謝 濤，李 巍，陶光慧，魯思遠(yuǎn)，何 偉

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,貴州 貴陽 550002）

水利水電工程的發(fā)展帶來了供水、灌溉、發(fā)電和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展等巨大經(jīng)濟(jì)效益,但同時(shí)也對(duì)水壩堵塞河道連通性、阻隔魚類洄游通道、魚類無法順利完成生活史、魚類生存環(huán)境破碎、魚類種群規(guī)?？s小和種群間基因交流受限等水生態(tài)系統(tǒng)造成了一定的影響。因此,為改善河流連通性建設(shè)魚類設(shè)施,對(duì)魚類資源的保護(hù)意義重大。

目前,水利水電工程過魚設(shè)施有魚道形式、過壩式升魚機(jī)形式、集魚船形式、魚閘形式和集運(yùn)魚系統(tǒng)等,其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍見表1。目前,國內(nèi)大中型水利水電工程大多集中在高山峽谷地帶,筑壩高度高,集魚系統(tǒng)針對(duì)高水頭高壩工程,具有布置形式靈活,不干擾樞紐布置,操作管理方便的優(yōu)點(diǎn)[1-2],因此對(duì)于高壩過魚更為合適。目前國內(nèi)外對(duì)集運(yùn)魚系統(tǒng)研究較少,國內(nèi)已經(jīng)建成運(yùn)行的有重慶烏江彭水水電站[3]、馬嶺水利樞紐工程[4],其中馬嶺集魚系統(tǒng)采用單一廊道補(bǔ)水并集魚。國外美國貝克水庫采用集魚系統(tǒng),將大馬哈魚集中起來運(yùn)輸[5],效果更佳。

表1 過魚設(shè)施的類別和特點(diǎn)

綜上,經(jīng)過對(duì)不同過魚設(shè)施類別和特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比,針對(duì)水利水電工程高水頭高壩,集運(yùn)魚系統(tǒng)較其他過魚設(shè)施更優(yōu),但同樣存在集魚效果不佳,噪聲振動(dòng)的影響。本文結(jié)合某水利樞紐工程,提出一種新型集運(yùn)魚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 工程概述

1.1 工程概況

位于貴州省西北部的某水利樞紐工程,壩型為壩高154 m的混凝土面板堆石壩,屬高水頭壩。該水庫為大（1）型工程,正常蓄水位1323 m,總庫容13.23 億m3,死水位1305 m。電站共有3 臺(tái)機(jī)組,總裝機(jī)容量90 MW,設(shè)計(jì)引用流量99.3 m3/s。在工程區(qū)范圍內(nèi)的水域進(jìn)行調(diào)查,沒有典型的洄游魚類,因此通過對(duì)各種魚類設(shè)施的研究比選,采用集運(yùn)魚類系統(tǒng)方案,促進(jìn)壩址上下游魚類種群的基因交流,是建造過魚設(shè)施的主要目的。

1.2 過魚種類、季節(jié)分析

魚類過壩的主要目的是為了促進(jìn)基因交流,所以本著滿足魚類基因交流需求的原則,優(yōu)化確定過壩目標(biāo)。綜合考慮工程河段魚類的過魚需求、過魚有效性和過魚價(jià)值,并結(jié)合魚類資源量現(xiàn)狀,選擇長薄鰍、鱸鯉、墨頭魚、云南光唇魚、四川裂腹魚、四川爬巖鰍、白甲魚、昆明裂腹魚為主要過魚對(duì)象,瓦氏黃顙魚、寬鰭鱲、鲇、黃顙魚等為兼顧過魚對(duì)象。過魚季節(jié)參考主要過魚對(duì)象的繁殖期確定為3 月～7 月和9 月～10 月。

1.3 過魚設(shè)施參數(shù)研究

工程集魚系統(tǒng)以水流流速為主要誘魚方式,利用魚類對(duì)流速特別敏感的習(xí)性。集魚廊道進(jìn)魚口根據(jù)主要過魚對(duì)象的魚類溯游能力測試結(jié)果,建議誘魚流速范圍為0.55 m/s～0.85 m/s,同時(shí)在進(jìn)魚口（0.35 m/s＜流速＜0.55 m/s）處盡量有合理的流速梯度,近底近側(cè)壁有10 cm 厚的低流速區(qū)供中底層小魚通過；補(bǔ)水走廊的流速需要保證在0.55 m/s～0.85 m/s 的范圍內(nèi)；過魚通道建議流速范圍為0.35 m/s～0.74 m/s；放流位置建議選擇在水流平穩(wěn)的水域,流速在0.35 m/s～0.74 m/s 之間。

