乌东德水电站尾水集鱼平台集鱼效果影响因素分析

张季，李振，祝志林

摘要：为研究乌东德水电站尾水集鱼平台集鱼效果与诱鱼措施、下游水文要素等影响因素之间的关系，通过分析2021年4～10月乌东德水电站右岸尾水集鱼平台运行数据以及同期水文数据，采用数据对比分析法初步提出了水文指标变化与集鱼效果之间的趋势关系。数据分析显示：金沙江中游江段投放肉食型饵料诱鱼增益效果更好；6～7月开启灯光诱鱼，可显著提升光照敏感鱼类的收集率；短時间的下泄流量增加对刺激鱼类洄游，增加集鱼数量没有明显作用，而超过5 d以上连续的下泄流量增加可以刺激鱼类洄游，提升集鱼数量。研究成果可为优化金沙江中游水电站生态调度以及提升集鱼系统集鱼效率提供支撑。

关键词：尾水集鱼； 灯光诱鱼； 饵料诱鱼； 水位变化； 水温

中图法分类号：S956.3                   文献标志码：A                   DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.03.017

文章编号：1006-0081（2024）03-0104-07

0引言

水利水电工程大坝建设对鱼类的主要影响表现在阻隔了坝上、下鱼类之间的交流通道与阻断其洄游线路。为减缓工程实施对鱼类的影响，中国近20 a间建设的大型水利枢纽、水电站等因地制宜建设了鱼道、升鱼机、集鱼船或网捕过坝等过鱼设施，对于超过50 m的高坝大多采用网捕过坝或升鱼机（集鱼平台）的过鱼方式［1-3］。无论采取何种方式，其运行效果的核心是集鱼，通过水流吸引辅以饵料、灯光、拦鱼等措施，驱使更多鱼类往设计的通道上溯，集鱼效果越好，过鱼数量越多，过鱼设施的生态效益发挥就更充分。开展集鱼效果影响因素研究是优化水利水电工程过鱼设施设计与运行，使其充分发挥生态保护功能的重要环节。

已有学者对鱼道类过鱼设施集鱼效果开展研究，如薛守宁［4］提出鱼类上溯与季节、水温和下泄流量均有关联，但如何关联和作用的系统化数据分析还较欠缺；王珂等［5］提出不同鱼类对水体紊动强度有着不同偏好，但该研究仅限于荆江河段，金沙江中游鱼类种类差异与之较大，对于水体流量的偏好也明显不同。在此基础上，采用升鱼机类型的高坝水电站或水利枢纽工程对集鱼效果的研究更为缺乏。

乌东德水电站坝顶高程为988 m，最大坝高270 m，建设右岸尾水集鱼平台过鱼，采用集升鱼机和集鱼平台为一体的过鱼措施。本文基于2021年4～10月右岸尾水集鱼平台运行数据进行分析，从诱鱼措施效果，集鱼时长、水文指标对集鱼效果的响应关系、无鱼状态分析等4个方面进行研究，分析了该河段不同诱鱼措施的有效性，初步判断并首次提出了该江段水文指标变化与发电尾水集鱼效率之间的关系，填补了高坝大库水利水电工程坝下集鱼影响因素分析的空白，可为优化金沙江中游水电站生态调度以及提升集鱼系统集鱼效率提供支撑。

1工程概况

乌东德水电站位于云南省禄劝县和四川省会东县交界的金沙江干流上，是金沙江下游河段4个水电梯级——乌东德、白鹤滩、溪洛渡和向家坝中的第一个梯级。乌东德水电站采用右岸尾水集鱼平台+运鱼车+放流船的系统实现坝下鱼类收集、提升、分拣装载、运输过坝、运输放流的过鱼全流程。集鱼设施布置在电站尾水，于左右岸分别采用集鱼箱、固定集鱼站+集鱼箱的集鱼方式，平台布置及实景图见图1～2［6-10］。2021年1月，右岸固定集鱼站安装完成进入调试运行阶段，根据调试运行情况，后续对集鱼箱结构及相关构件进行了优化，4月进入试验性运行阶段。2021年全年，右岸尾水集鱼平台集鱼箱下水提升1 094次，集鱼站单日集鱼数量最高为1 914尾，单次集鱼数量最高为861尾，集鱼总数量为29 467尾，种类为48种。

