曹娥江大閘樞紐工程魚道設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王 軍，陳 舟

（浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

曹娥江大閘樞紐工程魚道設(shè)計(jì)與實(shí)踐

王 軍，陳 舟

（浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

介紹了魚道設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過系統(tǒng)研究曹娥江洄游生物種類及生活習(xí)性的基礎(chǔ)上，結(jié)合模型試驗(yàn)，研究魚道布置及結(jié)構(gòu)型式，為魚類暢游創(chuàng)造條件。在曹娥江大閘運(yùn)行階段，對魚道運(yùn)行方式進(jìn)行了有益的探索，通過監(jiān)測魚道實(shí)際流速和魚類洄游種類、數(shù)量，分析研究洄游生物的實(shí)際洄游方式和規(guī)律，及時(shí)調(diào)整魚道運(yùn)行方式，取得了良好的過魚效果。

水閘；魚道設(shè)計(jì)；魚道運(yùn)行

1 工程概況

曹娥江大閘位于浙江省紹興市，錢塘江下游南岸主要支流曹娥江河口，距紹興市約30 km。擋潮泄洪閘共28孔，單孔凈寬20.0 m，總寬697.0 m。工程設(shè)計(jì)泄洪流量11 030 m3/s，工程總投資12.5億元，為大（1）型水閘工程，Ⅰ等工程。

魚道設(shè)計(jì)相對較為復(fù)雜，國內(nèi)尚且沒有成功的案例可以借鑒。國內(nèi)一些類似工程也設(shè)置了魚道，受河道淤積影響，運(yùn)行效果一般，大多處于停運(yùn)或半停運(yùn)狀態(tài)。曹娥江江道存在鰻鱺、中華絨鰲蟹 等洄游性水生生物，為了盡量減輕工程對水生生物的影響，在大閘左側(cè)堤防與右側(cè)導(dǎo)流堤各設(shè)置1條魚道，左岸魚道長507.0 m，右岸魚道長451.0 m[1]。從曹娥江大閘魚道試運(yùn)行情況看，魚道有洄游性魚類通過，達(dá)到了設(shè)置魚道的目的。

2 魚道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

曹娥江大閘魚道設(shè)計(jì)首先要確定設(shè)幾條魚道和魚道寬度。魚道寬度視魚道的重要性、過魚量及河道寬度而定，一般過魚量多、河道較寬時(shí)，寬度要大些，亦可在河道中布置2座以上魚道。本工程閘下河道寬約700.0 m，如何使魚類在河道中順利找到魚道入口，成為提升魚道過魚能力的關(guān)鍵因素之一。魚道布置主要結(jié)合工程布置自身特點(diǎn)，水閘是主放水通道，魚類有溯流特性，因此在大閘左岸堤防、右岸導(dǎo)流堤具備良好的布置條件，各布置1條魚道，取下限布置2條魚道。魚道寬度一般為2.0 ～ 3.0 m[2]，參照附近類似工程，魚道凈寬取為2.0 m。

曹娥江大閘魚道設(shè)計(jì)過程中首先要弄清曹娥江洄游性水生生物的生活習(xí)性；其次是魚道條件能否為各種魚類提供所需要的水力條件。魚道水力條件，必須滿足2個(gè)要求：一是過魚孔中的流速要小于過魚對象所能克服的流速；二是池室流態(tài)要適應(yīng)不同習(xí)性、規(guī)格魚類的游動(dòng)。

曹娥江江道目前存在鰻鱺、中華絨鰲蟹等洄游性水生生物，為了盡量減輕工程對水生生物的影響，結(jié)合大閘的總體布置，在大閘左側(cè)堤防與右側(cè)導(dǎo)流堤設(shè)置魚道。根據(jù)江蘇省淡水水產(chǎn)研究所和原河北省水產(chǎn)局有關(guān)魚類原實(shí)測試驗(yàn)成果，其克服流速能力見表1[3]。

表1 魚類克服流速能力的實(shí)測值表

經(jīng)過魚流速的計(jì)算，魚道計(jì)算全長為521.4 m，結(jié)合水工模型試驗(yàn)成果魚道長度取500.0 m，在實(shí)施過程中結(jié)合樞紐兩岸實(shí)際進(jìn)行布置。魚道布置見圖1。

