烏東德水電站尾水集魚平臺集魚效果影響因素分析

張季，李振，祝志林

摘要：為研究烏東德水電站尾水集魚平臺集魚效果與誘魚措施、下游水文要素等影響因素之間的關系，通過分析2021年4～10月烏東德水電站右岸尾水集魚平臺運行數據以及同期水文數據，采用數據對比分析法初步提出了水文指標變化與集魚效果之間的趨勢關系。數據分析顯示：金沙江中游江段投放肉食型餌料誘魚增益效果更好；6～7月開啟燈光誘魚，可顯著提升光照敏感魚類的收集率；短時間的下泄流量增加對刺激魚類洄游，增加集魚數量沒有明顯作用，而超過5 d以上連續的下泄流量增加可以刺激魚類洄游，提升集魚數量。研究成果可為優化金沙江中游水電站生態調度以及提升集魚系統集魚效率提供支撐。

關鍵詞：尾水集魚； 燈光誘魚； 餌料誘魚； 水位變化； 水溫

中圖法分類號：S956.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.03.017

文章編號：1006-0081（2024）03-0104-07

0引言

水利水電工程大壩建設對魚類的主要影響表現在阻隔了壩上、下魚類之間的交流通道與阻斷其洄游線路。為減緩工程實施對魚類的影響，中國近20 a間建設的大型水利樞紐、水電站等因地制宜建設了魚道、升魚機、集魚船或網捕過壩等過魚設施，對于超過50 m的高壩大多采用網捕過壩或升魚機（集魚平臺）的過魚方式［1-3］。無論采取何種方式，其運行效果的核心是集魚，通過水流吸引輔以餌料、燈光、攔魚等措施，驅使更多魚類往設計的通道上溯，集魚效果越好，過魚數量越多，過魚設施的生態效益發揮就更充分。開展集魚效果影響因素研究是優化水利水電工程過魚設施設計與運行，使其充分發揮生態保護功能的重要環節。

已有學者對魚道類過魚設施集魚效果開展研究，如薛守寧［4］提出魚類上溯與季節、水溫和下泄流量均有關聯，但如何關聯和作用的系統化數據分析還較欠缺；王珂等［5］提出不同魚類對水體紊動強度有著不同偏好，但該研究僅限于荊江河段，金沙江中游魚類種類差異與之較大，對于水體流量的偏好也明顯不同。在此基礎上，采用升魚機類型的高壩水電站或水利樞紐工程對集魚效果的研究更為缺乏。

烏東德水電站壩頂高程為988 m，最大壩高270 m，建設右岸尾水集魚平臺過魚，采用集升魚機和集魚平臺為一體的過魚措施。本文基于2021年4～10月右岸尾水集魚平臺運行數據進行分析，從誘魚措施效果，集魚時長、水文指標對集魚效果的響應關系、無魚狀態分析等4個方面進行研究，分析了該河段不同誘魚措施的有效性，初步判斷并首次提出了該江段水文指標變化與發電尾水集魚效率之間的關系，填補了高壩大庫水利水電工程壩下集魚影響因素分析的空白，可為優化金沙江中游水電站生態調度以及提升集魚系統集魚效率提供支撐。

1工程概況

烏東德水電站位于云南省祿勸縣和四川省會東縣交界的金沙江干流上，是金沙江下游河段4個水電梯級——烏東德、白鶴灘、溪洛渡和向家壩中的第一個梯級。烏東德水電站采用右岸尾水集魚平臺+運魚車+放流船的系統實現壩下魚類收集、提升、分揀裝載、運輸過壩、運輸放流的過魚全流程。集魚設施布置在電站尾水，于左右岸分別采用集魚箱、固定集魚站+集魚箱的集魚方式，平臺布置及實景圖見圖1～2［6-10］。2021年1月，右岸固定集魚站安裝完成進入調試運行階段，根據調試運行情況，后續對集魚箱結構及相關構件進行了優化，4月進入試驗性運行階段。2021年全年，右岸尾水集魚平臺集魚箱下水提升1 094次，集魚站單日集魚數量最高為1 914尾，單次集魚數量最高為861尾，集魚總數量為29 467尾，種類為48種。

2研究方法

本文主要采用數據分析法，收集了2021年4月1日至10月30日右岸固定尾水集魚平臺運行數據共20 359組，包括單次集魚下放及抬升時間，集魚數量及種類等；誘魚措施實施數據4 146組，包括餌料誘魚和燈光誘魚數據，同時結合該時間段小時壩下流量、水位、水溫等數據進行比對分析，將單日（單次）集魚數量與可能影響集魚效果的誘魚措施以及水文要素進行對比分析。

