廣西落久水利樞紐魚道設計

丁志堅

(廣西壯族自治區柳州水利電力勘測設計研究院，廣西 柳州 545005)

1 概況

落久水利樞紐工程位于廣西壯族自治區柳州市融水苗族自治縣境內的貝江下游，主壩距下游融水鎮長賴村約600m。落久水庫總庫容3.46億m3，為大(2)型水利工程，工程任務為以防洪為主，兼顧灌溉、供水、發電和航運等綜合利用。工程包括主壩、泄水和發電引水建筑物、壩后電站廠房、副壩及灌溉和供水取水口等主體工程以及魚道、魚類增殖站、生態放流管等環境保護設施。主壩最大壩高59.8m，電站總裝機容量42MW，副壩最大壩高24.8m，設置灌溉、供水設施。水庫正常蓄水位153.5m，死水位142m，防洪高水位161m，汛期運行限制水位142m。

位于落久水利樞紐下游約13km的江門水電站是貝江流域的最后一個梯級，以發電為主，屬低水頭徑流式水電站，正常蓄水位111.5m，死水位111m。落久主壩處于江門電站的庫尾，其壩下游水深常年可保持在2.5m以上。

貝江是柳江干流融江河段的支流之一，發源于黔桂交界的九萬大山，全流域集雨面積1790km2。貝江干流生態環境良好，自然條件惡劣，資源豐富。貝江流域內的共生活著61種魚類，以鯉形目魚類為主體，沒有發現國家級和廣西區級保護魚類。貝江的主要經濟魚類有鰱、鳙、鯉、鯽、草魚、側條光唇魚、帶半刺光唇魚、光倒刺鲃、間、花、瓣結魚、斑鳠等，多數為半洄游性魚類。本工程水生態對魚類的保護對象為貝江現有的波紋鱖等7種珠江水系特有魚類，保護的方法主要是建設魚類增殖站和魚道。

魚道是一種保護水生物種，特別是魚類資源的工程措施，其設計的主要內容是根據當地的魚類資源，確定保護對象即過魚對象；根據保護對象的習性確定合適的魚道型式、魚道池室結構、魚道內水流的設計水深及流速、魚道的進、出口位置等；根據工程區的地形和河流的自然條件，結合樞紐建筑物的總體布置，布置好魚道建筑物，進行必要的水工模型試驗等。

2 魚道過魚對象及主要過魚時段

2.1 過魚對象

由于落久主壩阻斷了魚類的洄游通道，原則上空間遷徙受工程影響的所有61種魚類都應是本工程魚道的過魚對象，但是各種魚類習性差別很大，單一的魚道不可能適合所有的魚類。根據目前國內外魚道的建設經驗，一般是選擇主要過魚種類作為過魚對象來進行魚道設計，其它不宜或無法通過魚道的魚類，則采取設魚類增殖站放流等方式進行保護。根據落久水利樞紐工程環境影響報告，本工程主要過魚對象為本地區優勢魚類：側條光唇魚、南方白甲魚、瓣結魚、間、斑鱯等，另外，鯉、草魚、鯽、斑鱖及其他在壩上壩下均有分布的魚類作為兼顧過魚對象。主要過魚對象的生態習性見表1。

表1 落久魚道主要過魚對象習性表

2.2 過魚時段

落久水利樞紐是一個以防洪為主的水利工程，它的運行調度規則為每年3月11日—5月10日，要據來水情況，通過適當加大電站出力或閘孔泄洪，讓水庫水位由正常蓄水位153.5m回落至汛限水位142.00m。受水庫下泄低溫水的影響，壩下游江門庫區4月前的平均水溫將低于本地區優勢魚類繁殖水溫，因此，按落久水利樞紐工程環境影響報告的預測，落久主壩下游本地區優勢魚類繁殖季節將推遲至5—9月。因此，本工程的主要過魚時段確定為5—9月。

