大渡河安谷水电站过鱼设施改造效果研究

周武 张祺 施家月 汤优敏 孙钧键

摘要：大渡河安谷水电站建成后运行水位变更，竖缝式鱼道和仿自然通道下凿闸底板，降低高程，以保证水流条件。为了解改造后鱼道水力条件和过鱼效果，测量过鱼设施内的水位和流速，使用网捕法调查生态河道和过鱼设施内的鱼类特征，分析改造前后过鱼设施运行状况和水生生态调查结果的变化，得到以下主要结论：改造后鱼道和通道的运行保证率大幅提高，水动力条件接近设计效果；改造后调查区域内鱼类种类更丰富，部分洄游鱼类的种群数量明显增加；安谷水电站生态河道放水闸竖缝式鱼道和仿自然通道的渔获物物种组成有明显差异，鱼道和通道适用于不同鱼类，有效互补。

关键词：过鱼设施；竖缝式鱼道；仿自然通道；水生生态调查；安谷水电站

中图分类号：X176  文献标识码：A  文章编号：1001.9235（2024）01.0114.08

Study on Modification Effects of Fish Passage Facilities in Angu Hydropower Station in Dadu River

ZHOU Wu1，ZHANG Qi1*，SHI Jiayue1，TANG Youmin1，SUN Junjian1，2

（1.PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited，Hangzhou 311122，China;

2.College of Hydraulic and Environmental Engineering，Three Gorges University，Yichang 443000，China）

Abstract：Due to the changed operating water level after the building of Angu Hydropower Station in Dadu River，the gate floors of the vertical slot fishway and nature.like passage are chiseled to lower the elevation and ensure water flow conditions.In order to understand the hydraulic condition of the modified fishway and the effect of fish passing，the water level and flow velocity in the fish passage facility are measured.The features of fishes in ecological river channels and fish passage facilities are investigated through net capturing.In addition，the operation status of fish passage facilities and the changes in aquatic ecological investigation results before and after modification are analyzed.The following main conclusions are drawn.After modification，the operation guarantee rate of fishway and passage is greatly improved，and the hydrodynamic conditions are close to the design effect; there are more fish species within the survey area after modification，and the species number of some migratory fishes has increased remarkably; there are obvious differences in fish species between vertical slot fishway and nature.like passage of ecological river sluice in Angu Hydropower Station，and the two channels are suitable for different fish species，showing a complementary effect.

Keywords：fish passage facilities;vertical slot fishway;nature.like fishway;aquatic ecological investigation;Angu Hydropower Station

過鱼设施沟通了挡水建筑物阻隔的上下游水系，为鱼类提供洄游通道。常见的过鱼设施有技术型鱼道和仿自然通道［1-10］，技术型鱼道的常见形式是竖缝式［3-6］，也有孔堰式等多种形式及组合形式，仿自然通道也称为近自然鱼道［7］，布置形式多样［8-10］。不同类型的鱼道均需适应上下游水位变幅，在一定水位区间内都能正常发挥作用［11］。水位变幅较小时可允许鱼道内水深和流速在一定范围内波动；水位变幅较大时应考虑布置多个高程不同的出入口，在不同工况下选用。但一些过鱼设施未能充分考虑水位变化［12］，或者遇到设计变更，设计工况与实际运行工况不一致，需要进行改造［13-14］；也有些鱼道建成后根据监测结果，进行改造以优化水流结构［15-18］。同时，中国低水头过鱼设施的效果与欧、美、日同类工程仍有差距［19］，存在改进空间。

鱼道改造的典型研究案例有青海湖支流鱼道、汉江雅口航运枢纽鱼道、加拿大安大略省格兰德河丹尼尔鱼道。青海湖支流沙柳河、泉吉河、哈尔盖河建有4条鱼道，其中，泉吉河鱼道水流入口高程高于主河道，水流入口和闸板间有0.7 m高的斜坡，在水量较枯时，河水不能正常流入鱼道，建议拆除斜坡，下挖泉吉河鱼道［11］。汉江雅口航运枢纽鱼道改造工程中，魏萍等［13］优化了堰孔式鱼道进口段隔板，使之能够适应下游水位变动，优化后的隔板型式在下游水位为0.8 m时，能减缓鱼道进口附近池室水面线的陡降；鱼道进口段水深在0.8～1.3 m变动时，鱼道内水流条件仍能够满足鱼类上溯要求，鱼道适应下游水位变动的能力增加了0.4 m。加拿大安大略省格兰德河鱼道［15］左右岸各一条，无线电追踪结果显示，较多三文鱼被消力池尾坎下泄的水流吸引，较少三文鱼出现在左右岸鱼道入口附近，为此，改进了鱼道入口形式，将鱼道一侧挡墙从消力池尾坎下游缩短到尾坎上游，扩大入口，改造后标识回捕率显著增长，过鱼效果变好。