2研究方法

本文主要采用数据分析法，收集了2021年4月1日至10月30日右岸固定尾水集鱼平台运行数据共20 359组，包括单次集鱼下放及抬升时间，集鱼数量及种类等；诱鱼措施实施数据4 146组，包括饵料诱鱼和灯光诱鱼数据，同时结合该时间段小时坝下流量、水位、水温等数据进行比对分析，将单日（单次）集鱼数量与可能影响集鱼效果的诱鱼措施以及水文要素进行对比分析。

诱鱼措施效果分析主要采用同工况或类似工况分析比对法，即同月类似水文条件下，有诱鱼措施与无诱鱼措施，或不同类型诱鱼措施实施与单次集鱼数量的关联性分析。

水文要素分析主要采用日均水文数据与日集鱼数据图形比对法，并结合中国已有并普遍认可的水文条件变化对鱼类洄游的影响研究结论，初步判断和提出了该河段水文指标变化与集鱼效果之间的趋势响应关系。

集鱼空箱情况分析筛选单次集鱼数量为零的典型工况，并比对该工况下机组运行和出力情况、坝下河段流量、水温等数据，分析和发现可能造成集鱼空箱的原因，并进行总结。

3主要集鱼时段分析

通常认为，长江流域河流主要过鱼时段为3～8月。乌东德水电站右岸尾水集鱼平台4～10月共集鱼689次，集鱼28 922尾（9月由于上游来水持续超过8 000 m3/s，为保障集鱼设施安全仅运行6 d），各月份集鱼数量见图3。从过鱼数量月均分布数据分析认为，金沙江中游江段主要过鱼时段应为6～10月，造成这一偏差的原因初步分析为水温差异［11-13］。金沙江中游江段多年平均水温较金沙江下游江段低1.0 ℃（龙街站、巧家站两个水文站多年平均水温为16.6，17.6 ℃），根据屈霄等［14］相关研究，水温低的河段鱼类腺性发育较长江干流河段鱼类要迟滞一些，因此洄游产卵的时间也会滞后一些。

4诱鱼措施作用效果分析

乌东德水电站集鱼系统诱鱼措施主要包括拦鱼电栅、投饵诱鱼和灯光诱鱼3种，拦鱼电栅安装在集鱼设施后部，运行时采取常开状态，投饵诱鱼和灯光诱鱼在集鱼系统运行时经历启闭的不同状态。通过分析投饵诱鱼和灯光诱鱼启闭工况下集鱼效果，可以评估这2类诱鱼措施的有效性。

4.1投饵诱鱼

投饵诱鱼主要采用混合型与肉食型2种饵料，4～10月集鱼期间，共进行投饵诱鱼集鱼24次，其中混合型饵料21次，肉食型饵料3次，投饵诱鱼集鱼数据见表1。

根据投饵诱鱼集鱼数量分析，4～6月混合饵料投放的共21次集鱼实验中，投饵单次集鱼数量与同期月均无饵单次集鱼数量相比，投饵料不会显著提升单次集鱼效果；5月进行的6次肉食型饵料投放实验中，投饵单次集鱼数量高于同期月均集鱼数量。由于肉食型投饵实验次数较少，为分析其典型性，比对肉食型投饵实验前后5 d内，水文条件近似、非投饵状态的集鱼效率，发现非投饵状态下单次集鱼数量为4.5尾，仍低于投饵工况6.3尾的平均值，因此初步分析认为，该江段投放肉食型饵料诱鱼增益效果更好，这与朱其广等［15］对于金沙江中下游鱼类生态学相关研究的结论是相符的。

4.2灯光诱鱼

右岸集鱼系统采用白蓝绿三色灯光诱鱼，灯光诱鱼装置安置在进鱼斗前，4～10月灯光诱鱼开启87 d，有灯光诱鱼工况下集鱼324次，集鱼11 878尾，数据分析统计见表2。

