乌江白马航电枢纽工程对水文情势及鱼类产卵场影响研究

毕雪 王俊洲 李志军 杨寅群

摘要：白马航电枢纽工程建成后，库区水文情势变化会对鱼类产卵繁殖产生影响。为减小工程建设的不利影响，采用一维河流水动力模型，模拟白马航电枢纽工程建库前后库区产漂流性卵鱼类产卵场代表性断面水位、洪水过程和流速变化，结合鱼类繁殖对水文要素的需求，分析得出涨水过程是产漂流性卵鱼类繁殖的制约因子。白马航电枢纽工程库区河段由坝前至库尾，羊角和桃子沟产卵场功能基本消失，石鼻子产卵场功能有所下降，杨家沱产卵场基本可以满足产漂流性卵鱼类繁殖需求。研究成果将为拦河筑坝工程建设对水生态环境影响分析提供一定的技术支撑。

关键词：水文情势变化； 鱼类生境； 漂流性卵； MIKE11； 白马航电枢纽工程； 乌江

中图法分类号：S931.3

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.06.020

文章编号：1006-0081（2023）06-0103-08

0 引 言

航电枢纽工程是以航运为主，兼有发电等水资源利用的工程，其与水利水电工程类似，同属于河流梯级开发工程。河流梯级开发引起的水文情势变化及生态环境问题引起国内外学者重视，黎云云、郭文献、陈立华等的研究中均得出梯级开发会导致水文情势发生显著变化［1-3］。河流梯级开发对鱼类生境的影响是现阶段中国水利、水电、航运枢纽工程环境影响评价的重要内容。河流梯级建设影响水文情势，进而破坏鱼类生境，其主要影响途径包括4个方面：① 由于拦河筑坝改变了河流水文情势，河流天然的水文要素如流量、流速、水位、水温、洪水过程、水流含沙量等都将改变，而河流的天然水文情势是土著鱼类长期适应的生境，生境的改变使土著鱼类尤其是喜激流鱼类被迫向库区支流及库尾迁移；② 拦河坝阻断了洄游性鱼类的洄游通道，从而使鱼类的生境破碎化、片断化，一些长距离洄游鱼类的生存空间大大缩小；③ 电站调峰运行期间，下游不稳定流对鱼类生存造成不利影响；④ 引水式电站脱水河段鱼类生境显著改变［4-5］。河流梯级开发对鱼类产卵场生境影响研究主要集中在三峡工程［6-8］及对河流梯级下游生境影响的研究［9-10］，关于河流梯级开发对库区产卵场生境影响的研究较少。本文以乌江白马航电枢纽工程为例，采用量化对比分析工程实施前后生态水文指标变化的方法［11-13］，重点研究库区水文情势变化及对产漂流性卵鱼类产卵场的影响。

1 工程概况

白马航电枢纽工程位于乌江干流下游河段，地处重庆市武隆区白马镇，上距银盘水电站约46 km，下距乌江河口约43 km。白马航电枢纽工程上游约39 km处有芙蓉江从左岸汇入库区，烏江河口下游483 km为三峡水利枢纽，三峡回水末端至白马航电坝址。乌江干流彭水至河口河段存在乌江著名的碍航滩险羊角碛，羊角碛是由古滑坡体下滑堆积而成，涉及航道长，白马航电枢纽工程抬高河道水位是治理羊角碛滩险的最佳工程措施，工程建设后乌江渡坝下至河口航道可达Ⅳ级航道标准。同时，白马航电枢纽工程电站装机容量480 MW，多年平均发电量17.12亿kW·h，可减少原煤消耗，有助于中国实现“碳达峰”和“碳中和”能源战略目标。白马航电枢纽工程坝址以上控制流域面积83 690 km2，多年平均流量1 570 m3/s，多年平均年径流量495.5亿m3。正常蓄水位184 m，死水位180 m，设计洪水位194.36 m，校核洪水位201.93 m，总库容3.74亿m3，正常蓄水位以下库容1.67亿m3，回水长度45.3 km，调节库容0.41亿m3。大坝采用混凝土重力坝，坝顶高程205.50 m，最大坝高87.50 m，坝顶总长588.30 m。

