貴州省夾巖水利樞紐工程升魚機集魚系統金屬結構布置與設計

謝 濤，何 偉，楊 松，黃臣勇

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

1 工程概況及總布置

貴州省夾巖水利樞紐工程位于貴州省西北地區，夾巖水庫壩址位于畢節地區納雍縣和畢節市界河六沖河中游河段。六沖河是長江流域烏江左岸最大的一級支流。烏江是我國第一條實施流域梯級水電開發的大型河流，目前烏江干流規劃的9 座梯級已全部建成或投入試運行，僅最下游的彭水和銀盤電站配套建設了過魚設施，烏江干流已被分割成不同的片段，魚類種群間基因不能交流，降低了各種群的遺傳多樣性。

夾巖水利樞紐工程區調查水域無典型洄游魚類，主要過壩目的在于促進壩址上下游魚類種群的基因交流。基于工程實際調查，夾巖升魚機系統建筑物總體布置如下：在壩下游壩后電站尾水渠右岸岸邊布置集魚系統，通過垂直提升系統將集魚箱提升到河道校核洪水位以上高程1244.0 m 平臺，后通過交通橋運輸至右岸魚類分選車間，經過魚類分選及標記后，再通過運魚車將魚運至指定位置放流或魚類增殖站，其中，集魚系統作為最最重要的一環。本文系統介紹升魚機集魚系統金屬結構布置及選型，旨在提高過魚效率和后期管理維護，為后續工程設施提供參考。

2 集魚系統金屬結構設計與布置方案

下游集魚及轉運系統上金屬結構設備主要設置在補水廊道、集魚廊道，其中在補水廊道連通洞設置1 套攔魚柵，1 套檢修閘門和1 套與集魚池的集魚箱共用的移動式臺車，1 套工作閘門和1 套與集魚廊道的趕魚柵共用的移動式臺車，在補水管設置1 套工作閥門；在集魚池上游設置1 套集魚箱和1 套與補水廊道檢修閘門共用移動式臺車，在集魚池設置1 套趕魚柵，1套驅動趕魚的柵軌道式平板超級電容臺車和1 套與補水廊道工作閘門共用的移動式臺車，在趕魚柵上設置2 套旋轉門和2套控制旋轉門的電動機，監測系統下游設置1 套攔魚籠,集魚池進魚口設置1 套人字閘門和1 套控制人字閘門的液壓啟閉機，在人字閘門下游設置1 套臨時檢修疊梁閘門，在集魚池進魚口DN300 mm 的供水管上設置1 套檢修閥門和1 套工作閥門，集魚池進魚口與尾水渠之間設置1 套攔魚電柵[1]。其具體布置見圖1、圖2。

1）補水廊道連通洞活動式攔魚攔污柵

為了防止魚類從集魚廊道通過連通洞進入補水廊道和防止污物進入集魚廊道，在連通洞處設置1 套活動式潛孔平面攔魚攔污柵，底檻高程為1207.50 m。孔口尺寸為2.5 m×2.5 m（寬×高），設計水頭為3 m。柵格網凈距為56 mm×29 mm，攔魚攔污柵主材及埋件均采用不銹鋼，柵體重5 t，埋件重3 t，啟閉設備選用1 套規格型號為SH-50 kN-6 m 的臨時手拉葫蘆，啟門容量為50 kN，攔魚攔污柵主要用于攔截魚類進入補水廊道。攔魚攔污柵需要維護檢修時，可在檢修平臺（1211.50 m）上進行，也可以關閉補水廊道進口的檢修閘門和工作閘門，同時關閉集魚廊道進魚口人字閘門，采用水泵將集魚廊道的水抽干后即可進行。

2）補水廊道進口工作閘門

在補水廊道進口設置1 扇工作閘門，孔口尺寸為2.5 m×3.5 m（寬×高），設計水頭為3.0 m，其底檻高程為1207.50 m，型式為露頂式平面鋼閘門，工作閘門閉門采用門體自重加配重閉門，閘門的運行方式為動水啟閉，單吊點啟吊。若門體及埋件主材選用Q235B 碳素結構鋼，一旦門體及埋件生銹后，魚類對鐵銹較敏感，產生鐵銹不利于誘魚，因此門體主材選用不銹鋼，門體重10 t，埋件主材選用復合鋼板，埋入混凝土部分采用Q235B 碳素結構鋼，外露部分采用不銹鋼，埋件總20 t。啟閉設備選用1 套規格型號為QPT-400 kN-45 m 的移動式臺車，與集魚廊道的集魚箱共用，啟門容量為400kN，揚程45 m，操作方式為電動。功率為20 kW，啟閉機吊頭要求有自動脫鉤裝置，為了監測啟閉機安全運行設置有1 套在線安全監測系統。該工作閘門平時處于局部或全開啟狀態，用于控制補水廊道水流，當下游補水廊道及集魚廊道需要維護檢修時關閉該工作閘門進行維護檢修，為了監測閘門安全運行設置有1 套在線安全監測系統。本補水廊道進口設置有水位差計和流量計，便于監測補水廊道和集魚廊道中水位差和流量，有利于集魚廊道流量監控。為了確保閘門的安全運行，應設置有啟閉機行程控制系統即閘門開度儀（開度指示控制器），便于自動控制或監測閘門局部開啟時啟閉機的開度行程及閘門的啟閉過程情況。工作閘門需要維護檢修時可在檢修平臺（1244.00 m）上進行。

