謝 濤，李 巍，陶光慧，魯思遠(yuǎn)，何 偉

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司,貴州 貴陽 550002）

水利水電工程的發(fā)展帶來了供水、灌溉、發(fā)電和促進地方經(jīng)濟發(fā)展等巨大經(jīng)濟效益,但同時也對水壩堵塞河道連通性、阻隔魚類洄游通道、魚類無法順利完成生活史、魚類生存環(huán)境破碎、魚類種群規(guī)?？s小和種群間基因交流受限等水生態(tài)系統(tǒng)造成了一定的影響。因此,為改善河流連通性建設(shè)魚類設(shè)施,對魚類資源的保護意義重大。

目前,水利水電工程過魚設(shè)施有魚道形式、過壩式升魚機形式、集魚船形式、魚閘形式和集運魚系統(tǒng)等,其優(yōu)缺點及適用范圍見表1。目前,國內(nèi)大中型水利水電工程大多集中在高山峽谷地帶,筑壩高度高,集魚系統(tǒng)針對高水頭高壩工程,具有布置形式靈活,不干擾樞紐布置,操作管理方便的優(yōu)點[1-2],因此對于高壩過魚更為合適。目前國內(nèi)外對集運魚系統(tǒng)研究較少,國內(nèi)已經(jīng)建成運行的有重慶烏江彭水水電站[3]、馬嶺水利樞紐工程[4],其中馬嶺集魚系統(tǒng)采用單一廊道補水并集魚。國外美國貝克水庫采用集魚系統(tǒng),將大馬哈魚集中起來運輸[5],效果更佳。

表1 過魚設(shè)施的類別和特點

綜上,經(jīng)過對不同過魚設(shè)施類別和特點進行對比,針對水利水電工程高水頭高壩,集運魚系統(tǒng)較其他過魚設(shè)施更優(yōu),但同樣存在集魚效果不佳,噪聲振動的影響。本文結(jié)合某水利樞紐工程,提出一種新型集運魚系統(tǒng)的設(shè)計。

1 工程概述

1.1 工程概況

位于貴州省西北部的某水利樞紐工程,壩型為壩高154 m的混凝土面板堆石壩,屬高水頭壩。該水庫為大（1）型工程,正常蓄水位1323 m,總庫容13.23 億m3,死水位1305 m。電站共有3 臺機組,總裝機容量90 MW,設(shè)計引用流量99.3 m3/s。在工程區(qū)范圍內(nèi)的水域進行調(diào)查,沒有典型的洄游魚類,因此通過對各種魚類設(shè)施的研究比選,采用集運魚類系統(tǒng)方案,促進壩址上下游魚類種群的基因交流,是建造過魚設(shè)施的主要目的。

1.2 過魚種類、季節(jié)分析

魚類過壩的主要目的是為了促進基因交流,所以本著滿足魚類基因交流需求的原則,優(yōu)化確定過壩目標(biāo)。綜合考慮工程河段魚類的過魚需求、過魚有效性和過魚價值,并結(jié)合魚類資源量現(xiàn)狀,選擇長薄鰍、鱸鯉、墨頭魚、云南光唇魚、四川裂腹魚、四川爬巖鰍、白甲魚、昆明裂腹魚為主要過魚對象,瓦氏黃顙魚、寬鰭鱲、鲇、黃顙魚等為兼顧過魚對象。過魚季節(jié)參考主要過魚對象的繁殖期確定為3 月～7 月和9 月～10 月。

1.3 過魚設(shè)施參數(shù)研究

工程集魚系統(tǒng)以水流流速為主要誘魚方式,利用魚類對流速特別敏感的習(xí)性。集魚廊道進魚口根據(jù)主要過魚對象的魚類溯游能力測試結(jié)果,建議誘魚流速范圍為0.55 m/s～0.85 m/s,同時在進魚口（0.35 m/s＜流速＜0.55 m/s）處盡量有合理的流速梯度,近底近側(cè)壁有10 cm 厚的低流速區(qū)供中底層小魚通過；補水走廊的流速需要保證在0.55 m/s～0.85 m/s 的范圍內(nèi)；過魚通道建議流速范圍為0.35 m/s～0.74 m/s；放流位置建議選擇在水流平穩(wěn)的水域,流速在0.35 m/s～0.74 m/s 之間。