从以上案例可以看出，过鱼设施改造是工程实践中常见的需求，已有技术手段可以较好地提出改造方案，优化过鱼设施进出口的水动力条件，满足鱼类洄游对水流条件的需求。已有研究多关注改造方案，部分研究比较了改造前后特定鱼类的通过率，尚未涉及改造前后的鱼类种类变化情况。

本文以安谷水电站左岸生态河道放水闸竖缝式鱼道和仿自然通道为案例，研究鱼道和通道改造前后水动力条件和鱼类种群变化趋势，并对比鱼道和通道中渔获物组成差异，推断鱼道和通道适用的鱼类种类范围。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

安谷水电站库尾左侧生态河道放水闸右岸，建有一条竖缝式鱼道和一条仿自然通道，见图1。竖缝式鱼道由上至下由进口、鱼道池室、观测室、出口等组成，进口高程改造前392.80 m，出口高程397.74 m，鱼道全长340.26 m，坡度1.5%，鱼道宽度为2.5 m，单个池室长度3.2 m，共102个池室，由于鱼道坡度较小，不设休息室，竖缝宽0.4 m，与鱼道轴线成45°角；鱼道进口设计流速大于0.2 m/s，竖缝流速设计流速为1.0～1.5 m/s。仿自然通道布置在竖缝式鱼道东侧，进口高程改造前393.80 m，出口高程398.44 m，通道全长392.53 m，坡度0.10%～1.25%，通道内的水深为0.44～1.09 m，宽度3.0 m。不同于保留池式结构使用浆砌石的仿自然通道［10］，該通道进口段束窄断面，且布置蛮石槛，以营造一定的紊动，吸引上溯的鱼类，共设84处蛮石槛，断面平均设计流速为0.4～0.9 m/s。

库尾水位低于设计值，鱼道和通道的流量和水位均低于设计值，有时甚至断流，运行保证率较低，因而进行了改造。电站日调节运行，设计正常蓄水位为398 m，实际运行水位维持在397 m附近。2019年，建设单位和设计单位提出对鱼道进行优化改造，根据库区多年运行水位情况，对放水闸竖缝式鱼道和仿自然通道出口高程进行优化调整，其中竖缝式鱼道需要凿混凝土深度为27 cm，纵坡为0.1%，调整的长度约20 m，调整段底坡与下游自然衔接；仿自然通道需要凿混凝土深度为37 cm，纵坡为0.1%，调整的长度约30 m，对下游采用混凝土板渠道基本没有影响，竖缝式鱼道和仿自然通道的闸门门槽和底坎也进行了改造，闸门进行了加高，改造工程于2020年5月完成建设，经改造后，2个鱼道保持正常运行，现场见图2。

1.2 测量方法

2016年已开展一次监测，2020年改造后进行第二次监测，以验证改造效果。监测内容包含流速水深测量和鱼类种群调查。

采用LS1206B型螺旋桨流速仪对鱼道进口、竖缝流速进行测量；采用测深杆对鱼道池室水深进行测量。将测试的水文数据与设计参数对比，以评估鱼道是否正常运行。鱼道正常运行保证率为鱼道正常运行天数与监测天数的比值。

采用地笼网和3层丝网（网孔大小1～3指）在竖缝式鱼道、仿自然通道、鱼道进口下游1 km附近生态河道开展鱼类资源调查。记录每次调查所使用的网具种类和数量。渔获物调查时间为6—9月份。

鱼类捕捞起来后，依据《四川鱼类志》［21］对渔获物种类进行鉴定和分类。采用直尺测量鱼类全长和体长，采用电子天平称量体重。

使用单位捕捞努力量渔获量（Catch Per Unit Effort，CPUE）来评估生态河道区域内的鱼类资源量。

式中 M——某月的渔获物总重量，g；S——所用网具数量，副；h——捕捞时间，h；CPUE——单位捕捞努力量，g/（副·h）。

2017年在生态河道区域，使用丝网、地笼网、流刺网和定制网，连续捕捞5 d，捕捞努力量约为400 g/（副·h）；2020年在生态河道区域，使用3层丝网，6—9月每月的捕捞努力量分别为187、505、318、390 g/（副·h）。

