Y江ZM水電站魚道燈光誘魚照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探

俞 鵬，李寅偉

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

Y江ZM水電站魚道燈光誘魚照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探

俞 鵬，李寅偉

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

目前國(guó)內(nèi)很多河流存在魚類洄游現(xiàn)象，很多水電站、水庫(kù)等攔水設(shè)施的建設(shè)阻礙了魚類的正常洄游，很多工程設(shè)置了專用魚道，做為魚類的洄游通道，為保證魚類有效進(jìn)入洄游通道，誘魚設(shè)施起到較重要的作用。本文以ZM水電站為例，為保護(hù)Y江中游有限的魚類資源，電站設(shè)置了供魚類洄游的魚道，根據(jù)魚類洄游特性和趨光性，設(shè)置了明渠段和暗涵段，文章對(duì)燈光誘魚的設(shè)備選擇、照度選擇，布置方式以及照明設(shè)備的安裝做出了一些分析。

魚道；趨光性；誘魚；水下燈帶

1 項(xiàng)目背景

目前國(guó)內(nèi)很多河流存在魚類洄游現(xiàn)象，很多水電站、水庫(kù)等攔水設(shè)施的建設(shè)阻礙了魚類的正常洄游，很多工程設(shè)置了專用魚道，做為魚類的洄游通道，為保證魚類有效進(jìn)入洄游通道，誘魚設(shè)施起到較重要的作用，在Y江ZM水電站的建設(shè)中，設(shè)計(jì)方對(duì)該方式做出了一些初探。

Y江ZM水電站位于西藏自治區(qū)加查縣境內(nèi)，電站裝設(shè)6臺(tái)85 MW水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)510 MW；電站采用220 kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，電站220 kV出線兩回，預(yù)留一回出線間隔，發(fā)電機(jī)-變壓器組合采用單元接線，220 kV側(cè)采用雙母線接線，戶內(nèi)GIS成套設(shè)備,主變壓器為組合三相變壓器，電站為壩后式地面廠房，上游副廠房、主廠房及安裝間，下游副廠房沿上游至下游平行布置，尾水平臺(tái)布置在副廠房下游側(cè)，魚道布置在河床右岸，取水口設(shè)在尾水平臺(tái)下游側(cè)，沿尾水平臺(tái)、右岸公路、右岸山體引至大壩上游側(cè)出口，在尾水平臺(tái)下游側(cè)設(shè)三處魚道進(jìn)口，在大壩上游側(cè)設(shè)兩處出口，全長(zhǎng)為3 659.51 m。魚道建筑物主要由進(jìn)口明渠段、暗涵段、出口過壩段等組成，魚道暗涵段沿電站下游側(cè)右岸公路布置，兼做防洪擋墻，長(zhǎng)度約200 m。

電站于2014年11月投產(chǎn)發(fā)電，電站魚道于2015年初建成，照明系統(tǒng)同期投入投用。

2 Y江魚類特點(diǎn)

2.1 Y江主要魚種類

Y江中上游漁獲物中，被列入《中國(guó)瀕危動(dòng)物紅皮書》的魚類主要是由拉薩裸裂尻魚、雙須葉須魚、異齒裂腹魚、拉薩裂腹魚、巨須裂腹魚、尖裸鯉、黑斑原鮡、黃斑褶鮡等組成，他們構(gòu)成Y江中上游魚類產(chǎn)量的99%以上。

Y江中上游主要魚類中，無(wú)長(zhǎng)距離洄游魚類，但在繁殖期有洄游的現(xiàn)象。

2.2 魚類的趨光性

魚類的趨光性通常有兩種，趨向光源的定向行為稱正趨光性，背離光源的行為稱負(fù)趨光性。同一種魚對(duì)同樣的燈光刺激所產(chǎn)生的趨光反應(yīng)，也會(huì)受到魚本身的生理狀態(tài)和當(dāng)時(shí)環(huán)境因素的影響而有所變化。根據(jù)類似研究，魚類的正趨光過程大致可以分為兩個(gè)階段：第一階段是魚受光刺激后，游近光源周圍，但光源過強(qiáng)時(shí)，魚類會(huì)游離光源；第二階段是魚滯留在光源下游動(dòng)。但趨光的魚類在過了一段時(shí)間后，會(huì)因?qū)獾倪m應(yīng)、疲勞以及環(huán)境的變化等而離開光源游走。在一定的適宜照度范圍內(nèi)，水溫越高，趨光性越弱；反之，趨光性越強(qiáng)，Y江中游位處高寒地區(qū)，水溫常年低于20℃，主要魚種類多為冷水魚，在設(shè)定適宜照度時(shí)，主要魚種類符合上述光適應(yīng)性特點(diǎn)，有一定的正趨光性。

