新疆某水利樞紐的過魚建筑物研究

李 梅，禹作利

(1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222；2.天津市水利工程公司，天津 300222)

1 工程概況

2 水生生態環境保護概述

該水利樞紐的建成對魚類的阻隔影響主要體現在阻斷洄游魚類的洄游線路，使其無法完成生活史；對于在局部水域內能完成生活史的種類，則可能影響其在不同水域群體之間的遺傳交流，導致種群整體遺傳多樣性下降。由于本工程大壩為超高壩，上游水庫水位變幅較大，推薦升魚機方式作為過魚措施，可以在很大程度上保證該壩址上下游之間魚類的基因交流，從而減緩工程攔河阻隔對魚類不利影響。

2.1 過魚種類

過魚種類見表1。

表1 過魚對象表

2.2 過魚季節

哲羅魚、細鱗魚和北極茴魚均屬于鮭形目，上溯繁殖季節開始于5月，相對集中在5-6月，因此，確定過魚設施的主要過魚季節為每年的5-6月。

3 過魚建筑物總體布置原則

過魚建筑物主要由集魚設施和運魚設施組成。工作時通過水流將魚誘入集魚通道內，后通過趕魚柵將魚驅趕至升魚斗內，通過提升升魚斗并將升魚斗轉移至運魚設施上，后啟動運魚設施，提升魚類到上游水庫相應水位處，最后將魚放流至水庫內。

3.1 集魚設施設計原則

集魚設施設計成功與否決定了魚類能否快速發現魚道進口并進入集魚通道。因此，集魚設施是整個過魚建筑物設計的關鍵環節。

集魚設施進魚口選擇的主要原則如下：

1)宜布置于泄水閘、電站尾水等經常有水流下泄處，或魚類洄游路線及經常集群地附近，并盡可能靠近魚類能上溯到達的水域；

同時我們又單獨測試了石英基底的熒光光譜，結果表明石英基底并不具有上轉換熒光現象，由此可以證明上轉換熒光是由基底表面的Ce3+摻雜YAG熒光薄膜材料所產生的。

2)進口布置應避開強回流區、漩渦區、泥沙淤積區和受污染水域；

3)進口水流應為連續流，使魚類易于分辨和發現，有利于魚類集結；

4)進口宜設計成向魚道收縮的喇叭形，并具有相對穩定的流態和流速；

5)進口可設置攔魚或誘導設施，以提高過魚效果[1]。

3.2 運魚設施設計原則

升魚機是直接將升魚斗運輸過壩，升魚斗不利于魚類長期存活，因此，應盡量縮短魚類過壩時間，并在運輸過程中盡量保持平穩，減少容器內水體的晃動，以避免對魚類的損傷。

4 布置方案初擬

根據該水利樞紐布置、生態電站運行調度、電站尾水下游河道流場、魚類習性等條件綜合考慮，將集魚設施布置在大壩下游右岸生態電站尾水區，運魚設施重點考慮壩頂固定門架啟閉機和庫內運魚船結合方式，初擬3種方案：

4.1 方案一(一級垂直提升方案)

方案一是結合水墊塘右岸低線上壩公路及下游壩面設置的升魚梯井，通過壩頂的固定門架啟閉機將升魚斗運至上游并將升魚斗中的魚卸放至運魚船上，最后由運魚船將魚運至庫尾放流。

在生態電站尾水出口下游右岸布置集魚設施，距壩軸線約400m處，通過設置在集魚設施消力池邊墻上的螺旋槳泵控制集魚設施內的水深及流速大小，形成誘魚水流，將魚誘入趕魚柵池內，通過趕魚柵將魚驅趕至升魚斗內，由固定門架啟閉機(固定門架懸臂總長23m)將升魚斗提升并將其轉移至右岸低線上壩公路的電動軌道小車上，由電動軌道小車將升魚斗運至位于大壩下游壩面的升魚梯井(升魚梯井底高程800m，高度為190m，混凝土結構，與大壩整體澆筑)內，中間途經水墊塘，后用壩頂固定門架啟閉機(固定門架上游懸臂長30m，下游懸臂長7m)將升魚斗起吊并水平移動至上游水庫內，將升魚斗內的魚卸放至運魚船上，運魚船將魚運至庫尾放流。

4.2 方案二(兩級垂直提升方案)

方案二是結合水墊塘右岸低線上壩公路及緊鄰大壩下游壩面設置的兩級防風塔架，分別通過設在下游壩面的單向臺車及壩頂的固定門架啟閉機將升魚斗通過兩次提升后運至上游并將升魚斗中的魚卸放至運魚船上，最后由運魚船將魚運至庫尾放流。

在生態電站尾水出口下游右岸布置集魚設施，距壩軸線約400m處，通過設置在集魚設施消力池邊墻上的螺旋槳泵控制流入集魚設施內的水深及流速大小，形成誘魚水流，將魚誘入趕魚柵池內，通過趕魚柵將魚驅趕至升魚斗內，由固定門架啟閉機(固定門架懸臂總長23m)將升魚斗提升并將其轉移至右岸低線上壩公路的電動軌道小車1上，由電動軌道小車1將升魚斗運至位于緊鄰大壩下游壩面的防風塔架1(防風塔架1底高程800m，高度為95m，鋼結構)內，中間途經水墊塘，由設在大壩下游壩面懸臂牛腿上的移動臺車將升魚斗提升至高程895m壩后橋上的電動軌道小車2上，電動軌道小車2將升魚斗運至大壩下游壩面懸臂牛腿上的防風塔架2(防風塔架2底高程895m高度95m，鋼結構)內，最后用壩頂固定門架啟閉機(固定門架上游懸臂長10m，下游懸臂長26m)將升魚斗起吊并水平移動至上游水庫內，將升魚斗內的魚卸放至運魚船上，運魚船將魚運至庫尾放流。

