新疆某水利樞紐魚道進口設計與研究

李 梅，禹作利

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

1 工程概況

新疆某水利樞紐工程由混凝土拱壩、水墊塘及二道壩、發電引水系統和電站、生態放水洞、過魚建筑物等組成，水庫總庫容3.68億m3，電站裝機容量160MW。混凝土拱壩為拋物線型雙曲拱壩，最大壩高167.5m。

根據環境保護要求，主要過魚季節為每年4-7月份。過魚期間上游庫水位變幅范圍為814.00m-876.00m，下游魚道進口水位變幅范圍為732.45m-733.40m。過魚建筑物采用“魚道+升魚機”方式。

2 過魚建筑物布置

根據壩址處地形及樞紐總體布置情況，升魚機設置在壩頂，魚道布置在水墊塘左岸。魚道進口設于二道壩下游側左岸，距二道壩中心線約17m處，魚道自下游延伸至拱壩壩腳，總長234.35m。魚道沿水流方向分為供水閥室、消力池、集魚斗池、趕魚柵池、普通池室、休息池室、補水閥室及魚道進口。魚道進口設于二道壩下游側左岸邊墻處，底高程為731.25m。供水閥室、消力池、集魚斗池及趕魚柵池設置在拱壩壩腳。補水閥室設在魚道與水墊塘左邊墻之間。魚道通過調流閥控制達到滿足0.28m/s-1.08m/s的誘魚流速要求。將魚誘至升魚斗后，通過升魚小車啟閉機將升魚斗提升并放置在位于739.00m高程處的運魚車上，由運魚車將升魚斗運至拱壩下游側739.00m高程的升魚機鋼塔架內，用壩頂門機將升魚斗升至壩頂，水平運輸至上游側并將升魚斗垂直下放至庫水水面，將魚卸放至庫內[1]。

3 魚道進口設計

3.1 進口布置原則

1)魚道進口應布置于魚類聚集水域。工程建設改變了河道的水力條件，各種魚類為自己選擇與它們生活特點相適應的水域。通過對已建成水利水電樞紐魚類聚集情況的調研分析發現，魚類逆流而上，魚類聚集在經常有水流下泄處。因此，魚道進口應盡可能靠近二道壩處。

2)魚道進口應具有合適的水流條件，根據魚類游泳能力試驗研究》報告，魚道進口誘魚流速為0.28-1.08m/s。

3.2 進口附近水流流場研究

通過建立二維數學模型，對不同補水流量下進魚口附近水流流場結構進行模擬。在對結果進行分析的基礎上對其流場結構的合理性進行評價，提出相應的改善措施和建議。

3.2.1 計算工況

數學模型對不同水位組合、不同補水流量工況進行了模擬研究。數模計算工況見表1。

3.2.2 計算成果分析

1)原地形布置數模計算成果分析

魚道進口附近的河道水流流速整體偏小，這與二道壩下游地形有關，在條件允許情況下，需對河道底高程進行調整。

表1 數模計算工況表

2)調整方案1數模計算成果分析

圖1 調整后的魚道入口布置

數模計算結果與原進口地形布置方案相比，兩種水位組合下其流場結構大體相似，魚道進口附近同樣具有較為明顯的流速梯度，便于魚類發覺并進入；由于沒有對河道地形進行調整，因此魚道進口附近的河道流速依舊偏小。

3)調整方案2數模計算成果分析

圖2 河道底高程抬高后的魚道進口布置方案

抬高底高程后，魚道進口附近河道流速有了明顯增加，普遍超過了目標魚類的感應流速，較為合理；河道底高程抬高至730.00m后，進口附近水流流場結構較好，存在偏向魚道入口的流速梯度，且水流整體較為平順，無漩渦及其他流速屏障存在。

4)調整方案3數模計算成果分析

圖3 調整方案3魚道進口布置型式

該魚道進口布置型式與原進口地形布置方案相比，水流條件有較大的改善，魚道進口主流與河道水流呈一定角度，便于目標魚類發現并進入；在主要過魚季節魚道進口附近流場結構較為平順，不存在水流渦旋等不良水流條件；從整體上看，魚道進口附近的流速指標基本滿足過魚要求。但是在4月份水位組合工況下，魚道進口與下游河道主流之間存在一定范圍的低流速區(流速在0.1m/s左右)，可能會降低目標魚類發現魚道入口的幾率。

3.3 整體物理模型試驗

在二維水流流場計算分析的基礎上，對原地形布置方案和優化調整后的魚道推薦布置方案分別開展了整體物理模型試驗研究，試驗結果表明：原地形布置方案魚道進口段水流流速偏小，僅略大于目標魚類的感應流速，可能會降低過魚效果。推薦布置方案魚道進口段水流流速有所增加，較好的滿足了魚道設計要求；通過對魚道增設補水系統并對其補水流量進行對比分析，最終建議過魚設施的補水流量宜控制在0.4m3/s-0.5m3/s，推薦4月份水位組合時補水0.4m3/s，5-7月份水位組合時適當加大補水量，補水0.5m3/s。

3.4 魚道進口布置型式確定

通過對以上幾種魚道進口布置型式的數模計算結果及整體物理模型試驗結果分析來看，魚道進口布置方案應采用調整方案3魚道進口布置型式。

4 結 語

魚道進口段水流流速對吸引目標魚類進入魚道至關重要。文章以新疆某樞紐工程為例，通過數模計算及整體物理模型試驗等結果分析，確定了過魚建筑物進口布置型式。