誘魚措施效果分析主要采用同工況或類似工況分析比對法，即同月類似水文條件下，有誘魚措施與無誘魚措施，或不同類型誘魚措施實施與單次集魚數量的關聯性分析。

水文要素分析主要采用日均水文數據與日集魚數據圖形比對法，并結合中國已有并普遍認可的水文條件變化對魚類洄游的影響研究結論，初步判斷和提出了該河段水文指標變化與集魚效果之間的趨勢響應關系。

集魚空箱情況分析篩選單次集魚數量為零的典型工況，并比對該工況下機組運行和出力情況、壩下河段流量、水溫等數據，分析和發現可能造成集魚空箱的原因，并進行總結。

3主要集魚時段分析

通常認為，長江流域河流主要過魚時段為3～8月。烏東德水電站右岸尾水集魚平臺4～10月共集魚689次，集魚28 922尾（9月由于上游來水持續超過8 000 m3/s，為保障集魚設施安全僅運行6 d），各月份集魚數量見圖3。從過魚數量月均分布數據分析認為，金沙江中游江段主要過魚時段應為6～10月，造成這一偏差的原因初步分析為水溫差異［11-13］。金沙江中游江段多年平均水溫較金沙江下游江段低1.0 ℃（龍街站、巧家站兩個水文站多年平均水溫為16.6，17.6 ℃），根據屈霄等［14］相關研究，水溫低的河段魚類腺性發育較長江干流河段魚類要遲滯一些，因此洄游產卵的時間也會滯后一些。

4誘魚措施作用效果分析

烏東德水電站集魚系統誘魚措施主要包括攔魚電柵、投餌誘魚和燈光誘魚3種，攔魚電柵安裝在集魚設施后部，運行時采取常開狀態，投餌誘魚和燈光誘魚在集魚系統運行時經歷啟閉的不同狀態。通過分析投餌誘魚和燈光誘魚啟閉工況下集魚效果，可以評估這2類誘魚措施的有效性。

4.1投餌誘魚

投餌誘魚主要采用混合型與肉食型2種餌料，4～10月集魚期間，共進行投餌誘魚集魚24次，其中混合型餌料21次，肉食型餌料3次，投餌誘魚集魚數據見表1。

根據投餌誘魚集魚數量分析，4～6月混合餌料投放的共21次集魚實驗中，投餌單次集魚數量與同期月均無餌單次集魚數量相比，投餌料不會顯著提升單次集魚效果；5月進行的6次肉食型餌料投放實驗中，投餌單次集魚數量高于同期月均集魚數量。由于肉食型投餌實驗次數較少，為分析其典型性，比對肉食型投餌實驗前后5 d內，水文條件近似、非投餌狀態的集魚效率，發現非投餌狀態下單次集魚數量為4.5尾，仍低于投餌工況6.3尾的平均值，因此初步分析認為，該江段投放肉食型餌料誘魚增益效果更好，這與朱其廣等［15］對于金沙江中下游魚類生態學相關研究的結論是相符的。

4.2燈光誘魚

右岸集魚系統采用白藍綠三色燈光誘魚，燈光誘魚裝置安置在進魚斗前，4～10月燈光誘魚開啟87 d，有燈光誘魚工況下集魚324次，集魚11 878尾，數據分析統計見表2。

根據開啟燈光誘魚集魚數量分析，4～6月開啟燈光情況下單次集魚量略高于月均水平，進入7月后，中華沙鰍等喜流水、營底棲生活的魚類上溯數量激增，這類魚對光照敏感，開啟誘魚燈后，單次集魚數量顯著提升。因此初步認為，進入6～7月魚類上溯高峰期，開啟燈光誘魚可顯著提升集魚系統對中華沙鰍、細鱗裂腹魚等光照敏感魚類的收集率，李祖祥等［16］誘驅魚燈光試驗研究的結論也與本次研究結論類似。

4.3集魚時間對集魚效果的影響分析

集魚時間也是誘魚的重要因素。烏東德水電站尾水集魚平臺2021年試運行期間，每日每次運行試驗分為不同的集魚時間，其單次集魚時間主要分為≤1 h，1～2 h，2～3 h，≥3 h四種時間區段。根據不同集魚時間的漁獲量分析，在4，5，9三個非主要集魚月份，集魚系統單次集魚1～2 h，2～3 h漁獲量差異不大，集魚時間≤1 h則集魚效果較差；在6，7，8三個主要集魚月份，集魚2～3 h的漁獲量較集魚1～2 h有明顯提升，而集魚時間若大于3 h，單次漁獲量反而顯著下降，分析認為單次集魚時間過長會使得進入集魚箱的魚找到脫困的路徑從而出逃，因此從設備維護（集魚系統運行頻次越高，故障率及維護成本越高）以及集魚效果保障角度考慮，集魚系統單次集魚時間控制在2～3h最為適宜。4～10月集魚時間對應單次集魚數量分析見圖4。

