鄱阳湖水利枢纽工程过鱼设施建设方案研究

白音包力皋，吴一红，2

（1.中国水利水电科学研究院 水力学研究所，北京 100038；2.中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038）

1 研究背景

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊，是长江水系及生态系统的重要组成部分，在长江流域治理、开发与保护中占有十分重要的地位。从发展鄱阳湖区粮食生产、解决湖区防洪安全及根治血吸虫病出发，一直以来人们多次提出湖口建闸的议题。2009年1月，长江水利委员会勘测规划设计研究院和江西省水利规划设计研究院在以往鄱阳湖控制工程有关工作基础上编制了鄱阳湖水利枢纽项目建议书［1］，建议书改变了以往控制工程皆以防洪为主要目标的设计运行方案，综合考虑了生态经济区需求和三峡工程运行以来枯水季对其的影响，提出以“调枯不调洪”的设计理念规划建设水利枢纽工程。

本文从鄱阳湖入江湖段的水文水力学特性、闸址自然地形条件、枢纽工程布置特点和运行方式等角度，探讨鄱阳湖水利枢纽中的过鱼设施建设方案。

2 鄱阳湖鱼类洄游特征与江湖交流

鄱阳湖水系鱼类资源极为丰富，按照洄游特性分为定居性和洄游性两大类。定居性鱼类包括鲤、鲫、鳊等鄱阳湖与长江之间交流的鱼类和鱯类、胡子鲶、中华纹胸鮡等“五河”（赣江、信江、饶河、抚河及修水）与鄱阳湖之间交流的溪流定居性鱼类两类。鄱阳湖的洄游鱼类可分为四大家鱼、鳡、鳤等半洄游性和中华鲟、鲥鱼、刀鲚等洄游性两大类。其中，四大家鱼的江与湖之间的交流时间约可分为开春（2—3月份）从江到湖的育肥交流期、春末（3—4月份）从湖到江的产卵交流期、产卵结束后（7—8月份）从江到湖的育肥交流期、秋末（10月份以后）开始从湖到江的越冬交流期等四个时期。鄱阳湖水利枢纽工程修建将改变水文情势和江湖关系，季节性阻隔了长江四大家鱼、铜鱼、刀鲚、长春鳊和赤眼鳟等江湖洄游及河海洄游鱼类的洄游通道，造成鄱阳湖与长江的鱼类资源交流减少，鱼类群体结构将趋于简化，可能使鄱阳湖鱼类遗传多样性降低，修建过鱼设施、实施鱼类增殖放流等措施，能在一定程度上缓解工程对鱼类的不利影响［2］。

3 过鱼设施建设方案

3.1 闸址湖床地形鄱阳湖水利枢纽工程拟建坝址位于鄱阳湖入长江水道，上距星子县城约12km，下至长江汇合口约27km。闸址处湖面宽约2.8km，湖床中部底高程一般7～9m，左右侧分布枯水期河槽。其中，左河槽距岸边约250m，宽约100m，底高程一般2～5m；主泓靠右岸屏峰山，宽500～1 000m，底高程一般-5～-10m，最低高程达-15m，见图1。

3.2 鱼类江湖交流时期入江湖段水文水力学特性受赣江、信江、饶河、抚河及修水等“五河”和长江来水的双重影响，鄱阳湖入江水道段形成重力型、倒灌型和顶托型3种基本湖流形态，水流条件极为复杂，具有小流量时水位低、流速高，大流量时水位高、流速低的特点。其中，4—6月为赣江等五河主汛期，鄱阳湖水位一般不高；7—9月为长江主汛期，湖区水位受长江洪水顶托或倒灌影响而壅高，水位长期维持高水位。10月—次年2月份湖区水位下降，最低水位一般出现在1—2月。这里采用坝址下游湖口站流量及上游星子站水位实测值水文数据分析四大家鱼江湖交流时期入江湖段水文水力学特性。