根据开启灯光诱鱼集鱼数量分析，4～6月开启灯光情况下单次集鱼量略高于月均水平，进入7月后，中华沙鳅等喜流水、营底栖生活的鱼类上溯数量激增，这类鱼对光照敏感，开启诱鱼灯后，单次集鱼数量显著提升。因此初步认为，进入6～7月鱼类上溯高峰期，开启灯光诱鱼可显著提升集鱼系统对中华沙鳅、细鳞裂腹鱼等光照敏感鱼类的收集率，李祖祥等［16］诱驱鱼灯光试验研究的结论也与本次研究结论类似。

4.3集鱼时间对集鱼效果的影响分析

集鱼时间也是诱鱼的重要因素。乌东德水电站尾水集鱼平台2021年试运行期间，每日每次运行试验分为不同的集鱼时间，其单次集鱼时间主要分为≤1 h，1～2 h，2～3 h，≥3 h四种时间区段。根据不同集鱼时间的渔获量分析，在4，5，9三个非主要集鱼月份，集鱼系统单次集鱼1～2 h，2～3 h渔获量差异不大，集鱼时间≤1 h则集鱼效果较差；在6，7，8三个主要集鱼月份，集鱼2～3 h的渔获量较集鱼1～2 h有明显提升，而集鱼时间若大于3 h，单次渔获量反而显著下降，分析认为单次集鱼时间过长会使得进入集鱼箱的鱼找到脱困的路径从而出逃，因此从设备维护（集鱼系统运行频次越高，故障率及维护成本越高）以及集鱼效果保障角度考虑，集鱼系统单次集鱼时间控制在2～3h最为适宜。4～10月集鱼时间对应单次集鱼数量分析见图4。

5水文要素对集鱼效果的影响

5.1下泄流量与集鱼效果的关联性分析

通常认为水库下泄流量的变化与坝下鱼类洄游上溯的数量存在一定的关联性［17］，通过分析4，5，6，7，8，10月乌东德水电站下泄流量与集鱼数量数据（图5），同时对典型流量变化场景进行独立研判后，认为该河段坝下流量变化与集鱼数量存在以下关联性。

（1） 短时间（1～3 d）下泄流量增加对刺激鱼类洄游及增加集鱼数量没有明显作用。4～10月下泄流量短期涨跌频繁，1～3 d短时间内流量增加与集鱼数据的变化没有明显的趋势关联。例如4月21日至22日日均下泄流量从1 608 m3/s上涨至4 940 m3/s，集鱼数量从20尾下降至13尾，而4月26日至27日日均下泄流量从2 029 m3/s上涨至4 044 m3/s，集鱼数量从5尾增加至11尾，此类短期下泄流量的增加与集鱼数量的变化有时呈正向关系有时呈逆向，因此分析认为短期下泄流量的增加与集鱼数量没有明显的关联作用。

（2） 5 d及以上连续的下泄流量增加可以刺激鱼类洄游，提升集鱼数量。从4，5，6，7，8，10月的坝下日均流量与集鱼量数据叠加分析，5 d及以上的下泄流量持续增加可以显著提升集鱼数量，如6月14日至6月27日日均下泄流量从1 950 m3/s持续上升至8 550 m3/s，在这一过程中单日集鱼数量从15尾上升至974尾；10月6日至10月13日日均下泄流量从3 597 m3/s持续上升至5 810 m3/s，10月6～15日，单日集鱼数量从20尾上升至120尾，集鱼数量显著增加说明长时段下泄流量的增加可以刺激鱼类洄游，提升集鱼数量，在张登成等［18］金沙江下游中华金沙鳅自然繁殖的生态水文需求研究中也提出了类似结论。