3 魚道布置

魚道的布置要與樞紐的總體布置一起考慮，主要與魚道的類型、魚道的進、出口位置和魚道的長度有關。

3.1 魚道類型及參數

3.1.1 魚道類型

落久水利樞紐工程主壩的最大壩高59.8m，在主要過魚時段，上下游水位差在30.5～31m之間。可選擇的魚道類型有：隔板式、槽式魚道和仿自然通道式魚道。由于工程所在河段兩岸山體雄厚，地勢較陡；魚道過魚的種類多，且習性差別較大。經比較，最終選擇國內外采用較多，對各種魚類適應性較強的隔板(垂直豎縫)式魚道。

3.1.2 魚道設計參數確定

魚道設計參數根據SL 609—2013《水利水電工程魚道設計導則》確定。

(1)魚道設計水頭

取本工程的主要過魚時段5—9月庫水位與下游河道最大水位差，即：魚道設計水頭H=142-111=31m。

(2)魚道設計流速

根據表1中魚道主要過魚對象的習性，取魚道池內平均流速0.8～1.2m/s，隔板豎縫流速1.0m/s。

(3)魚道魚池凈寬、池室長度及魚池水深

根據表1中魚道主要過魚對象的體長小于或等于0.6m，取魚池凈寬取2.0m；池室凈長度2.5m；魚池水深1.5m。

(4)魚道結構尺寸的確定

按SL 609—2013規定的公式計算，可得：

池間水位差0.0705m；池室數439個；魚道坡降i=1/37；魚道每隔19個池室設一個休息室，休息室長度3.9m，魚道轉彎處亦設為休息室，室長不小于5.3m；魚道總長度取1262.089m。

3.2 魚道布置

經多方案比較，落久水利樞紐主壩區總體布置從左岸至右岸依次為：左岸非溢流壩段，預留升船機位置、中部為溢流壩段、發電引水段，含壩后式發電廠房和生態放水管、魚道、右岸非溢流壩段。魚道布置在壩后廠房右側，由進口、槽身(池室和休息室等)和出口組成。

3.2.1 魚道進口

在非泄洪情況下，主壩區處水庫內的水基本由發電廠房和生態放水管引出到下游，而生態放水管的出口位于廠房尾水左邊墻上。因此，在本工程主要過魚時段內(5—9月)，廠房尾水處是壩下游主要的水流流動區，對有溯流習性的魚類有很大的吸引力。從有關文獻和過往工程上、下游設計的已建電站運行的實際情況看，廠房尾水都是下游魚類的聚集區。因此，將魚道進口布置在發電廠房尾水渠出口右側的河床上，進口敞露朝向下游方向，設喇叭形導墻和一套光電誘魚設備，引誘和方便魚群游入魚道。因下游河道正常水位111.50m，最低水位111.0m，本魚道只設一個進口，進口底部高程109.5m。在魚道進口上游槽身處，設置有一扇檢修閘，便于魚道的檢修。

3.2.2 魚道出口

魚道出口設在大壩右岸非溢流壩上游，靠近水庫右庫岸，距電站進水管約70m，以避免電站發電用水影響到上溯成功的魚類。在主要過魚時段內(5—9月)，本工程因防洪需要，庫水位一般保持在142m。因此，本魚道只設一個出口。為控制出口的流量和減少閘門高度，出口底設寬頂堰，堰頂高程141.5m，堰上設置檢修閘和工作閘各一扇，便于魚道的運行和檢修。

3.2.3 槽身

槽身的布置有兩個方案。方案1接進口順河向上游約20m，然后掉頭轉向下游沿右岸岸坡到長賴村附近，之后再掉頭沿右岸山坡向上游，跨過進廠公路到達右岸非溢流壩接魚道出口。方案2接進口順河向上游約20m，然后掉頭轉順河床向下游約270m，之后借鑒房屋建筑中的雙跑梯形式，讓槽身在約270m的范圍內來回上升，達到一定高程后，在發電廠房附近轉向右岸山坡，跨過進廠公路后在管理區附近轉向上游，到達右岸非溢流壩下游接魚道出口。

