戴 偉

(安徽省水利水電勘測設計院，安徽 合肥 230022)

1 工程概況

1.1 工程簡介

牛嶺水庫地處徽水河中下游,控制流域面積850 km2,約占徽水流域總面積的80%。牛嶺水庫規(guī)模為大(2)型水庫,工程等別為Ⅱ等,是一座以防洪為主,結合供水,兼顧發(fā)電、灌溉等綜合利用的水利樞紐工程。水庫總庫容1.67億m3,電站裝機容量19 MW。樞紐工程由混凝土重力壩、壩頂泄洪表孔、壩身泄洪中孔、壩內埋管式發(fā)電引水系統(tǒng)、壩后式發(fā)電廠房和升壓開關站、魚道、放空底孔等建筑物組成。

1.2 魚道簡介

過魚建筑物采用魚道,槽身采用豎縫式結構。魚道進口布置在尾水渠末端,進口底高程70.0 m,沿尾水渠左側墻上升至73.0 m高程,至魚道進口壩下約180.0 m處,設置塔式回旋魚道,上升至94.9 m高程,通過渡槽式魚道穿越進廠道路至左岸臺地,沿左岸臺地等高線上升至113.5 m高程后至左岸魚道壩內控制段,魚道穿壩出口在左岸壩塊設3層,分別為113.5 m、114.5 m、115.5 m高程,壩后段長2 575.6 m;穿壩后沿左側庫岸延伸至上游沖溝邊,壩前段長152.0 m。

2 魚道設計

2.1 過魚方案選擇

大壩過魚的措施較多,可采用技術上實用的方法(技術型過魚設施)或模仿自然的方法(仿自然型過魚設施)來構造,主要包括仿自然通道、魚道、魚閘、升魚機、集運魚系統(tǒng)等,過魚措施的的方式選擇需對樞紐工程區(qū)地形條件、工程特性(樞紐布置、壩型、壩高)、魚類生物學特性等方面進行綜合比選?？紤]牛嶺水庫工程所在地兩岸均為山地,地形陡峻及壩下河段水深較淺,通航能力較差及魚閘等投資大等因素,本工程過魚設施采用魚道方案(圖1)。

圖1 魚道槽身結構圖

2.2 魚道進出口

魚道進口布置在發(fā)電尾水渠末端,進口底高程約70.0 m,進口設計水深1.0 m。魚道進口設置側向進魚口,與尾水渠順水流向軸線成30.0°角布置,底高程70.0 m,孔口尺寸1.0 m×0.5 m(寬×高)。魚道出口布置在左岸連接壩段,壩塊穿壩,根據上游水位變幅設置3個出口,底高程分別為115.5 m、114.5 m、113.5 m,穿壩孔口尺寸1.5 m×1.8 m(寬×高),壩前各設2道閘門,工作、檢修閘門互為備用。

2.3 槽身設計

根據“現場魚類游泳能力試驗”結論:“為保證不同種類過魚對象的過壩需要,一般以游泳能力較弱的魚類突進速度作為取值依據,……,本次分析采用吻鰕虎魚的突進游泳速度作為主要的參考對象?！钚⌒猿墒靷€體吻鰕虎魚突進有用速度約為0.84 m/s,因此建議過魚斷面最大流速小于0.84 m/s?！?/p>

槽身采用矩形斷面,寬1.5 m,池室長2.0 m,每隔10 塊隔板設一個休息池,休息池為平底,長4.0 m。魚道休息池布置在轉彎處時,魚道休息池長度適當加大。魚道底部鋪設0.2 m厚砂卵石。