圖1 曹娥江大閘樞紐工程平面布置示意圖

魚道結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)上盡量考慮魚類的生活習(xí)性。幼魚一般有選擇向陽、避風(fēng)和沿岸前進(jìn)的習(xí)性，所以魚道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量考慮開敞結(jié)構(gòu)，除了魚道中間穿堤（壩）段為封閉式箱形結(jié)構(gòu)以外，魚道上、下游段均為開敞式矩形槽結(jié)構(gòu)，魚道典型斷面見圖2。為了便于洄游魚類找到魚道進(jìn)口，在左、右岸下游堤防上設(shè)魚道進(jìn)口控制段，呈喇叭口形狀布置。為了便于過魚觀測，在魚道中間段各設(shè)1座地下式魚道觀察室。觀察室內(nèi)設(shè)攝像機(jī)，透過水下玻璃窗監(jiān)測魚類活動(dòng)情況。

圖2 魚道典型斷面圖 單位：m

隔板式魚道每隔10 ～ 20塊隔板宜設(shè)置1個(gè)休息室，休息室長度不宜小于2倍池室長度。池室凈長可取池室凈寬的1.25 ～ 1.50倍[4]。本工程池室長度3.0 m，魚道每隔30.0 m（間隔10塊隔板）設(shè)魚類休息池，休息池尺寸為2.0 m（寬）×6.0 m（長）×2.3 m（設(shè)計(jì)水深）。魚道隔板在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了魚類的生活習(xí)性，便于魚類各行其道。鰻苗喜歡在水流表層游動(dòng)，因此隔板采用溢流堰式，頂部側(cè)壁位置設(shè)1孔口；幼蟹喜歡在水流底層爬行，因此在隔板底部設(shè)1孔口。為了使水流平順，并避免銳緣觸傷魚類，對溢流堰堰頂及底孔進(jìn)出口上緣進(jìn)行了鈍化處理。

3 魚道物理模型試驗(yàn)成果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證試驗(yàn)成果的可靠性，實(shí)測了左、右岸魚道各特征斷面及特征點(diǎn)位置流速流量數(shù)據(jù)，并對實(shí)測與試驗(yàn)2種工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。在具體實(shí)測過程中，由于閘下潮位變化很快，實(shí)測工況與試驗(yàn)工況稍有不同。除了個(gè)別測點(diǎn)數(shù)據(jù)有些異常外，總體上呈現(xiàn)以下規(guī)律：①左岸魚道實(shí)測流速分布在0.16 ～ 0.49 m/s，右岸魚道實(shí)測流速分布在0.15 ～ 0.50 m/s，流速大多分布于魚類喜愛流速范圍內(nèi)，實(shí)測最大均不超出魚類極限流速；②隔板底孔實(shí)測流速略小于試驗(yàn)工況流速，隔板堰頂實(shí)測流速稍大于試驗(yàn)工況流速[5]。

4 魚道運(yùn)行方式探索

曹娥江每年鰻鱺魚、蟹苗、鯔魚苗和鱸魚苗的上溯洄游時(shí)間分別為3月、6月上半月、3月下旬— 4月上旬和5月下旬— 6月上旬；其成體的江河生殖洄游高峰時(shí)間分別為10月上旬— 11月上旬和12月。

本工程的魚道采用開放式運(yùn)行方式，與通過尋找最適合魚類洄游的條件來控制魚道的運(yùn)行方式相比，提供完全開放的魚道讓魚類主動(dòng)把握洄游時(shí)間主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①有利于過魚時(shí)間的延長。除潮位特別高的天文大潮時(shí)間外，其余時(shí)間均開啟閘門運(yùn)行魚道，過魚歷時(shí)長，過魚數(shù)量增加；②有利于適應(yīng)不同魚類的洄游條件。由于運(yùn)行過程中，上下游水頭差、流速、流量等水力條件變化情況的增加，更有利于不同洄游性魚類找到適合自己洄游所需的條件；③有利于魚類尋找洄游路徑。全天候的開放式運(yùn)行，更有利于魚類在任何時(shí)候都能找到暢通的洄游通道；④可以起到誘魚作用。

