侯 寧, 劉 鑫, 江 磊, 吳 開(kāi) 帥, 湯 優(yōu) 敏, 張 祺, 宋 靖 國(guó)

(1.四川足木足河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川 成都 610041;2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

0 引 言

水電工程開(kāi)發(fā)可能會(huì)影響河流連通性和魚類洄游通道,導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列問(wèn)題。過(guò)魚設(shè)施是幫助魚類洄游通過(guò)河流阻隔的通道,主要包括魚梯、魚道、升魚機(jī)、集運(yùn)魚船等[1]。過(guò)魚設(shè)施首先由法國(guó)于1662年提出,采用建設(shè)人工通道的方式解決魚類洄游阻隔問(wèn)題。之后,隨著水電建設(shè)的快速發(fā)展,過(guò)魚設(shè)施得到更廣泛的關(guān)注及應(yīng)用,截至20世紀(jì)末,國(guó)外過(guò)魚設(shè)施發(fā)展已較為成熟[2]。國(guó)內(nèi)過(guò)魚設(shè)施始建于1960年,自21世紀(jì)以來(lái),國(guó)內(nèi)大批過(guò)魚設(shè)施已建成運(yùn)行或在規(guī)劃建設(shè)中[3]。巴拉水電站在目前國(guó)內(nèi)外過(guò)魚設(shè)施相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,綜合各類因素分析,對(duì)過(guò)魚設(shè)施進(jìn)行比選,并提出相關(guān)建議。

1 巴拉水電站概況

巴拉水電站位于阿壩藏族羌族自治州馬爾康縣境內(nèi),系大渡河干流水電規(guī)劃“3庫(kù)28級(jí)”自上而下的第2級(jí)水電站,上接下?tīng)栠取褒堫^”水庫(kù)電站和下銜達(dá)維水電站。電站采用混合式開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)任務(wù)為水力發(fā)電并兼顧減水河段生態(tài)用水需要。

巴拉水電站擋水建筑物為混凝土面板堆石壩,最大壩高138.0 m,壩址位于日部鄉(xiāng)色江吊橋下游約2.2 km處,經(jīng)右岸引水至日部吊橋上游約3.9 km處建地下廠房,引水隧洞全長(zhǎng)6 908.78 m,尾水調(diào)壓室下游接一條有壓尾水洞,隧洞全長(zhǎng)1 730.08 m,在樁號(hào)1+673.01處布置尾水出口檢修閘門室,隧洞后接尾水渠與腳木足河相接。工程在壩后設(shè)置生態(tài)機(jī)組電廠,即在主電廠引水隧洞壩后段,利用1號(hào)施工支洞段,設(shè)置旁通壓力管道引水至壩后廠房發(fā)電。生態(tài)機(jī)組電廠引用流量為23.8 m3/s。

2 巴拉水電站過(guò)魚方案比選

2.1 集魚方案比選

巴拉水電站大壩較高,故不采取魚道直接過(guò)壩,推薦采取壩下設(shè)置集魚設(shè)施[4-6],通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備運(yùn)輸至壩上庫(kù)區(qū)。根據(jù)國(guó)內(nèi)集魚設(shè)施的發(fā)展及工程建設(shè)后壩下水文情況[7-9],對(duì)深水網(wǎng)箔、梯型魚道[10-11]、槽型魚道、尾水集魚箱[12]或集魚站[13]四種集魚方案進(jìn)行比選。

2.1.1 深水網(wǎng)箔

工程所在河床內(nèi)大石塊較多,且河道較窄,寬度僅50.0 m左右。目前,在腳木足河工程河段,基本沒(méi)有行船條件,下游達(dá)維水電站建成后,壩下至廠房河段內(nèi)仍無(wú)法行船。因此,在壩下不具備布置深水網(wǎng)箔的條件。

2.1. 2 梯型魚道

梯型魚道主要適用于壩下水位變幅較大的水電站。地下廠房設(shè)置發(fā)電機(jī)組3臺(tái),達(dá)維水電站未建成前,一臺(tái)機(jī)發(fā)電尾水口水位為2 685.25 m;三臺(tái)機(jī)發(fā)電尾水口水位為2 686.75 m。達(dá)維水電站建成后,一臺(tái)機(jī)發(fā)電尾水口水位為2 686.25 m;三臺(tái)機(jī)發(fā)電尾水口水位為2 687.85 m。工程在壩下設(shè)置生態(tài)機(jī)組1臺(tái),正常發(fā)電流量為23.8 m3/s,出水口位置處正常尾水位為2 801.50 m,50年一遇洪水位為2 802.13 m,200年一遇洪水位為2 802.82 m。工程主電站和生態(tài)機(jī)組的尾水口水位變幅均較小,最大變幅為2.6 m,故不推薦采取梯型魚道方案。

