楊智，周昀，辛立光，孟勇

（1.四川省水利水電勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610000；2.四川省水利規(guī)劃研究院，四川 成都 610000）

0 引言

在當今水利水電工程造福人類的同時，攔河大壩也阻隔了魚類洄游繁殖，故在新建水利水電工程中，需設計和施工過魚設施。常用的過魚設施主要有集運魚系統(tǒng)[1]和岸邊旋轉式魚道。集運魚系統(tǒng)主要是通過人工集魚和運輸的手段實現魚類從下游轉運過壩至上游，運行期成本較高且費時費力。岸邊旋轉式魚道結構在上下游水位差一定的前提下，可以延長魚道的過流長度，減小縱坡，降低魚槽內水流流速，以利于魚類過壩。此結構土建工程量浩大，且對岸坡地形地質條件要求較高，同時使魚類洄游長度及時間變長，過魚效率低下，不利于魚類過壩。故需設計出一個新型過魚結構，以達到提高過魚效率、節(jié)省投資、方便運行管理的目的。

1 設計原理及結構優(yōu)勢

新建攔河大壩后，河道水流往往被束縛在魚道一側，低水位時的低流速區(qū)在高水位條件下可能不復存在。對于高水位變幅魚道工程，順岸分散布置進魚口很難實現在不同運行水位下均有較好的誘魚水力條件[2]。為了解決魚類過壩的上下游水位落差問題，降低魚槽內水流流速，以便魚類通過魚槽洄游，應盡可能地縮短魚類過壩通道長度，提高過魚效率。魚道出口附近和魚道內部流態(tài)及流速分布是魚道設計中的關鍵水力學問題[3]，故魚道出口設計十分關鍵。在魚道末端出口處設計出一種類似于船閘的升魚塔結構，可實現以上目的。魚類通過單一通道過壩進入庫內魚道末端的升魚塔內部集魚池區(qū)域，集魚池上下游閘門通過自動化控制系統(tǒng)啟閉，同時，池內充放水閥對集魚池進行充放水，以調節(jié)集魚池內水位高程。塔內集魚池的水位和上游庫水位平順銜接后，打開集魚池上游閘門，通過集魚池的驅魚格柵轉動將魚類驅趕出魚道進入上游水庫，以便魚類繁殖。該結構的魚類洄游路徑較短、操作運行自動化程度較高、運行管理方便，能解決集運魚系統(tǒng)方案及岸坡旋轉式魚道的過魚效率低下、投資較高、運行管理不便的缺點。

2 升魚塔結構功能分區(qū)

升魚塔主體結構從下游至上游依次為下游魚槽通道、升魚塔尾部3 號尾水防洪門、集魚池下游2 號工作門、集魚池、集魚池1～3 號充放水閥門系統(tǒng)、集魚池旋轉式驅魚格柵系統(tǒng)、集魚池上游1 號工作門、升魚塔出口攔污柵系統(tǒng)組成。升魚塔高程從下往上分別設置集水井、魚道魚槽層、觀察室平臺層、錐形閥室操作層、錐形閥室交通層、閘門檢修層、頂部驅魚格柵液壓機設備層，以及塔頂交通和設備房層。升魚塔1～3 號工作門由閘頂移動臺車式啟閉機控制，升魚塔頂部設置交通橋與岸坡升魚塔道路相連，詳見圖1。

圖1 升魚塔結構圖

升魚塔主體結構功能分區(qū)如下。

1）下游魚道：位于升魚塔下游側，提供魚類從壩下天然河道洄游的過壩通道。

2）3 號尾水防洪門：位于升魚塔與下游魚道之間，壩下水位較高時，為了避免下游河道水位倒灌影響升魚塔，下游采用防洪節(jié)制閘門。

3）2 號工作門：位于集魚池下游側，在誘魚期處于打開狀態(tài)。誘魚結束后，集魚池水位和上游庫水位平壓期時處于關閉狀態(tài)。2 號工作門和上游1 號工作門聯合工作，在集魚池魚類達到一定數量后，關閉1～2 號工作門，使集魚池水位與上游庫水位銜接。

4）1 號工作門：位于集魚池上游側，在誘魚期和集魚池平壓期處于關閉狀態(tài)。誘魚和平壓過程結束后，集魚池水位和上游庫水位處于打開狀態(tài)，便于魚類洄游至庫內。

