廣西落久水利樞紐魚道設(shè)計(jì)

丁志堅(jiān)

(廣西壯族自治區(qū)柳州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)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(qū)柳州市融水苗族自治縣境內(nèi)的貝江下游，主壩距下游融水鎮(zhèn)長(zhǎng)賴村約600m。落久水庫(kù)總庫(kù)容3.46億m3，為大(2)型水利工程，工程任務(wù)為以防洪為主，兼顧灌溉、供水、發(fā)電和航運(yùn)等綜合利用。工程包括主壩、泄水和發(fā)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(tài)放流管等環(huán)境保護(hù)設(shè)施。主壩最大壩高59.8m，電站總裝機(jī)容量42MW，副壩最大壩高24.8m，設(shè)置灌溉、供水設(shè)施。水庫(kù)正常蓄水位153.5m，死水位142m，防洪高水位161m，汛期運(yùn)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(gè)梯級(jí)，以發(fā)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(kù)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(fā)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(tài)環(huán)境良好，自然條件惡劣，資源豐富。貝江流域內(nèi)的共生活著61種魚類，以鯉形目魚類為主體，沒有發(fā)現(xiàn)國(guó)家級(jí)和廣西區(qū)級(jí)保護(hù)魚類。貝江的主要經(jīng)濟(jì)魚類有鰱、鳙、鯉、鯽、草魚、側(cè)條光唇魚、帶半刺光唇魚、光倒刺鲃、間、花、瓣結(jié)魚、斑鳠等，多數(shù)為半洄游性魚類。本工程水生態(tài)對(duì)魚類的保護(hù)對(duì)象為貝江現(xiàn)有的波紋鱖等7種珠江水系特有魚類，保護(hù)的方法主要是建設(shè)魚類增殖站和魚道。

魚道是一種保護(hù)水生物種，特別是魚類資源的工程措施，其設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)當(dāng)?shù)氐聂~類資源，確定保護(hù)對(duì)象即過魚對(duì)象；根據(jù)保護(hù)對(duì)象的習(xí)性確定合適的魚道型式、魚道池室結(jié)構(gòu)、魚道內(nèi)水流的設(shè)計(jì)水深及流速、魚道的進(jìn)、出口位置等；根據(jù)工程區(qū)的地形和河流的自然條件，結(jié)合樞紐建筑物的總體布置，布置好魚道建筑物，進(jìn)行必要的水工模型試驗(yàn)等。

2 魚道過魚對(duì)象及主要過魚時(shí)段

2.1 過魚對(duì)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(yīng)是本工程魚道的過魚對(duì)象，但是各種魚類習(xí)性差別很大，單一的魚道不可能適合所有的魚類。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外魚道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，一般是選擇主要過魚種類作為過魚對(duì)象來進(jìn)行魚道設(shè)計(jì)，其它不宜或無法通過魚道的魚類，則采取設(shè)魚類增殖站放流等方式進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)落久水利樞紐工程環(huán)境影響報(bào)告，本工程主要過魚對(duì)象為本地區(qū)優(yōu)勢(shì)魚類：側(cè)條光唇魚、南方白甲魚、瓣結(jié)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(duì)象。主要過魚對(duì)象的生態(tài)習(xí)性見表1。

表1 落久魚道主要過魚對(duì)象習(xí)性表

2.2 過魚時(shí)段

落久水利樞紐是一個(gè)以防洪為主的水利工程，它的運(yùn)行調(diào)度規(guī)則為每年3月11日—5月10日，要據(jù)來水情況，通過適當(dāng)加大電站出力或閘孔泄洪，讓水庫(kù)水位由正常蓄水位153.5m回落至汛限水位142.00m。受水庫(kù)下泄低溫水的影響，壩下游江門庫(kù)區(qū)4月前的平均水溫將低于本地區(qū)優(yōu)勢(shì)魚類繁殖水溫，因此，按落久水利樞紐工程環(huán)境影響報(bào)告的預(yù)測(cè)，落久主壩下游本地區(qū)優(yōu)勢(shì)魚類繁殖季節(jié)將推遲至5—9月。因此，本工程的主要過魚時(shí)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(jìn)、出口位置和魚道的長(zhǎng)度有關(guān)。

3.1 魚道類型及參數(shù)