2 结果和讨论

2.1 流速水深

2020年的监测结果显示，监测期间随库尾水位变化，竖缝式鱼道进口流速范围0～0.37 m/s；竖缝流速范围为0.21～0.89 m/s（第46号池室）；池室水深范围为7～132 cm（第82号池室）；仿自然鱼道内部流速在1～1.66 m/s。以鱼道池室水位作为标准，池室水位大于40 cm视为正常运行。鱼道设计水位为1 m，但该河段鱼类多为小型鱼类，40 cm池室水深已能满足其上溯。经统计，监测期间正常运行天数为65 d，竖缝式鱼道正常运行保证率为85.3%。仿自然通道运行情况良好，水量充沛，正常保障率为100%。流速和水深沿程分布见图3，竖缝式鱼道和仿自然通道出口附近水流为渐变流，随后形成明渠均匀流，水深和流速几乎不随距离变化，进口附近收到下游水位顶托，形成渐变流，水深变大，流速降低；由于上、下游底板高程较高，仿自然通道的水深较竖缝式鱼道浅，但仿自然通道消能效果较差，多数蛮石完全被淹没，断面平均流速较高。

2017年的监测结果显示，1号仿自然通道入口附近水深较浅，不足1.0 m，受上游水位的影响，通道内水流不连续，呈现间歇性有水的情况；竖缝式鱼道内部水流情况与仿自然通道情况基本一致，竖缝式鱼道进口长期处于淹没状态，进口处呈现回流现象，竖缝式鱼道出口附近水深最大为30 cm，竖缝口流速0.6 m/s，池室壁附近流速0.1 m/s，池室内流速基本呈现紊乱状态，鱼道内的水流受水位影响较为明显，一般是上午9：00左右鱼道内开始有水流，至下午3：00左右鱼道内水流逐渐减小直至部分区域无水。部分时段水位较出口高程低，导致鱼道在运行期间部分时间段出现无水情况。

2020年的运行状况较2017年明显好转，降低上游水流入口的高程改善了鱼道和通道内的水动力条件。

2.2 鱼类种群特征

2次3个区域的鱼类种群调查结果见表1。2017年鱼道和通道不具备进行网捕的条件，仅调查了鱼道和通道进口附近的生态河道区域；2020年调查了鱼道和通道进口附近生态河道、鱼道内部和通道内部3个区域。这两次3个区域的调查结果，蕴含着鱼类种群时空分布特征和变化规律，但限于调查次数较少，部分鱼种捕获数量较少，受到随机性的影响较大，下文讨论较显著的规律，并根据鱼类习性分析潜在的原因。

2017—2020年调查区域内鱼类种类变丰富，资源量增加。2017年，调查发现生态河道有鱼类26种，隶属于3目7科；2020年，调查发现生态河道、鱼道和通道等3个区域共有鱼类35种，隶属于3目7科。其中，2017年未调查到，2020年新增的鱼类有鲤、银鮈、花、白甲鱼、中华倒刺鲃、宽口光唇鱼、鲢、泥鳅、红尾副鳅、贝氏高原鳅、短体副鳅、峨眉后平鳅、中华鮡、粗唇鮠等14种；2017年调查到，2020年未调查到的鱼类有黑鳍鳈、似、镜鲤、黑尾、中华纹胸鮡等5种。2017年生态河道渔获物总重量5 111 g，单位捕捞努力量渔获量12.78 g/（副·h）；2020年生态河道渔获物总重量18 731 g，单位捕捞努力量渔获量13.39 g/（副·h），相比2017年上升4.8%。

2020年调查中新增的14种鱼类，鲤科占7种，鳅科占5种，鲇科和鲿科各1种。其中，鲤鱼、白甲鱼、鲢鱼等在生活史中有洄游行为，鱼道和通道的正常运行对其种群繁衍有积极影响。当前鱼道和通道正常运行时间较短，现有证据无法证明这些鱼类数量上升的原因，但仍然可以推定一系列的水生生态保护措施起到了积极作用。为了进一步确定各种措施造成的具体影响，需要更多更详尽的调查结果。改造前（2017年）后（2020年）鲤科与鲇科优势种占比见图4。

