蒙古国都日根水电站鱼道建设的启示

谢三湘，李 燕，郭燕杰，毛江涛

（1.河北省邯郸市水利水电勘测设计研究院，邯郸 056005；2.河北省邯郸市跃峰渠管理处，邯郸 056200；3.河北省邯郸市水利局，邯郸 056005）

1 蒙古国都日根水电站工程概述

1.1 工程简介

都日根水电站位于蒙古国西部霍夫德盟境内的秦诺哈拉依赫河干流上游，距离源头哈尔湖4km，距都日根苏木15km。该工程以水利发电为主，总装机容量为1.2万kW （3×4000kW）,设计水头为13.5m，单机设计流量为35.8m3/s。本工程于2004年4月开始兴建，2008年9月全部建成。

由于该水电站的建设将对鱼类洄游产生直接影响，就此问题设计人员于2001、2002年先后两次进入蒙古国境内进行实地考察，一方面向蒙古国能源部搜集秦诺哈拉依赫河鱼类的种类、生活习性、大小和上溯能力等；另一方面，在鱼类的产卵和洄游季节亲临项目位置进行实地监测，收集第一手资料。

1.2 秦诺哈拉依赫河主要鱼类

在秦诺哈拉依赫河主要生长五类鱼：蒙古茴鱼、大嘴黄爪鱼、矮生性黄爪鱼、食草黄爪鱼、西伯利亚嘉鱼。其中分布最广泛且最有经济价值的有大嘴黄爪鱼、食草黄爪鱼及蒙古茴鱼，它们是当地特产鱼类。

秦诺哈拉依赫河中鱼类迁徙都是从湖泊游入河流，或从河流游入湖泊，鱼类产卵是在河流或湖间水道中，水温在零上2—5.6℃，基本上是在水流急的地方和靠近湖岸地段。产卵期的持续时间根据天气条件和水温变化。蒙古茴鱼的产卵迁徙始于融冰期的4月初到5月中旬；黄爪鱼，4月底开始产卵迁徙，产卵期从5月中旬到7月中旬。所有鱼类均在湖中过冬，过冬迁徙开始于9月中旬。

都日根水电建成后，将直接影响鱼类的过冬迁徙和产卵迁徙，影响到鱼类的正常繁殖，将不可避免的对秦诺哈拉依赫河的生态系统产生影响。必须采取工程措施，将工程对当地鱼类生长繁殖的影响降到最小。

2 常用鱼道比较分析

鱼道是在闸坝或天然障碍处为沟通鱼类洄游通道而设置的一种过鱼建筑物。依据隔板过鱼孔的形状和位置，鱼道可分为：溢流堰式、淹没孔口式、垂直竖缝式和组合式四种鱼道。4种鱼道简要介绍和比较分析见表1。

近几年来，国外对垂直竖缝式加淹没孔口式鱼道的研究取得了可喜的成就，特别是加拿大和美国，在该领域的研究居世界领先水平，新建和改建了一大批垂直竖缝式加淹没孔口式鱼道，并对新建和改建后的鱼道进行了跟踪评估，用实事说明了垂直竖缝式加淹没孔口式鱼道的优越性。

3 都日根水电站鱼道方案论证

3.1 鱼道设计依据

以蒙古国能源部提供的都日根水电站枢纽工程大坝及坝上、坝下相关区域地形图、工程设计图、水文地质资料，主要保护鱼类的生活及洄游习性、种类、数量等图文资料，作为鱼道工程技施设计的原始材料和技术依据。在设计中充分借鉴了国内外已建成鱼道的成功经验，并参考 《水工设计手册》，严格执行国家相关部门关于建造过鱼设施的有关法规。同时在设计时还考虑到每年的4月底到7月中旬是鱼类产卵的季节，每年9月中旬至10月中旬是鱼类过冬迁徙的时期。因此，依据以上基础数据确定鱼道的特征水位和相关参数。

