老口魚道工程設(shè)計分析

譚飛帆

(廣西大學(xué),廣西 南寧 530004)

老口魚道工程設(shè)計分析

譚飛帆

(廣西大學(xué),廣西 南寧 530004)

老口航運樞紐的建立,破壞了邕江的河流生態(tài)系統(tǒng),阻礙了邕江洄游性魚類的洄游路徑.為了恢復(fù)邕江洄游性魚類的洄游通道,修建了老口魚道工程.文中以老口魚道為工程背景,從基本資料的收集、魚道結(jié)構(gòu)型式的選擇、魚道槽身參數(shù)的設(shè)計到魚道進出口布置做了詳細(xì)的介紹.

豎縫式魚道;生態(tài)修復(fù);航運樞紐

1 魚道設(shè)計基本資料

魚道設(shè)計基本資料,包括主要過魚對象、主要過魚季節(jié)、工程特征水位、河段形態(tài)、水文、地質(zhì)、工程布置、調(diào)度運行方式等.

1.1 魚道主要過魚對象

魚道設(shè)計中,主要過魚對象應(yīng)選擇河段中,珍稀物種、本土特有物種,以及其他食用、藥用、科研價值較高的洄游性、半洄游性魚類,應(yīng)收集其種類、洄游習(xí)性、棲息地地點、體長及游泳能力等資料;對于一些不是珍稀物種的魚類,但在河流生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中至關(guān)重,也應(yīng)確定為保護對象[1].根據(jù)郁江的具體情況,老口魚道過魚保護對象主要是淡水洄游魚類,有青魚、草魚、鰱魚、鳙魚"四大家魚"土著魚類,有大眼卷口魚、倒刺魚巴、唇鯪和鳊.

1.2 魚道主要過魚季節(jié)

過魚季節(jié),即指洄游性魚類通過該過魚建筑物溯河上行的時段,應(yīng)根據(jù)主要過魚對象洄游時溯河的時段確定.邕江過魚季節(jié)主要為每年4月-7月,全年中其他時段,洄游魚類也可以根據(jù)洄游習(xí)性的需要通過魚道上行過壩;魚類下行正值洪水期,上下游水位相差很小,魚類可以從泄流閘通過.因此,魚道設(shè)計只考慮魚類上溯時使用.

1.3 魚道主要過魚季節(jié)時上下游水位

上、下游運行水位較為穩(wěn)定時,魚道上游設(shè)計水位可采用主要過魚季節(jié)相應(yīng)的閘、壩正常運行水位;下游設(shè)計水位取主要過魚季節(jié)的多年平均低水位.上、下游運行水位變化較大時,魚道上游最高設(shè)計水位取正常蓄水或主要過魚季節(jié)的工程限制運行水位,最低設(shè)計水位取主要過魚季節(jié)的常見平均低水位,不宜低于工程死水位.下游設(shè)計水位應(yīng)考慮工程運行后河段、河勢的變化影響.

根據(jù)我國的觀測資料,過魚季節(jié)魚道出口設(shè)計水位為73.3～75.5 m,魚道進口設(shè)計水位為65～67 m,最大設(shè)計水位差為10.5 m.

1.4 魚道隔板過魚孔設(shè)計流速

魚道設(shè)計流速,是指在設(shè)計水位差的情況下,魚道隔板過魚孔中的最大流速值;魚道設(shè)計流速不應(yīng)大于主要過魚對象的極限流速.其中,影響設(shè)計流速的主要因素有:過魚對象、地理位置、水池水流條件等.一般地,魚類克服流速的能力隨著其體長而增大,故在魚道規(guī)劃和初步設(shè)計階段,為了計算工程量和造價,可按主要過魚對象的體長來選定魚道設(shè)計流速[2].

2 結(jié)構(gòu)型式選擇

根據(jù)結(jié)構(gòu)型式,魚道主要可分為仿生態(tài)型魚道、槽式魚道、特殊結(jié)構(gòu)型式魚道和隔板式魚道.

