某水庫工程魚道設(shè)計方案對比分析

陳芳芳，張 曉

(中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222)

1 工程概況

某水庫工程庫區(qū)屬中山-高中山地貌，山頂高程1700-2000m，河床高程為1090-1199m，最大地形高差400-600m，谷底寬度70-120m，壩址區(qū)段河谷狹窄，為“V”型谷。河道一般水深0.5-2.0m，河道總體比降在30‰左右。

本工程樞紐布置緊湊，攔河壩為瀝青混凝土心墻壩，最大壩高60.5m，左岸布置泄洪洞，右岸布置有發(fā)電洞、排水洞和生態(tài)放水設(shè)施，兩岸地形陡峻，上下游最大水頭達61.3m，上游水位日最大變幅15m，魚道上下游水位落差介于47.3m-61.3m之間，過魚對象屬底棲活動魚類，游泳能力較強[1]。

2 保護過魚種類及習(xí)性

經(jīng)實地水生生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查：分布魚類主要以XJ裸重唇魚、斯氏高原鰍為主，另有少量的XJ高原鰍、小體高原鰍以及小眼須鰍。確定XJ裸重唇魚為主要過魚對象，其他四種魚類為兼顧過魚對象。XJ裸重唇魚產(chǎn)卵季節(jié)為4-7月、XJ高原鰍產(chǎn)卵季節(jié)5-6月，斯氏高原鰍產(chǎn)卵季節(jié)在5-7月。因此，魚類的主要過魚季節(jié)為4-7月。對本工程魚類游泳能力試驗研究試驗，試驗對過魚對象進行了相應(yīng)測試[2]。

2.1 感應(yīng)流速

XJ裸重唇魚、XJ高原鰍、斯氏高原鰍、小眼須鰍、小體高原鰍的感應(yīng)流速比較相近。各種魚類的中值感應(yīng)流速都在0.11m/s左右。

2.2 臨界游泳速度

XJ裸重唇魚的臨界游泳速度較大，中值為1.08m/s；XJ高原鰍、斯氏高原鰍、小眼須鰍、小體高原鰍的臨界游泳速度中值分別為0.64m/s、0.80m/s、0.63m/s、0.76m/s。

2.3 突進游泳速度

XJ裸重唇魚的突進游泳速度要遠超過其他幾種魚，中值為1.4m/s；XJ高原鰍、斯氏高原鰍和小眼須鰍的突進泳速比較接近，中值分別為0.96 m/s、1.16 m/s、1.08 m/s。小體高原鰍的突進游泳速度較低，中值為0.6m/s。

2.4 持續(xù)游泳時間

XJ裸重唇魚和XJ高原鰍持續(xù)游泳時間明顯較高，中值分別為657s、900s；斯氏高原鰍和小眼須鰍的持續(xù)游泳時間較低，中值分別為143s、270s。

2.5 溫度對過魚對象游泳能力的影響

魚類的游泳能力在適宜溫度內(nèi)隨著水溫的升高而增強，耗氧率隨溫度、游速的增加而增加，而有氧運動的效率隨溫度升高有所降低。在低于和高于適宜溫度范圍后，隨著與適宜溫度差的增大，魚類的游泳能力降低幅度越大。試驗中盡量控制水溫在主要過魚季節(jié)4月-7月之間的水溫范圍6.1℃-15.1℃。XJ裸重唇魚為急流冷水魚類，在餌料充足，溶解氧充分情況下，水溫只要不超過其常年棲息地水域的最高水溫應(yīng)對其游泳速度不造成影響。

3 魚道方案比選研究

結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況和建設(shè)條件、過魚種類和習(xí)性，對過魚設(shè)施的選型和布置做進一步論證，提出了越壩魚道方案、魚道+魚閘方案、魚道+升魚機方案進行了比選。

3.1 越壩魚道方案

魚道是最常見的過魚設(shè)施，一般適應(yīng)于低水頭水利樞紐，本工程魚道方案設(shè)計需從攔河壩下游河道進口開始彎折盤升至壩頂高程，再向上游庫區(qū)延伸至庫尾出口，其總提升高度達102.7m，魚道總計長度6082m，其中庫區(qū)段魚道長2789m，下游盤升段長3293m[3]。

