白音包力皋，吳一紅，2

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水力學(xué)研究所，北京 100038；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038）

1 研究背景

鄱陽湖是我國(guó)最大的淡水湖泊，是長(zhǎng)江水系及生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在長(zhǎng)江流域治理、開發(fā)與保護(hù)中占有十分重要的地位。從發(fā)展鄱陽湖區(qū)糧食生產(chǎn)、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(zhǎng)江水利委員會(huì)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院和江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院在以往鄱陽湖控制工程有關(guān)工作基礎(chǔ)上編制了鄱陽湖水利樞紐項(xiàng)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(biāo)的設(shè)計(jì)運(yùn)行方案，綜合考慮了生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)需求和三峽工程運(yùn)行以來枯水季對(duì)其的影響，提出以“調(diào)枯不調(diào)洪”的設(shè)計(jì)理念規(guī)劃建設(shè)水利樞紐工程。

本文從鄱陽湖入江湖段的水文水力學(xué)特性、閘址自然地形條件、樞紐工程布置特點(diǎn)和運(yùn)行方式等角度，探討鄱陽湖水利樞紐中的過魚設(shè)施建設(shè)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(zhǎng)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(shí)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(chǎn)卵交流期、產(chǎn)卵結(jié)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(gè)時(shí)期。鄱陽湖水利樞紐工程修建將改變水文情勢(shì)和江湖關(guān)系，季節(jié)性阻隔了長(zhǎng)江四大家魚、銅魚、刀鱭、長(zhǎng)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(zhǎng)江的魚類資源交流減少，魚類群體結(jié)構(gòu)將趨于簡(jiǎn)化，可能使鄱陽湖魚類遺傳多樣性降低，修建過魚設(shè)施、實(shí)施魚類增殖放流等措施，能在一定程度上緩解工程對(duì)魚類的不利影響［2］。

3 過魚設(shè)施建設(shè)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(zhǎng)江水道，上距星子縣城約12km，下至長(zhǎng)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(cè)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(dá)-15m，見圖1。

3.2 魚類江湖交流時(shí)期入江湖段水文水力學(xué)特性受贛江、信江、饒河、撫河及修水等“五河”和長(zhǎng)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(fù)雜，具有小流量時(shí)水位低、流速高，大流量時(shí)水位高、流速低的特點(diǎn)。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(zhǎng)江主汛期，湖區(qū)水位受長(zhǎng)江洪水頂托或倒灌影響而壅高，水位長(zhǎng)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(shí)測(cè)值水文數(shù)據(jù)分析四大家魚江湖交流時(shí)期入江湖段水文水力學(xué)特性。

3.2.1 初春從江到湖的育肥交流期 初春（2—3月份）時(shí)期鄱陽湖流域和長(zhǎng)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(chǎn)卵交流期 春末（3—4月份）四大家魚從鄱陽湖洄游至長(zhǎng)江中上游干流或支流產(chǎn)卵場(chǎng)產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)卵后從江到湖的育肥交流期 7—9月份是長(zhǎng)江主汛期，湖區(qū)水位受長(zhǎng)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(shí)期，1950—2008年間共出現(xiàn)了397d，占7、8兩個(gè)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(dá)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(zhǎng)江流量中，3 000～8 000m3/s范圍的流量頻率達(dá)到了55.1%。在贛江等“五河”來水和長(zhǎng)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(jìn)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(zhǎng)江水位逐漸下降時(shí)期，大多數(shù)長(zhǎng)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(gè)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(jié)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(chǎn)卵交流期，由于水位低，在樞紐下游形成左右兩個(gè)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(shè)施建設(shè)。

3.3 樞紐布置及運(yùn)行方式

3.3.1 鄱陽湖水利樞紐布置及調(diào)度運(yùn)行方式 鄱陽湖水利樞紐項(xiàng)目建議書方案的壩軸線總長(zhǎng)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(yùn)行方式初步確定為“調(diào)枯不調(diào)洪”，具體分為蓄水期、補(bǔ)水期、供水期和主汛期四個(gè)運(yùn)行階段。其中，蓄水期控制閘門開度，攔蓄部分汛末洪水；補(bǔ)水期加大樞紐泄量，以補(bǔ)充因三峽水庫(kù)蓄水造成的長(zhǎng)江下游水量減少；供水期盡量使湖泊維持在調(diào)控高水位運(yùn)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(shí)現(xiàn)江湖連通。

