长沙综合枢纽工程鱼道布置浅析

李 强

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 概述

在湘江上修建长沙枢纽，改善湘江航运条件、适应湘江水运主通道建设和适应长株潭3市城市发展需要（长株潭城市群沿江风光带、城市供水等建设需要），综合开发利用水资源，造福于民，同时也会对生态环境带来一定的负面影响。

其中对鱼类的影响主要表现在阻断鱼类的洄游通道，破坏产卵场，减少渔业资源量。这对完成生活史过程中需要进行大范围迁移的洄游性或半洄游性鱼类往往是毁灭性的。

目前针对水利枢纽工程对鱼类造成的不利影响所采取的保护一般措施包括：

（1）修建过鱼设施。

（2）开展人工增殖放流。

（3）施行水库生态调度。

（4）建立鱼类保护区等。

其中，以修建过鱼设施和开展人工增殖放流在国内最为常见。在修建过鱼设施方面，国内外的主要形式有：鱼道、仿自然通道、升鱼机、集运鱼设施和鱼闸等。通常要结合工程具体情况，通过技术经济比较確定。目前国内比较常见的过鱼设施还是鱼道。

国外鱼道成功案例更多，如美国邦纳维尔坝鱼道，年平均过鱼65万尾；美国麦克纳里坝鱼道，年均过鱼106万尾；前苏联土洛马电站鱼道，日平均过鱼440尾。这些鱼道的建设为河流生态的修复创造了良好的条件。

长沙综合枢纽工程位于长沙市望城区湘江干流蔡家洲，湖南省地方重点保护野生动物名录中一共列出了4目11科27种保护鱼类，这些鱼类几乎在湘江水系都有分布。在这27种地方保护鱼类中，属于国家重点保护野生动物名录一级种类1种、二级保护种类1种，列入IUCN红色目录（1996）1种，列入CITES附录二（II）1种，列入中国濒危动物红皮书（1998）6种。此外，湘江下游水域还分布有国家二级保护动物江豚。

空间迁徙受工程影响的所有鱼类都应是本工程的过鱼对象。其中咸淡水洄游种类中华鲟、鲥鱼、大银鱼、鳗鲡以及部分江湖半洄游鱼类鳡、鳤、鯮等虽然具有洄游特性，但其资源量极低，渔获物中已很难发现，故作为兼顾过鱼对象。

本工程重点考虑江湖洄游及具有短距离迁移特征鱼类的过坝问题，同时兼顾咸淡水洄游及坝址分布的所有鱼类。主要过鱼对象为四大家鱼（青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼）以及鳊、银鲴、团头鲂、三角鲂、鳠、黄尾鲴、翘嘴鲌、蒙古鲌、南方鲇等。

鱼道的过鱼季节为湘江的枯水期和中水期，峰值期为 3～7 月，鱼道设计流速选（0.8～1.0）m/s，对于克流能力较小的其它鱼类及幼鱼则将采用控制运行及鱼道底部加糙等措施加以解决。

根据本工程所在河段河道地形及水位特点，综合考虑过鱼设施的诱鱼能力、过鱼能力、鱼类适应程度、建造成本和运行维护等因素，结合模型试验，鱼道结构型式为横隔板式鱼道，隔板型式为导板竖缝式。

2 鱼道布置

2.1 鱼道平面布置

长沙枢纽电站厂房布置于左汊右岸蔡家洲左侧，由于受左汊河床宽度的制约，电站大部分座落在蔡家洲洲岛位置，进、尾水渠均通过疏挖河中洲岛形成。

结合枢纽总体布置、蔡家洲地形地质情况，鱼道的轴线布置在主厂房边机组1#机侧，由▽20.85 m进口沿下游护坡坡面往下游走，再往上游走至▽22.35 m进口，此段为开敞式；进下游防洪墙（垂直流向），再进门机平台挡土墙（顺流向），门机平台挡墙设鱼道防洪门，穿过上游运污道路回车坪，此段为涵洞式；再沿上游护坡坡面往上游走，至鱼道出口，出口高程▽26.7 m，此段为开敞式。