2 集運魚系統(tǒng)設(shè)計

2.1 集魚流程

集運魚系統(tǒng)過魚流程大致上分為：誘魚、集魚、提升、轉(zhuǎn)運、分選、運輸和放流步驟。主要由誘魚系統(tǒng)、觀測與輔助設(shè)施系統(tǒng)、集魚系統(tǒng)、提升轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)和放流系統(tǒng)組成,見圖1。

圖1 集運魚系統(tǒng)主要組成

2.2 集魚系統(tǒng)設(shè)計

集魚系統(tǒng)布置在壩后電站尾水渠右側(cè)的岸邊,集魚廊道、補水廊道、控制閘門、趕魚柵、輔助誘魚系統(tǒng)、誘魚系統(tǒng)分別設(shè)置在上游至下游,如圖2 所示,具體布置情況詳見分析。

圖2 集魚系統(tǒng)平面布置圖

（1）集魚廊道

集魚廊道布置在右側(cè)靠山體側(cè),過水廊道長26.0 m,寬2.1 m,深4.0 m,底板高程為1207.5 m,集魚廊道水深約1.67 m～2.58 m。過水廊道從上至下游分別布置集魚箱池、補水口、趕魚柵、魚類監(jiān)測設(shè)施、下游人字門等。為滿足集魚箱下沉放置要求,在集魚廊道前端布置一個集魚箱池,集魚箱池尺寸為2.1 m×2.1 m×2.2 m。集魚廊道流速通過布置在廊道下游的人字工作門控制,人字門孔口尺寸為2.1 m×4.0 m。

（2）補水廊道

為給進入集魚廊道的魚類提供低流速區(qū)域作為休息場所,集魚廊道補水采用側(cè)向進水方式。補水廊道與集魚廊道平行布置在集魚廊道左側(cè),順?biāo)鞣较蜷L14.5 m,過流斷面凈寬2.5 m,底板高程1207.5 m。為提高補水廊道的過流能力,在進口設(shè)置喇叭口。

在補水廊與集魚廊之間設(shè)置橫向連通孔,在集魚箱下游布置連通孔,孔尺寸為2.5 m×3.0 m,在連通孔靠集魚廊左側(cè)邊墻表面一側(cè)布置鋼結(jié)構(gòu)攔魚柵,防止魚兒從連通孔逃生。

（3）控制閘門

在補水廊道橫向連通孔上、下游側(cè)各布置一道工作閘門,以減少非過魚季節(jié)補水廊道對尾渠阻水的影響,降低尾渠水位。過魚季節(jié)時,開啟橫向連通洞上游側(cè)閘門,關(guān)閉下游側(cè)閘門,讓水流通過橫向連通洞流向集魚廊道,并通過集魚廊道下游側(cè)人字門將集魚廊道流速和進魚口流速控制到魚類喜好流速進行集魚。檢修時關(guān)閉補水廊道上下游工作閘門以及集魚廊道下游側(cè)人字門,抽干廊道存水進行檢修。非過魚季節(jié)時開啟補水廊道橫向連通洞上下游側(cè)閘門,以及集魚廊道下游側(cè)人字門,讓進入補水廊道的水流以最大可能流量通過集魚系統(tǒng),從而降低集魚系統(tǒng)對尾水渠的阻水影響,降低尾水渠水位,提高發(fā)電效益。

（4）趕魚柵

集魚廊道設(shè)置1 組雙開口式結(jié)構(gòu)的趕魚柵,開孔尺寸為2.1 m×4.0 m（寬×高）。上至集魚箱下游側(cè),下至魚類監(jiān)測器上游側(cè),實現(xiàn)趕魚,往返進行。如需檢修趕魚柵或給驅(qū)動電池充電,通過提升豎井垂直提升至校核洪水位高程以上的高程平臺進行。

（5）輔助誘魚系統(tǒng)

為提高集魚系統(tǒng)的誘魚效果,增設(shè)水流誘魚裝置,在集魚廊道下游出口（進魚口）布置一根輔助補水管,讓水流產(chǎn)生一定的水流聲,幫助魚類更容易地找到集魚通道,提高集魚效果。同時在集魚廊道上游端頭的集魚箱附近布置一個輔助補水管,讓進入集魚廊道的魚類集聚在集魚箱附近。