3 燈光誘魚照明系統(tǒng)布置特點(diǎn)

魚道建筑物主要由進(jìn)口明渠段、暗涵段、出口過壩段等組成，其中，魚道進(jìn)口明渠段采用自然光引導(dǎo)魚類，但明渠段不宜過長(zhǎng)，以免魚類因?qū)ψ匀还獾倪m應(yīng)性和疲勞效應(yīng)而拒絕洄游。在魚道進(jìn)口明渠段后部設(shè)置暗涵段，燈光誘魚設(shè)施設(shè)置在暗涵段，暗涵段起始部分為普通隧洞結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度約20 m，后續(xù)部分為豎縫式結(jié)構(gòu)，每個(gè)豎縫長(zhǎng)度為3 m，共計(jì)約60個(gè)豎縫，暗涵段總長(zhǎng)度約200 m，為起到誘導(dǎo)魚類洄游的作用，采用LED燈帶做為誘導(dǎo)光源，在暗涵段起始部分普通隧洞段，采用一組LED燈帶逆水流平行布置，在豎縫結(jié)構(gòu)段，沿每個(gè)豎縫逆水流方向和環(huán)豎縫通氣孔，布置一組LED燈帶，燈帶的間距保證光照的均布性，所有燈帶沿涵洞頂部明敷固定，由于土建結(jié)構(gòu)的不規(guī)則，光照區(qū)域主要分為三個(gè)區(qū)域。

(1)良好感光區(qū)：沿?zé)魩路揭欢ň嚯x為良好感光區(qū)，魚類在該區(qū)域主動(dòng)趨向光源，并沿?zé)魩Х笤O(shè)方向逆水流遷徙。

(2)不良感光區(qū)：即LED燈帶光源附近區(qū)域，光照較強(qiáng)，魚類主要產(chǎn)生負(fù)趨光性，快速游離。

(3)微弱感光區(qū)：在兩個(gè)豎縫交界區(qū)域和通風(fēng)孔中部區(qū)域，由于沒有燈帶，光線微弱，魚類在該區(qū)域不易辨別方向，根據(jù)以往研究，水流在兩個(gè)豎縫交界區(qū)域水流較急，魚類的本能會(huì)沿水流較急處洄游，但在通風(fēng)孔中部區(qū)域，由于光感較弱，可能會(huì)存在少量魚類聚集現(xiàn)象。

豎縫段魚道燈帶典型布置見圖1。

圖1 魚道豎縫燈帶典型布置(1∶20)

由于對(duì)魚類在線性光源誘導(dǎo)下的適應(yīng)性暫不明確，在暗涵段后部設(shè)置觀測(cè)室，用于觀測(cè)魚類洄游效果，觀測(cè)室后設(shè)明渠過壩段，該部分仍采用自然光引導(dǎo)魚類，在大壩上游側(cè)設(shè)魚道出口。

魚道建筑物及燈光誘魚照明系統(tǒng)總布置見圖2。

圖2 魚道建筑物及燈光誘魚系統(tǒng)總布置示意

4 燈光誘魚照明系統(tǒng)供電

ZM水電站進(jìn)廠公路靠近魚道暗涵段的公路旁設(shè)有400 V魚道配電中心，電源引自ZM電站10 kV廠用電配電中心，魚道配電中心設(shè)專用照明箱，供魚道暗涵段燈光誘魚照明系統(tǒng)負(fù)荷。照明箱進(jìn)饋線回路均為380 V電壓，共設(shè)10個(gè)饋線回路，沿魚道暗涵段頂部穿管敷設(shè)。根據(jù)與燈光誘魚照明系統(tǒng)制造廠配合，LED燈帶需采用DC12 V電源，供電半徑約15 m，即每個(gè)回路可供附近前后一組(約6～7個(gè))豎縫的LED燈帶用電，每組豎縫設(shè)6根LED燈帶，每根LED燈帶設(shè)一只AC220 V/DC12 V轉(zhuǎn)換電源，每組豎縫的6只轉(zhuǎn)換電源集中設(shè)在該組中部豎縫的通氣孔頂部，與沿魚道暗涵段頂部敷設(shè)的照明箱饋線電線連接，為盡量平衡三相電流，安裝時(shí)將轉(zhuǎn)換電源交叉接于A、B、C相。