3.3.2 泄水建筑物運(yùn)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(cè)的水電站在10月—次年4月進(jìn)行發(fā)電運(yùn)行；位于左岸一側(cè)的船閘年通航天數(shù)為335d；鄱陽湖水利樞紐共設(shè)111孔閘，自左至右分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)4個(gè)區(qū)，其中，Ⅰ區(qū)設(shè)31孔，Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)各設(shè)36孔，Ⅳ區(qū)設(shè)8孔。根據(jù)上游“五河”入湖流量，泄洪閘采用分區(qū)、分級(jí)均勻開啟的方式運(yùn)行。結(jié)合鄱陽湖上游五河來流量統(tǒng)計(jì)分析和樞紐運(yùn)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(shè)施建設(shè)方案從樞紐布置及運(yùn)行方式分析可知，5—8月為江湖聯(lián)通，對(duì)魚類影響較小，過魚設(shè)施主要解決9月—翌年4月控泄期間樞紐對(duì)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(chǎn)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(shí)期樞紐下游形成左右兩個(gè)主河槽，均為魚類江湖交流通道。另外，從泄水建筑物運(yùn)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(yùn)行方式有關(guān)；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(yùn)行有關(guān)。上述兩股水流對(duì)江湖交流的魚類均產(chǎn)生不同程度的誘導(dǎo)作用，因此樞紐左、右岸均需要建設(shè)過魚設(shè)施。右岸過魚設(shè)施可充分考慮水電站尾水的誘魚作用，可在電站右側(cè)布置一座過魚設(shè)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(jié)合的鎖式魚道型式，既可作為泄洪運(yùn)行，又可作為過魚設(shè)施運(yùn)行。

另外，鄱陽湖水利樞紐船閘為三線單級(jí)船閘，位于樞紐左岸，設(shè)計(jì)水頭為8.9m，屬于中低水頭船閘。根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)可知，該船閘具備了過魚的條件。為了達(dá)到船閘過魚目的，需要營(yíng)造誘魚水流使魚類進(jìn)入下游外室，然后在下游閘門打開時(shí)進(jìn)入船閘的中心部位。這類操作在船閘的正常運(yùn)行中通常是禁止的，需要制定相應(yīng)的調(diào)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(guó)內(nèi)外水電站運(yùn)行結(jié)果表明，很多魚類能夠成功通過軸流式水輪機(jī)和轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。其死亡率與水輪機(jī)型式、上下游水位差和魚的種類有關(guān)，且隨上下游水位差的增加而增加。加拿大的某些水電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)資料表明，鰻魚長(zhǎng)度為88cm的情況下，轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的死亡率為24.9%，而軸流式水輪機(jī)的死亡率為14.8%。直徑大而轉(zhuǎn)速低的水輪機(jī)對(duì)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(jī)選型和運(yùn)行時(shí)可適當(dāng)考慮過魚問題。

另外，在3—4月和10月魚類降河洄游時(shí)，部分魚類隨著水流游向開啟運(yùn)行的泄洪閘。魚類通過泄洪設(shè)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(shí)期，上下游水位差在10m以內(nèi)，閘室段水流的突然加速和消力池內(nèi)水流的減速等過程時(shí)間較短，對(duì)魚類造成的不利影響是有限的。因此，結(jié)合水位監(jiān)測(cè)，調(diào)整泄洪閘運(yùn)行方式也可部分解決魚類降河問題。

4 結(jié)語

本文從鄱陽湖入江湖段水文水力學(xué)特性、閘址地形、樞紐布置和運(yùn)行方式等角度分析了樞紐工程的過魚設(shè)施建設(shè)方案，提出了通過樞紐左右岸修建過魚設(shè)施、船閘和泄洪閘的生態(tài)調(diào)度和水輪機(jī)選型的魚類江湖間交流方案。另外，魚類通過過魚設(shè)施是一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)和技術(shù)問題，與魚類生態(tài)習(xí)性、過魚設(shè)施以及整個(gè)樞紐工程調(diào)度運(yùn)行密切相關(guān)。因此，在系統(tǒng)調(diào)查研究鄱陽湖的江湖交流魚種及其生態(tài)習(xí)性的基礎(chǔ)上，需要提出適合鄱陽湖魚類的魚道型式和其他魚類保護(hù)措施，進(jìn)一步優(yōu)化工程布置方案和閘門運(yùn)行方式，盡量降低樞紐建設(shè)對(duì)魚類的影響。

［1］長(zhǎng)江水利委員會(huì)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.鄱陽湖水利樞紐工程項(xiàng)目建議書［R］.2009.

［2］中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.鄱陽湖水利樞紐工程對(duì)魚類影響研究［R］.北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2010.

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