同時為防止魚類進入尾水渠,在集魚廊道進魚口左側(cè)布置一道攔魚電柵,采用浮船式橫河布置,在非過魚期和泄洪時將攔魚電柵收回保存,避免被沖毀。

（6）監(jiān)控系統(tǒng)

在集魚廊道進魚口人字門后面右側(cè)墻及集魚廊道上游端閘閥室各布置一個魚類觀察室供近距離觀察魚類習(xí)性。觀察室內(nèi)布置紅外攝像頭監(jiān)控進入集魚廊道的魚類。

2.3 提升轉(zhuǎn)運系統(tǒng)設(shè)計

提升轉(zhuǎn)運系統(tǒng)布置在集魚系統(tǒng)頂部及其與右岸岸坡之間,由提升豎井、頂部排架、交通橋、集魚箱、啟閉設(shè)備等組成。

提升豎井分成4 個區(qū)域,其中下游側(cè)兩個提升豎井共用一臺移動式啟閉機提升趕魚柵和下游工作閘門,上游側(cè)兩個提升豎井共用一臺移動式啟閉機提升集魚箱和上游工作閘門。其中集魚箱尺寸為2.0 m×2.0 m×1.0 m（長×寬×高）,采用無動力自動控制集魚箱,通過水壓及活塞頂桿實現(xiàn)集魚和投魚功能。

2.4 魚類分選系統(tǒng)設(shè)計

采用移動式啟閉機將集魚箱內(nèi)的魚類移到分選車間,通過配套集魚箱活塞頂桿裝置投放魚類進入等待分選室暫養(yǎng)（含補氧、燈光等設(shè)施）,達(dá)到一定數(shù)量的魚類后,啟升啟動起魚篩將魚類趕入分選臺進行分選,分選臺側(cè)面設(shè)置4 套魚類暫養(yǎng)池（含補氧、燈光等設(shè)施）,其中1 套暫養(yǎng)鱸鯉等兇猛性魚類,1 套暫養(yǎng)增殖站親魚,1 套暫養(yǎng)其他魚類,1 套作為備用,見圖3。待魚類達(dá)到一定數(shù)量后通過運魚專車運送至指定放流點或魚類增殖站。

圖3 魚類分選室平面布置圖

2.5 運輸選系統(tǒng)設(shè)計

運輸系統(tǒng)采用運魚車加公路運輸形式。當(dāng)進入魚類暫養(yǎng)池中的魚類數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量后,將魚類暫養(yǎng)池底部導(dǎo)向管與運魚車相連接,開啟閥門,將魚類放入運魚車,運魚車通過公路把魚類運到放流點或魚類增殖站進行放流。運輸車配有魚箱系統(tǒng)、增氧系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、制冷機組和水循環(huán)泵等,以潔凈的水質(zhì)和含氧量高的水環(huán)境,為魚兒營造適宜的生存環(huán)境。

2.6 放流系統(tǒng)設(shè)計

放流地點的選擇河段應(yīng)有一定流速,通常應(yīng)大于魚類的感應(yīng)流速,以便目標(biāo)魚類放流后能繼續(xù)上溯。同時,放流地點的選擇還應(yīng)綜合考慮庫區(qū)干支流棲息地的分布情況。綜合考慮以上幾點,選擇兩個放流點,分別為：干流放流點（放流點A）,距離壩址集魚系統(tǒng)109.5 km；支流引底河放流點（放流點B）：距離壩址集魚系統(tǒng)43.3 km,兩處河道流速和水深均滿足放流要求。

為使運魚車中的魚類能夠順暢放流進入河水中,在運魚車上設(shè)有排魚孔和放流滑道,打開排魚孔,運魚車中的水和魚一起從排魚孔和放流滑道排出,進入放流水域。同時,在放魚地點修建放魚親水斜碼頭,適應(yīng)不同河水位情況下放魚需要。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)過魚設(shè)施的類別和特點,針對水利、水電工程高水頭高壩,集運魚系統(tǒng)較其他過魚設(shè)施更優(yōu)。

（2）結(jié)合某水利樞紐工程,提出一種新型集運魚系統(tǒng)的設(shè)計,詳細(xì)介紹了集魚系統(tǒng)、提升轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)和放流系統(tǒng)的設(shè)計方案。