楊智，周昀，辛立光，孟勇

（1.四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(dāng)今水利水電工程造福人類的同時(shí)，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(shè)計(jì)和施工過魚設(shè)施。常用的過魚設(shè)施主要有集運(yùn)魚系統(tǒng)[1]和岸邊旋轉(zhuǎn)式魚道。集運(yùn)魚系統(tǒng)主要是通過人工集魚和運(yùn)輸?shù)氖侄螌?shí)現(xiàn)魚類從下游轉(zhuǎn)運(yùn)過壩至上游，運(yùn)行期成本較高且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。岸邊旋轉(zhuǎn)式魚道結(jié)構(gòu)在上下游水位差一定的前提下，可以延長(zhǎng)魚道的過流長(zhǎng)度，減小縱坡，降低魚槽內(nèi)水流流速，以利于魚類過壩。此結(jié)構(gòu)土建工程量浩大，且對(duì)岸坡地形地質(zhì)條件要求較高，同時(shí)使魚類洄游長(zhǎng)度及時(shí)間變長(zhǎng)，過魚效率低下，不利于魚類過壩。故需設(shè)計(jì)出一個(gè)新型過魚結(jié)構(gòu)，以達(dá)到提高過魚效率、節(jié)省投資、方便運(yùn)行管理的目的。

1 設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

新建攔河大壩后，河道水流往往被束縛在魚道一側(cè)，低水位時(shí)的低流速區(qū)在高水位條件下可能不復(fù)存在。對(duì)于高水位變幅魚道工程，順岸分散布置進(jìn)魚口很難實(shí)現(xiàn)在不同運(yùn)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(nèi)水流流速，以便魚類通過魚槽洄游，應(yīng)盡可能地縮短魚類過壩通道長(zhǎng)度，提高過魚效率。魚道出口附近和魚道內(nèi)部流態(tài)及流速分布是魚道設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵水力學(xué)問題[3]，故魚道出口設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。在魚道末端出口處設(shè)計(jì)出一種類似于船閘的升魚塔結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)以上目的。魚類通過單一通道過壩進(jìn)入庫(kù)內(nèi)魚道末端的升魚塔內(nèi)部集魚池區(qū)域，集魚池上下游閘門通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)啟閉，同時(shí)，池內(nèi)充放水閥對(duì)集魚池進(jìn)行充放水，以調(diào)節(jié)集魚池內(nèi)水位高程。塔內(nèi)集魚池的水位和上游庫(kù)水位平順銜接后，打開集魚池上游閘門，通過集魚池的驅(qū)魚格柵轉(zhuǎn)動(dòng)將魚類驅(qū)趕出魚道進(jìn)入上游水庫(kù)，以便魚類繁殖。該結(jié)構(gòu)的魚類洄游路徑較短、操作運(yùn)行自動(dòng)化程度較高、運(yùn)行管理方便，能解決集運(yùn)魚系統(tǒng)方案及岸坡旋轉(zhuǎn)式魚道的過魚效率低下、投資較高、運(yùn)行管理不便的缺點(diǎn)。

2 升魚塔結(jié)構(gòu)功能分區(qū)

升魚塔主體結(jié)構(gòu)從下游至上游依次為下游魚槽通道、升魚塔尾部3 號(hào)尾水防洪門、集魚池下游2 號(hào)工作門、集魚池、集魚池1～3 號(hào)充放水閥門系統(tǒng)、集魚池旋轉(zhuǎn)式驅(qū)魚格柵系統(tǒng)、集魚池上游1 號(hào)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(shè)置集水井、魚道魚槽層、觀察室平臺(tái)層、錐形閥室操作層、錐形閥室交通層、閘門檢修層、頂部驅(qū)魚格柵液壓機(jī)設(shè)備層，以及塔頂交通和設(shè)備房層。升魚塔1～3 號(hào)工作門由閘頂移動(dòng)臺(tái)車式啟閉機(jī)控制，升魚塔頂部設(shè)置交通橋與岸坡升魚塔道路相連，詳見圖1。

圖1 升魚塔結(jié)構(gòu)圖

升魚塔主體結(jié)構(gòu)功能分區(qū)如下。

1）下游魚道：位于升魚塔下游側(cè)，提供魚類從壩下天然河道洄游的過壩通道。

2）3 號(hào)尾水防洪門：位于升魚塔與下游魚道之間，壩下水位較高時(shí)，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(hào)工作門：位于集魚池下游側(cè)，在誘魚期處于打開狀態(tài)。誘魚結(jié)束后，集魚池水位和上游庫(kù)水位平壓期時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。2 號(hào)工作門和上游1 號(hào)工作門聯(lián)合工作，在集魚池魚類達(dá)到一定數(shù)量后，關(guān)閉1～2 號(hào)工作門，使集魚池水位與上游庫(kù)水位銜接。