開放式運(yùn)行方式主要不足之處：①下游潮水倒灌；②淡水泄放量增加。由于本工程的下游漲潮歷時(shí)較短，且高潮位（農(nóng)歷七八月的天文大潮除外）基本低于或略高于上游水位，可以忽略倒灌潮水對上游河道水質(zhì)產(chǎn)生的影響，2016年1 — 11月對閘上主要檢測斷面的水質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果顯示，曹娥江干流水均優(yōu)于Ⅲ類。且魚道流量較小，運(yùn)行期的淡水泄放量也基本不會(huì)對上游淡水資源利用產(chǎn)生影響。

2010年3月下旬至4月初共選6 d對右岸魚道過魚情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，魚道內(nèi)魚種類和數(shù)量較多，捕獲的咸淡水和溯河降海魚類有鯔魚、刀鱭、鮻、鰻鱺、鱸魚、間下鱵、中華海鯰、弓斑東方鲀、暗紋東方鲀和中華絨螯蟹等，其中鯔魚苗數(shù)量較多，為126條，中華絨鰲蟹苗11只，捕獲魚類大部分為仔魚，成體數(shù)量較少。

5 經(jīng)驗(yàn)與建議

5.1 經(jīng) 驗(yàn)

（1）認(rèn)真調(diào)查研究河道洄游水生生物種類和生活習(xí)性，做好基礎(chǔ)資料的搜集工作。

（2）魚道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以“魚”為本，設(shè)計(jì)在充分研究洄游生物的生活習(xí)性基礎(chǔ)上，確定魚道型式，滿足各種洄游生物通行要求。

（3）通過物理模型試驗(yàn)，研究魚道布置及結(jié)構(gòu)型式對水力條件的影響，特別對洄游生物洄游的影響，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，同時(shí)完善細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，為洄游魚類暢游創(chuàng)造最佳條件。

（4）結(jié)合魚類 的生活習(xí)性，制定合理的調(diào)度方案，監(jiān)測魚道實(shí)際流速和魚類洄游種類、數(shù)量，分析研究洄游生物的實(shí)際洄游方式和規(guī)律，及時(shí)調(diào)整魚道運(yùn)行方式，確保魚道最佳過魚效果。

5.2 建 議

（1）為進(jìn)一步提高過魚效果，可以借鑒國外過魚建筑物的成功經(jīng)驗(yàn)，下一步可在魚道進(jìn)口設(shè)置攔魚、導(dǎo)魚和誘魚設(shè)施。

（2）本工程處于錢塘江河口，結(jié)構(gòu)受強(qiáng)涌潮沖擊影響較大，為了避免魚道進(jìn)口軸線與潮向正交，創(chuàng)造良好的過魚環(huán)境，魚道分別布置左、右岸堤防上，過魚建筑物采用開敞式矩形槽結(jié)構(gòu)。今后如有類似工程，內(nèi)河過魚建筑物可考慮采用生態(tài)河道型式（寬淺型）或者兩者結(jié)合的型式，結(jié)構(gòu)布置可以考慮魚道進(jìn)口與河道整體水流方向一致，進(jìn)一步增強(qiáng)魚道的生態(tài)性。

（3）目前過魚監(jiān)測僅通過魚道內(nèi)捕獲魚類情況進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，增加了監(jiān)測的難度和隨機(jī)性。需進(jìn)一步完善魚道過魚監(jiān)測技術(shù)手段，更全面系統(tǒng)地掌握魚道洄游生物洄游效果和規(guī)律，為制定更合理的運(yùn)行方案提供依據(jù)。

[1] 陳舟,涂成杰，王軍，等.浙江省曹娥江大閘樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告(報(bào)批稿)[R].杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院,2005.

[2] 索麗生,劉寧,高安澤，等.水工設(shè)計(jì)手冊[M].2版.北京：中國水利水電出版社，2013.

[3] 南京水利科學(xué)研究所.魚道[M].北京：中國電力出版社,1982.

[4] 中華人民共和國水利部.SL609 — 2013 水利水電工程魚道設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

[5] 浙江省水利河口研究院.曹娥江大閘魚道水工模型試驗(yàn)研究報(bào)告[R].杭州：浙江省水利河口研究院，2006.

（責(zé)任編輯 姚小槐）

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1008 - 701X(2017)05 - 0051 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.05.015

2017-03-23

王 軍(1978 - )，男，高級工程師，碩士，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)、咨詢工作。