3）補水廊道出口工作閘門

集魚廊道補水通過連通洞采用側向進水方式，在補水廊道出口設置1 扇工作閘門將水引入集魚廊道，孔口尺寸為2.5 m×3.5 m（寬×高），設計水頭為3.0 m，其底檻高程為1207.50 m，型式為露頂式平面鋼閘門，工作閘門閉門采用門體自重加配重閉門，閘門的運行方式為動水啟閉，單吊點啟吊。若門體及埋件主材選用Q235B 碳素結構鋼，一旦門體及埋件生銹后，魚類對鐵銹較敏感，產生鐵銹不利于誘魚，因此門體主材選用不銹鋼，門體重10 t，埋件主材選用復合鋼板，埋入混凝土部分采用Q235B 碳素結構鋼，外露部分采用不銹鋼，埋件重20 t。啟閉設備選用1 套規格型號為QPT-400 kN-45 m 的移動式臺車，與集魚廊道的趕魚柵共用，啟門容量為400 kN，揚程45 m，操作方式為電動。功率為15 kW，啟閉機吊頭要求有自動脫鉤裝置，為了監測啟閉機安全運行設置有1 套在線安全監測系統。該工作閘門平時處于關閉狀態，來控制補水廊道的水進入集魚廊道。為了監測閘門安全運行設置有1 套在線安全監測系統。本閘門設置有水位差計和流量計，便于監測閘門開啟時上、下游的水位差和控制下放流量，有利于集魚廊道補水。為了確保閘門的安全運行，應設置有啟閉機行程控制系統即閘門開度儀（開度指示控制器），便于自動控制或監測閘門局部開啟時啟閉機的開度行程及閘門的啟閉過程情況。工作閘門需要維護檢修時可在檢修平臺（1244.00 m）上進行。

4）補水管工作閥門

為了給集魚廊道中集魚箱補水，從補水廊道進口設置1 道補水管，在補水管上設置1 套多功能工作活塞工作閥，安裝管中心線高程為1208.10 m。工作閥公稱通徑為DN400 mm，設計水頭3 m。多功能工作活塞閥型號為H124×3-4-400，重2 t，運行方式為動水啟閉，采用手電兩用操作方式，現地和遠程操控，功率為3 kW。多功能工作活塞閥平時處于關閉狀態，當下游集魚廊道需要誘魚時打開引水。

為便于多功能工作活塞閥的安裝、拆卸及檢修等，在多功能工作活塞閥下游設置有1 套法蘭式管道伸縮節。

圖1 夾巖水利樞紐工程升魚機集魚系統縱剖視圖

圖2 夾巖水利樞紐工程升魚機集魚系統平面視圖

5）集魚廊道上游進口集魚箱

在集魚廊道上游進口處設置1 套集魚箱，其尺寸為2.0 m×2.0 m×1.0 m（長×寬×高），在運輸過程中為了防止魚類從集魚箱里跳出，在集魚箱上方開鑿一些小孔，采用自動控制系統來打開集魚箱，其實際容積為2 m×2 m×1 m=4 m3,集魚箱存放在集魚廊道的底檻高程為1206.30 m，集魚箱及埋件主材選用不銹鋼，箱體單重為8 t，埋件重10 t，采用單吊點啟吊，啟閉設備選用1 套規格型號為QPT-400 kN-45 m 的移動式臺車，與補水廊道進口的工作閘門共用，啟閉機采用電動方式設置自動脫鉤裝置，功率為20 kW。該集魚箱平時鎖定于檢修平臺（1244.00 m）上，當需要集魚時把集魚箱下放到高程為1206.30 m 的集魚廊道里，等趕魚柵把魚類趕到集魚箱后，啟動移動式臺車把集魚箱提到檢修平臺（1244.00 m）上后，平移移動式臺車把集魚箱送到分選車間，放入魚類等待分類器等待分類，放魚后采用移動式臺車將集魚箱送回集魚廊道，為下一次集魚作準備。為確保集魚箱安全運行設置1 套在線安全監測系統。集魚箱需要維護檢修時可在檢修平臺（高程1244.00 m）上進行。