（3） 短时间（1～3 d）下泄流量的大幅下降（超过40%）会使集鱼数量下降。在4～10月的流量与集鱼数量的统计数据中出現过3次短期流量跌幅超过40%的过程：6月26～28日下泄流量从7 233 m3/s下跌至4 080 m3/s，日均集鱼数量从974尾下降至363尾；8月9～10日下泄流量从6 623 m3/s下跌至2 442 m3/s，日均集鱼数量从270尾下降至25尾；10月18～21日，下泄流量从5 259 m3/s下跌至2 998 m3/s，日均集鱼数量从157尾下降至12尾。

（4）下泄流量超过8 000 m3/s时集鱼数量较同期显著下降。当下泄流量超过8 000 m3/s下游水流流速已超过鱼类洄游所能适应的流速，此时集鱼数量较同期显著下降，如9月26日日均流量超过8 000 m3/s，当日集鱼仅5尾；9月30日上午下泄流量超过8 000 m3/s，集鱼仅5尾；下午下泄流量逐渐减小到5 600 m3/s，集鱼14尾；6月26日日均下泄流量为7 233 m3/s时单日集鱼量为974尾，6月27日当日均流量增至8 550 m3/s，集鱼量陡降为201尾，后几日随下泄水量减少后，集鱼量持续增加。说明当下泄流量超过一定阈值（初步分析为8 000 m3/s）时会影响鱼类洄游，减少集鱼数量，Yang等［19］对于汉江鱼类洄游习性研究中也提出过洪水对鱼类洄游的负面影响的结论。

5.2水位与集鱼效果的关联性分析

乌东德水电站下游水位日内变幅和日间变幅均较大，日内变幅最大超过2 m，日间变幅最大超过4 m，从水位与集鱼数量的关联性上分析，水位涨落与集鱼数量的增减无明显关联性，但日均集鱼数量超过100尾时，其坝下水位一般在820 m以上，当坝下水位持续超过820 m，水位在820.0～825.0 m时集鱼数量较多，即集鱼水深为20.0～25.0m集鱼效果最好，日均水位与日均集鱼数量对比分析见图6。

5.3水温与集鱼效果的关联性分析

水温升高能刺激性腺发育成熟的鱼类排卵，促发鱼类的繁殖活动，使其上溯和洄游活动增加。4～8月乌东德坝下水温处于持续升温状态，已有研究认为乌东德坝下主要保护鱼类为长薄鳅、圆口铜鱼、金沙鲈鲤、齐口裂腹鱼、细鳞裂腹鱼等，其产卵所需的生态水温在15.6～24 ℃［11-12］。2021年乌东德坝下水温于4月19日开始超过15.6 ℃，6月5日水温超过20 ℃，6月25日水温超过20.9 ℃时日均集鱼量持续超过100尾，明显高于4月日均9.2尾和5月日均11.7尾水平，初步分析认为当坝下水温超过20 ℃并持续升温20 d以上后，集鱼数量会显著提升。当水温超过20 ℃以后，维持在20～24 ℃区间时，其水温变化与集鱼数量没有明显的关联性，日均水温与日均集鱼数量对比分析见图7。

6集鱼空箱情况分析

4～10月乌东德右岸集鱼设施共运行689次，共计有50次空箱，通过对50次空箱集鱼工况进行分析，认为以下因素会影响集鱼收集效率。

（1） 发电机组运行工况。右岸尾水集鱼平台布置于右岸7号发电机组尾水洞下游，当7号或其相邻的6，8号机组都不发电时，没有尾水水流的吸引，下游江段鱼类不会往集鱼设施所在区域洄游，造成集鱼空箱。乌东德水电站左右岸各布置6台机组，集鱼设施布置在右岸，当左岸机组发电下泄流量明显大于右岸时，下游江段鱼类受水流吸引更多往左岸区域洄游，造成集鱼空箱。

（2） 坝下水位。当坝下水位低于814 m时，由于右岸尾水集鱼平台集鱼箱布置高程是固定的，此时集鱼水深在4～11 m，金沙江中游鱼类活动水深大多在15～25 m，下游水位过低造成集鱼水深不足也会导致集鱼空箱。