表1 鱼道分类比较表

鱼道工程水库内过鱼设计水位为1159.50m，下游河道设计水位1146.00m。

3.2 鱼道类型的确定

秦诺哈拉依赫河主要类鱼为：蒙古茴鱼、黄爪鱼和西伯利亚嘉鱼。此三种鱼类中，蒙古茴鱼个体居中，适应流速也居中，要求水流底层通过；黄爪鱼个体最小，适应流速也最小，要求水流表层通过；西伯利亚嘉鱼个体最大，适应流速最高，要求水流底层通。依据秦诺哈拉依赫河各种鱼类的习性及对流速的要求，结合前面分析的各式鱼道的特点及优缺点，本工程采用垂直竖缝式加淹没孔口式相结合的组合式鱼道。

垂直竖缝上层流速低，适合表层习性的黄爪鱼通过，而其底层流速适中，正适合蒙古茴鱼底层通过的习性。淹没孔口是为了解决西伯利亚嘉鱼对流速要求以及底层通过习性而设置的。因此垂直竖缝式与淹没孔口式相结合的组合式鱼道很好的解决了秦诺哈拉依赫河水电站的多种鱼类洄游问题，方案较合理。

图1 鱼道平面图

由于垂直竖缝式鱼道沿竖缝上下的流速基本相同，再加上淹没式孔口，鱼类可根据不同的习性选择自己喜欢的水深通过。因而，同时过鱼的数量将成倍增加，适合的过鱼种类也非常广泛。

综上所述，采用垂直竖缝式加淹没式孔口相结合的组合式鱼道，对于都日根水电站的主要洄游鱼类的生殖洄游将是最佳选择。

3.3.鱼道设计参数的确定

（1）鱼道主要参数的确定

目前国内暂没有设计规范，根据实际情况，参考国内外现有鱼道的设计经验及相关设计手册，对鱼道进行了有关计算和设计。各主要设计参数确定如下：

a）鱼道净宽：2.0m

鱼道净宽尺寸越大，每级鱼道内的平均流速就越小，利于鱼类的中间休息，但净宽尺寸越大，鱼道造价也就越高。考虑到秦诺哈拉依赫河所过鱼类的习性，并参考国内外已建鱼道的经验，通常设计宽度范围是1m～4m，本工程结合流量、地形及过鱼量，鱼道净宽取2.0m，既能满足过鱼要求又比较经济、合理。

b）鱼道净深：2.1m

图2 鱼道立面图

在其他条件一定时，鱼道越深，需要的鱼道出鱼口数量就越少，相对减少了建设出鱼口的投资和施工难度。但鱼道深度的增加，又将增加建设鱼道主体的投资。通常，在选择鱼道深度时，主要考虑的是深度的增加，将增加鱼道中水的流量。由于本水利枢纽工程主要目的是发电，应尽可能减少鱼道中水的流量。因此：综合地形、流量、投资、流速、施工和过鱼量等因素，选取2.5m、2.1m及1.8m三种鱼道深度进行了比较。其中，2.5m深方案，优点是：过鱼量最大。缺点是：流量最大，投资也最大；1.8m深方案，优点是：开挖量最少，投资最省，施工难度小。缺点是：流速范围窄，适合过鱼种类和数量有限；2.1m深方案，优点是：开挖量少，投资省，过鱼所需流量少，流速区间正好满足要求，施工难度较小，过鱼量适中。缺点是：没有明显的不足之处。综上所述，鱼道深度选取2.1m。

c）鱼道每级净长：1.48m

鱼道净长尺寸越大，每级鱼道内的平均流速就越小，利于鱼类的中间休息，但净长尺寸越大，鱼道总长度就越长，鱼道造价也就越高。蒙古茴鱼、黄爪鱼及西伯利亚嘉鱼的上溯流速区间为0.3～1.2m3/s，参考国内已建鱼道的经验。依据 《水力计算手册》中的堰流公式计算垂直竖缝的流速区间为0.15～0.8m3/s，而依据 《水力计算手册》中的孔口出流公式计算淹没孔口的流速区间为0.75～1.2m3/s。因此，依据 《水力计算手册》中的消能和能量守恒公式，经计算，当鱼道净长取1.48m，能满足鱼的休息流速要求，且投资上比较经济。

