鄱陽湖水利樞紐工程過魚設施建設方案研究

白音包力皋，吳一紅，2

（1.中國水利水電科學研究院 水力學研究所，北京 100038；2.中國水利水電科學研究院 流域水循環(huán)模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038）

1 研究背景

鄱陽湖是我國最大的淡水湖泊，是長江水系及生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在長江流域治理、開發(fā)與保護中占有十分重要的地位。從發(fā)展鄱陽湖區(qū)糧食生產、解決湖區(qū)防洪安全及根治血吸蟲病出發(fā)，一直以來人們多次提出湖口建閘的議題。2009年1月，長江水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院和江西省水利規(guī)劃設計研究院在以往鄱陽湖控制工程有關工作基礎上編制了鄱陽湖水利樞紐項目建議書［1］，建議書改變了以往控制工程皆以防洪為主要目標的設計運行方案，綜合考慮了生態(tài)經濟區(qū)需求和三峽工程運行以來枯水季對其的影響，提出以“調枯不調洪”的設計理念規(guī)劃建設水利樞紐工程。

本文從鄱陽湖入江湖段的水文水力學特性、閘址自然地形條件、樞紐工程布置特點和運行方式等角度，探討鄱陽湖水利樞紐中的過魚設施建設方案。

2 鄱陽湖魚類洄游特征與江湖交流

鄱陽湖水系魚類資源極為豐富，按照洄游特性分為定居性和洄游性兩大類。定居性魚類包括鯉、鯽、鳊等鄱陽湖與長江之間交流的魚類和鱯類、胡子鯰、中華紋胸鮡等“五河”（贛江、信江、饒河、撫河及修水）與鄱陽湖之間交流的溪流定居性魚類兩類。鄱陽湖的洄游魚類可分為四大家魚、鳡、鳤等半洄游性和中華鱘、鰣魚、刀鱭等洄游性兩大類。其中，四大家魚的江與湖之間的交流時間約可分為開春（2—3月份）從江到湖的育肥交流期、春末（3—4月份）從湖到江的產卵交流期、產卵結束后（7—8月份）從江到湖的育肥交流期、秋末（10月份以后）開始從湖到江的越冬交流期等四個時期。鄱陽湖水利樞紐工程修建將改變水文情勢和江湖關系，季節(jié)性阻隔了長江四大家魚、銅魚、刀鱭、長春鳊和赤眼鱒等江湖洄游及河海洄游魚類的洄游通道，造成鄱陽湖與長江的魚類資源交流減少，魚類群體結構將趨于簡化，可能使鄱陽湖魚類遺傳多樣性降低，修建過魚設施、實施魚類增殖放流等措施，能在一定程度上緩解工程對魚類的不利影響［2］。

3 過魚設施建設方案

3.1 閘址湖床地形鄱陽湖水利樞紐工程擬建壩址位于鄱陽湖入長江水道，上距星子縣城約12km，下至長江匯合口約27km。閘址處湖面寬約2.8km，湖床中部底高程一般7～9m，左右側分布枯水期河槽。其中，左河槽距岸邊約250m，寬約100m，底高程一般2～5m；主泓靠右岸屏峰山，寬500～1 000m，底高程一般-5～-10m，最低高程達-15m，見圖1。

3.2 魚類江湖交流時期入江湖段水文水力學特性受贛江、信江、饒河、撫河及修水等“五河”和長江來水的雙重影響，鄱陽湖入江水道段形成重力型、倒灌型和頂托型3種基本湖流形態(tài)，水流條件極為復雜，具有小流量時水位低、流速高，大流量時水位高、流速低的特點。其中，4—6月為贛江等五河主汛期，鄱陽湖水位一般不高；7—9月為長江主汛期，湖區(qū)水位受長江洪水頂托或倒灌影響而壅高，水位長期維持高水位。10月—次年2月份湖區(qū)水位下降，最低水位一般出現(xiàn)在1—2月。這里采用壩址下游湖口站流量及上游星子站水位實測值水文數(shù)據(jù)分析四大家魚江湖交流時期入江湖段水文水力學特性。