4.3 方案三(地面軌道纜車+垂直提升方案)

方案三是通過設在下游坡面的地面軌道纜車及緊鄰大壩下游壩面布置的防風塔架，由壩頂的固定門架啟閉機將升魚斗提升后運至上游并將升魚斗中的魚卸放至運魚船上，最后由運魚船將魚運至庫尾放流。

在生態電站尾水出口下游右岸布置集魚設施，距壩軸線約400m處，通過設置在集魚設施消力池邊墻上的螺旋槳泵控制集魚設施內的水深及流速大小，形成誘魚水流，將魚誘入趕魚柵池內，通過趕魚柵將魚驅趕至升魚斗內，由固定門架啟閉機(固定門架懸臂總長40m)將升魚斗提升并將其轉移至大壩下游地面軌道纜車上，由地面軌道纜車將升魚斗運至大壩下游壩面懸臂牛腿上的防風塔架(防風塔架底高程915m，高度75m，鋼結構)內，后用壩頂固定門架啟閉機(固定門架上游懸臂長11m，下游懸臂長19m)將升魚斗起吊并水平移動至上游水庫內，將升魚斗內的魚卸放至運魚船上，運魚船將魚運至庫尾放流。

5 布置方案比選

5.1 方案一(一級垂直提升方案過魚)

本方案升魚梯井位于壩腳位置，在高程800m至高程838m范圍內的升魚梯井位于壩內，使得此高程范圍的壩體斷面局部減小，從而削弱了壩體應力，對大壩下游壩面應力產生不利影響。梯井與大壩整體澆筑，故而會對施工進度造成一定程度的影響。壩頂固定門架啟閉機上游側懸臂長度達30m，使得該門架啟閉機造價很高。該過魚方案轉運環節少，運行起來比較簡便，自動化運行程度較高，抗風性好，具有很高的安全性、穩定性。初步計算投資為2035萬元，該方案投資較高。

5.2 方案二(兩級垂直提升方案過魚)

本方案防風塔架均位于大壩下游側，獨立于大壩布置，因此對大壩整體穩定及應力均不構成影響，亦對大壩施工進度不造成影響。防風塔架1上面需要放置移動臺車，提高了防風塔架1的成本。防風塔架距離壩頂較遠，壩頂固定門架啟閉機下游側懸臂長度為26m，因此該門架啟閉機造價高。該過魚方案轉運環節較多，運行不方便，自動化運行程度不高，抗風性好，具有較高的安全性、穩定性。初步計算投資為3141萬元，該方案投資最高。

5.3 方案三(地面軌道纜車+垂直提升方案過魚)

本方案地面軌道式牽引纜車及固定門架啟閉機均位于大壩下游坡面上，防風塔架位于大壩下游側，獨立于大壩布置，因此此方案對大壩整體穩定及應力均不構成影響，亦對大壩施工進度不造成影響。防風塔架對應的壩體斷面較一級垂直提升方案小，壩頂固定門架啟閉機懸臂長度小，上游側懸臂長度為11m，下游側懸臂長度為19m，該門架啟閉機造價遠低于其他兩個方案造價。缺點是從升魚斗池提升升魚斗的固定門架啟閉機左右兩側的懸臂長度均較長，總長度為40m，該固定門架啟閉機造價高。該過魚方案轉運環節較少，運行起來較方便，自動化運行程度高，軌道式纜車把小車支撐在地面軌道上，抗風性好，具有很高的安全性、穩定性。初步計算投資為1765萬元，該方案投資較低。

由以上分析可知，方案一采用一級垂直提升過魚方案，升魚梯位于壩內，對壩體應力產生不利影響，且在一定程度上影響大壩施工，但工程造價較高；方案二在方案一的基礎上，將升魚梯井移至壩外，同時為減小壩頂固定門機壩后懸臂長度，采用兩級垂直提升過魚，運行較為不便，且工程造價最高；方案三綜合方案一壩體一級垂直提升和方案二防風塔架的特點，既避免了壩體應力、施工的影響，又使壩頂固定門機懸臂長度不致過長，且運行方便，其造價較方案一節省約300萬元，較方案二節省約1100萬元。綜合分析，該水利樞紐過魚建筑物推薦采用方案三，即地面軌道纜車+垂直提升方案[2]。

6 結 語

該水利樞紐的建成阻斷了洄游魚類的洄游線路，由于本工程大壩較高，上游水庫水位變幅較大，根據該水利樞紐布置、生態電站運行調度、電站尾水下游河道流場、魚類習性等條件綜合考慮，對一級垂直提升方案、兩級垂直提升方案和地面軌道纜車+垂直提升方案等魚類過壩措施，從技術特點及技術可靠性、對主體工程影響、運行管理、自動化程度和工程投資等進行綜合比選。推薦地面軌道纜車+垂直提升方案。