2 产卵场调查

在开展重庆乌江白马航电枢纽工程环境影响评价工作时，建设单位委托水利部中科院水工程生态研究所对乌江银盘水电站以下河段鱼类资源及产卵场分布进行调查，根据调查成果，乌江银盘以下河段分布产漂流性卵鱼类主要包括蛇鮈、吻鮈、犁头鳅、中华沙鳅、中华倒刺鲃、翘嘴鲌、、花斑副沙鳅等。银盘水电站至白马坝址分布4处产漂流性卵产卵场，分别为羊角产卵场、桃子沟产卵场、石鼻子产卵场和杨家沱产卵场。羊角产卵场分布在武隆县羊角镇至土坎镇长约6.5 km江段；桃子沟产卵场分布在武隆县桃子沟村至武隆县城长约7 km江段；石鼻子产卵场分布在武隆县石鼻子村至九里坨村长约4 km江段；杨家沱产卵场分布在葛藤湾至太平村长约7 km江段。乌江下游漂流性鱼类产卵场分布见图1。

3 水动力模型

水动力学模型可以精确模拟水流运动的时空分布，建立一维河流水动力学模型，模拟白马航电建库前后水文情势变化［14-15］。本文采用MIKE11商业软件分析各代表断面水位、流速变化特征。

3.1 基本方程

水动力模型所用的描述一维非恒定水流运动规律的基本方程为圣维南方程组［16］，其数学表达式为

QX+At=q

Qt+xαQ2A+gAhx+gQ｜Q｜C2AR=0

式中：Q为流量；

q为侧向流入量；

A为过水面积；

h为水位；

R为水力半径；

C为谢才系数；

α为动量修正系数。

C=1n6R

式中：n为河道糙率。

3.2 模拟范围及边界条件

模拟计算范围为银盘坝下至乌江口约89 km的乌江干流江段，见图1。边界条件包括干流的上游边界流量Q和下游水位Z。上边界流量采用2012年银盘水电站下泄流量，下边界水位采用乌江口大东门水位站2012年实测水位资料。

3.3 参数率定及验证

按照不同河段、不同河床高程对河床糙率进行率定，确定河道综合糙率取值为0.02～0.05。利用2012年7～12月水文数据对模型进行验证，上边界为银盘坝下流量，下边界为大东门水位过程，2012年下半年武隆水文站水位过程验证结果见图2。

3.4 模型计算

采用模型计算库区产漂流性卵产卵场代表断面水位、流速、洪水过程等水文要素变化情况。计算结果如下。

3.4.1 水位变化

白马航电枢纽工程建成后，库区整体水位抬升，白马坝址处水位抬升最明显，由坝址到库尾水位抬升幅度减缓。羊角断面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；桃子沟断面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；石鼻子断面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；杨家沱断面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。白马航电枢纽工程建库前后产漂流性卵产卵场代表断面水位变化见表1和图3。

3.4.2 洪水过程变化

建库前羊角、桃子沟、石鼻子和杨家沱断面均有明显洪水过程。建库后丰水年羊角、桃子沟断面水位基本维持在184 m，石鼻子、杨家沱断面有2次涨落水过程；建库后平水年羊角、桃子沟断面水位基本维持在184 m，石鼻子断面有1次小幅度涨落水过程，杨家沱断面有3次较明显涨落水过程；建库后枯水年羊角、桃子沟、石鼻子断面水位基本维持在184 m，杨家沱断面有1次较明显涨落水过程。白马航电枢纽工程建库前后产漂流性卵产卵场代表断面洪水过程变化见图4。

3.4.3 流速变化

库区河道内河面面宽增大，相同断面过流面积增大，相同流量下流速减缓。羊角断面3～8月平均流速降幅为75.2%～85.0%；桃子沟断面3～8月平均流速降幅为74.8%～83.5%；石鼻子断面3～8月平均流速降幅为60.8%～70.9%；杨家沱断面3～8月平均流速降幅为37.2%～48.4%。白马航电枢纽工程建库前后产漂流性卵产卵场代表断面流速变化见表2和图5。