2.1.3 槽型魚道

工程主電站和生態(tài)機(jī)組的尾水口水位變幅均較小,最大變幅僅為2.6 m,可采用槽型魚道進(jìn)行集魚,同時(shí),根據(jù)國(guó)內(nèi)水電站集魚設(shè)施的建設(shè)規(guī)律及過(guò)魚設(shè)施相關(guān)規(guī)范,槽型魚道布置在尾水口附近,將尾水引入集魚槽進(jìn)行引誘集魚。

2.1.4 尾水口集魚箱或集魚站

固定式集魚站與槽型魚道區(qū)別主要在于將魚留在集魚箱范圍內(nèi)的方式不同:固定式集魚站主要采用防逃籠方式將魚類留在集魚箱,無(wú)需設(shè)置趕魚通道;槽型魚道需設(shè)置趕魚通道,在趕魚通道內(nèi)利用趕魚格柵將魚趕入集魚箱范圍。工程壩下河段水深較淺,采用防逃籠有一定限制,故不推薦采取尾水口集魚箱或集魚站方案。

2.2 轉(zhuǎn)運(yùn)方案比選

轉(zhuǎn)運(yùn)方案可采取索道、軌道和運(yùn)魚車三種方式。

2.2.1 索道

工程若采用索道方式運(yùn)輸,則需要布置上站房、下站房、索道支撐塔及索道等。索道總運(yùn)輸長(zhǎng)度約1.3 km,下站房布置在生態(tài)機(jī)組尾水口槽型魚道上方,上站房布置在?？科脚_(tái),索道穿過(guò)生態(tài)機(jī)組廠房公路,沿右岸壩肩邊坡、庫(kù)區(qū)右岸管理公路和5號(hào)路最終到達(dá)?？科脚_(tái)。索道方案主要存在以下制約因素:

(1)下站房所需場(chǎng)地尚可通過(guò)緊湊布置實(shí)現(xiàn),而上站房所在的?？科脚_(tái)尺寸為10.0 m×25.0 m,基本無(wú)足夠場(chǎng)地布置上站房。

(2)索道需穿越多條公路,存在安全隱患。

(3)工程所在區(qū)域主要位于龍門山地震帶、鮮水河—滇東地震帶和巴顏喀拉山地震帶的交匯處,以工程場(chǎng)地周圍150 km范圍作為研究區(qū)域,共劃分出117個(gè)潛在震源區(qū)。其中,對(duì)工程場(chǎng)地影響較大的主要潛在震源區(qū)有6個(gè),即:爐霍8.0級(jí)潛在震源區(qū)、道孚7.5級(jí)潛在震源區(qū)、甘孜7.5級(jí)潛在震源區(qū)、侏倭7.0級(jí)潛在震源區(qū)、兩河口7.0級(jí)潛在震源區(qū)和日部6.5級(jí)潛在震源區(qū)。工程索道支架為高聳結(jié)構(gòu),抗震穩(wěn)定問(wèn)題突出,施工難度較大。

(4)工程位于高山峽谷,在每年3～9月風(fēng)速較大,最大風(fēng)速在13.7 ～22 m/s之間,索道的安全穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題突出。

(5)索道方式運(yùn)魚案例少。目前國(guó)內(nèi)已建成的過(guò)魚設(shè)施中,基本沒(méi)有采用索道運(yùn)輸方式。國(guó)外采用升魚索道型式的工程有美國(guó)的羅昂德布特壩、日本的莊川小牧壩和祖山壩。美國(guó)的羅昂德布特壩,壩高134.0 m,為碾壓堆石壩,水庫(kù)水位變幅26.0 m,采用索道吊罐系統(tǒng)運(yùn)魚過(guò)壩,運(yùn)距約182.0 m;日本在20世紀(jì)30年代在莊川小牧壩(壩高79.0 m)及祖山壩(壩高63.0 m)在建壩初期即設(shè)置了升魚索道,但目前上述3座升魚索道均已停止使用或報(bào)廢。

2.2.2 軌道

目前,國(guó)內(nèi)采用軌道運(yùn)輸?shù)倪^(guò)魚設(shè)施有新疆山口水利樞紐、新疆薩爾托海水利樞紐、黃登水電站、大華橋水電站和烏弄龍水電站等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解,運(yùn)行較為穩(wěn)定,偶爾軌道因熱脹冷縮而產(chǎn)生偏移,需要進(jìn)行維修維護(hù)。

