，鱼道进口设在电站左岸紧靠厂房处，出口设置在明渠上游浮式拦污排处。主要过鱼对象为四大家鱼以及长春鳊、银鲴、黄尾鲴、细鳞鲴、翘嘴鲌等。单侧竖缝式鱼道全长728.5m，其中池室195个，休息室等平底段20个。鱼道底坡在进鱼口高程52.0m前段底坡为1/80，后段底坡为1/100。通过土谷塘航电枢纽鱼道水力学物理模型试验，提出了改善下游鱼道进口水流流态的工程优化方案。
4.2 建议
1）开展湘江流域鱼类洄游通道恢复相关研究
过鱼设施是为鱼类过坝修建的工程技术措施，需要满足鱼类行为习性和生理机能的基本需求。因此过鱼设施的设计、建设和运行涉及鱼类生态学、鱼类行为学、水力学、水工学等多个学科，需要加强多学科间的合作研究。同时加强过鱼效果的监测与评价，不断改进和完善过鱼设施的设计，达到更加理想的过鱼效果。
2）开展流域梯级联合生态调度及研究
在流域鱼类洄游通道恢复、鱼类可成功上溯后，适时开展流域梯级联合生态调度，为四大家鱼等鱼类的繁殖制造适宜的水文条件，达到鱼类洄游通道恢复、鱼类成功上溯繁殖的理想效果。
参考文献
[1] 甘茂辉，贺柏武，湘江土谷塘航电枢纽工程过鱼设施研究[J]，湖南交通科技，2010年03期
[2] 水利部中国科学院水工程生态研究所，湘江土谷塘航电枢纽工程水生生态环境影响评价专题报告（2011年）
[3] 湖南交通规划勘察设计院，湖南省水利水电勘测设计研究总院，土谷塘航电枢纽工程初步设计报告（2012年）
作者简介
李翔，男，籍贯湖南常德，出生于1979年6月，现就职于中国水电顾问集团中南勘测设计院，工程师，研究方向主要为水电工程生态环境保护。