根據(jù)各種結(jié)構(gòu)型式魚道的特點及適用條件,綜合考慮本樞紐所在河段河道地形及水位特征,以及需要滿足不同喜好水深的洄游魚類,魚道設(shè)計流速要求較高,且需要較好地控制池室內(nèi)的水流流態(tài),故實例工程中的魚道型式采用豎縫式魚道;根據(jù)過魚孔設(shè)計流速要求及魚道與其他樞紐建筑物的布置等地形因素,初步設(shè)計考慮槽身底坡為1∶60,每10個標(biāo)準(zhǔn)池設(shè)1個休息池,休息室長度7.2 m,共17個,且在魚道中間附近設(shè)置了觀察室.

3 魚道池室尺寸

魚道池室的尺寸應(yīng)考慮過魚對象的溯游習(xí)性及滿足消能要求,同時兼顧工程造價的要求.一般情況下,魚道池室的長、寬、高尺寸越大,消能效果越好,過魚對象的適用性也越高,但工程造價也越大.因此,需要平衡過魚對象適用性和工程造價經(jīng)濟性之間的關(guān)系.魚道槽身初步考慮采用矩形斷面,池室長為3.6 m,凈長為3.3 m,凈寬為3.0 m,高為2.5 m,水深為2.0 m.

3.1 魚道池室凈寬

魚道池室凈寬尺寸越大,每級池室內(nèi)的平均流速就越小,越有利于魚類在池室中休息,但凈寬尺寸越大,魚道造價也就越高.實例工程魚道設(shè)計中,根據(jù)魚道的主要過魚對象,即鰻鱺、白肌銀魚、青魚、草魚、鰱魚、鳙魚的習(xí)性,采用槽身斷面底凈寬3.0 m的矩形斷面,能滿足主要過魚對象的習(xí)性要求且比較經(jīng)濟.

3.2 魚道池室凈深

池室水深的選擇,不僅要考慮到魚的習(xí)性和消能要求,還要保證魚道中有一定的流量,使魚道進口產(chǎn)生一定的水流,吸引魚類進入魚道;在其他條件一定時,魚道池室越深,需要的魚道出口數(shù)量就越少,相對減少了建設(shè)出魚口的投資和施工難度;但魚道深度的增加,同時又加大魚道主體的建設(shè)投資;所以在選擇魚道深度時,既要考慮上游水位的變化,又要考慮魚道中水的流量.實例工程中,初步設(shè)計魚道池室高2.5 m,池凈室水深2 m.

3.3 魚道水池凈長

魚道池室凈長尺寸越大,水流消能條件越好,池室內(nèi)平均流速越容易趨于平穩(wěn),從而有利于魚類在池室中休息;但魚道池室的凈長越大,魚道總長就越長,相應(yīng)魚道建設(shè)造價也就越高.實例工程中,考慮到主要過魚對象的習(xí)性,并參考國內(nèi)外已建魚道的經(jīng)驗,魚道池室凈長取3.3 m,池室隔板中線距離,即魚道池室長為3.6 m,能滿足過魚要求且比較經(jīng)濟.

3.4 魚道池室數(shù)量及每級池室水位差

根據(jù)魚道設(shè)計水頭10.5 m、初步選定底坡1∶60,可以得到所需的魚道水池數(shù)量為175個,含17個平底休息池,每級水池承受的水位差約為0.06 m.

4 隔板型式、數(shù)量及過魚孔寬度

隔板型式及池室尺寸應(yīng)滿足主要過魚對象的溯游習(xí)性及滿足消能要求,槽身內(nèi)主流應(yīng)明確,同時應(yīng)滿足設(shè)計水位差條件下各隔板水位差基本相等的要求,并且隔板型式宜簡潔、平順,避免銳緣.

根據(jù)魚道的水池、休息池及觀察室數(shù)量,可以得到所需的隔板數(shù)量約為176塊.

該魚道選擇了豎縫式隔板中的單側(cè)豎縫式.垂直豎縫的寬度首先應(yīng)考慮過魚對象的習(xí)性、個體大小.本實例工程中,初設(shè)中選擇過魚孔寬度為0.45 m.

