宣城市水阳江海棠湾水利枢纽工程鱼道设计

张玉程，董宸中

（1.山东外事职业大学，山东 威海 264500；2.上海市政工程设计研究总院（集团）第六设计院有限公司，安徽 合肥 230061）

宣城市水阳江海棠湾水利枢纽工程位于敬亭山脚下，海棠湾码头上游约0.9 km 处。海棠湾水利枢纽工程钢坝闸50 年一遇设计过闸流量为4 746 m3/s，枢纽工程等别为Ⅱ等，规模为大（2）型水闸枢纽工程。枢纽主要由蓄水坝、调节闸、升船机、鱼道组成，其中升船机位于水阳江左岸，蓄水坝位于右岸，调节闸位于升船机分流岛与蓄水坝之间，鱼道位于升船机分流岛中间。钢坝闸共6孔，闸孔总净宽204 m，为底轴驱动翻板钢闸门，通过直径1.8 m 底转轴和铰支座安装在底板上，采用集成式液压启闭机控制。

1 过鱼对象及季节

水阳江属长江一级支流，宣城境内共有支流7 条，于新河庄汇入水阳江直达长江。姑溪河是水阳江下游入长江的主干道，其入江口为长江马鞍山当涂口。经初步调查，关于水阳江城区段的近年来的鱼类资源无相应的统计报告，本次研究采用的水阳江城区段鱼类资源基础资料来源于长江中下游的安徽芜湖段、马鞍山段相关报告。

本项目鱼道设计旨在建立坝址上、下游的鱼类洄游通道。蓄水坝影响区分布的鱼类中，主要保护对象为水阳江（参考长江芜湖段）的传统洄游鱼类，包括草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鳊鱼，兼顾考虑区域其他经济鱼类。根据保护对象的洄游需要，结合枢纽的运行方式确定本工程的过鱼季为3～6月，此季节为枯水和平水期，蓄水坝关闸蓄水，阻隔了鱼类通过。

2 鱼道总体布置及型式选择

根据海棠湾水利枢纽的布置、运行特点，本次设计鱼道布置在钢坝闸与升船机之间的分流岛上，工程布置凑，不单独占地，土方挖填量小，方便管理，可以充分利用调节闸放水诱鱼。

分流岛长度245 m，宽度20 m，其中蓄水坝上游长度107 m，蓄水坝下游长度138 m。鱼道总长度321.5 m，进口布置在调节闸消力池末端的分流岛边墙上，距离调节闸下游端42 m，出口布置在调节闸上游的分流岛边墙上，距离调节闸上游端65 m，采用竖缝式鱼道。

鱼道进鱼口设计水位为5.8~7.0 m，进口底高程4.2 m，出鱼口设计水位9.50 m，出口底高程7.8 m，可以满足上、下游低水位时过鱼要求。由于鱼道较长，采用直线布置，因分流岛长度不满足鱼道纵坡要求，所以部分段采用对折布置，其中钢坝闸侧鱼道长度92.5 m，升船机侧鱼道长度为209 m。

采用竖缝式鱼道，鱼道槽身净宽2m，在进、出鱼口暗涵式鱼道顶盖板处均设置植草或格栅盖板，便于后期清淤维修，每隔20 m 设置一处钢化玻璃盖板用于鱼道内采光。采用预制竖缝式隔板，共布置隔板107 块，缝宽0.4 m，隔板间距2.5 m。隔板均采用C30 钢筋预制隔板，高度为3.0 m。隔板底高程4.20~7.80 m；隔板顶高程7.20~10.80 m。鱼道每9~11 个隔板设置一个休闲池，共设9 个休息池，池长5 m。鱼道断面设计、隔板平面布置如图1 所示。

鱼道采用钢筋混凝土结构，底部用碎石、砂卵石加糙，从而达到亲近自然效果。鱼道进、出鱼口分别设检修闸门挡水，考虑到影响分流岛景观布置，进鱼口检修闸闸门采用平面钢闸门暗杆式启闭机启闭，出鱼口检修闸闸门采用一字闸门人工启闭，鱼道中间设置简易观察室。

3 鱼道结构设计

3.1 竖缝及淹没孔口尺寸

一般情况下，根据过鱼对象捕获物的尺寸来确定竖缝及淹没孔口宽度，本项目中通过鱼类的最大体长为500 mm 左右。据此，鱼道竖缝及淹没孔口尺寸采用0.4 m。

3.2 池室水深、净宽及长度

鱼道池室水深主要根据过鱼对象体长及池室消能要求确定，底层鱼和体型较大的成鱼相应要求较深。对于体长超过0.2 m 的鱼类，最小池室水深应大于过鱼体长的2.5 倍，据此鱼道池室水深取1.3 m。鱼道池室净宽根据过鱼对象个体尺寸及过鱼量确定，一般情况下池室净宽不应小于过鱼体长的2 倍，据此鱼道池室净宽取2 m。池室长度一般取池室净宽的1.25～1.5 倍，据此鱼道池室长度取2.5 m。

