李 梅，禹作利

(中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

1 工程概況

新疆某水利樞紐工程由混凝土拱壩、水墊塘及二道壩、發(fā)電引水系統(tǒng)和電站、生態(tài)放水洞、過魚建筑物等組成，水庫總庫容3.68億m3，電站裝機(jī)容量160MW?；炷凉皦螢閽佄锞€型雙曲拱壩，最大壩高167.5m。

根據(jù)環(huán)境保護(hù)要求，主要過魚季節(jié)為每年4-7月份。過魚期間上游庫水位變幅范圍為814.00m-876.00m，下游魚道進(jìn)口水位變幅范圍為732.45m-733.40m。過魚建筑物采用“魚道+升魚機(jī)”方式。

2 過魚建筑物布置

根據(jù)壩址處地形及樞紐總體布置情況，升魚機(jī)設(shè)置在壩頂，魚道布置在水墊塘左岸。魚道進(jìn)口設(shè)于二道壩下游側(cè)左岸，距二道壩中心線約17m處，魚道自下游延伸至拱壩壩腳，總長234.35m。魚道沿水流方向分為供水閥室、消力池、集魚斗池、趕魚柵池、普通池室、休息池室、補(bǔ)水閥室及魚道進(jìn)口。魚道進(jìn)口設(shè)于二道壩下游側(cè)左岸邊墻處，底高程為731.25m。供水閥室、消力池、集魚斗池及趕魚柵池設(shè)置在拱壩壩腳。補(bǔ)水閥室設(shè)在魚道與水墊塘左邊墻之間。魚道通過調(diào)流閥控制達(dá)到滿足0.28m/s-1.08m/s的誘魚流速要求。將魚誘至升魚斗后，通過升魚小車啟閉機(jī)將升魚斗提升并放置在位于739.00m高程處的運(yùn)魚車上，由運(yùn)魚車將升魚斗運(yùn)至拱壩下游側(cè)739.00m高程的升魚機(jī)鋼塔架內(nèi)，用壩頂門機(jī)將升魚斗升至壩頂，水平運(yùn)輸至上游側(cè)并將升魚斗垂直下放至庫水水面，將魚卸放至庫內(nèi)[1]。

3 魚道進(jìn)口設(shè)計(jì)

3.1 進(jìn)口布置原則

1)魚道進(jìn)口應(yīng)布置于魚類聚集水域。工程建設(shè)改變了河道的水力條件，各種魚類為自己選擇與它們生活特點(diǎn)相適應(yīng)的水域。通過對(duì)已建成水利水電樞紐魚類聚集情況的調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，魚類逆流而上，魚類聚集在經(jīng)常有水流下泄處。因此，魚道進(jìn)口應(yīng)盡可能靠近二道壩處。

2)魚道進(jìn)口應(yīng)具有合適的水流條件，根據(jù)魚類游泳能力試驗(yàn)研究》報(bào)告，魚道進(jìn)口誘魚流速為0.28-1.08m/s。

3.2 進(jìn)口附近水流流場研究

通過建立二維數(shù)學(xué)模型，對(duì)不同補(bǔ)水流量下進(jìn)魚口附近水流流場結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬。在對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對(duì)其流場結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出相應(yīng)的改善措施和建議。

3.2.1 計(jì)算工況

數(shù)學(xué)模型對(duì)不同水位組合、不同補(bǔ)水流量工況進(jìn)行了模擬研究。數(shù)模計(jì)算工況見表1。

3.2.2 計(jì)算成果分析

1)原地形布置數(shù)模計(jì)算成果分析

魚道進(jìn)口附近的河道水流流速整體偏小，這與二道壩下游地形有關(guān)，在條件允許情況下，需對(duì)河道底高程進(jìn)行調(diào)整。

表1 數(shù)模計(jì)算工況表

2)調(diào)整方案1數(shù)模計(jì)算成果分析

圖1 調(diào)整后的魚道入口布置

數(shù)模計(jì)算結(jié)果與原進(jìn)口地形布置方案相比，兩種水位組合下其流場結(jié)構(gòu)大體相似，魚道進(jìn)口附近同樣具有較為明顯的流速梯度，便于魚類發(fā)覺并進(jìn)入；由于沒有對(duì)河道地形進(jìn)行調(diào)整，因此魚道進(jìn)口附近的河道流速依舊偏小。

3)調(diào)整方案2數(shù)模計(jì)算成果分析

圖2 河道底高程抬高后的魚道進(jìn)口布置方案

抬高底高程后，魚道進(jìn)口附近河道流速有了明顯增加，普遍超過了目標(biāo)魚類的感應(yīng)流速，較為合理；河道底高程抬高至730.00m后，進(jìn)口附近水流流場結(jié)構(gòu)較好，存在偏向魚道入口的流速梯度，且水流整體較為平順，無漩渦及其他流速屏障存在。

4)調(diào)整方案3數(shù)模計(jì)算成果分析

圖3 調(diào)整方案3魚道進(jìn)口布置型式

該魚道進(jìn)口布置型式與原進(jìn)口地形布置方案相比，水流條件有較大的改善，魚道進(jìn)口主流與河道水流呈一定角度，便于目標(biāo)魚類發(fā)現(xiàn)并進(jìn)入；在主要過魚季節(jié)魚道進(jìn)口附近流場結(jié)構(gòu)較為平順，不存在水流渦旋等不良水流條件；從整體上看，魚道進(jìn)口附近的流速指標(biāo)基本滿足過魚要求。但是在4月份水位組合工況下，魚道進(jìn)口與下游河道主流之間存在一定范圍的低流速區(qū)(流速在0.1m/s左右)，可能會(huì)降低目標(biāo)魚類發(fā)現(xiàn)魚道入口的幾率。

3.3 整體物理模型試驗(yàn)

在二維水流流場計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，對(duì)原地形布置方案和優(yōu)化調(diào)整后的魚道推薦布置方案分別開展了整體物理模型試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：原地形布置方案魚道進(jìn)口段水流流速偏小，僅略大于目標(biāo)魚類的感應(yīng)流速，可能會(huì)降低過魚效果。推薦布置方案魚道進(jìn)口段水流流速有所增加，較好的滿足了魚道設(shè)計(jì)要求；通過對(duì)魚道增設(shè)補(bǔ)水系統(tǒng)并對(duì)其補(bǔ)水流量進(jìn)行對(duì)比分析，最終建議過魚設(shè)施的補(bǔ)水流量宜控制在0.4m3/s-0.5m3/s，推薦4月份水位組合時(shí)補(bǔ)水0.4m3/s，5-7月份水位組合時(shí)適當(dāng)加大補(bǔ)水量，補(bǔ)水0.5m3/s。

3.4 魚道進(jìn)口布置型式確定

通過對(duì)以上幾種魚道進(jìn)口布置型式的數(shù)模計(jì)算結(jié)果及整體物理模型試驗(yàn)結(jié)果分析來看，魚道進(jìn)口布置方案應(yīng)采用調(diào)整方案3魚道進(jìn)口布置型式。

4 結(jié) 語

魚道進(jìn)口段水流流速對(duì)吸引目標(biāo)魚類進(jìn)入魚道至關(guān)重要。文章以新疆某樞紐工程為例，通過數(shù)模計(jì)算及整體物理模型試驗(yàn)等結(jié)果分析，確定了過魚建筑物進(jìn)口布置型式。