5 魚道進口與出口布置

5.1 魚道進口布置

1)最好布置在泄水閘、電站尾水、生態(tài)放水口等經(jīng)常有水流下泄處,或魚類洄游路線及經(jīng)常聚集地附近,如果有條件應(yīng)設(shè)置多進口集魚系統(tǒng).

2)魚道進口處高程能適應(yīng)進口處水位的變化;在主要過魚季節(jié)魚道進口水深不宜小于1m;當(dāng)魚道進口處水位變化幅度較大時,應(yīng)設(shè)置兩個或兩個以上不同位置和高程的魚道進口;并且,魚道進口處應(yīng)設(shè)逐漸擴展過渡段,與進口處河道相銜接.

3)魚道進口宜敞露自然采光,不宜封閉成管道,否則應(yīng)配人工光源模擬自然光照條件.

4)當(dāng)魚道進口區(qū)域水流流速小于魚類感應(yīng)流速時,應(yīng)采取補水等措施,以誘導(dǎo)魚類進入魚道,但也不宜布置在有較強旋渦,回流及死水區(qū)等區(qū)域.

5)魚道進口宜設(shè)置閘門以滿足運行和檢修要求,進口應(yīng)避免泥沙淤積,并與河床平順銜接;當(dāng)樞紐其他建筑物下泄流量較大時,在魚道進口宜輔以必要的誘魚、攔魚、導(dǎo)魚設(shè)施.

老口航運樞紐右岸為電站,左岸為溢洪道,魚道布置在右岸電站與混凝土重力壩間,魚道進魚口布置在下游廠房下泄口處,設(shè)計兩個進魚口,底高程分別為65.0 m及63.0 m.由于該處魚類群集,且布置了補水系統(tǒng)確保進口處水流速度大于魚類的感應(yīng)流速,因此魚類易被吸引而進入魚道進魚口.

5.2 魚道出口布置

1)魚道出口處水流應(yīng)平順,利于引導(dǎo)魚類上溯,流速不宜大于0.5m/s,當(dāng)魚道出口結(jié)合閘、壩建筑物布置,或需布置在各類進取水口、通航建筑物口門區(qū)附近,水流紊亂,流速過大時,應(yīng)在魚道口處設(shè)置隔流墻.

2)魚道出口應(yīng)避開漂浮物聚集、碼頭等區(qū)域,原理各類進取水口、通航建筑物口門區(qū).

3)對于有底棲生物上溯的魚道,出口宜為開敞式,且底部宜與上游河床或岸坡宜平順銜接,根據(jù)需要可設(shè)置攔漂設(shè)施;

4)主要過魚季節(jié)魚道出口水深不宜小于1.0 m,且當(dāng)主要過魚季節(jié)上游水位變幅較大時,應(yīng)在不同位置與高程處設(shè)置多個魚道出口.

5)魚道出口應(yīng)設(shè)置閘門以滿足運行和檢修要求.

魚道下行是正值洪水期,上下游水位相差很小,魚類可以直接從泄流閘通過,因此老口魚道設(shè)計中只考慮魚類上溯時使用.老口魚道在不同位置處設(shè)置3個出口,底高程分別為73.5 m,72.4 m及71.3 m.

6 結(jié)語

老口魚道工程的建設(shè),是保護邕江天然漁業(yè)資源,保護生物多樣性,實現(xiàn)人與自然和諧相處的一項重要工程措施.鑒于我國魚道工程建設(shè)仍處于初步探索階段,老口魚道工程設(shè)計是否合理,需要在實際運行中檢驗其過魚效果,積累工程經(jīng)驗,不斷改進.

[1] 國際大壩委員會.大壩與魚類--綜述和建議[M].北京:中國水利水電出版社,2012.

[2] 陳勇,羅雄,曾香.石虎塘航電樞紐工程魚道設(shè)計初探[J].水運工程,2008(9):125-129.

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