d）鱼道的坡度：1/32

当上下游水位差一定时，鱼道的坡度越大，所需鱼道的级数就越少，鱼道的总长度相应较小，鱼道的建设费用也就越低。但鱼道的坡度越大，鱼道中水的流速就越大，鱼类不容易通过鱼道。蒙古茴鱼、黄爪鱼及西伯利亚嘉鱼的上溯流速区间为0.3～1.2m3/s，当坡度设计为1/32，垂直竖缝的流速区间为0.15～0.8m3/s，而淹没孔口的流速区间为0.75～1.2m3/s，因此，采1/32的设计底坡既能比较好的满足鱼类的流速要求，且比较经济。

e）鱼道垂直竖缝的宽度：0.3m

选择鱼道垂直竖缝的宽度首先应考虑所过鱼类的个体大小。本鱼道所过鱼类主要是黄爪鱼和蒙古茴鱼，其个体较大，所以垂直竖缝的宽度应适当加大，但是垂直竖缝的宽度越大，鱼道中的水的流量就越大，由于本水利枢纽工程主要是为了发电，所以应尽可能减小鱼道中水的流量。参考国内外现有鱼道的设计，结合当地具体鱼类习性、特点，最终选择竖缝宽度为0.3m。

f）鱼道设计水深：1.5m

考虑到垂直竖缝处的流速、水深，以及鱼的习性，保证鱼道中有一定的流量，使鱼道进口产生一定的水流，吸引鱼类进入鱼道。要满足各种鱼类要求的流速区间为0.3～1.2m3/s，则所需要的水深区间为1.5～2.0m。出于节约流量发电的考虑，取低值1.5m。

g）鱼道的梯级数：292级依据参考文献3：

h）鱼道的总长度：519.76m

依据老龙口水利枢纽工程中鱼道的研究一文计算公式，得出：

总长度=级数×每级长度=292×1.78=519.76m

i）鱼道垂直竖缝处的最大流速：0.92m/s

依据老龙口水利枢纽工程中鱼道的研究一文计算公式，得出：

j）鱼道过流流量：0.322m3/s

依据老龙口水利枢纽工程中鱼道的研究一文计算公式，得出：

（2）鱼道的位置

鱼道的布放位置主要有两种方案：一是将鱼道布置右坝头，二是将鱼道布置右岸山沟内。

a）鱼道布置在右坝头

此方案优点是线路较短，但距土坝右坝头较近，施工干扰较大，且均为大量石方开挖，投资较大。另外鱼道坡度大、流速高，不利于鱼类上溯。

b）鱼道布置在右侧山沟内

此方案的优点：利用现有地形施工，投资小，施工难度小，流速适中，有利鱼类上溯，且进鱼口与原河道顺接。缺点是线路长，部分投资有所增加，但总的投资比布置在右坝头小。

通过上述比较，本次设计采用垂直竖缝式加小底孔相结合形式将鱼道布置在右侧山沟内的方案。

4 结论

蒙古国都日根水电站鱼道建成后，试运行1年，当关闭上游进水闸，各级鱼道内都存有大量鱼类。另一方面，自2008年建成以来，经过2年多的运行，由蒙古国能源部提供的数据显示，秦诺哈拉依赫河上的蒙古茴鱼、黄爪鱼及西伯利亚嘉鱼的数量未见明显变化，充分证明了鱼道达到了预期作用。

蒙古国都日根水电站鱼道的成功设计不仅保护了秦诺哈拉依赫河的生态环境和内陆地区宝贵的鱼类资源，也充分证明了采用垂直竖缝加淹没孔口相结合的组合式鱼道设计的科学性、优越性、合理性和实用性，对我国中小河道枢纽建设具有一定的参考价值。

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[2]王亚平，陈惠欣，杨臣莹，张亢西.鱼道[M].北京：水利电力出版社，1982:278.

[3]宋德敬，姜辉，关长涛，陈庆生.老龙口水利枢纽工程中鱼道的研究[J].海洋水产研究，2008，29（1），92-97.

[4]殷悦来，李克顺，吴世男.谈鱼道的设计与施工[J].黑龙江水利科技，1996，23（2）,92-93.