吳軍君，賀 俊，魏小旺

（浙江省錢塘江管理局勘測設(shè)計院，浙江 杭州310016）

0 引 言

為開發(fā)利用水資源，打造美麗生態(tài)景觀帶，越來越多的固定堰或活動堰在天然河道上筑起，但同時河道里洄游性魚類的游行通道被阻斷，上下游營養(yǎng)物質(zhì)的交換受影響，上游產(chǎn)卵區(qū)的魚苗無法對下游漁業(yè)資源進行有效補充，原本一個開放、連續(xù)的系統(tǒng)在能量交換、物質(zhì)流轉(zhuǎn)及信息傳送等方面發(fā)生了較大的改變，導(dǎo)致系統(tǒng)中的魚類生存所需的水質(zhì)水環(huán)境、水文水資源產(chǎn)生變化，最終影響了魚類資源產(chǎn)生，如：魚類的洄游或其它活動可能被耽誤或停止、魚類往下游通過大壩壩體或發(fā)電水輪機時受到傷害等。這些影響會導(dǎo)致魚類種群遺傳多樣性喪失和經(jīng)濟魚類品質(zhì)退化等。因此，保護魚類豐富種類，提升河道生態(tài)功能，過魚設(shè)施的研究研究發(fā)展顯得日趨重要[1]。

目前針對大壩、堰壩等水利工程對魚類造成的不利影響有如下幾種常規(guī)保護對策：修建過魚通道、開展魚種人工投放、實行水庫生態(tài)功能調(diào)配和創(chuàng)建魚種保護區(qū)等。其中，在國內(nèi)以修建過魚通道和開展魚種人工投放最為常見。在修建過魚通道方面，國內(nèi)外目前的主要類型有：魚道、仿自然型魚道、升魚機、集運魚設(shè)施和魚閘等[2]。本文結(jié)合浙江省天臺縣始豐溪一處堰壩改造工程，通過技術(shù)經(jīng)濟、過魚效果等多方面比較確定了設(shè)計方案。

1 魚道形式及特點

過魚通道主要分為上行過魚設(shè)施和下行過魚設(shè)施。上行過魚設(shè)施包括魚道、魚閘、升魚機和集運漁船等，下行過魚設(shè)施包括設(shè)置攔網(wǎng)、電柵等。在低水頭水利樞紐工程中過魚設(shè)施一般指修建魚道，近代魚道的設(shè)計研究已有100多年歷史[3]，衍生出了多種形式，其形式和特點見表1和圖1。

2 魚道設(shè)計

2.1 工程概況

天臺縣城始豐三橋下游約140m有一堰壩中間為翻板壩，寬234m，兩側(cè)為固定堰，各寬30m。經(jīng)過多年運行后，翻板壩經(jīng)?？ㄋ溃s76%的混凝土消力池、拋石防沖槽均已沖毀，本次結(jié)合堰壩改建成液壓式升降壩工程，在原右側(cè)30m寬固定堰處修建魚道，堰壩水頭差為2m。

2.2 過魚目標(biāo)確定

根據(jù)當(dāng)?shù)貪O業(yè)部門提供的有效數(shù)據(jù)，典型常見洄游性魚類包括青、草、鰱、鳙四大家魚，偶見香魚、鰻鱺等，爬行類的河蟹較為常見，同時每年漁業(yè)部分都會投放數(shù)萬條各類魚苗[4]。

魚道的設(shè)計流速通常要小于設(shè)計范圍內(nèi)魚類的巡游速度，根據(jù)上述的魚類統(tǒng)計情況，通過查詢表2和經(jīng)驗公式計算對比后確定了設(shè)計流速。

游泳能力估算經(jīng)驗公式：

式中：v為魚的克流能力（m/s）；L為魚的體長（m）。

2.3 魚道型式選擇

根據(jù)工程條件及過魚目標(biāo)，結(jié)合省內(nèi)已建魚道的現(xiàn)場調(diào)查情況，初步確定兩種魚道型式設(shè)計方案，即豎縫式和仿自然型。

在對兩種方案技術(shù)對比后，豎縫式方案有3個缺點：保護對象單一。很少考慮到其他生物、有機質(zhì)、泥沙等在堰壩上下游的交換和平衡，僅滿足于個別魚類的縱向遷移要求，對于恢復(fù)河道生態(tài)平衡，維護生態(tài)完整性作用不大；進口通常狹小，過魚效果一般；原材料和施工方法不環(huán)保。主要為建筑材料，即便流態(tài)滿足所過魚類的需求，魚池周邊環(huán)境與天然河道相比差別較大。

表1 魚道的主要形式和特點

圖1 魚道的形式

表2 我國典型洄游魚類生態(tài)習(xí)性及游泳能力[5]

而仿自然型方案相對而言，有3大優(yōu)點：魚類保護種類多、范圍廣，所有水生動物基本都適用；能使上下游魚群得到廣泛溝通交換，原有魚種的完整性得到有效維持；泥沙、有機質(zhì)和其它水生生物能順利通過自然或人工建筑物，下游魚類的肥育需求得到滿足。

從投資、施工、后期運行來看，豎縫式方案過魚目標(biāo)單一、施工難度大，而仿自然型方案盡管斜坡道工程量較大，但本工程堰壩上下游水頭差較小，同時運行管理較簡便、維護經(jīng)費低，坡度坡比不規(guī)則，流態(tài)特征貼近自然，豎砌條石檻跌水后形成的水池為魚在枯水期找到蔽所并存活提供了保障。還有個重要優(yōu)點，即仿自然型不需要調(diào)控上游來水流量，下游水位變動時水生動物仍能輕易地找到魚道入口[6]。