工程若采用軌道方式運(yùn)魚,需設(shè)置軌道車、運(yùn)魚箱及運(yùn)魚軌道。運(yùn)魚軌道鋪設(shè)有兩種走向。一種是沿生態(tài)機(jī)組廠房公路至壩后通永久“之”字路爬升至壩頂,再由壩頂沿庫(kù)區(qū)右岸永久道路至5號(hào)路,最終到達(dá)?？科脚_(tái),總長(zhǎng)為2 360.0 m;另外一種是沿壩下沿河右岸公路至6號(hào)路、右岸隧道、右岸永久道路至5號(hào)路,最終到達(dá)停靠平臺(tái),總長(zhǎng)約為3 900.0 m。工程為混凝土面板堆石壩,壩面存在沉降問(wèn)題,沿著壩面“之”字路敷設(shè)軌道后運(yùn)行維護(hù)難度大。另一種沿路敷設(shè),目前工程設(shè)計(jì)道路未考慮運(yùn)魚軌道敷設(shè),若進(jìn)行擴(kuò)建改造,部分位置空間小,敷設(shè)軌道難度大。

2.2.3 運(yùn)魚車

運(yùn)魚車在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較普遍,例如沖乎爾水電站、馬馬崖一級(jí)水電站、龍開(kāi)口水電站、烏東德水電站、白鶴灘水電站、楊房溝水電站、苗尾水電站和里底水電站等。該方案需配備運(yùn)魚車一輛、運(yùn)魚箱兩個(gè)、維生系統(tǒng)一套。為便于管理,運(yùn)魚車和運(yùn)魚箱裝載定位設(shè)備,定位設(shè)備可采用GPS+基站+陀螺儀。運(yùn)魚車沿壩下沿河右岸公路至6號(hào)路、右岸隧道、右岸永久道路至5號(hào)路,最終到達(dá)停靠平臺(tái),總長(zhǎng)約為3 900 m。

運(yùn)魚車又可分為有人駕駛運(yùn)魚車和無(wú)人駕駛運(yùn)魚車,無(wú)人駕駛運(yùn)魚車主要適用于封閉和半封閉的路段,且目前技術(shù)尚未完全成熟,因此,推薦采用有人駕駛運(yùn)魚車。目前,定位設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備發(fā)展成熟,可對(duì)運(yùn)魚箱、運(yùn)魚車等行駛進(jìn)行軌跡監(jiān)控和運(yùn)魚視頻監(jiān)控,解決了運(yùn)魚車存在監(jiān)控難的弊端。運(yùn)魚車成為一種具有靈活性高和穩(wěn)定可控可監(jiān)管的轉(zhuǎn)運(yùn)魚方式。巴拉水電站推薦采取運(yùn)魚車作為轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)壩方案。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)為緩解水電站建設(shè)對(duì)魚類生存環(huán)境的阻隔,建設(shè)過(guò)魚設(shè)施是最有效的方法之一。過(guò)魚設(shè)施形式多種多樣,目前集運(yùn)魚系統(tǒng)等新興過(guò)魚方式仍然在探索和發(fā)展過(guò)程中,在進(jìn)行過(guò)魚設(shè)施的選型和布置時(shí),不可機(jī)械照搬,應(yīng)充分考慮工程布置條件、現(xiàn)場(chǎng)河道、地形以及魚類的生態(tài)習(xí)性,積極探索出適合工程的過(guò)魚方式。

(2)過(guò)魚設(shè)施的集魚和轉(zhuǎn)運(yùn)方案選擇直接影響過(guò)魚效果,須綜合考慮過(guò)魚目標(biāo)、建設(shè)條件和經(jīng)濟(jì)等因素,成為巴拉水電站過(guò)魚設(shè)施建設(shè)的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。本文結(jié)合巴拉水電站工程實(shí)際情況、施工條件等以及參考國(guó)內(nèi)水電站集魚設(shè)施的建設(shè)規(guī)律及過(guò)魚設(shè)施相關(guān)規(guī)范,通過(guò)對(duì)比四種集魚方案三種轉(zhuǎn)魚方案,提出巴拉水電站壩下集魚采用取槽型魚道方案,轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)壩采取運(yùn)魚車方案。該方案具有集誘魚效率高、適用范圍廣和運(yùn)行成本低的特點(diǎn),具有應(yīng)用及推廣價(jià)值。巴拉水電過(guò)魚設(shè)施建成后,將對(duì)維護(hù)大渡河流域的生態(tài)連續(xù)性產(chǎn)生積極作用,還可為同類水電站過(guò)魚設(shè)施設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考。