2.3.1 魚道池室結構

(1) 池室凈寬b:池室凈寬不宜小于主要過魚對象體長的2倍,本工程魚道過魚種類體長不超過0.5 m,綜合考慮過魚量,池室凈寬b取1.5 m。

(2) 池室凈長l:池室凈長一般取池室凈寬的1.25～1.5倍,因此,池室凈長度l取2.0 m。池室隔板d取0.2 m。

(3) 豎縫寬度:豎縫寬度宜取0.3～0.5 m,考慮過魚對象體型均不大,豎縫寬度取0.3 m。豎縫縫口方向宜與隔板呈45°夾角。

2.3.2 池室水深

池室水深應視過魚對象的體高和習性確定,可取0.5～1.5m,考慮本工程過魚對象中有底層魚類,水深取1 m。

2.3.3 魚道池室數量

(1) 池間水位差,按下式計算：

式中:ΔH為隔板水位差,m;V為魚道設計流速,m/s,取0.8 m/s;φ為隔板流速系數,可取0.85～1.0;

(2) 隔板水位差在0.033～0.045 m,設計取0.04 m。

式中：n為魚道池室總數量;H為魚道最大設計水位差,m。

2.3.4 魚道坡降I

2.3.5 魚道流量

垂直豎縫式魚道內流量可按下式計算:

式中：h0為池室內下游水深,m;μ為流量系數,m;s為豎縫寬,m。池室內下游水深h0取1.0m,豎縫寬s取0.3m,流量系數μ取0.3,則魚道內流量Q約為0.25m3/s。

2.3.6 魚道有效長度L

魚道有效長度L=1 149×(2+0.2)=2 527.8m。

2.3.7 單位水體消耗功率E

池室內單位水體消耗功率E按下式計算:

式中：E為池室內單位水體消耗功率,W/m3;V為池室水體體積,m3;Q為魚道流量,m3/s。

計算得魚道單位水體消耗功率為35.32W/m3,小于規(guī)范要求的200W/m3。

3 結束語

3.1 我國魚道建設及發(fā)展

我國魚道設計起步較晚,至20世紀80年代相繼建設了40余座魚道。自葛洲壩水利樞紐中采取建設增殖放流站的措施來解決中華鱘等珍稀魚類的保護問題至此后的30余年,我國在建設水利水電工程時很少修建過魚設施。近年隨著天然漁業(yè)資源嚴重退化,甚至危及到國家級自然保護區(qū)珍稀特有魚類,過魚設施的研究和建設才重新受到重視,一批過魚設施已建成運行或在規(guī)劃建設中。但相關原型觀測及規(guī)范性指導文件積累相對較少,《魚道設計導則》在總結國內外魚道設計經驗的基礎上,僅給出了原則性的指導,對高水頭差魚道設計論述較少,可操作性不高。

3.2 槽式魚道設計重點

槽式魚道設計應掌握四個重點:魚道進口位置的選擇、槽內流速的控制、休息魚池的設置、上下游水面銜接。

(1)魚道進口是引導魚類進入魚道的起點,只有在水流動性好的地方布置魚道進口,魚兒才容易被吸引到魚道中去。本工程魚道進口設置在廠房尾水側,利用發(fā)電尾水引魚,根據下游流場數模分析,確定了魚道進口的合適位置,并在魚道進口設置了攔魚電柵,確保了引魚效果。

(2)魚道過魚品種較多,為滿足不同魚類的過魚要求,同一魚道斷面需要形成不同的流速區(qū),且該流速區(qū)內水的流速必須小于魚的克流能力。因此,槽內流速是決定上溯魚類能否成功通過的關鍵。魚類克流能力可根據現場魚類游泳能力試驗確定,槽身尺寸、魚道坡度、隔板及豎縫型式的選擇除應根據模型計算,還應在水工模型試驗輔助下進行優(yōu)化。

(3)魚道水頭差大,在滿足坡度要求的前提下,坡面比較長,魚道中如果沒有供魚類休息的地方,中、小型魚類很可能由于體力不夠而無法抵達上游。因此,本工程每隔10 塊隔板設一個休息池,休息池為平底,長4.0m。

(4)在多魚種洄游型魚道設計中,應考慮到各魚種洄游季節(jié)不一,在上、下游水位落差較大時,應特別注意水面線的銜接?？蓞⒖急竟こ虒Ⅳ~道出口設置為多層,根據不同季節(jié)及庫水位情況人工干預,啟用不同高程魚道。