湘江长沙综合枢纽工程鱼道选型设计

刘新征

（湖南省水利水电勘测设计研究总院 长沙市 410007）

1 湘江长沙综合枢纽工程概况

湘江长沙综合枢纽工程是湘江干流航道发展规划8个梯级自上而下的最后一个梯级水库，其正常蓄水位58.0m，相应库容1.97亿m3，船闸设计通航船舶吨级2000t，电站装机57MW。

湘江是长江洞庭湖水系中最大河流，湘江流域鱼类资源丰富，已知的鱼类155种（亚种），湘江是全国“四大家鱼”重要产卵场之一，同时也是它们栖息和索饵的重要场所。湘江干流有8个梯级水库潇湘、浯溪、湘祁、近尾洲、大源渡、株洲、土谷塘枢纽、长沙枢纽，均为径流式大坝，水头多在10m左右，是进行梯级过鱼设施建设的理想流域。

2 鱼道设计概况

本工程鱼道位于坝址右岸，鱼道采用单侧垂直竖缝式。鱼道最大设计水位差9.30m，竖缝设计流速（0.8～1.0）m/s，鱼道内平均设计流速（0.3～0.5）m/s。鱼道全长1051.2m，鱼道底坡选用均一底坡，坡度0.0088，池间落差0.051m。鱼道宽4.0m，池室长4.8m，池室深3.5 m，竖缝宽度50cm。工程共设18个休息池，池长9.6 m。鱼道进口设在电站右岸紧靠厂房处，共设3个进口。鱼道出口设在岸边距电站（50～100）m处。

3 重要特性选型

3.1 鱼道设施类型选择

过鱼设施的形式多种多样，目前国际上使用的类型主要有鱼道、仿自然通道、升鱼机、鱼闸、集运鱼设施等，这些形式都是为不同的工程、不同的过鱼种类设计，具有不同的特点，附表是各种过鱼设施的优缺点比较。

由于本工程最大水头不足10m，属于低水头工程，同时，因枢纽电站位于坝址右岸，在电站右岸布置鱼道，其进口傍岸，集诱鱼效果较好，水位变化适应能力较强，且整个鱼道都处于岸上，便于观测和维修，所以工程选用电站右岸鱼道方案。

3.2 鱼道形式选择

本工程下游水位变化在（20.40～25.85）m，变幅达5.45m，最适应该水位变化的鱼道形式为垂直竖缝式。垂直竖缝式鱼道中有许多不同的隔板设计样式，如：单侧竖缝式、异侧竖缝式、双侧竖缝式等，不同样式适用于不同的水力特点和不同的鱼类对象。本工程由于过鱼对象都是体型较小的鱼类，游泳能力较差，对池室的休息条件有较高要求。单侧竖缝式鱼道结构简单，水流相对稳定；池室内有一部分流速相对较缓的水域，有利于鱼类在池室内休息，故选用单侧垂直竖缝鱼道。

附表 不同过鱼设施优缺点比较

3.3 过鱼对象选择

空间迁徙受工程影响的所有鱼类都应是鱼道的过鱼对象。本工程重点考虑工程河段受影响的江湖洄游及具有短距离迁移特征的的鱼类，同时兼顾咸淡水洄游及其他鱼类。根据鱼类资源调查，本工程选择青鱼、草鱼、鲢、鳙四大家鱼为主要过鱼对象，并兼顾鳊、银鲴、团头鲂、三角鲂、黄尾鲴、翘嘴鲌、南方鲇等其它鱼类。

3.4 过鱼季节选择

本工程在枯水期和中水期电站发电，泄水闸关闭或部分开启；洪水期左汊泄水闸全开，河流基本回复自然状态，鱼类可以自由通行。所以，本工程的过鱼季节为湘江的枯水期和中水期，根据工程的调度运行方式即来水量<4000m3/s的时段。

4 鱼道重要参数设计

4.1 鱼道流速设计

鱼道流速的设计原则是：鱼道内流速应小于鱼类的巡航速度，这样鱼类可以保持在鱼道中前进；竖缝流速应小于鱼类的突进速度，这样鱼类才能够通过鱼道中的孔或缝。

根据已有的研究成果，四大家鱼性成熟时的体长一般>30cm，其极限速度约为1.0m/s，按照经验公式，V=1.98×（0.3）1/2=1.08m/s，所以对于性成熟的四大家鱼来说，竖缝流速取1.0m/s应可以满足其要求。但因鱼道也要兼顾其它游泳能力较弱的鱼类和其它体型相对较小的鱼类，同时为防止鱼在鱼道中产生过度疲劳，鱼道竖缝流速取（0.8～1.0）m/s，鱼道内平均流速（0.3～0.5）m/s。

4.2 鱼道池室尺寸设计

（1）池室宽度。池室宽度B主要由过鱼量和过鱼对象个体大小决定的，过鱼量越大，鱼道宽度要求越大。国外鱼道宽度多为（2～5）m，国内鱼道宽度多为（2～4）m。由于湘江鱼类种类和资源都较为丰富，为满足过鱼需要，本鱼道宽度取4m。