3.2.1 初春从江到湖的育肥交流期 初春（2—3月份）时期鄱阳湖流域和长江均为枯水期，湖口站流量变化范围为404～19 100m3/s。其中，1 000～4 000m3/s范围的流量出现频率占56.9%。2—3月份星子站水位变化范围为7.11～17.6m。

3.2.2 春末从湖到江的产卵交流期 春末（3—4月份）四大家鱼从鄱阳湖洄游至长江中上游干流或支流产卵场产卵。此间，湖口站流量变化范围为506～20 300m3/s。其中，3 000～7 000m3/s范围的流量出现频率最高，为51.5%。相应的星子站水位变化范围为7.51～19.88m，平均水位为12.7m。

3.2.3 产卵后从江到湖的育肥交流期 7—9月份是长江主汛期，湖区水位受长江洪水顶托或倒灌影响而壅高。其中，7月下旬至8月上旬是江水倒灌入湖最集中时期，1950—2008年间共出现了397d，占7、8两个月总天数的11%。其中，0～1 000m3/s范围的倒灌流量频率最大，达到29%，倒灌流量频率随着流量的增加逐渐减少。在鄱阳湖洪水流入长江流量中，3 000～8 000m3/s范围的流量频率达到了55.1%。在赣江等“五河”来水和长江洪水的相互顶托作用下，星子站水位较高，最高和最低水位分别为22.52m和10.62m，平均水位为16.3m。江水倒灌入湖、介于重力型和倒灌型湖流之间的顶托型湖流为进入鄱阳湖索饵、育肥的四大家鱼幼鱼创造了低流量、高水位和低流速等有利的水流条件。

3.2.4 秋末以后从湖到江的越冬交流期 秋末以后（10月后）是鄱阳湖和长江水位逐渐下降时期，大多数长江四大家鱼的成鱼返回干流河床深水区越冬。此间，1 000～6 000m3/s的流量频率占整个流量的74.7%，星子站最高水位19.39m，最低水位8.26m，平均水位12.74m。

结合坝址地形条件可知，四大家鱼在2—4月份江湖间育肥交流期和产卵交流期，由于水位低，在枢纽下游形成左右两个主河槽，均为鱼类江湖交流通道，枢纽左右岸均需要考虑过鱼设施建设。

3.3 枢纽布置及运行方式

3.3.1 鄱阳湖水利枢纽布置及调度运行方式 鄱阳湖水利枢纽项目建议书方案的坝轴线总长为2 986m，枢纽主体工程布置从左至右依次为土石连接坝段、船闸、泄洪闸、电站厂房和过鱼建筑物。枢纽运行方式初步确定为“调枯不调洪”，具体分为蓄水期、补水期、供水期和主汛期四个运行阶段。其中，蓄水期控制闸门开度，拦蓄部分汛末洪水；补水期加大枢纽泄量，以补充因三峡水库蓄水造成的长江下游水量减少；供水期尽量使湖泊维持在调控高水位运行，按最小下泄流量控制，满足通航、生态基流需求；主汛期敞开全部闸门，实现江湖连通。

3.3.2 泄水建筑物运行方式 鄱阳湖水利枢纽泄水建筑物包括泄水闸、水电站和船闸。其中，位于右岸一侧的水电站在10月—次年4月进行发电运行；位于左岸一侧的船闸年通航天数为335d；鄱阳湖水利枢纽共设111孔闸，自左至右分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区4个区，其中，Ⅰ区设31孔，Ⅱ区、Ⅲ区各设36孔，Ⅳ区设8孔。根据上游“五河”入湖流量，泄洪闸采用分区、分级均匀开启的方式运行。结合鄱阳湖上游五河来流量统计分析和枢纽运行方式可知，1—3月份和9—12月份开启Ⅱ区闸门泄流；4月份开启Ⅱ区和Ⅲ区泄流；5—8月份开启全部泄洪闸泄流。

3.4 过鱼设施建设方案从枢纽布置及运行方式分析可知，5—8月为江湖联通，对鱼类影响较小，过鱼设施主要解决9月—翌年4月控泄期间枢纽对鱼类在江湖间交流的阻隔问题，包括四大家鱼初春从江到湖的溯河育肥交流、春末从湖到江的产卵洄游以及秋末后从湖到江越冬的降河交流。