3.2.1 初春從江到湖的育肥交流期 初春（2—3月份）時期鄱陽湖流域和長江均為枯水期，湖口站流量變化范圍為404～19 100m3/s。其中，1 000～4 000m3/s范圍的流量出現(xiàn)頻率占56.9%。2—3月份星子站水位變化范圍為7.11～17.6m。

3.2.2 春末從湖到江的產卵交流期 春末（3—4月份）四大家魚從鄱陽湖洄游至長江中上游干流或支流產卵場產卵。此間，湖口站流量變化范圍為506～20 300m3/s。其中，3 000～7 000m3/s范圍的流量出現(xiàn)頻率最高，為51.5%。相應的星子站水位變化范圍為7.51～19.88m，平均水位為12.7m。

3.2.3 產卵后從江到湖的育肥交流期 7—9月份是長江主汛期，湖區(qū)水位受長江洪水頂托或倒灌影響而壅高。其中，7月下旬至8月上旬是江水倒灌入湖最集中時期，1950—2008年間共出現(xiàn)了397d，占7、8兩個月總天數(shù)的11%。其中，0～1 000m3/s范圍的倒灌流量頻率最大，達到29%，倒灌流量頻率隨著流量的增加逐漸減少。在鄱陽湖洪水流入長江流量中，3 000～8 000m3/s范圍的流量頻率達到了55.1%。在贛江等“五河”來水和長江洪水的相互頂托作用下，星子站水位較高，最高和最低水位分別為22.52m和10.62m，平均水位為16.3m。江水倒灌入湖、介于重力型和倒灌型湖流之間的頂托型湖流為進入鄱陽湖索餌、育肥的四大家魚幼魚創(chuàng)造了低流量、高水位和低流速等有利的水流條件。

3.2.4 秋末以后從湖到江的越冬交流期 秋末以后（10月后）是鄱陽湖和長江水位逐漸下降時期，大多數(shù)長江四大家魚的成魚返回干流河床深水區(qū)越冬。此間，1 000～6 000m3/s的流量頻率占整個流量的74.7%，星子站最高水位19.39m，最低水位8.26m，平均水位12.74m。

結合壩址地形條件可知，四大家魚在2—4月份江湖間育肥交流期和產卵交流期，由于水位低，在樞紐下游形成左右兩個主河槽，均為魚類江湖交流通道，樞紐左右岸均需要考慮過魚設施建設。

3.3 樞紐布置及運行方式

3.3.1 鄱陽湖水利樞紐布置及調度運行方式 鄱陽湖水利樞紐項目建議書方案的壩軸線總長為2 986m，樞紐主體工程布置從左至右依次為土石連接壩段、船閘、泄洪閘、電站廠房和過魚建筑物。樞紐運行方式初步確定為“調枯不調洪”，具體分為蓄水期、補水期、供水期和主汛期四個運行階段。其中，蓄水期控制閘門開度，攔蓄部分汛末洪水；補水期加大樞紐泄量，以補充因三峽水庫蓄水造成的長江下游水量減少；供水期盡量使湖泊維持在調控高水位運行，按最小下泄流量控制，滿足通航、生態(tài)基流需求；主汛期敞開全部閘門，實現(xiàn)江湖連通。

3.3.2 泄水建筑物運行方式 鄱陽湖水利樞紐泄水建筑物包括泄水閘、水電站和船閘。其中，位于右岸一側的水電站在10月—次年4月進行發(fā)電運行；位于左岸一側的船閘年通航天數(shù)為335d；鄱陽湖水利樞紐共設111孔閘，自左至右分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)4個區(qū)，其中，Ⅰ區(qū)設31孔，Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)各設36孔，Ⅳ區(qū)設8孔。根據(jù)上游“五河”入湖流量，泄洪閘采用分區(qū)、分級均勻開啟的方式運行。結合鄱陽湖上游五河來流量統(tǒng)計分析和樞紐運行方式可知，1—3月份和9—12月份開啟Ⅱ區(qū)閘門泄流；4月份開啟Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)泄流；5—8月份開啟全部泄洪閘泄流。