为使鱼道的光线、水温等过鱼条件接近自然，增大过鱼几率，在鱼道布置时结合其他厂区建筑物，尽可能采用开敞式。鱼道全长570 m，上下游坡面上开敞式为411 m，涵洞式为159 m。

鱼道主要结构包括电站下游尾水的辅助集鱼系统，汇合池、补水管、鱼道进口、鱼道出口、鱼道观察室和鱼道池室。鱼道平面布置见图1。

2.2 鱼道进口

鱼道的进鱼口能否为鱼类较快的发觉和顺利的进入，是鱼道设计成败的关键因素之一。

经湘江上游同类型的低水头灯泡贯流式机组株洲航电枢纽及大源渡枢纽调研，边机组尾水岸边是鱼类喜爱聚集的位置。本工程把鱼道进口布置在1#机尾水处，鱼类易被吸引而进入进鱼口，辅以诱鱼、拦鱼措施，有利于聚集鱼群洄游上溯。

为适应过鱼季节3～7月不同入库流量、枢纽运行调度及下游洞庭湖顶托而产生的下游水位变幅，尽量提高过鱼季节的过鱼保证率，本工程鱼道进口宜设置多个。

图1 鱼道平面布置图

从 《长沙综合枢纽水库回水报告》分析来看，“733”典型为机组正常发电状况的典型，长沙坝址2 400 m3/s时，开始预泄，此时坝下水位为▽26.84 m，鱼道将不再过鱼，取▽26.84 m为鱼道运行的最高水位。则鱼道高进口高程取▽22.35 m〔（加上池底0.5 m 厚砂卵石层为▽22.85 m）、（▽26.84 m～1.5 m水位变幅-2.5 m设计水深=▽22.85 m）〕。

根据长沙坝下水位保证率2001～2008年每年3月16日至7月15日资料，▽26.84 m水位保证率为50%，即鱼道高进口50%的时间有正常水深2.5 m+1.5 m水位变幅。

鱼道低进口高程取▽20.85 m（加上池底0.5 m厚砂卵石层为▽21.35 m），鱼道最低运行水位为▽23.85 m（▽23.85 m～2.5 m设计水深=▽21.35 m）。

根据长沙坝下水位保证率2001～2008年每年3月16日至7月15日资料，▽23.85 m水位保证率为98%，即鱼道低进口98%的时间有正常水深2.5 m。

根据坝址水位流量关系曲线，长沙坝址7 000 m/s时，坝下水位为▽28.2 m，此时基本恢复天然行洪状态，可从泄水闸过鱼。

根据长沙坝下水位保证率2001～2008年每年3月16日至7月15日资料，▽28.2 m水位保证率为34%，即有34%时间可由泄水闸过鱼。

综上所述，每年3月16日至7月15日过鱼保证率为84%。进口设2个高程：▽20.85 m、▽22.35 m。鱼道进口剖面图见图2。

图2 鱼道进口剖面图

2.3 鱼道出口

鱼道出口位于上游护坡坡面上，距离电站进水口250 m，流态平顺，流向明确，方便鱼类沿着水流和岸边顺利上溯。

长沙枢纽为无调节径流式电站，坝前正常蓄水位（死水位）▽29.7 m，预泄时坝前水位降低，但历时时间短，可以认为鱼道出口水位变幅小，仅设一个出口高程。鱼道出口高程为▽26.7 m〔加上池底0.5 m厚砂卵石层为▽27.2 m）、（▽29.7 m～2.5 m正常水深=▽27.2 m）〕。

2.4 鱼道池室

根据鱼道主要过鱼对象的生态习性以及经济断面比较及模型试验，并参考国内外已建鱼道的经验，鱼道池室净宽3 m；鱼道净水深2.5 m（设计水深）～4 m（设计水深2.5 m+水位变幅1.5 m）；鱼道池室长取4.0 m（垂直竖缝隔板中心之间的距离），能满足过鱼要求且比较经济。