（2）池室长度。池室长度L与水流的消能效果和鱼类的休息条件关系密切。较长的池室，水流条件较好，休息水域较大，对于过鱼有利。同时，过鱼对象个体越大，池室长度也应越大。本工程设计取，L=（1.2～ 1.5）B，即（4.8～6.0）m，因此，本鱼道池室长度取4.8m。

（3）竖缝设计。池室内的竖缝宽度b直接关系到鱼道的消能效果和鱼类的可通过性，一般要求竖缝式鱼道的竖缝宽度b不小于过鱼对象体长的1/2，国外同侧竖缝式鱼道宽度一般为池室宽度的1/8～1/10，而我国同侧竖缝的宽度一般为池室宽度的1/5，为水池长度的1/5～1/6。据台湾许铭熙教授对同侧竖缝式鱼道的数值模拟试验表明，竖缝宽度b越小，低流速区所占的面积越大。所以本工程鱼道竖缝宽度取60cm。

（4）池室深度。鱼道水深h主要视过鱼对象习性而定，底层鱼和体型较大的成鱼相应要求水深较深。国内外鱼道深度一般为（1.0～3.0）m，本工程要兼顾表层鱼类和底层鱼类，所以鱼道正常运行水位为3.0m，池室深度可取3.5m，防止鱼道运行时因水流波动溢出。

（5）休息池。鱼类上溯途中要设置一定的休息场所，方便鱼类上溯过程中暂时休息，恢复体力。本工程休息室每隔10个池室设一个，共设18个休息池，休息池无底坡，其长度为一般池室的2倍长，长9.6m。

4.3 鱼道进口

（1）进口位置。鱼道进口一般选择在经常有水流下泄的地方，紧靠在主流两侧，且能适应下游水位的涨落，保证在过鱼季节中进鱼口有一定的水深（1.0m以上）的地方。本工程鱼道进口设在电站右岸紧靠厂房处，此处鱼道进口紧靠尾水，可以借厂房尾水诱集鱼类。

（2）进口高程。本工程下游运行水位上限为25.85 m，下限为21.90m，考虑河床冲刷，水位下降，最低坝下水位采用20.40m。为满足这样的水位变幅，避免鱼道进口出现壅水或水面线突然下降，本鱼道设3个鱼道进口，高程分别为18.85m（满足最低水位20.40m时鱼道中有1.55m的运行水位）、20.85m，22.85m（满足下游最高25.85m时鱼道运行水位不超过3m）。

4.4 鱼道出口

（1）出口位置。鱼道出口应布置在距电站上游一定距离的地方，距离太近，上溯成功的鱼类容易被发电泄水卷入水轮机，随水流带入坝下；距离太远，鱼类感受不到水流，容易迷失方向。本工程鱼道出口设置在岸边距电站（50～100）m处。

（2）出口高程。出口工程须适应上游水位的变化，保证在任何水位变化情况下，出口底部均不能露出，而且要有一定的水深，鱼道出口底板要与河床平缓衔接。

本工程鱼道出口高程26.7m，用闸门控制，连接至上游河道。闸门的启闭均采用螺杆升降方式，并可实现自动与手动两种控制，自动控制时采用电力驱动，通过水位控制开关、控制器、电动机来实现。在不同水位下调节闸门，控制下泄流量，以使在任何水位情况下，进入鱼道最上一级泄水的流量均能保持大致不变，使鱼道能连续运转。

5 鱼道运行建议

（1）开展过鱼效果观察和水力学监测，对鱼道结构进行合理调整和改进。鱼道结构参数主要是依据历史经验进行设计，因鱼道内流态、鱼类习性、实地水文情势都很复杂，很难做到一次设计完全满足所有鱼类长期的过坝要求。因此在下阶段应及时开展过鱼效果观察和水力学监测，根据研究结果对池室结构、鱼道进出口等进行适当调整和完善。

（2）制定鱼道运行操作规程。根据鱼道的运行维护以及监测评价结果，结合本工程的运行方式，制定鱼道的运行操作规程。并根据实际运行情况及时调整操作管理思路，修改完善操作规程和管理制度。

（3）开展湘江中下游各电站的生态联合调度。建议在每年家鱼繁殖季节的4月底到6月底，对湘江大源渡、株洲航电枢纽、土谷塘枢纽、到长沙综合枢纽的大坝实行统一调度，统一开闸下泄，基本恢复湘江自然状态，修复从张家铺至香炉山江段的“四大家鱼”产卵场，为家鱼的产卵繁殖和鱼苗孵化创造适宜的环境水文条件。

[1]王兴勇，郭军.国内外鱼道研究与建设[J].中国水利水电科学研究院学报，2005，3（3）.

[2]湖南省交通规划勘察设计院，湖南省水利水电勘测设计研究总院.湘江长沙综合枢纽工程可行性研究报告[R].2005.

[3]湖南省环境保护科学研究院.湘江长沙综合枢纽工程环境影响报告书[R].2008.