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

5）集魚池內(nèi)驅(qū)魚格柵：主動(dòng)驅(qū)趕集魚池中的魚類至上游水庫(kù)的金屬結(jié)構(gòu)裝置。

6）升魚塔攔污柵：攔擋上游庫(kù)內(nèi)浮漂物的金屬結(jié)構(gòu)裝置。

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

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

9）3 號(hào)放水錐形閥：在集魚池水位需要降低時(shí)，提供放水的裝置。

10）魚道閘門、閥門操作檢修層、驅(qū)魚格柵液壓機(jī)設(shè)備層：給1～3 號(hào)充放水閥、集魚池內(nèi)驅(qū)魚格柵、1～3 號(hào)閘門設(shè)備提供操作檢修的平臺(tái)空間。

11）升魚塔底板的集水井：集中排出升魚塔內(nèi)部滲水，配置有自動(dòng)排水閥。

3 升魚塔運(yùn)行流程

根據(jù)魚類洄游繁殖的規(guī)律，在魚類非繁殖期，升魚塔3 號(hào)尾水防洪門處于關(guān)閉狀態(tài)；魚類處于洄游繁殖期時(shí)，下游魚道段聯(lián)合上游出口段升魚塔的閥門系統(tǒng)運(yùn)行，期間升魚塔3 號(hào)尾水防洪門打開并由液壓機(jī)設(shè)備層鎖定梁鎖定，其他閘、閥依序操作。升魚塔自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制塔內(nèi)各閘門及各充放水閥的啟閉運(yùn)行，以調(diào)節(jié)塔內(nèi)集魚池區(qū)域的水位高程。集魚池內(nèi)水位和上游庫(kù)水位順接后，驅(qū)趕池內(nèi)集聚的魚類洄游至上游庫(kù)內(nèi)。升魚塔運(yùn)行流程如下。

1）升魚塔上游1 號(hào)工作門處于關(guān)閉狀態(tài)，攔擋上游庫(kù)水位，升魚塔2 號(hào)工作門、3 號(hào)防洪門處于開啟狀態(tài)。逐步開啟升魚塔1 號(hào)充水錐形閥，維持錐形閥出口流量約等于魚道的設(shè)計(jì)誘魚流量，通過1 號(hào)充水閥下放流量使整個(gè)魚道完成充水且魚道下游段流態(tài)達(dá)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(nèi)。

2）在集魚池中魚的數(shù)量達(dá)到一定程度后（或者固定時(shí)間段后），逐步關(guān)閉升魚塔2 號(hào)工作門，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)逐步開啟2 號(hào)工作錐形閥，達(dá)到下游魚道不斷流，最終保證2 號(hào)工作門下游魚槽內(nèi)水深、流量、流速，維持下游魚道的過魚要求。在完全關(guān)閉升魚塔2 號(hào)工作門后，維持2 號(hào)錐形閥出口流量約等于魚道的設(shè)計(jì)誘魚流量，保證下游魚槽滿足流量要求。

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

4）集魚池完成基本平壓后，依次關(guān)閉1 號(hào)充水錐形閥，開啟升魚塔1 號(hào)工作門，工作門完全開啟后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)驅(qū)魚格柵，將集魚池中的魚類驅(qū)離集魚池至上游庫(kù)區(qū)。在驅(qū)魚網(wǎng)格到達(dá)最大行程后，逐步關(guān)閉1 號(hào)工作門。

5）1 號(hào)工作門完全關(guān)閉后，逐步開啟3 號(hào)放水錐形閥同時(shí)逐步關(guān)閉2 號(hào)工作錐形閥，使3 號(hào)錐形閥逐步代替2 號(hào)錐形閥向下游魚槽供水的同時(shí)，降低集魚池水位并將水流排向下游魚池內(nèi)?？刂葡掠昔~槽水位和流量在設(shè)計(jì)誘魚水位和流量范圍內(nèi)。驅(qū)魚格柵在這個(gè)過程中反向運(yùn)行，復(fù)位到格柵旋轉(zhuǎn)起點(diǎn)。

6）待集魚池水深降低至與下游魚槽設(shè)計(jì)水深相等時(shí)，關(guān)閉3 號(hào)放水錐形閥，維持2 號(hào)錐形閥開啟，開啟升魚塔2 號(hào)工作門。逐步開啟1 號(hào)充水錐形閥的同時(shí)，逐步關(guān)閉2 號(hào)錐形閥，控制1 號(hào)錐形閥與2 號(hào)錐形閥的流量總和約等于下游設(shè)計(jì)誘魚流量，直至2 號(hào)錐形閥全部關(guān)閉，最終1 號(hào)充水錐形閥完全代替2 號(hào)工作閥進(jìn)行充水。

7）重復(fù)運(yùn)行以上步驟，進(jìn)入下一個(gè)過魚周期。

4 結(jié)語(yǔ)

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