方案1參考了國內外部分已建魚道的布置，優點是利用了右岸山坡，魚道的轉彎半徑大。缺點是占地大，魚道在下游的長賴村附近的岸坡上管理難度大。同時，由于河岸陡峭，開挖對環境的影響較大。

方案2的布置在國內還沒有先例，但它剛好能避開方案1的缺點。它本身的缺點是轉彎較多且轉彎半徑小。

目前國內對魚類過魚道的行為研究較少，對貝江魚類類似的研究更是為零。在咨詢一些專家，包括當地的漁民后，最終采用方案2作為本工程的魚道布置方案。

4 魚道建筑物

4.1 建筑物級別

落久水利樞紐工程規模為大(2)型，工程等別為Ⅱ等。其主要建筑物攔河主壩(含魚道擋水部分)建筑物級別為2級，壩后式電站廠房、魚道等建筑物級別為3級。

4.2 建筑物結構

魚道建筑物上部為鋼筋混凝土槽式結構，寬2.0m，高1.85m，槽底設0.2m厚貝江河砂。槽身內設置有豎縫隔板進行水力消能，隔板厚0.1m，豎縫布置在水流方向的右側，縫寬約0.4m。魚道建筑物下部大部為鋼筋混凝土排架結構，排架高度2.0～27.5m。局部岸坡地形比槽身底部高的地方，槽身直接落在岸坡上。

4.3 觀察室

本魚道未設觀察室，計劃用工業電視系統對魚道的過魚情況進行觀察。

5 水工模型試驗成果及設計修改

5.1 水工模型試驗成果

進行魚道水工模型試驗的目的是觀測魚道進出口的水流流態、流速分布特性，分析魚道布置及體型設計的合理性，并提出改進建議。

本工程魚道采用1∶20的模型進行了整體水工模型試驗，主要成果為：

(1)魚道進、出口的水流流態與設計方案基本相同，魚道進口附近水流出流平穩，基本對稱均勻，水面波動較小。

(2)下游進口水位變動對魚道過流能力的影響較小。

(3)設計方案如圖1所示，即隔板豎縫同側豎縫式池室，魚道沿程魚池、休息室內的流速分布基本相同，魚池及休息室中的垂線平均流速均小于1.2m/s，但是水深范圍在1.30～1.50m范圍之內，略小于設計魚池水深1.5m。豎縫處流速范圍為約1.18～1.85，均大于豎縫的設計流速1.00m/s。魚道過流量為0.712m3/s。

圖1 隔板豎縫同側豎縫式池室

(4)推薦采用隔板異側豎縫式池室結構方案，如圖2所示，實測推薦方案魚池及休息室中的垂線平均流速均小于1.2m/s，水深范圍在1.51～1.59m范圍之內，大于設計魚池水深1.5m。豎縫處流速范圍為0.55～0.93m/s，小于豎縫的設計流速1.00m/s。魚道過流量為0.389m3/s。

(5)魚道出口的寬頂堰對魚道的過流基本無影響，可根據實際需要確定是否保留。

5.2 設計修改情況

(1)在施工圖設計中，根據水工模型試驗成果將魚道隔板設計改成異側豎縫式，如圖2所示。

圖2 隔板豎縫異側豎縫式池室

(2)保留魚道出口的寬頂堰。

6 結語

落久水利樞紐魚道是貝江上建設的第一條魚道，也是國內唯一采用“雙跑梯”形式的魚道。雖然經過水工模型試驗驗證和改進，各項指標都達到了要求，但對象魚類是否會利用該魚道上溯產卵仍是一個未知數。目前國內對魚道的研究成果不多，也鮮見有比較成功的魚道，因此，魚道建成的運行觀察和資料整編非常重要。建議在本工程管理區附近的岸坡上建一座魚道觀察室，配備必要的設備，對過道的魚類活動情況進行觀察并作詳細的記錄，

為今后的魚道設計的改進打下堅實的基礎。