根据鱼道池室长度4.0 m、设计水头5.85 m和鱼道底坡1∶69，可得每级水池承受的水位差约为0.058 m，所需的鱼道水池数量为106个，同时结合鱼道的整体布置设置了15个平底的休息池以供鱼类在上溯过程中休息。鱼道池室典型断面图见图3。

图3 鱼道池室典型断面图

2.5 鱼道隔板

鱼道选择了竖缝式隔板中的单侧导竖式，垂直竖缝的宽度考虑所过鱼类的习性、个体大小，本鱼道所过鱼类主要是四大家鱼，四大家鱼的个体相对较大，参考国内外现有鱼道的设计及模型试验结果，选择竖缝宽度为0.53 m。

采用单侧导竖式隔板，水流除利用孔后扩散来消能外，还需充分利用水池的宽度，使得水流在水池中形成S形流向，利用水体消能，并尽量避免孔口水流直冲下一隔壁孔口。导竖式隔板由横隔板+斜向导板+纵向导板组成，对控制隔板孔口流速效果明显。单侧导竖式隔板见图4。

2.6 辅助集鱼系统

为了增大过鱼能力，沿厂房下游尾水墩布置一线辅助集鱼系统，包括补水槽和输鱼槽；补水槽壁上布置有补水孔，输鱼槽壁上有3个高程交错布置的进鱼孔，以满足下游不同水位变幅的进鱼要求。集鱼槽的总长为121.6 m。辅助集鱼系统剖面图见图5。

2.7 补水管

补水管为辅助集鱼系统提供供水渠道，为避免补水渠从厂区穿过，与厂区建筑物交叉干扰，本工程采用Φ1.5 m钢管埋置于主厂房1#机边墩内对辅助集鱼系统补水。

图4 单侧导竖式隔板

图5 辅助集鱼系统剖面图

补水管从电站进口取水，补水管前设拦污设施，补水管上设有控制闸门，以控制流量的大小，使其满足辅助集鱼系统的集鱼要求。经过消能以后，水流由补水槽进入输鱼槽。输鱼槽所需最大供水量为6m3/s。

2.8 汇合池

汇合池布置在鱼道的2个主要进口和输鱼槽的汇合处。这是所有洄游鱼类必须经过的重要通道。只有水位和水流条件合适时，鱼类才会往鱼道里洄游。为了保持汇合池内的良好水流条件，在汇合池底部设置了消能格栅，以减轻补水时的水流紊动对鱼类的影响。汇合池大样图见图6。

图6 汇合池大样图

3 结语

长沙综合枢纽工程位于湖南省会长沙市，鱼道的建设是对保护生态环境的积极响应，更能彰显“山、水、洲、城”的生态城市特色。

参考国内外相关鱼道设计实例及结合模型试验成果，鱼道的总布置和各项设施是合理的。鱼道导竖式隔板的型式能够满足四大家鱼习性，其流速控制也是合适的；特别是尽量开敞式的池室设计更贴近自然通道的要求，电站主厂房尾水的辅助集鱼系统对过鱼能力的增加起了决定性的作用，多高程进口能更好的适应下游水位的变幅，增大过鱼几率。长沙综合枢纽工程鱼道的工程实践，将为水利水电工程建设中的鱼道设计积累更加丰富的经验。

1 南京水利科学研究所.鱼道 [M].北京：水利电力出版社,1982.

2 华东水利学院.水工设计手册：（6）泄水与过坝建筑物[M].北京：水利电力出版社,1982.

3 杨臣莹.湖南洋塘鱼道水工水力学模型试验报告[R].南京水利科学研究院，1978.

4 宣国祥.湘江长沙综合枢纽工程鱼道水工水力学模型试验报告[R].南京水利科学研究院，2012.

5 王兴勇，郭军.国内外鱼道研究与建设[J].中国水利水电科学研究院学报，2005（3）.