6）集魚廊道趕魚柵

集魚廊道設置1 套趕魚柵，底檻高程為1207.50 m。孔口尺寸為2.05 m×4.0 m（寬×高），設計水頭2.5 m，運行方式為動水啟閉，單吊點。趕魚柵及埋件主材均采用不銹鋼，趕魚柵（含電動平車和柵體）重10 t，埋件（含軌道和預埋件）重10 t，趕魚柵通過1 套軌道式超級電容臺車來驅動，實現集魚廊道趕魚，臺車牽引力為2×80 kN。柵體設置2 套旋轉門，集魚時打開，趕魚時關閉，通過2 套電機控制。臺車驅動電機及旋轉門控制電機的電源由超級電容提供，其功率不小于15 kW。當趕魚柵放置在集魚廊道進口，當魚類進入集魚廊道時為了避免集魚廊道進口趕魚柵阻礙魚類進入，將其旋轉門打開，當魚類進入集魚廊道后，將旋轉門關閉，啟動趕魚柵運動裝置將趕魚柵由下游的進魚口向上游的集魚箱前進，將通道內的魚類趕到集魚箱，再進行下一次趕魚，往返進行，當集魚箱的魚類達到一定數目后即完成趕魚任務。考慮到下游校核洪水位較高，趕魚柵在洪水期時用啟閉設備提到檢修平臺（1244.00 m）上，其啟閉設備選用1 套規格型號為QPT-400 kN-45 m 的移動式臺車，與補水廊道的工作閘門共用，啟門容量為400 kN，揚程45 m，有自動脫鉤裝置，操作方式為電動，功率為15 kW。為了監測趕魚柵安全運行設置有1 套在線安全監測系統。趕魚柵及軌道式平板超級電容臺車需要維護檢修時可在檢修平臺（1244.00 m）上進行。同時軌道式平板超級電容臺車需要充電時在檢修平臺（1244.00 m）上進行。

7）集魚廊道進魚口人字閘門

集魚廊道進魚口設置1 扇工作閘門，工作閘門孔口尺寸為2.1 m×4.0 m（寬×高），設計水頭3 m，底檻高程為1207.50 m，型式為人字閘門，運行方式為靜水啟閉，雙吊點。門體及埋件主材均選用不銹鋼，門體重15 t，埋件重10 t。液壓啟閉機規格型號為YJQ-JS-2×100 kN-0.9 m，操作方式為電動，電機功率為22 kW，采用陶瓷活塞缸及配套的行程控制裝置。為了監測液壓啟閉機安全運行設置有1 套在線安全監測系統。該閘門平時處于關閉狀態，當集魚系統需要集魚時根據環保提供流量要求可局部開啟人字閘門進行放水，利用人字閘門開度來控制下放流量。本閘門設置有水位差計（每套水位差計包含2 套水位儀、1 套帶防雷及報警裝置的顯示器、電纜長度約50 m）和流量計，水位差信號需接入啟閉機控制系統，便于監測閘門開啟時前后水位差和下放流量，提高過魚效率。為了確保閘門的安全運行，應設置有啟閉機行程控制系統即閘門開度儀（開度指示控制器），便于自動控制或監測閘門局部開啟時啟閉機的開度行程及閘門的啟閉過程情況。為了監測人字閘門安全運行設置有1 套在線安全監測系統。為了方便人字閘門的維護檢修在其下游設置1 套臨時檢修疊梁閘門，臨時檢修疊梁閘門重2 t，埋件重2 t，啟閉設備選用1 套規格型號為SH-50 kN-6 m 的臨時手拉葫蘆，啟門容量為50 kN。人字閘門需要維護檢修時，關閉補水廊道進口的檢修閘門和工作閘門，同時關閉臨時檢修疊梁閘門，采用水泵將集魚廊道的水抽干后即可進行。人字閘門需要維護檢修時可在底檻高程（1207.50 m）上進行。

8）尾水渠攔魚電柵

為了防止魚類進入尾水渠和提高集魚效果，在集魚廊道出口進魚口左側布置一道電攔柵將魚類攔入集魚廊道進口，電攔柵采用浮船式橫河布置，長約70 m，在泄洪時將電欄柵收回保存，防止洪水沖走設備。攔魚電柵材料為航空型鍍鋅鋼纜，絕緣子按美標等級54-1，采用冷熱備份結構和自動互換技術，保證了長時間工作的可靠性，采用自適應控制、防沖擊結構技術設計，可長時間工作在惡劣環境下保持穩定性。

3 結語

1）集魚系統設置了集魚廊道和補水廊道，金屬結構布置有效提高了過魚效率，魚類能夠更容易找到升魚機進魚口，布置合理。

2）當壩后洪水位較高，淹沒集魚系統時，金屬結構包括集魚箱、工作閘門、趕魚柵和閥門等均可置于較高的檢修平臺，減少設備損壞，管理較易，后期維護成本低。

3）集魚系統金屬結構設備的布置具有一定的代表性,合理的布置設計對升魚機系統有著極其重要的意義。