2 集運(yùn)魚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 集魚流程

集運(yùn)魚系統(tǒng)過魚流程大致上分為：誘魚、集魚、提升、轉(zhuǎn)運(yùn)、分選、運(yùn)輸和放流步驟。主要由誘魚系統(tǒng)、觀測與輔助設(shè)施系統(tǒng)、集魚系統(tǒng)、提升轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)和放流系統(tǒng)組成,見圖1。

圖1 集運(yùn)魚系統(tǒng)主要組成

2.2 集魚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集魚系統(tǒng)布置在壩后電站尾水渠右側(cè)的岸邊,集魚廊道、補(bǔ)水廊道、控制閘門、趕魚柵、輔助誘魚系統(tǒng)、誘魚系統(tǒng)分別設(shè)置在上游至下游,如圖2 所示,具體布置情況詳見分析。

圖2 集魚系統(tǒng)平面布置圖

（1）集魚廊道

集魚廊道布置在右側(cè)靠山體側(cè),過水廊道長26.0 m,寬2.1 m,深4.0 m,底板高程為1207.5 m,集魚廊道水深約1.67 m～2.58 m。過水廊道從上至下游分別布置集魚箱池、補(bǔ)水口、趕魚柵、魚類監(jiān)測設(shè)施、下游人字門等。為滿足集魚箱下沉放置要求,在集魚廊道前端布置一個(gè)集魚箱池,集魚箱池尺寸為2.1 m×2.1 m×2.2 m。集魚廊道流速通過布置在廊道下游的人字工作門控制,人字門孔口尺寸為2.1 m×4.0 m。

（2）補(bǔ)水廊道

為給進(jìn)入集魚廊道的魚類提供低流速區(qū)域作為休息場所,集魚廊道補(bǔ)水采用側(cè)向進(jìn)水方式。補(bǔ)水廊道與集魚廊道平行布置在集魚廊道左側(cè),順?biāo)鞣较蜷L14.5 m,過流斷面凈寬2.5 m,底板高程1207.5 m。為提高補(bǔ)水廊道的過流能力,在進(jìn)口設(shè)置喇叭口。

在補(bǔ)水廊與集魚廊之間設(shè)置橫向連通孔,在集魚箱下游布置連通孔,孔尺寸為2.5 m×3.0 m,在連通孔靠集魚廊左側(cè)邊墻表面一側(cè)布置鋼結(jié)構(gòu)攔魚柵,防止魚兒從連通孔逃生。

（3）控制閘門

在補(bǔ)水廊道橫向連通孔上、下游側(cè)各布置一道工作閘門,以減少非過魚季節(jié)補(bǔ)水廊道對(duì)尾渠阻水的影響,降低尾渠水位。過魚季節(jié)時(shí),開啟橫向連通洞上游側(cè)閘門,關(guān)閉下游側(cè)閘門,讓水流通過橫向連通洞流向集魚廊道,并通過集魚廊道下游側(cè)人字門將集魚廊道流速和進(jìn)魚口流速控制到魚類喜好流速進(jìn)行集魚。檢修時(shí)關(guān)閉補(bǔ)水廊道上下游工作閘門以及集魚廊道下游側(cè)人字門,抽干廊道存水進(jìn)行檢修。非過魚季節(jié)時(shí)開啟補(bǔ)水廊道橫向連通洞上下游側(cè)閘門,以及集魚廊道下游側(cè)人字門,讓進(jìn)入補(bǔ)水廊道的水流以最大可能流量通過集魚系統(tǒng),從而降低集魚系統(tǒng)對(duì)尾水渠的阻水影響,降低尾水渠水位,提高發(fā)電效益。

（4）趕魚柵

集魚廊道設(shè)置1 組雙開口式結(jié)構(gòu)的趕魚柵,開孔尺寸為2.1 m×4.0 m（寬×高）。上至集魚箱下游側(cè),下至魚類監(jiān)測器上游側(cè),實(shí)現(xiàn)趕魚,往返進(jìn)行。如需檢修趕魚柵或給驅(qū)動(dòng)電池充電,通過提升豎井垂直提升至校核洪水位高程以上的高程平臺(tái)進(jìn)行。

（5）輔助誘魚系統(tǒng)

為提高集魚系統(tǒng)的誘魚效果,增設(shè)水流誘魚裝置,在集魚廊道下游出口（進(jìn)魚口）布置一根輔助補(bǔ)水管,讓水流產(chǎn)生一定的水流聲,幫助魚類更容易地找到集魚通道,提高集魚效果。同時(shí)在集魚廊道上游端頭的集魚箱附近布置一個(gè)輔助補(bǔ)水管,讓進(jìn)入集魚廊道的魚類集聚在集魚箱附近。