該方案具備連續(xù)過魚、運行成本低等優(yōu)點。但魚道進出口水頭差大、線路長、沿線邊坡陡峻，且需穿過多道沖溝，工程區(qū)地震烈度高，結(jié)構(gòu)單薄，存在工程施工難度較大、抗震安全風(fēng)險高等問題。

3.2 魚道+魚閘方案

魚閘適合于中、高水頭的大壩、它占地少、投資省、魚類不必克服水流阻力即能過壩，但是需要進行機械操作，所以過魚量不是很多[4]。本工程魚道+魚閘方案為在攔河壩下游布置魚道，庫區(qū)內(nèi)設(shè)置魚閘，與魚道銜接，在魚閘內(nèi)設(shè)升魚機，以適應(yīng)水庫日最大14m的水位變幅。魚道進口段布置在攔河壩下游左岸岸邊，自河床高程盤折上升13階，長度1696.49m，后沿山坡向上游延伸228.6m穿越大壩至魚閘進口。盤升段魚道底板起點高程1136.50m，盤升段終點高程1177.59m，穿越壩軸線至高程1182.00m，然后采用1∶4反坡與魚閘進口底板高程1182.45m銜接。穿壩段采用埋涵沿左岸山坡等高線順勢爬升，埋涵為城門洞型式。魚閘緊鄰左岸永久交通路，魚閘由集魚池、集魚槽及消力池等組成。上游側(cè)設(shè)置閘門擋水，上溯魚類在集魚平臺匯集至一定數(shù)量或間隔一段時間后，啟動趕魚柵把魚趕至集魚槽內(nèi)的集魚箱中，然后啟動壩頂門機提升集魚箱轉(zhuǎn)運至庫區(qū)內(nèi)，打開集魚斗活動門，將魚放入庫區(qū)。

本方案在非引水期5-6月份可連續(xù)過魚，4月和7月份需提升過魚。本方案較越壩魚道方案降低了過魚高度、縮短了魚道長度。但魚道壩下段仍存在工程施工難度較大、抗震安全風(fēng)險高等問題。另外，穿壩埋涵對壩體防滲系統(tǒng)有一定影響。

3.3 魚道+升魚機方案

該方案布置于攔河壩下游左岸，由魚道(誘捕魚系統(tǒng))和過壩系統(tǒng)(包括運魚系統(tǒng)、放魚系統(tǒng)等)組成。魚道自下游延伸至攔河壩壩腳，總長約70m，由進口、普通池室、休息池室、趕魚柵池、集魚斗池(集魚槽)、消力池和供補水系統(tǒng)等組成，運行時先通過誘捕魚系統(tǒng)將下游魚類誘入魚道內(nèi)，魚類通過魚道游入集魚池后，趕魚柵將魚驅(qū)趕至集魚斗內(nèi)。過壩系統(tǒng)采用軌道型式，沿左岸岸坡設(shè)置，軌道從集魚斗處一直延伸至壩頂，壩頂上游側(cè)設(shè)置啟閉排架作為轉(zhuǎn)運設(shè)備，通過雙向移動臺車將集魚斗提升并放置在位于壩下游側(cè)滑軌的運魚車上，由軌道式運魚車將集魚斗提升至壩頂，再用雙向移動臺車將集魚斗放置在壩上游側(cè)滑軌的運魚車轉(zhuǎn)移下放至庫水水面，將魚釋放至庫內(nèi)。

該方案對樞紐主體工程影響較小，較好適應(yīng)上游水庫水位變化，施工難度小，受地震的影響相對前兩方案為小。雖然不能連續(xù)過魚，但由于本河段過魚量不大，過魚時段分散，總體能夠滿足過魚要求。

4 結(jié) 論

根據(jù)所保護魚類的體型小，過魚量不大，過魚時段分散等特點。結(jié)合本工程位于地震多發(fā)區(qū)，地震對長距離盤升式魚道薄壁結(jié)構(gòu)影響大。綜合考慮工程安全、過魚要求、魚類種類保護、管理維護等因素，本工程過魚設(shè)施型式推薦選用升魚機方案。