5）集魚池內驅魚格柵：主動驅趕集魚池中的魚類至上游水庫的金屬結構裝置。

6）升魚塔攔污柵：攔擋上游庫內浮漂物的金屬結構裝置。

7）1 號充水錐形閥：在集魚池水位需要抬升時，且在1～2 號工作門處于關閉狀態(tài)時，給集魚池充水使用。

8）2 號工作錐形閥：在集魚池2 號工作門處于關閉狀態(tài)時，為了防止下游魚槽不斷流，給下游魚槽補水使用。

9）3 號放水錐形閥：在集魚池水位需要降低時，提供放水的裝置。

10）魚道閘門、閥門操作檢修層、驅魚格柵液壓機設備層：給1～3 號充放水閥、集魚池內驅魚格柵、1～3 號閘門設備提供操作檢修的平臺空間。

11）升魚塔底板的集水井：集中排出升魚塔內部滲水，配置有自動排水閥。

3 升魚塔運行流程

根據魚類洄游繁殖的規(guī)律，在魚類非繁殖期，升魚塔3 號尾水防洪門處于關閉狀態(tài)；魚類處于洄游繁殖期時，下游魚道段聯合上游出口段升魚塔的閥門系統(tǒng)運行，期間升魚塔3 號尾水防洪門打開并由液壓機設備層鎖定梁鎖定，其他閘、閥依序操作。升魚塔自動化控制系統(tǒng)控制塔內各閘門及各充放水閥的啟閉運行，以調節(jié)塔內集魚池區(qū)域的水位高程。集魚池內水位和上游庫水位順接后，驅趕池內集聚的魚類洄游至上游庫內。升魚塔運行流程如下。

1）升魚塔上游1 號工作門處于關閉狀態(tài)，攔擋上游庫水位，升魚塔2 號工作門、3 號防洪門處于開啟狀態(tài)。逐步開啟升魚塔1 號充水錐形閥，維持錐形閥出口流量約等于魚道的設計誘魚流量，通過1 號充水閥下放流量使整個魚道完成充水且魚道下游段流態(tài)達到穩(wěn)定，下游魚類通過大壩下游魚道段洄游至魚道末端升魚塔內。

2）在集魚池中魚的數量達到一定程度后（或者固定時間段后），逐步關閉升魚塔2 號工作門，并根據監(jiān)測數據逐步開啟2 號工作錐形閥，達到下游魚道不斷流，最終保證2 號工作門下游魚槽內水深、流量、流速，維持下游魚道的過魚要求。在完全關閉升魚塔2 號工作門后，維持2 號錐形閥出口流量約等于魚道的設計誘魚流量，保證下游魚槽滿足流量要求。

3）完全關閉升魚塔2 號工作門后，加大1 號充水錐形閥開度，使得1 號充水錐形閥的流量逐步增加，以抬高集魚池內水位，使集魚池中的水位逐漸與庫水位齊平，完成升魚塔集魚池平壓過程。1 號充水錐形閥具體流量上限可根據實際運行過程中消力池內的流態(tài)和集魚池內的魚類生存狀態(tài)確定，集魚池內的水位上升速度不能對魚類造成危害。

4）集魚池完成基本平壓后，依次關閉1 號充水錐形閥，開啟升魚塔1 號工作門，工作門完全開啟后順時針旋轉驅魚格柵，將集魚池中的魚類驅離集魚池至上游庫區(qū)。在驅魚網格到達最大行程后，逐步關閉1 號工作門。

5）1 號工作門完全關閉后，逐步開啟3 號放水錐形閥同時逐步關閉2 號工作錐形閥，使3 號錐形閥逐步代替2 號錐形閥向下游魚槽供水的同時，降低集魚池水位并將水流排向下游魚池內?？刂葡掠昔~槽水位和流量在設計誘魚水位和流量范圍內。驅魚格柵在這個過程中反向運行，復位到格柵旋轉起點。

6）待集魚池水深降低至與下游魚槽設計水深相等時，關閉3 號放水錐形閥，維持2 號錐形閥開啟，開啟升魚塔2 號工作門。逐步開啟1 號充水錐形閥的同時，逐步關閉2 號錐形閥，控制1 號錐形閥與2 號錐形閥的流量總和約等于下游設計誘魚流量，直至2 號錐形閥全部關閉，最終1 號充水錐形閥完全代替2 號工作閥進行充水。

7）重復運行以上步驟，進入下一個過魚周期。

4 結語

本文提出了一個新型過魚結構升魚塔，并詳細論述了升魚塔的自動化操作運行流程。該結構魚類洄游路徑較短、操作運行自動化程度較高、運行管理方便，能解決集運魚系統(tǒng)方案及岸坡旋轉式魚道的過魚效率低下、投資較高、運行管理不便等問題，其成果對于水利水電工程過魚設施建設有較大的借鑒作用。