4 对产漂流性卵鱼类产卵场影响

水文情势的改变和水流条件的变化会导致鱼类栖息地环境和刺激鱼类产卵的水流信号发生改变［17］。水库回水范围内水深增加，流速放缓，达不到产漂流性卵鱼类繁殖、鱼卵孵化所需的水文条件，导致鱼类无法繁殖或孵化率下降［18］。由于乌江下游未开展漂流性产卵场水文因子研究，本文主要参考长江上游干支流产漂流性卵鱼类和四大家鱼繁殖活动与环境因子关系相關研究成果，产漂流性卵鱼类产卵繁殖需要具备以下4个水文条件：① 产卵水温［19-21］，21～24 ℃为产卵盛期，18 ℃为产卵下限水温；② 洪峰刺激［22-24］，水位急剧升高是家鱼产卵的必要条件，一般在江水上涨0.5～2 d后开始产卵，水位上涨幅度一般要求0.1～0.3 m/d，洪峰上涨时间一般持续3～8 d，水位下降、流速减小，即停止产卵，产卵规模与水位上涨幅度相关，而与起涨水位无关；③ 江水上涨后，经过一定时间，产漂流性卵鱼类才开始产卵，当流速大于2 m/s时，经过0.5 d鱼类就可产卵，当流速为1.0～1.2 m/s时，涨水后2 d左右鱼类开始产卵，流速增加对产卵亦有促进作用［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以上时，鱼卵和鱼苗不会下沉，能够正常发育。

4.1 水 温

白马坝址年径流量为495.5亿m3，白马航电枢纽工程总库容为3.74亿m3，年径流量与总库容比α为132.5，远大于20。白马坝址设计洪水洪量（24 h）为26.2亿m3，一次入库洪量与总库容比β为7，远大于1。根据α-β指数法判断，水库的水温结构属于混合型，因此，白马航电枢纽工程的下泄水温与入库水温一致，产卵水温满足要求。

4.2 水位涨幅

由图4可见，丰平枯典型年水库建成后羊角、桃子沟产卵场水位基本维持在184 m，无涨水过程，产卵场功能消失。水库建成后，丰水年石鼻子、杨家沱

产卵场在6月和7月有两次明显涨水过程，涨水持续天数分别为14 d和7 d，涨水速率0.27～0.85 m/d，水位涨幅满足产漂流性卵鱼类繁殖需求；平水年石鼻子产卵场在7月有1次小幅度涨水过程，持续8 d，涨水速率为0.11 m/d，水位涨幅较小，产卵场功能将有所下降，杨家沱产卵场在4，5，7月分别有1次涨水过程，涨水时间为5～18 d，涨水速率为0.21～0.44 m/d，水位涨幅满足产漂流性卵鱼类繁殖需求；枯水年杨家沱产卵场有1次涨水过程，涨水时间为13 d，涨水速率为0.16 m/d，水位涨幅满足产漂流性卵鱼类繁殖需求。典型水平年产卵场涨水情况见表3。

4.3 产卵场流速

由图5可见，丰平枯典型年4个产卵场3～8月大部分时段流速能够达到0.2 m，白马航电枢纽工程建库后流速明显减小，但基本可以满足鱼类产卵和受精卵漂流孵化要求。以平水年为例，羊角、桃子沟、石鼻子和杨家沱产卵场3～8月流速达到0.2 m/s的天数分别占总天数的76.6%，83.7%，94.02%和100%，大部分时段能够满足鱼卵漂流孵化。丰水年6，7月两次涨水过程中，石鼻子、杨家沱产卵场流速范围为1.91～4.07 m/s，平水年4，5，7月3次涨水过程中，石鼻子、杨家沱产卵场流速范围为1.67～3.54 m/s，枯水年杨家沱产卵场流速范围为0.84～3.28 m/s，涨水过程中石鼻子、杨家沱产卵场流速可以满足鱼类产卵要求，且大部分时段流速大于1.5 m/s，涨水0.5 d后鱼类开始产卵。典型水平年产卵场涨水时流速情况见表3。

综上所述，杨家沱产卵场基本可以满足产漂流性卵鱼类繁殖需求，石鼻子产卵场功能将有所下降，桃子沟和羊角产卵场功能基本消失。

5 补偿措施

乌江白马航电枢纽工程对产漂流性卵鱼类的繁殖造成不利影响，主要体现为产卵场数量减少和产卵规模缩小。为实现“生态优先，绿色发展”，做好

鱼类资源保护工作，拦河筑坝工程形成了以栖息地保护、过鱼措施、增殖放流、生态调度、水温影响减缓措施、流域水生生态保护管理和监测等为框架的鱼类保护措施体系［28-30］。