3.4 過魚設施建設方案從樞紐布置及運行方式分析可知，5—8月為江湖聯(lián)通，對魚類影響較小，過魚設施主要解決9月—翌年4月控泄期間樞紐對魚類在江湖間交流的阻隔問題，包括四大家魚初春從江到湖的溯河育肥交流、春末從湖到江的產卵洄游以及秋末后從湖到江越冬的降河交流。

3.4.1 魚類從江到湖的溯河阻隔問題的解決方案 從壩址地形條件和水文條件分析可知，初春時期樞紐下游形成左右兩個主河槽，均為魚類江湖交流通道。另外，從泄水建筑物運行方式分析可知，樞紐下游形成兩股水流，一股為靠近右岸的電站尾水，流量大小與電站運行方式有關；另一股為靠近左岸的船閘和Ⅱ區(qū)閘門泄流所形成的水流，流量大小與船閘和Ⅱ區(qū)閘門泄流運行有關。上述兩股水流對江湖交流的魚類均產生不同程度的誘導作用，因此樞紐左、右岸均需要建設過魚設施。右岸過魚設施可充分考慮水電站尾水的誘魚作用，可在電站右側布置一座過魚設施。為了不影響閘壩泄洪能力，建議右岸Ⅰ區(qū)泄洪閘兩端的泄洪閘采用閘門與魚道相結合的鎖式魚道型式，既可作為泄洪運行，又可作為過魚設施運行。

另外，鄱陽湖水利樞紐船閘為三線單級船閘，位于樞紐左岸，設計水頭為8.9m，屬于中低水頭船閘。根據(jù)國內外工程經驗可知，該船閘具備了過魚的條件。為了達到船閘過魚目的，需要營造誘魚水流使魚類進入下游外室，然后在下游閘門打開時進入船閘的中心部位。這類操作在船閘的正常運行中通常是禁止的，需要制定相應的調度規(guī)程。

3.4.2 魚類從湖到江的降河阻隔問題的解決方案 國內外水電站運行結果表明，很多魚類能夠成功通過軸流式水輪機和轉槳式水輪機。其死亡率與水輪機型式、上下游水位差和魚的種類有關，且隨上下游水位差的增加而增加。加拿大的某些水電站運行監(jiān)測資料表明，鰻魚長度為88cm的情況下，轉槳式水輪機的死亡率為24.9%，而軸流式水輪機的死亡率為14.8%。直徑大而轉速低的水輪機對魚類的存活是有利的。因此，鄱陽湖水利樞紐水電站在水輪機選型和運行時可適當考慮過魚問題。

另外，在3—4月和10月魚類降河洄游時，部分魚類隨著水流游向開啟運行的泄洪閘。魚類通過泄洪設施的死亡率主要取決于上下游的水位落差，在落差小于10m的情況下，死亡率較低［3］。鄱陽湖魚類降河洄游時期，上下游水位差在10m以內，閘室段水流的突然加速和消力池內水流的減速等過程時間較短，對魚類造成的不利影響是有限的。因此，結合水位監(jiān)測，調整泄洪閘運行方式也可部分解決魚類降河問題。

4 結語

本文從鄱陽湖入江湖段水文水力學特性、閘址地形、樞紐布置和運行方式等角度分析了樞紐工程的過魚設施建設方案，提出了通過樞紐左右岸修建過魚設施、船閘和泄洪閘的生態(tài)調度和水輪機選型的魚類江湖間交流方案。另外，魚類通過過魚設施是一個復雜的科學和技術問題，與魚類生態(tài)習性、過魚設施以及整個樞紐工程調度運行密切相關。因此，在系統(tǒng)調查研究鄱陽湖的江湖交流魚種及其生態(tài)習性的基礎上，需要提出適合鄱陽湖魚類的魚道型式和其他魚類保護措施，進一步優(yōu)化工程布置方案和閘門運行方式，盡量降低樞紐建設對魚類的影響。

［1］長江水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院，江西省水利規(guī)劃設計院.鄱陽湖水利樞紐工程項目建議書［R］.2009.

［2］中國水利水電科學研究院.鄱陽湖水利樞紐工程對魚類影響研究［R］.北京：中國水利水電科學研究院，2010.

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