2017—2020年生态河道调查区域内鱼类体长小幅增长。所有鱼类的体长范围分别为3.8～29.8、1.5～46.5 cm，其中，2次调查蛇鮈的数量占比分别为49%和55%，是该河段的优势种，体长范围分别为5.8～13.3、5.7～13.5 cm，平均体长增长0.5%；数量占比第二多的是宽鳍鱲，2次调查体长范围分别为7.2～11.8、6.8～14.1 cm，平均体长增长10.5%；其他鱼种数量占比小，不具有代表性，不做进一步分析。2020年捕捞到最长的鱼为鲤鱼，体长46.5 cm，2017年未捕获。渔获物平均体长增长的原因主要是成鱼比例增加和鱼类种类变化。

生态河道、竖缝式鱼道和仿自然通道3个调查区域，鱼类种群数量的差异反映了鱼类对生境的选择偏好。有些鱼类不使用鱼道或通道，有些鱼类仅使用鱼道和通道的一种，有些鱼类同时使用鱼道和通道。鲤鱼、鲫鱼、银鮈、泥鳅、瓦氏黄颡鱼和粗唇鮠在下游生态河道发现较多，但未在鱼道或通道中发现，可以认为这些鱼类在调查时段不使用鱼道。麦穗鱼、短须颌须鮈、裸腹片唇鮈和子陵吻虾虎鱼在生态河道和鱼道中发现较多，而在通道中没有发现或发现较少。白甲鱼、白缘、光泽黄颡鱼和福建纹胸鮡在生态河道和通道中发现较多，而在鱼道中没有发现或发现较少。宽鳍鱲、花和凹尾拟鲿在3个调查区域均较多，可以认为这些鱼类对水流条件不挑剔。另外值得注意的是，贝氏高原鳅在鱼道中较多，在通道中较少，没有在生态河道中捕捞到。竖缝式鱼道和仿自然通道捕获鱼种对比见图5。白甲鱼和子陵吻虾虎鱼分别利用仿自然通道和竖缝式鱼道，且调查到的数量较可观，规律较显著，结合其他鱼类在仿自然通道和竖缝式鱼道的分布差异，可以认为鱼道和通道适用的鱼类种类范围是互补的。

造成鱼类空间分布差异的原因较复杂，水动力条件和鱼类生活习性可以解释部分现象。仿自然通道流速较大，游泳能力强且喜流水的鱼类较多，典型的如白甲鱼［22-23］；但并非所有在仿自然通道捕獲的鱼都有很强的游泳能力，如蛇鮈，可能是从上游被水流冲进通道。竖缝式鱼道中发现较多子陵吻虾虎鱼，该鱼有洄游习性，适应能力强［23］，本次调查结果表明该鱼很可能利用竖缝式鱼道进行洄游，但因持续游泳能力有限，无法利用仿自然通道。

3 结论和展望

3.1 结论

本文先从水动力情况入手，对比竖缝式鱼道和仿自然通道改造前后的差异；然后，审慎地分析鱼类生态调查结果，选取具有统计学显著性的数据进行分析，得到以下主要结论。

a）降低上游段底板高程后，安谷水电站生态河道放水闸鱼道和通道的运行保证率大幅提高，水动力条件接近设计效果，但鱼道下游鱼类进口淹没较深，流速较低，诱鱼效果一般，可结合诱鱼灯、诱鱼颜色等措施，提升诱鱼效果。

b）鱼道和通道改造后，调查区域内鱼类种类更丰富，部分洄游鱼类的种群数量明显增加，特别是捕捞到了该区域此前未捕捞到的银鮈、白甲鱼等14种鱼。

c）安谷水电站生态河道放水闸竖缝式鱼道和仿自然通道的渔获物物种组成有明显差异，鱼道和通道有效互补。

3.2 展望

鱼类生态调查受随机性的影响较大，给过鱼设施效果评估带来困难，可多次开展调查，降低随机误差的干扰。

网捕法无法确定过鱼设施中鱼类运动的方向，可使用无线电或声学失踪法，研究下游生态河道中洄游鱼类的运动轨迹，得到过鱼设施集鱼和过鱼的有效性。

子陵吻虾虎鱼没有被人工驯化，可用于评估生境破碎化程度［25］。可在大渡河下游开展子陵吻虾虎鱼遗传多样性研究，评估过鱼设施实现上下游鱼类基因交流的有效性。

参考文献：

［1］栾丽，彭艳，何涛，等.不同类型过鱼设施特点及适应性研究［J］.水力发电，2020，46（11）：11-14，28.