5水文要素對集魚效果的影響

5.1下泄流量與集魚效果的關聯性分析

通常認為水庫下泄流量的變化與壩下魚類洄游上溯的數量存在一定的關聯性［17］，通過分析4，5，6，7，8，10月烏東德水電站下泄流量與集魚數量數據（圖5），同時對典型流量變化場景進行獨立研判后，認為該河段壩下流量變化與集魚數量存在以下關聯性。

（1） 短時間（1～3 d）下泄流量增加對刺激魚類洄游及增加集魚數量沒有明顯作用。4～10月下泄流量短期漲跌頻繁，1～3 d短時間內流量增加與集魚數據的變化沒有明顯的趨勢關聯。例如4月21日至22日日均下泄流量從1 608 m3/s上漲至4 940 m3/s，集魚數量從20尾下降至13尾，而4月26日至27日日均下泄流量從2 029 m3/s上漲至4 044 m3/s，集魚數量從5尾增加至11尾，此類短期下泄流量的增加與集魚數量的變化有時呈正向關系有時呈逆向，因此分析認為短期下泄流量的增加與集魚數量沒有明顯的關聯作用。

（2） 5 d及以上連續的下泄流量增加可以刺激魚類洄游，提升集魚數量。從4，5，6，7，8，10月的壩下日均流量與集魚量數據疊加分析，5 d及以上的下泄流量持續增加可以顯著提升集魚數量，如6月14日至6月27日日均下泄流量從1 950 m3/s持續上升至8 550 m3/s，在這一過程中單日集魚數量從15尾上升至974尾；10月6日至10月13日日均下泄流量從3 597 m3/s持續上升至5 810 m3/s，10月6～15日，單日集魚數量從20尾上升至120尾，集魚數量顯著增加說明長時段下泄流量的增加可以刺激魚類洄游，提升集魚數量，在張登成等［18］金沙江下游中華金沙鰍自然繁殖的生態水文需求研究中也提出了類似結論。

（3） 短時間（1～3 d）下泄流量的大幅下降（超過40%）會使集魚數量下降。在4～10月的流量與集魚數量的統計數據中出現過3次短期流量跌幅超過40%的過程：6月26～28日下泄流量從7 233 m3/s下跌至4 080 m3/s，日均集魚數量從974尾下降至363尾；8月9～10日下泄流量從6 623 m3/s下跌至2 442 m3/s，日均集魚數量從270尾下降至25尾；10月18～21日，下泄流量從5 259 m3/s下跌至2 998 m3/s，日均集魚數量從157尾下降至12尾。

（4）下泄流量超過8 000 m3/s時集魚數量較同期顯著下降。當下泄流量超過8 000 m3/s下游水流流速已超過魚類洄游所能適應的流速，此時集魚數量較同期顯著下降，如9月26日日均流量超過8 000 m3/s，當日集魚僅5尾；9月30日上午下泄流量超過8 000 m3/s，集魚僅5尾；下午下泄流量逐漸減小到5 600 m3/s，集魚14尾；6月26日日均下泄流量為7 233 m3/s時單日集魚量為974尾，6月27日當日均流量增至8 550 m3/s，集魚量陡降為201尾，后幾日隨下泄水量減少后，集魚量持續增加。說明當下泄流量超過一定閾值（初步分析為8 000 m3/s）時會影響魚類洄游，減少集魚數量，Yang等［19］對于漢江魚類洄游習性研究中也提出過洪水對魚類洄游的負面影響的結論。

5.2水位與集魚效果的關聯性分析

烏東德水電站下游水位日內變幅和日間變幅均較大，日內變幅最大超過2 m，日間變幅最大超過4 m，從水位與集魚數量的關聯性上分析，水位漲落與集魚數量的增減無明顯關聯性，但日均集魚數量超過100尾時，其壩下水位一般在820 m以上，當壩下水位持續超過820 m，水位在820.0～825.0 m時集魚數量較多，即集魚水深為20.0～25.0m集魚效果最好，日均水位與日均集魚數量對比分析見圖6。

