湘江土谷塘航電樞紐魚道設計

熊壽柱（湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南　長沙　410007）

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湘江土谷塘航電樞紐魚道設計

熊壽柱（湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南長沙410007）

水利工程阻斷了河流中洄游魚類的通道，對于魚類資源的影響日益突出，因此魚道是一種保護水生物資源的工程措施。對于不同的河流，魚的種類、數量也有所不同，其生活習性差別較大，所以對于不同的環境需要設計不同的魚道。受攔河引水樞紐建設影響的魚類需要進行過魚保護，魚道對于有比較固定產卵場，同時又有較大和耐久的溯河能力洄游性魚類效果才好。本文就土谷塘航電樞紐魚道工程布置及主要結構設計特點作簡要介紹。

湘江；魚道；集魚系統；觀察室

1　魚道設計基本資料

1.1過壩魚類及生態習性

湘江是我國青、草、鰱、鳙四大家魚和其他經濟魚苗的重要產卵區，調查表明，湘江衡陽市以上江段為我省四大家魚的三大產卵場之一，從四大家魚等江河半洄游性魚類資源的生物學特性可知，4～7月為家魚洄游產卵繁殖季節。

1.2運行水位

魚道上下游的運行水位，直接影響到魚道在過魚季節中是否有適宜的過魚條件及魚道的投資。

上游運行水位：上限為正常蓄水位58.0m，下限為死水位57.5m。

下游運行水位：下限水位考慮一臺機發電尾水位50.06m。上限水位考慮從滿足魚類洄游產卵的要求，設置三個進口。進口高程分別為49.0m、50.5m、52.0m。故上限水位為54.0m。

1.3設計流速

1.3.1目標魚類的克流能力

魚類的克流能力一般用魚在一定時間段內可以克服某種水流的流速大小來表示。可分為巡游速度和突進速度。

四大家魚的喜愛流速在0.3～0.5m/s之間，極限流速在1.0m/s以上。

1.3.2魚道的設計流速

魚道流速的設計原則是：魚道內流速小于魚類的巡航速度，這樣魚類可以保持在魚道中前進；豎縫流速小于魚類的突進速度，這樣魚類才能夠通過魚道中的孔或縫。

2　魚道總體布置方案

電站的發電尾水是壩下的經常性水流，魚類常被尾水誘集在廠房尾水前沿和兩側，故魚道布置在電站左岸，進口位于電站尾水下方，以電站發電尾水起到誘魚作用。

集魚系統布置在廠房尾水出口，主要由補水管路及閘門、補水消能槽及集魚槽組成，尾水閘墩支承集魚槽和補水消能槽。集魚槽底高49.0m。

主進魚口與集魚槽會合池布置在尾水渠左邊墻外側，會合池底高程49.0m，進魚道穿過左邊墻沿下游防洪墻布置，分別與高程50.0m和52.0m進魚口相接。

魚道始從進魚道沿尾水渠左邊墻內側向下游上溯20個魚道池室后，垂直轉折向上游上溯20個魚道池室，再折回下游往返各20個魚道池室，每10個魚道池室和垂直轉折室設為休息池。魚道每往返一次魚道底高程抬高2.0m，即魚道底高程由49.0m抬高到 50.5m再至52.0m，在高程50.5m和52.0m轉折休息池分別設置進魚口與進魚道相通，進魚口由閘門控制，根據下游水深開啟和關閉，形成三個不同高程的進魚口，以適應下游水位的變幅。

魚道在高程52.0m后沿下游防洪墻外側進入門機擋土墻，魚道布置在擋土墻體內向上游穿過擋水壩體到達上游高程59.0m平臺，魚道沿平臺向上穿過攔污排錨墩后進入上游河道，魚道出口高程為55.5m。

魚道全長728.5m，其中池室195個，休息室等平底段20個。魚道底坡在進魚口高程52.0m前段為1/80，后段底坡為1/99。

3　魚道形式

根據國內外已建、在建和擬建的魚道，大多采用垂直豎縫式魚道，綜合考慮工程特性和魚類的生態習性，本工程魚道形式采用垂直單側豎縫式。

圖1　

4　魚道參數擬定

（1）魚道池室寬度（B）：主要由過魚量和過魚對象個體大小決定，過魚量越大，過魚對象個體越大，魚道寬度應越大。國外魚道寬多為2～4m，國內魚道寬度多為2～3m，本工程上下梯級均建壩但未設魚道，過魚量受到限制，故魚道寬度取2.5m。

（2）魚道池室長度（L）：池室長度L與水流的消能效果和魚類的休息條件關系密切。較長的池室，水流條件較好，休息水域較大，對于過魚有利。同時，過魚對象個體越大，池室長度也應越大。

池室長度一般為過壩魚類平均長度的3倍以上，一般取池室寬度的1.0～1.2倍，池室長度取3.0m。

（3）池室深度（H）

魚道水深h主要視過魚對象習性而定，底層魚和體型較大的成魚相應要求水深較深。國內外魚道水深一般為 1.0～3.0m，本工程要兼顧表層魚和底層魚類，故確定魚道正常運行水深為2.0m，池室深度可取2.5m，防止魚道運行時因水流波動溢出。

（4）魚道豎縫寬度b

池室內的豎縫寬度b直接關系到魚道的消能效果和魚類的可通過性，一般要求豎縫式魚道的豎縫寬度b不小于過魚對象體長的1/2，國外同側豎縫式魚道豎縫寬度一般為池室寬度的1/8～1/10，而我國同側豎縫的寬度一般為池室寬度的1/ 5，為水池長度的1/5～1/6。所以本工程魚道豎縫寬度取50cm。