綜上所述，該工程采用仿自然型魚道方案，其中過魚設(shè)施采用加糙坡道型，蟹等爬行生物采用魚坡，見圖2、圖3。

圖2 加糙坡道

圖3 魚坡

2.4 魚池結(jié)構(gòu)尺寸[2]

（1）魚池寬度B：主要由過魚對象的大小和過魚量決定。國外一般取2~5m；國內(nèi)多取2~4m。

（2）魚池長度l：與魚類的休息條件及水流的消能效果有關(guān)。一般初設(shè)時取l=（1.2~1.5）B。魚體大，取大值；魚體小，取小值。

（3）魚池深度h：主要依過魚習(xí)性而定。底層魚和體形大的成魚要求水深較深。國內(nèi)外一般取1.5~2.5m。

（4）孔口或豎縫寬度b：一般不宜小于過魚對象體長的1/2。

（5）魚池數(shù)目

式中：k為消能系數(shù)，一般取0.85~0.90；v為魚道孔口或豎縫流速（m/s）；H為最大水位差，即上游最高運行水位減下游最低運行水位（m）；g為重力加速度。

（6）魚池間的落差：△h=H/n；

（7）魚池的底坡=△h/l；

（8）魚道平均底坡i=魚道進、出口底部高程差除以魚道的有效全長[6]。

2.5 魚道進口

魚道能否被魚類較快的發(fā)現(xiàn)和順利的進入是設(shè)計成敗的關(guān)鍵。為此必須研究魚類的洄游規(guī)律。通常魚道進口應(yīng)避開河流主流，設(shè)置在流速略小的主流兩側(cè)上游處；魚道的選址設(shè)置在常年有流水處，并確保進魚口處有1~1.5m的水深。進魚口的底板高程根據(jù)下游水位變動的情況確定。進口處的出水流速維持在0.3~0.5m/s左右。進水口與河床間不可有陡坎等，可用砂卵石等鋪筑成緩坡與之連接[7]。

在滿足以上要求的同時，本工程設(shè)計時結(jié)合地形特點，將魚道進口由上游的6m漸變至16m，占河寬比重增加，角度也作了調(diào)整，這樣更有利于魚類發(fā)現(xiàn)順道。

2.6 魚道出口

出口處通常設(shè)置在岸邊，水流平順且能滿足上游水位變動處，出口底板處水深在1.5m以上。如水庫消落水深較大，可設(shè)置多個出口加以輔助，并確保出水深度在1.5m以上[7]。

2.7 設(shè)計成果

如圖4所示，液壓式升降堰壩布置于現(xiàn)狀河道主槽，升降壩堰頂高程48.0m，26.2m寬魚坡和5.5m寬加糙坡道型魚道分別布置在堰壩右側(cè)。

其中加糙坡道型魚道的斷面結(jié)構(gòu)見圖5，魚道頭部為C25混凝土擋墻，擋墻頂高程47.45m，頂寬0.87m，上游坡度為1∶0.3，下游坡度為1∶0.1，魚道長72m，高程落差2.4m，坡比1∶30，每2 m豎砌密排大漂石，形成仿自然魚池，大漂石大頭朝下，單塊平均高度0.8m（0.7~0.9m），平均重500 kg，密排嵌入漿體0.35m，尤其是上游側(cè)首排單塊大漂石平面尺寸每一邊不小于0.8m，魚池低為大漂石平躺埋設(shè)，平均厚0.65m，此類魚池結(jié)構(gòu)擁更為豐富的底質(zhì)，水流結(jié)構(gòu)更富多樣化。魚池后緊接長5m、60 cm厚C30鋼筋混凝土平臺，再是長10m、100 cm厚大塊石拋填層其后與天然河床順接，此平臺既為魚道起防沖保護作用，又是魚道進口，需保證水深在1~1.5m。

魚坡斷面結(jié)構(gòu)見圖6，魚道頭部為C25混凝土擋墻，擋墻頂高程48.0m，頂寬0.65m，上游坡度為1∶0.3，下游坡度為1∶0.1，魚坡長38m，高程落差3.8m，坡比1∶10，坡面為漂石埋放，厚0.7m，漂石間凹縫2 cm，漂石表面向上游傾斜，單塊平均厚度0.45m（0.35~0.55m），單塊重量不小于250 kg，魚坡后緊接長8m、60 cm厚C30鋼筋混凝土消力池，再是長33m、100 cm厚大塊石拋填層其后與天然河床順接，如圖4所示與魚道后平臺一起形成一個大平臺，即為魚道進口[8，9]。

圖4 總平面布置圖（單位：m）

圖5 加糙坡道型魚道斷面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

圖6 魚坡斷面結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

3 結(jié) 語

（1）在活動堰壩或固定堰旁設(shè)置仿自然型魚道對于維持良好生態(tài)環(huán)境，保護魚類資源是十分有效的措。

（2）與傳統(tǒng)工程魚道相比，仿自然型魚道適用于各種魚類上溯或下行，過于效果甚佳。

（3）仿自然型魚道具有生態(tài)的景觀效果，不與堵塞，運行管理費用低，在完建之初根據(jù)試運行效果，可以方便地對漂石擺放等細部結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。

（4）仿自然型魚道也有不易適應(yīng)上下游水位較大的變動，占用空間較大等缺陷，同時也要根據(jù)天然河道地形、落差等條件靈活掌握，切忌生搬硬套。

（5）我國生態(tài)魚道起步晚，工程經(jīng)驗少，但河道生態(tài)需求的恢復(fù)日益強烈，接下來需與生物工程師結(jié)合，加強相關(guān)技術(shù)研究。