同時(shí)為防止魚類進(jìn)入尾水渠,在集魚廊道進(jìn)魚口左側(cè)布置一道攔魚電柵,采用浮船式橫河布置,在非過魚期和泄洪時(shí)將攔魚電柵收回保存,避免被沖毀。

（6）監(jiān)控系統(tǒng)

在集魚廊道進(jìn)魚口人字門后面右側(cè)墻及集魚廊道上游端閘閥室各布置一個(gè)魚類觀察室供近距離觀察魚類習(xí)性。觀察室內(nèi)布置紅外攝像頭監(jiān)控進(jìn)入集魚廊道的魚類。

2.3 提升轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

提升轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)布置在集魚系統(tǒng)頂部及其與右岸岸坡之間,由提升豎井、頂部排架、交通橋、集魚箱、啟閉設(shè)備等組成。

提升豎井分成4 個(gè)區(qū)域,其中下游側(cè)兩個(gè)提升豎井共用一臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)提升趕魚柵和下游工作閘門,上游側(cè)兩個(gè)提升豎井共用一臺(tái)移動(dòng)式啟閉機(jī)提升集魚箱和上游工作閘門。其中集魚箱尺寸為2.0 m×2.0 m×1.0 m（長×寬×高）,采用無動(dòng)力自動(dòng)控制集魚箱,通過水壓及活塞頂桿實(shí)現(xiàn)集魚和投魚功能。

2.4 魚類分選系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用移動(dòng)式啟閉機(jī)將集魚箱內(nèi)的魚類移到分選車間,通過配套集魚箱活塞頂桿裝置投放魚類進(jìn)入等待分選室暫養(yǎng)（含補(bǔ)氧、燈光等設(shè)施）,達(dá)到一定數(shù)量的魚類后,啟升啟動(dòng)起魚篩將魚類趕入分選臺(tái)進(jìn)行分選,分選臺(tái)側(cè)面設(shè)置4 套魚類暫養(yǎng)池（含補(bǔ)氧、燈光等設(shè)施）,其中1 套暫養(yǎng)鱸鯉等兇猛性魚類,1 套暫養(yǎng)增殖站親魚,1 套暫養(yǎng)其他魚類,1 套作為備用,見圖3。待魚類達(dá)到一定數(shù)量后通過運(yùn)魚專車運(yùn)送至指定放流點(diǎn)或魚類增殖站。

圖3 魚類分選室平面布置圖

2.5 運(yùn)輸選系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)輸系統(tǒng)采用運(yùn)魚車加公路運(yùn)輸形式。當(dāng)進(jìn)入魚類暫養(yǎng)池中的魚類數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量后,將魚類暫養(yǎng)池底部導(dǎo)向管與運(yùn)魚車相連接,開啟閥門,將魚類放入運(yùn)魚車,運(yùn)魚車通過公路把魚類運(yùn)到放流點(diǎn)或魚類增殖站進(jìn)行放流。運(yùn)輸車配有魚箱系統(tǒng)、增氧系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、制冷機(jī)組和水循環(huán)泵等,以潔凈的水質(zhì)和含氧量高的水環(huán)境,為魚兒營造適宜的生存環(huán)境。

2.6 放流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

放流地點(diǎn)的選擇河段應(yīng)有一定流速,通常應(yīng)大于魚類的感應(yīng)流速,以便目標(biāo)魚類放流后能繼續(xù)上溯。同時(shí),放流地點(diǎn)的選擇還應(yīng)綜合考慮庫區(qū)干支流棲息地的分布情況。綜合考慮以上幾點(diǎn),選擇兩個(gè)放流點(diǎn),分別為：干流放流點(diǎn)（放流點(diǎn)A）,距離壩址集魚系統(tǒng)109.5 km；支流引底河放流點(diǎn)（放流點(diǎn)B）：距離壩址集魚系統(tǒng)43.3 km,兩處河道流速和水深均滿足放流要求。

為使運(yùn)魚車中的魚類能夠順暢放流進(jìn)入河水中,在運(yùn)魚車上設(shè)有排魚孔和放流滑道,打開排魚孔,運(yùn)魚車中的水和魚一起從排魚孔和放流滑道排出,進(jìn)入放流水域。同時(shí),在放魚地點(diǎn)修建放魚親水斜碼頭,適應(yīng)不同河水位情況下放魚需要。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)過魚設(shè)施的類別和特點(diǎn),針對(duì)水利、水電工程高水頭高壩,集運(yùn)魚系統(tǒng)較其他過魚設(shè)施更優(yōu)。

（2）結(jié)合某水利樞紐工程,提出一種新型集運(yùn)魚系統(tǒng)的設(shè)計(jì),詳細(xì)介紹了集魚系統(tǒng)、提升轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、分選系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)和放流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。