结合白马航电枢纽工程特点，促进产漂流性卵鱼类资源的恢复，可采取的补偿措施主要包括以下4個方面。

（1） 建设鱼类增殖放流站。白马航电枢纽工程对犁头鳅、吻鮈、蛇鮈等鱼类繁殖造成影响，这些鱼类资源量将下降，建设鱼类增殖放流站，开展人工繁殖工作，定期增殖放流，为工程涉及江段鱼类资源保护和恢复助力，维护水生生态系统稳定。结合环境特点及工程特征，选定人工增殖放流对象时应充分考虑产卵场受工程建设影响的蛇鮈、吻鮈、犁头鳅、中华沙鳅、中华倒刺鲃、翘嘴鲌、、花斑副沙鳅等，评价区渔产量按150 kg/hm2计算，放流规模可定为10万尾/a。

（2） 建设过鱼设施。白马航道大坝阻断了产漂流性卵鱼类生殖洄游通道，结合工程特点，可建设鱼道，保障漂流性卵鱼类基因交流。根据过鱼对象筛选原则，将珍稀保护鱼类、长江上游特有鱼类、主要经济鱼类、受蓄水影响明显鱼类列出作为过鱼筛选对象，共有包括蛇鮈、吻鮈、犁头鳅、中华沙鳅、中华倒刺鲃、翘嘴鲌、、花斑副沙鳅等在内的27种。根据鱼道的设计水头、过坝鱼类生态特性以及运行管理等条件，白马航电枢纽采用单侧导竖式鱼道，鱼道宽取2.5 m，池室长度取3.0 m，隔板采用单侧导竖式，竖缝宽度为0.5 m，池室水深取1.5～5.5 m，鱼道适宜流速0.6～0.8 m/s，竖缝流速小于鱼类的极限速度1.1～1.2 m/s。

（3） 采取栖息地保护措施。鱼类栖息地保护是鱼类资源保护最为有效的方法之一，白马航电枢纽工程建成后，水库库尾银盘坝址下游流水江段以及白马坝下可能形成新的产卵场，需要采取措施重点

保护，另外也可利用流域内有类似生态环境的支流作为栖息地保护。重点保护范围为乌江下游干流栖息地，保护重点在白马大坝以下至涪陵河口约43 km乌江干流河段，包括分布于该江段的大溪河、麻溪河、御泉河等支流的入河汇口河段。支流重点保护银盘库尾的郁江马岩洞发电厂房以下至河口59.4 km河段，白马近坝址处的支流石梁河大院子电站以下13 km河段及其次级支流赵家河团家堡至汇口3 km河段。主要措施包括郁江马岩洞发电厂房以下不再新建拦河筑坝涉水工程、拆除部分拦河建筑物以恢复原有河道功能等。

（4） 实施流域生态调度。建议每年5～7月份在乌江下游产漂流性卵鱼类的主要繁殖季节，综合考虑乌江中上游来水情况，择机实施2次以上乌江下游梯级联合生态调度，满足乌江下游产漂性卵鱼类产卵所需的水文过程，使现存产卵场产卵功能基本恢复，受精卵漂流孵化流速和流程得到保障，促进鱼类完成自然繁殖过程，保护乌江下游鱼类多样性，维持一定规模的鱼类资源。

6 结 论

本文结合白马航电枢纽工程，以银盘水电站、武隆和大东门水文（位）站水文流量数据为基础，采用MIKE11模型，量化分析了白马航电枢纽工程库区河段流速、水位、水温、洪水过程等水文要素变化。从水温、涨水过程、流速3个方面分析白马航电枢纽库区江段水文情势变化对原有产漂流性卵鱼类产卵场生境条件的影响。分析结果表明：白马航电枢纽工程建成后，库区代表断面水位抬升，流速减缓，涨落水过程幅度减小或消失;涨水过程是研究江段产漂流性卵鱼类繁殖的制约因素，工程实施后，库区江段由坝前至库尾，羊角和桃子沟产卵场生态功能基本消失，石鼻子产卵场生态功能有所下降，杨家沱产卵场基本可以满足产漂流性卵鱼类繁殖需求，生态功能不降低，生境的改变可能使产漂流性卵鱼类向库区支流及库尾迁移。为了减缓工程不利影响，促进产漂流性卵鱼类资源的恢复，可采取栖息地保护、建设过鱼设施、增殖放流、生态调度、加强管理与监测等生态补偿措施。

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（编辑：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