［2］郭泽云.两种主要技术型鱼道的水力特性研究进展［J］.水利科技与经济，2018，24（5）：11-14.

［3］李洋，韩雷，田振华，等.异侧竖缝式鱼道水力特性的数值模拟［J］.水电能源科学，2023，41（3）：103-107，82.

［4］谢美铃，付成华，吴一杰.新型竖缝式双池室鱼道设计及其水力特性分析［J］.人民珠江，2023，44（2）：129-133.

［5］常志强，汪靖阳，吴鑫淼，等.曲线边壁竖缝式鱼道水力特性及过鱼效果研究［J］.水电能源科学，2022，40（12）：201-204，200.

［6］柳松涛，李广宁，石凯，等.竖缝式鱼道桩柱结构过鱼效果探究［J/OL］.水生态学杂志：1-14［2023-04-12］.

［7］孙双科，张国强.环境友好的近自然型鱼道［J］.中国水利水电科学研究院学报，2012，10（1）：41-47.

［8］祝龙，胡乔一，王程，等.枞阳仿自然鱼道水流条件优化数值模拟研究［J］.中国农村水利水电，2022（6）：1-7，15.

［9］张艳艳，胡晓张，杨芳，等.仿自然型鱼道结构形式改进及水力特性试验研究［J］.人民长江，2021，52（4）：225-229.

［10］魏炳乾，黄磊，袁海石，等.竖缝式与仿自然结合鱼道水力特性及其优化［J］.水利水运工程学报，2019（4）：9-16.

［11］段鸿锋，孙治才，赵绍熙，等.高水位变幅鱼道进口布置水力学试验研究［J］.水电能源科学，2020，38（1）：116-118，73.

［12］张宏，史建全.青海湖裸鲤过鱼通道存在问题及改造建议［J］.中国水产，2009（6）：24.

［13］魏萍，王晓刚，何飞飞，等.适应下游水位变动的堰孔式鱼道进口段隔板优化研究［J］.水利水电技术（中英文），2021，52（4）：143-152.

［14］包中进，王斌，史斌，等.浙江省鱼道建设现状及典型工程分析［J］.浙江水利科技，2020，48（1）：35-39.

［15］BUNT C M.Fishway entrance modifications enhance fish attraction［J］.Fisheries Management and Ecology，2001，8（2）：95-105.

［16］MARRINER B A，BAKI A B M，ZHU D Z，et al.Field and numerical assessment of turning pool hydraulics in a vertical slot fishway［J］.Ecological Engineering，2014，63：88-101.

［17］MARRINER B A，BAKI A B M，ZHU D Z，et al.The hydraulics of a vertical slot fishway：A case study on the multi.species Vianney.Legendre fishway in Quebec，Canada［J］.Ecological Engineering，2016，90：190-202.

［18］BRAVO.CRDOBA F J，FUENTES.PREZ J F，VALBUENA.CASTRO J，et al.Turning pools in stepped fishways：Biological assessment via fish response and CFD models［J］.Water （Switzerland），2021，13（9）.DOI：10.3390/w13091186.

［19］陈求稳，张建云，莫康乐，等.水电工程水生态環境效应评价方法与调控措施［J］.水科学进展，2020，31（5）：793-810.

［20］王智娟，朱世洪，周赤，等.适合多目标种群的窄深型仿自然鱼道研究［J］.长江科学院院报，2019，36（12）：59-64，77.

［21］丁瑞华.四川鱼类志［M］.成都：四川科学技术出版社，1994.

［22］丁少波，施家月，黄滨，等.大渡河下游典型鱼类的游泳能力测试［J］.水生态学杂志，2020，41（1）：46-52.

［23］汪玲珑，王从锋，寇方露，等.北盘江四种鱼类临界游泳速度研究［J］.三峡大学学报（自然科学版），2016，38（1）：15-19.

［24］JU Y M，WU J H，KUO P H，et al.Mitochondrial genetic diversity of Rhinogobius giurinus （Teleostei：Gobiidae） in East Asia［J］.Biochemical Systematics and Ecology，2016，69：60-66.

［25］丁雪梅，颜岳辉，李强，等.南盘江破碎生境中子陵吻虾虎鱼的遗传多样性［J］.水产科学，2020，39（6）：852-862.