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(shí)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(shì)較陡；魚道過魚的種類多，且習(xí)性差別較大。經(jīng)比較，最終選擇國(guó)內(nèi)外采用較多，對(duì)各種魚類適應(yīng)性較強(qiáng)的隔板(垂直豎縫)式魚道。

3.1.2 魚道設(shè)計(jì)參數(shù)確定

魚道設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)SL 609—2013《水利水電工程魚道設(shè)計(jì)導(dǎo)則》確定。

(1)魚道設(shè)計(jì)水頭

取本工程的主要過魚時(shí)段5—9月庫(kù)水位與下游河道最大水位差，即：魚道設(shè)計(jì)水頭H=142-111=31m。

(2)魚道設(shè)計(jì)流速

根據(jù)表1中魚道主要過魚對(duì)象的習(xí)性，取魚道池內(nèi)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(zhǎng)度及魚池水深

根據(jù)表1中魚道主要過魚對(duì)象的體長(zhǎng)小于或等于0.6m，取魚池凈寬取2.0m；池室凈長(zhǎng)度2.5m；魚池水深1.5m。

(4)魚道結(jié)構(gòu)尺寸的確定

按SL 609—2013規(guī)定的公式計(jì)算，可得：

池間水位差0.0705m；池室數(shù)439個(gè)；魚道坡降i=1/37；魚道每隔19個(gè)池室設(shè)一個(gè)休息室，休息室長(zhǎng)度3.9m，魚道轉(zhuǎn)彎處亦設(shè)為休息室，室長(zhǎng)不小于5.3m；魚道總長(zhǎng)度取1262.089m。

3.2 魚道布置

經(jīng)多方案比較，落久水利樞紐主壩區(qū)總體布置從左岸至右岸依次為：左岸非溢流壩段，預(yù)留升船機(jī)位置、中部為溢流壩段、發(fā)電引水段，含壩后式發(fā)電廠房和生態(tài)放水管、魚道、右岸非溢流壩段。魚道布置在壩后廠房右側(cè)，由進(jìn)口、槽身(池室和休息室等)和出口組成。

3.2.1 魚道進(jìn)口

在非泄洪情況下，主壩區(qū)處水庫(kù)內(nèi)的水基本由發(fā)電廠房和生態(tài)放水管引出到下游，而生態(tài)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(shí)段內(nèi)(5—9月)，廠房尾水處是壩下游主要的水流流動(dòng)區(qū)，對(duì)有溯流習(xí)性的魚類有很大的吸引力。從有關(guān)文獻(xiàn)和過往工程上、下游設(shè)計(jì)的已建電站運(yùn)行的實(shí)際情況看，廠房尾水都是下游魚類的聚集區(qū)。因此，將魚道進(jìn)口布置在發(fā)電廠房尾水渠出口右側(cè)的河床上，進(jìn)口敞露朝向下游方向，設(shè)喇叭形導(dǎo)墻和一套光電誘魚設(shè)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(shè)一個(gè)進(jìn)口，進(jìn)口底部高程109.5m。在魚道進(jìn)口上游槽身處，設(shè)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(shè)在大壩右岸非溢流壩上游，靠近水庫(kù)右?guī)彀叮嚯娬具M(jìn)水管約70m，以避免電站發(fā)電用水影響到上溯成功的魚類。在主要過魚時(shí)段內(nèi)(5—9月)，本工程因防洪需要，庫(kù)水位一般保持在142m。因此，本魚道只設(shè)一個(gè)出口。為控制出口的流量和減少閘門高度，出口底設(shè)寬頂堰，堰頂高程141.5m，堰上設(shè)置檢修閘和工作閘各一扇，便于魚道的運(yùn)行和檢修。

3.2.3 槽身

槽身的布置有兩個(gè)方案。方案1接進(jìn)口順河向上游約20m，然后掉頭轉(zhuǎn)向下游沿右岸岸坡到長(zhǎng)賴村附近，之后再掉頭沿右岸山坡向上游，跨過進(jìn)廠公路到達(dá)右岸非溢流壩接魚道出口。方案2接進(jìn)口順河向上游約20m，然后掉頭轉(zhuǎn)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(nèi)來回上升，達(dá)到一定高程后，在發(fā)電廠房附近轉(zhuǎn)向右岸山坡，跨過進(jìn)廠公路后在管理區(qū)附近轉(zhuǎn)向上游，到達(dá)右岸非溢流壩下游接魚道出口。