5.3水溫與集魚效果的關聯性分析

水溫升高能刺激性腺發育成熟的魚類排卵，促發魚類的繁殖活動，使其上溯和洄游活動增加。4～8月烏東德壩下水溫處于持續升溫狀態，已有研究認為烏東德壩下主要保護魚類為長薄鰍、圓口銅魚、金沙鱸鯉、齊口裂腹魚、細鱗裂腹魚等，其產卵所需的生態水溫在15.6～24 ℃［11-12］。2021年烏東德壩下水溫于4月19日開始超過15.6 ℃，6月5日水溫超過20 ℃，6月25日水溫超過20.9 ℃時日均集魚量持續超過100尾，明顯高于4月日均9.2尾和5月日均11.7尾水平，初步分析認為當壩下水溫超過20 ℃并持續升溫20 d以上后，集魚數量會顯著提升。當水溫超過20 ℃以后，維持在20～24 ℃區間時，其水溫變化與集魚數量沒有明顯的關聯性，日均水溫與日均集魚數量對比分析見圖7。

6集魚空箱情況分析

4～10月烏東德右岸集魚設施共運行689次，共計有50次空箱，通過對50次空箱集魚工況進行分析，認為以下因素會影響集魚收集效率。

（1） 發電機組運行工況。右岸尾水集魚平臺布置于右岸7號發電機組尾水洞下游，當7號或其相鄰的6，8號機組都不發電時，沒有尾水水流的吸引，下游江段魚類不會往集魚設施所在區域洄游，造成集魚空箱。烏東德水電站左右岸各布置6臺機組，集魚設施布置在右岸，當左岸機組發電下泄流量明顯大于右岸時，下游江段魚類受水流吸引更多往左岸區域洄游，造成集魚空箱。

（2） 壩下水位。當壩下水位低于814 m時，由于右岸尾水集魚平臺集魚箱布置高程是固定的，此時集魚水深在4～11 m，金沙江中游魚類活動水深大多在15～25 m，下游水位過低造成集魚水深不足也會導致集魚空箱。

7結論與建議

7.1初步研究結論

通過分析比對2021年烏東德水電站右岸尾水集魚平臺運行數據以及下泄流量、水位、水溫等水文數據，可得出以下結論。

（1） 金沙江烏東德江段主要過魚時段應為6～10月。

（2） 投放肉食型餌料誘魚增益效果更好，進入6～7月魚類洄游高峰期，開啟燈光誘魚，可顯著提升集魚系統對中華沙鰍、細鱗裂腹魚等光照敏感魚類的收集率。

（3） 集魚系統單次集魚時間控制在2～3 h最為適宜。

（4） 1～3 d短時間的下泄流量增加對刺激魚類洄游、增加集魚數量沒有明顯作用；5 d以上連續的下泄流量增加可以刺激魚類洄游，提升集魚數量；1～3 d內下泄流量降幅超過40%會使集魚數量下降；下泄流量超過8 000 m3/s時集魚數量較同期顯著下降。

（5） 當壩下水位持續超過820 m時，水位在820.0～825.0 m之間集魚數量較多。

（6） 當壩下水溫超過20 ℃并持續升溫20 d以上后，集魚數量會顯著提升。

（7） 當集魚站所在區域發電機組下泄流量明顯小于左岸機組下泄時會導致集魚效果較差；當下游水位低于814 m時，集魚效果普遍較差。

7.2集魚設施運行建議

為進一步有效保護金沙江魚類資源［20］，提升烏東德水電站集魚過魚措施效果，可從以下3個方面開展相關工作。

（1） 提升集魚數量，可以進一步優化左右岸發電機組運行工況，使左右岸發電出力均衡或右岸發電出力高于左岸，在機組運行中也盡量啟用靠近集魚設施側的機組。

（2） 該河段生態調度除了短時間人造洪峰過程這一方式外，如果能夠營造1～2周持續增加下泄流量的過程，也能夠有效刺激魚類洄游，提升集魚效果。

（3） 鑒于該河段主要集魚時段集中在6～10月，這一時段應增加集魚設施運行頻次，增加夜間集魚次數，在其他月份則可以適時開展設備檢修、維護，以保障集魚設施長效、穩定運行。

本研究的不足之處在于分析數據僅為10個月的集魚數據，隨著集魚平臺的長期運行，影響集魚效果相關因素作用趨勢可能還會發生變化。隨著水電站運行，壩下的魚類結構和數量也可能發生變化，進而使得壩下水文情勢的變化對集魚效果的影響也相應改變，可收集更長時間系列的數據進行分析，進一步完善現有趨勢分析和研究結論。

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（編輯：張爽）

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