（5）池間落差及流量

豎孔的流速，是由豎孔上下游水頭差來決定：

魚道的設計流速為1m/s，所以池間落差：

（6）休息池

考慮魚類上溯途中要設置一定的休息場所，在魚道轉折處和每隔10個池室設一個休息室，休息池無底坡，其長度為一般池室的2倍長，長6.0m。

（7）魚道底坡

根據國內工程魚道底坡大多為1/50～1/100，根據本工程魚道總體布置，魚道進口高程49.0m，出口高程55.5m，高差7.5m，魚道前段為形成三個進魚口，池室全長240m，高差3.0m，底坡1/80。后段池室長345m，高差3.5m，坡度約為1/99。

5　魚道建筑物

5.1集魚系統

集魚系統由主進魚口、輔助進魚口、集魚槽、補水消能槽、補水廊道及控制閘門等設施組成。

主進魚口布置在1#機尾水渠反坡段邊墻形成的斜坡平臺上，底板沿尾水渠底高程45.0m爬坡到進魚口高程49.0m，進魚口凈寬4.0m。為減少發電尾水波動對匯合池水流的干擾，進魚口設長44.4m分隔墻與集魚槽相接。

輔助進魚口布置在廠壩導墻內，主要是引導右河道沿河底由發電尾水誘導的魚類進入輸魚槽，其次導墻內進口受尾水波動干擾小。導墻內進魚口凈寬2.0m。進口底從尾水渠底高程45.0m沿導墻爬坡到集魚槽底高程49.0m。

補水消能槽和集魚槽懸挑在尾水閘墩上，由底板和上、中、下板墻分成補水消能槽和集魚槽，底板頂高程 49.0m，隔板頂高程55.0m。

上游補水消能槽凈寬1.0m，上游板墻厚0.25m，中隔板墻厚0.3m，中隔板墻布置9排補水消能孔為集魚槽補水，孔徑8cm，排距0.5m，孔距1.0m。正對主進魚口的中隔板墻要求補水流量大，故在中隔板墻設置4排共16個補水孔為主進魚口補水，孔口尺寸0.5×0.5，凈排距1.0m，凈孔距0.5m。

集魚槽凈寬2.0m，下游板厚0.25m，并在板上高程49.2m、 50.85m、52.50m分別設置三排共28個0.65×0.65m輔助進魚孔口，孔口凈距6.5m。

5.2魚道

魚道根據其位置及結構型式由下至上分為下游開敞盤折式魚道、中部封閉廊道式魚道及上游開敞式單魚道。

下游開敞盤折式魚道布置在尾水渠左岸，由下游防洪墻、魚道周邊隔水擋土墻、相鄰魚道隔墻、魚道內隔板及底板組成。魚道周邊隔水擋土墻厚1.0m，考慮下游魚道運行上限水位54.0m，故確定周邊墻頂高程55.0m。相鄰魚道隔墻厚1.0m，由下至上三道隔墻頂高程分別為53.5m、53.5m，55.0m。魚道內隔板將魚道分隔成一系列魚室，隔板間距即單個魚室長3m，隔板設過魚豎縫寬0.5m，板厚0.3m，高2.2m。魚道底板厚1.0m，沿魚道底坡上升，在高程50.5m和52.0m轉折休息池分別設置進魚口與進魚道相通的孔口，進魚口由閘門控制，根據下游水深變幅開啟進魚口閘門和關閉向下魚道閘門，形成三個不同高程的進魚口，以適應下游水位的變幅。共設置一扇進口檢修門，二扇魚道擋水門和二扇魚道進口門，啟閉平臺由布置在魚道隔墻上的框架結構支撐，平臺高程同防洪墻頂并連成一體。

中部封閉廊道式魚道布置在門機擋土墻內，為城門洞型，凈寬2.5m，邊墻高2.5m，園拱高1.25m。園拱處開有向墻外的通風和照明檢查孔，孔距3.0m，孔徑0.5m。封閉廊道式魚道進口、出口設有防洪閘門，啟閉平臺設在門機擋土墻頂，防止高位洪水從廊道通向廠區的通風和照明檢查孔倒灌廠房。

上游開敞式單魚道布置在進水渠左岸高程59.0m平臺上，為U型槽結構，兩邊墻頂寬1.0m，底寬由2.0m漸變到1.0m，底板厚1.0m，二邊墻墻頂設支撐梁，魚道出口高程55.5m，出口穿過浮式攔污排牽引墩，魚道出口工作門設在牽引墩內，墩頂為啟閉平臺，出口處另設置斜向的攔污柵。

5.3觀察室

魚道觀察室設在電梯綜合樓內，用以統計成功上溯的魚類種類和數量，評估魚道的過魚效果，以便將來改進魚道的結構改善過魚效果，同時兼具宣傳和演示功能。

觀察室為兩層，下層為魚道觀察室，主要用來放置攝像機、電子計數器等設備。底層不設亮窗，用綠色或藍色防水燈來照明。

上層為參觀陳列室，游客可通過投影電視現場觀看到魚道中魚類的洄游情況。四周墻壁上可陳列主要洄游魚類的情況介紹。

觀察室設有觀察窗，觀察窗材質為鋼化玻璃或其它透明材料，但需貼上一種半透明膜，使觀察者能夠看到魚道中的魚類，而魚類看不到觀察窗外的人，以免魚類受到驚嚇和干擾。

觀察室盡量減少人工照明，不宜用大窗采光，光源顏色盡量選擇為綠色和藍色，且光強不能太強。通道內用可調節的水下照明工具。

魚道內設有水下攝像機，用以計數，同時觀察魚在魚道中的姿態，判斷魚類對魚道的適應能力和疲勞程度。

熊壽柱（1982-），男，工程師，本科，主要從事水利水電工程設計工作。

U641.2

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2095-2066（2016）11-0054-02

2016-3-18