7结论与建议

7.1初步研究结论

通过分析比对2021年乌东德水电站右岸尾水集鱼平台运行数据以及下泄流量、水位、水温等水文数据，可得出以下结论。

（1） 金沙江乌东德江段主要过鱼时段应为6～10月。

（2） 投放肉食型饵料诱鱼增益效果更好，进入6～7月鱼类洄游高峰期，开启灯光诱鱼，可显著提升集鱼系统对中华沙鳅、细鳞裂腹鱼等光照敏感鱼类的收集率。

（3） 集鱼系统单次集鱼时间控制在2～3 h最为适宜。

（4） 1～3 d短时间的下泄流量增加对刺激鱼类洄游、增加集鱼数量没有明显作用；5 d以上连续的下泄流量增加可以刺激鱼类洄游，提升集鱼数量；1～3 d内下泄流量降幅超过40%会使集鱼数量下降；下泄流量超过8 000 m3/s时集鱼数量较同期显著下降。

（5） 当坝下水位持续超过820 m时，水位在820.0～825.0 m之间集鱼数量较多。

（6） 当坝下水温超过20 ℃并持续升温20 d以上后，集鱼数量会显著提升。

（7） 当集鱼站所在区域发电机组下泄流量明显小于左岸机组下泄时会导致集鱼效果较差；当下游水位低于814 m时，集鱼效果普遍较差。

7.2集鱼设施运行建议

为进一步有效保护金沙江鱼类资源［20］，提升乌东德水电站集鱼过鱼措施效果，可从以下3个方面开展相关工作。

（1） 提升集鱼数量，可以进一步优化左右岸发电机组运行工况，使左右岸发电出力均衡或右岸发电出力高于左岸，在机组运行中也尽量启用靠近集鱼设施侧的机组。

（2） 该河段生态调度除了短时间人造洪峰过程这一方式外，如果能够营造1～2周持续增加下泄流量的过程，也能够有效刺激鱼类洄游，提升集鱼效果。

（3） 鉴于该河段主要集鱼时段集中在6～10月，这一时段应增加集鱼设施运行频次，增加夜间集鱼次数，在其他月份则可以适时开展设备检修、维护，以保障集鱼设施长效、稳定运行。

本研究的不足之处在于分析数据仅为10个月的集鱼数据，随着集鱼平台的长期运行，影响集鱼效果相关因素作用趋势可能还会发生变化。随着水电站运行，坝下的鱼类结构和数量也可能发生变化，进而使得坝下水文情势的变化对集鱼效果的影响也相应改变，可收集更长时间系列的数据进行分析，进一步完善现有趋势分析和研究结论。

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（编辑：张爽）

Analysis of factors affecting fish collection effect of tail water fish collection platform of Wudongde Hydropower Station

ZHANG Ji1，LI Zhen1，ZHU Zhilin2

（1.ChangJiang River Water Resources Protection Science Research Institute，Wuhan 430051，China；2.Wuhan Changhuyuan Environmental Protection Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430051，China）

Abstract： In order to study the relationship between the fish harvesting effect of the tail water fish harvesting platform of Wudongde Hydropower Station and the factors affecting fish trapping measures，downstream hydrological factors，etc.，by analyzing the operating data of the right bank tail water fish harvesting platform of Wudongde Hydropower Station from April to October 2021 and the hydrological data of the same period，a data comparison analysis method was used to preliminarily study and propose the trend relationship between changes in hydrological indicators and fish harvesting effect.Data analysis showed that the use of carnivorous bait in the middle reaches of Jinsha River had a better effect on attracting fish.Starting light trapping from June to July can significantly improve the collection rate of light sensitive fish.A short-term increase in discharge flow had no significant effect on stimulating fish migration and increasing fish catch，while a continuous increase in discharge flow for more than five days can stimulate fish migration and increase fish catch.The above analysis conclusion can provide support for optimizing the ecological scheduling of the hydropower station in the middle reaches of Jinsha River and improving the fish harvesting efficiency of the fish harvesting system.

Key words： fish collection in tailwater of power generation； lights to lure fish； bait to lure fish； changes in discharge flow rate； water temperature