3.4.1 鱼类从江到湖的溯河阻隔问题的解决方案 从坝址地形条件和水文条件分析可知，初春时期枢纽下游形成左右两个主河槽，均为鱼类江湖交流通道。另外，从泄水建筑物运行方式分析可知，枢纽下游形成两股水流，一股为靠近右岸的电站尾水，流量大小与电站运行方式有关；另一股为靠近左岸的船闸和Ⅱ区闸门泄流所形成的水流，流量大小与船闸和Ⅱ区闸门泄流运行有关。上述两股水流对江湖交流的鱼类均产生不同程度的诱导作用，因此枢纽左、右岸均需要建设过鱼设施。右岸过鱼设施可充分考虑水电站尾水的诱鱼作用，可在电站右侧布置一座过鱼设施。为了不影响闸坝泄洪能力，建议右岸Ⅰ区泄洪闸两端的泄洪闸采用闸门与鱼道相结合的锁式鱼道型式，既可作为泄洪运行，又可作为过鱼设施运行。

另外，鄱阳湖水利枢纽船闸为三线单级船闸，位于枢纽左岸，设计水头为8.9m，属于中低水头船闸。根据国内外工程经验可知，该船闸具备了过鱼的条件。为了达到船闸过鱼目的，需要营造诱鱼水流使鱼类进入下游外室，然后在下游闸门打开时进入船闸的中心部位。这类操作在船闸的正常运行中通常是禁止的，需要制定相应的调度规程。

3.4.2 鱼类从湖到江的降河阻隔问题的解决方案 国内外水电站运行结果表明，很多鱼类能够成功通过轴流式水轮机和转桨式水轮机。其死亡率与水轮机型式、上下游水位差和鱼的种类有关，且随上下游水位差的增加而增加。加拿大的某些水电站运行监测资料表明，鳗鱼长度为88cm的情况下，转桨式水轮机的死亡率为24.9%，而轴流式水轮机的死亡率为14.8%。直径大而转速低的水轮机对鱼类的存活是有利的。因此，鄱阳湖水利枢纽水电站在水轮机选型和运行时可适当考虑过鱼问题。

另外，在3—4月和10月鱼类降河洄游时，部分鱼类随着水流游向开启运行的泄洪闸。鱼类通过泄洪设施的死亡率主要取决于上下游的水位落差，在落差小于10m的情况下，死亡率较低［3］。鄱阳湖鱼类降河洄游时期，上下游水位差在10m以内，闸室段水流的突然加速和消力池内水流的减速等过程时间较短，对鱼类造成的不利影响是有限的。因此，结合水位监测，调整泄洪闸运行方式也可部分解决鱼类降河问题。

4 结语

本文从鄱阳湖入江湖段水文水力学特性、闸址地形、枢纽布置和运行方式等角度分析了枢纽工程的过鱼设施建设方案，提出了通过枢纽左右岸修建过鱼设施、船闸和泄洪闸的生态调度和水轮机选型的鱼类江湖间交流方案。另外，鱼类通过过鱼设施是一个复杂的科学和技术问题，与鱼类生态习性、过鱼设施以及整个枢纽工程调度运行密切相关。因此，在系统调查研究鄱阳湖的江湖交流鱼种及其生态习性的基础上，需要提出适合鄱阳湖鱼类的鱼道型式和其他鱼类保护措施，进一步优化工程布置方案和闸门运行方式，尽量降低枢纽建设对鱼类的影响。

［1］长江水利委员会勘测规划设计研究院，江西省水利规划设计院.鄱阳湖水利枢纽工程项目建议书［R］.2009.

［2］中国水利水电科学研究院.鄱阳湖水利枢纽工程对鱼类影响研究［R］.北京：中国水利水电科学研究院，2010.

［3］Heisley，Mathur，Euston.Passing fish safely：a closer look at turbine vs.spillway survival［M］.Hydro Review Quebec，1996.