鱼道池室的尺寸直接决定池室内鱼类的休息条件和水流的消能效果。在合理尺寸下，池室尺寸越大，则鱼类的休息水域越大；池内的水流条件越好，对过鱼越有利。

3.3 进、出口设置

本工程钢坝闸运行方式如下：1）非汛期运行。9 月初至次年5 月底为非汛期运行期，工程任务主要是提高枯水期水位，改善城市水环境。闸门关闭蓄水。2）汛期运行。6 月初至8 月底汛期期间，根据天气预报情况，水情预报，制定闸门开启方案。通常情况下，闸门全部开启。

在鱼道运行期间，蓄水坝上游设计正常蓄水位10.0 m，实际运行水位一般为9.1 m。因此采用正常蓄水位减0.5 m，即9.5 m 作为出鱼口设计水位，9.1 m 为出鱼口的最低运行水位。

鱼道下游枯水位为7.0~5.3 m，过鱼季节在每年3 月份以后，闸下游水位较最低枯水位高，故采用最低枯水位5.3 m 加0.5 m，选取5.8 m 作为进鱼口最低运行水位。

3.4 休息池

一般情况下，休息池间距宜为隔板间距的10～20 倍，休息池长度不宜小于池室长度的2 倍，池底宜为水平。据前述，本项目鱼道池室长2.5 m，休息池长取5 m，每隔约25 m 设一处，即间隔10块隔板。

3.5 辅助设施

为引导鱼群顺利找到鱼道进口，保证鱼道设计达到预期的过鱼效果，本项目在鱼道进口设置喷洒水管网，借助喷洒水声及水花引诱鱼群游向鱼道进口。水管网选用直径0.3m 钢管，通过蓄水坝上游引水至进鱼口上部喷洒。

鱼道两侧墙顶部设防护栏，起到安全防护作用，防止当地村民进入鱼道捕鱼。

4 鱼道水力设计

4.1 设计流速

鱼道设计流速根据主要过鱼对象的克流能力而定，通常情况下取主要过鱼对象极限流速。具体到本项目中，鱼类的感应流速取0.2 m/s，极限流速为1.0 m/s，即鱼道的进口应保证流速在0.2~1.0 m/s 之间。据此本项目鱼道设计采用流速采用0.8 m/s。

4.2 隔板水位差

计算公式如下：

式中：v为鱼道设计流速，取0.8 m/s；g为重力加速度，9.81 m/s2；φ 为隔板流速系数，取值范围0.85～1.0。

经计算，隔板水位差0.033～0.045 m，设计选0.04 m。

4.3 鱼道底坡

鱼道底坡为隔板水位差与池室长度之比。由前述知，隔板水位差为0.04 m，池室长度为2.5 m，故鱼道底坡为0.016。

4.4 鱼道流量

计算公式如下：

式中：μ 为流量系数，取值范围0.2～0.6，本次设计取0.25；s 为竖缝宽度，取0.4 m；h0为隔板前水深，取1.3 m。

经计算，本次设计鱼道流量为0.44 m3/s。

4.5 单位水体功率耗散

计算公式如下：

式中：[E] 为单位水体功率耗散允许指标，通常采用200 W/m3；ρ 为水的密度，1 000 kg/m3；V为池内水量，约6.5 m3；其余参数同前。

经计算，本次设计鱼道单位水体功率耗散为26.6 W/m3，低于200 W/m3，满足要求。

4.6 池室数量

池室数量为鱼道最大设计水位差与隔板水位差之比。由前述，鱼道出鱼口设计水位9.50 m，进鱼口设计水位5.8 m，则最大设计水位差3.7 m；隔板水位差0.04 m。故池室数量为91.5。

结合本工程鱼道总体布置及结构型式，池室数量设计采用值为98。

4.7 鱼道总长

鱼道总长为池室与休息池总长之和。由前述，池室净长2.5 m，数量为94 个；休息池净长5 m，数量为9 个。需要注意的是，单个池室、单个休息池的长度要计入隔板厚度0.08 m。故鱼道总长为298.56 m。

结合本工程鱼道总体布置及结构型式，鱼道总长取301.5 m。

5 结论与建议

1）本次对宣城段水阳江段鱼类资源的研究主要借鉴了长江中下游的安徽芜湖段、马鞍山段相关基础资料。综合考虑相关资料，对本区段鱼类的种群结构及生态习性有了初步了解，可为同地区相关水利工程过鱼设计提供参考。

2）结合海棠湾水利枢纽流场、该区段鱼类生态习性及池室水力特性等方面的分析，对本工程鱼道展开设计研究。针对本工程钢坝闸运行方式有非汛期、汛期之分等情况确定鱼道进出口设计水位，提出双进鱼口、单出鱼口的竖缝式鱼道布置方式，确保流速及流态的平稳过渡，从而满足鱼类洄游上溯需求，提升了鱼道的过鱼效果，不仅解决了本工程过鱼问题，也可为同类型钢坝闸水利枢纽工程的过鱼设施提供借鉴。

3）工程投入运行后，对过鱼效果进行实际观测。结果表明，过鱼数量及上行鱼数量呈逐年增加的趋势，鱼道的存在有效缓解海棠湾水利枢纽工程对鱼类洄游带来的阻隔效应，促进了上下游鱼类种群的遗传交流。2022 年在本项目鱼道中观测到的鱼类约16 种，以草鱼、鲢鱼为主，尚未观测到鳙鱼、鳊鱼；个头以体长20 cm 左右的中小鱼为主。过鱼时段主要集中在当年的第二、第三季度，其中以6 月数量为最多。