5 LED燈帶選擇

根據(jù)對(duì)魚類在不同光照強(qiáng)度下的反應(yīng)研究，魚類通常有一個(gè)反應(yīng)最低值，即刺激閾。隨著刺激強(qiáng)度的增加，在適宜強(qiáng)度下產(chǎn)生最大反應(yīng)，此時(shí)的刺激強(qiáng)度為適宜強(qiáng)度，當(dāng)照度大于適宜強(qiáng)度時(shí)，魚類呈現(xiàn)負(fù)趨光性。LED燈帶照度選擇，應(yīng)考慮魚類對(duì)照度刺激的反應(yīng)變化，根據(jù)ZM魚類增殖站試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)照度為0.1～10lx時(shí)，魚類集群型較好，LED燈帶照度選擇8～10lx，光色與明渠段光色銜接，采用白色，色溫約為5 500 K。

6 水下照明系統(tǒng)的防水

由于LED燈帶布置在水下，燈帶間的連接導(dǎo)線、導(dǎo)線與燈帶接頭、轉(zhuǎn)換電源到燈帶的連接元件均需滿足水流的長(zhǎng)期侵蝕。經(jīng)與國(guó)內(nèi)照明設(shè)備制造商溝通，目前國(guó)內(nèi)制造商生產(chǎn)水平，大約可保證水下照明設(shè)備及連接件滿足兩年左右的防水要求，因此，雖然魚道暗涵段LED燈帶、導(dǎo)線采用防水導(dǎo)線，所有連接元件、接頭等的防水等級(jí)均按照IP60設(shè)計(jì)，但仍需利用每年的魚道檢修期，更換老化的LED燈帶、連接件等設(shè)備。

7 水下LED燈帶照明系統(tǒng)的安裝

ZM魚道在水下LED燈帶安裝前，魚道暗涵段已過水，水下LED燈帶照明系統(tǒng)的安裝有一定難度，施工方利用電站枯水期，將魚道進(jìn)口閘門落閘，排出暗涵段及明渠段集水，將LED燈帶在魚道涵洞頂部直附安裝，燈帶用鍍鋅扁鋼卡扣固定，現(xiàn)場(chǎng)制作LED燈帶防水連接件，燈帶進(jìn)線沿通氣孔穿PVC管引上，與轉(zhuǎn)換電源連接，照明箱饋線回路魚道頂部平臺(tái)穿PVC管明敷固定，戶外敷設(shè)部分PVC管涂防紫外線涂層。

8 結(jié) 論

ZM水電站是Y江中游第一座大型水電站，電站對(duì)環(huán)保要求很高，為保護(hù)有限的魚類資源，設(shè)置了魚道，根據(jù)魚類洄游特性，采用進(jìn)口明渠段、暗涵段、出口過壩段等土建設(shè)施，并采用燈光誘魚照明系統(tǒng)保證魚類能夠有效洄游。設(shè)計(jì)時(shí)充分利用魚類的趨光性、逆水洄游性等生理特性，以及高原高寒環(huán)境特性，結(jié)合土建結(jié)構(gòu)條件，合理分布LED燈帶，保證洄游魚類在適宜、均布的照度環(huán)境里，舒適的光色、色溫條件下，有效洄游至電站上游，同時(shí)，盡可能保證水下設(shè)備的可靠性，減少安裝維護(hù)工作量。由于土建結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，感光區(qū)中會(huì)有部分微弱感光區(qū)，可能產(chǎn)生少量魚類聚集現(xiàn)象，魚類的實(shí)際洄游效果還需要在實(shí)際運(yùn)行中觀察。ZM水電站魚道燈光誘魚設(shè)施的設(shè)計(jì)，為未來Y江中游梯級(jí)電站的建設(shè)和有魚類洄游現(xiàn)象的河流的魚道設(shè)施的建設(shè)、魚類洄游特性的研究、以及誘魚措施的設(shè)計(jì)提供了參考，有一定的借鑒性。

2016-08-23

俞鵬(1976-)，男，北京人，高級(jí)工程師，從事電力工程設(shè)計(jì)工作。

S956.3

B

1003-9805(2017)01-0059-02