方案1參考了國(guó)內(nèi)外部分已建魚道的布置，優(yōu)點(diǎn)是利用了右岸山坡，魚道的轉(zhuǎn)彎半徑大。缺點(diǎn)是占地大，魚道在下游的長(zhǎng)賴村附近的岸坡上管理難度大。同時(shí)，由于河岸陡峭，開挖對(duì)環(huán)境的影響較大。

方案2的布置在國(guó)內(nèi)還沒有先例，但它剛好能避開方案1的缺點(diǎn)。它本身的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)彎較多且轉(zhuǎn)彎半徑小。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)魚類過魚道的行為研究較少，對(duì)貝江魚類類似的研究更是為零。在咨詢一些專家，包括當(dāng)?shù)氐臐O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(jí)別

落久水利樞紐工程規(guī)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(jí)別為2級(jí)，壩后式電站廠房、魚道等建筑物級(jí)別為3級(jí)。

4.2 建筑物結(jié)構(gòu)

魚道建筑物上部為鋼筋混凝土槽式結(jié)構(gòu)，寬2.0m，高1.85m，槽底設(shè)0.2m厚貝江河砂。槽身內(nèi)設(shè)置有豎縫隔板進(jìn)行水力消能，隔板厚0.1m，豎縫布置在水流方向的右側(cè)，縫寬約0.4m。魚道建筑物下部大部為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)，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(shè)觀察室，計(jì)劃用工業(yè)電視系統(tǒng)對(duì)魚道的過魚情況進(jìn)行觀察。

5 水工模型試驗(yàn)成果及設(shè)計(jì)修改

5.1 水工模型試驗(yàn)成果

進(jìn)行魚道水工模型試驗(yàn)的目的是觀測(cè)魚道進(jìn)出口的水流流態(tài)、流速分布特性，分析魚道布置及體型設(shè)計(jì)的合理性，并提出改進(jìn)建議。

本工程魚道采用1∶20的模型進(jìn)行了整體水工模型試驗(yàn)，主要成果為：

(1)魚道進(jìn)、出口的水流流態(tài)與設(shè)計(jì)方案基本相同，魚道進(jìn)口附近水流出流平穩(wěn)，基本對(duì)稱均勻，水面波動(dòng)較小。

(2)下游進(jìn)口水位變動(dòng)對(duì)魚道過流能力的影響較小。

(3)設(shè)計(jì)方案如圖1所示，即隔板豎縫同側(cè)豎縫式池室，魚道沿程魚池、休息室內(nèi)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(nèi)，略小于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流速1.00m/s。魚道過流量為0.712m3/s。

圖1 隔板豎縫同側(cè)豎縫式池室

(4)推薦采用隔板異側(cè)豎縫式池室結(jié)構(gòu)方案，如圖2所示，實(shí)測(cè)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(nèi)，大于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流速1.00m/s。魚道過流量為0.389m3/s。

(5)魚道出口的寬頂堰對(duì)魚道的過流基本無影響，可根據(jù)實(shí)際需要確定是否保留。

5.2 設(shè)計(jì)修改情況

(1)在施工圖設(shè)計(jì)中，根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果將魚道隔板設(shè)計(jì)改成異側(cè)豎縫式，如圖2所示。

圖2 隔板豎縫異側(cè)豎縫式池室

(2)保留魚道出口的寬頂堰。

6 結(jié)語

落久水利樞紐魚道是貝江上建設(shè)的第一條魚道，也是國(guó)內(nèi)唯一采用“雙跑梯”形式的魚道。雖然經(jīng)過水工模型試驗(yàn)驗(yàn)證和改進(jìn)，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了要求，但對(duì)象魚類是否會(huì)利用該魚道上溯產(chǎn)卵仍是一個(gè)未知數(shù)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)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(yùn)行觀察和資料整編非常重要。建議在本工程管理區(qū)附近的岸坡上建一座魚道觀察室，配備必要的設(shè)備，對(duì)過道的魚類活動(dòng)情況進(jìn)行觀察并作詳細(xì)的記錄，

為今后的魚道設(shè)計(jì)的改進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。