大河家水電站工程魚道建筑物初步設(shè)計(jì)

【摘要】水利水電工程的建設(shè)已經(jīng)嚴(yán)重的影響了魚類生態(tài)環(huán)境及魚類資源，為了有效減緩工程建設(shè)對水生生物的影響，促進(jìn)水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。本文針對大河家水電站工程布置擬定了3個(gè)魚道方案布置，通過方案比選選擇適合本工程的魚道布置方案，結(jié)合工程的運(yùn)行情況，初步設(shè)計(jì)魚道建筑物。

【關(guān)鍵詞】魚類資源；影響；大河家水電站；方案比選；魚道設(shè)計(jì)

1、大河家水電站工程概況

大河家水電站位于青海省民和縣官亭鎮(zhèn)與甘肅省積石山縣大河家鎮(zhèn)交界的黃河干流河段上，是黃河龍羊峽～青銅峽河段水電開發(fā)規(guī)劃中的第12個(gè)梯級電站，上游約5.8km是積石峽水電站，下游約29.8km是炳靈水電站。工程主要開發(fā)任務(wù)為發(fā)電。電站總裝機(jī)容量142MW，多年平均發(fā)電量5.59億kW·h，水庫正常蓄水位1783.00m，相應(yīng)庫容390萬m3。樞紐建筑物主要由左岸混凝土防滲墻、安裝間、電站廠房、 泄洪閘、右岸砂礫石壩等組成。工程規(guī)模屬Ⅲ等（中）型工程，主要建筑物級別為3級。

2、大河家水電站河段魚類現(xiàn)狀

2.1 本河段魚類及生物學(xué)特征

大河家河段魚類以高原裂腹魚類和高原鰍類為主，為高原冷水魚類，喜生活在流水生境中。厚唇裸重唇魚、花斑裸鯉、黃河裸裂尻魚、黃河高原鰍為河段分布的地方性保護(hù)魚類，也是主要經(jīng)濟(jì)魚類，有生殖洄游習(xí)性。大河家河段魚類繁殖主要從3月份開始一直可以延續(xù)至6月份，裂腹魚類有短距離洄游產(chǎn)卵的習(xí)性。

2.2 初步考慮魚類保護(hù)措施

為了有效減緩水利水電工程建設(shè)對水生生物影響的需要，促進(jìn)水電開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的需要。遵循水電開發(fā)“生態(tài)優(yōu)先、統(tǒng)籌考慮、適度開發(fā)、確保底線”的原則，結(jié)合本工程河段魚類生物學(xué)及生態(tài)學(xué)特性，主要提出以下保護(hù)措施體系。

3、大河家水電站魚道方案初步設(shè)計(jì)

3.1 魚道設(shè)計(jì)的依據(jù)及原則

（1）擬定方案魚道線路、結(jié)構(gòu)均符合經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠原則。

（2）魚道的進(jìn)口直接影響過魚的效果，其設(shè)計(jì)合理性是魚道成敗的關(guān)鍵。魚道進(jìn)口位置應(yīng)充分考慮魚類的生活習(xí)性、游泳能力和洄游規(guī)律等，創(chuàng)造將魚類導(dǎo)向魚道進(jìn)口的水流條件。

（3）魚道的出口應(yīng)傍岸，出口外水流應(yīng)平順，流向明確，沒有漩渦，以便魚類能沿著水流和岸邊線順利上溯；出口高程應(yīng)能適應(yīng)水庫水位的變動(dòng)。按照水庫水位變化情況，魚道均應(yīng)布置多個(gè)出口，進(jìn)口數(shù)量可根據(jù)具體方案設(shè)置，進(jìn)出口位置選擇應(yīng)盡可能適應(yīng)魚類洄游特性；

（4）為了便于運(yùn)行管理，魚道槽身布置位置應(yīng)與魚道的進(jìn)口、出口在同一岸。且避開盡量避免有機(jī)械振動(dòng)、下泄污水和嘈雜喧鬧的建筑群區(qū)；槽身應(yīng)敞露，處在陽光照射下，不宜封閉成管道。

（5）魚道內(nèi)流速分布、水流流態(tài)、底寬、水深等參數(shù)應(yīng)滿足本河段過魚對象的生活習(xí)性及游泳能力的相關(guān)要求；

3.2 魚道方案的擬定

大河家水電站左岸建筑物主要有廠房及安裝間壩段、左岸上壩交通道路及進(jìn)廠公路。左岸灘地地形平坦，根據(jù)左岸地形條件，共布置兩個(gè)魚道方案。根據(jù)魚道進(jìn)出口布置原則，考慮樞紐建筑物布置及工程量等因素，魚道線路在出口段兩個(gè)方案均布置在廠房引渠邊坡平臺上，在魚道進(jìn)口段兩個(gè)方案布置有所不同。

左岸方案1：魚道進(jìn)口段布置于廠房尾水渠出口部位，沿廠房尾水向下游延伸約150m后折向上游。后經(jīng)兩個(gè)90°轉(zhuǎn)彎折向上游，以暗涵的方式穿過進(jìn)廠公路及左岸上壩公路，繼續(xù)沿廠房引水渠邊坡向上游庫區(qū)延伸至魚道出口，全長739.56m，坡比2%。

左岸方案2：魚道進(jìn)口段布置于廠房尾水渠下游約250m，距廠房尾水渠出口較遠(yuǎn)，基本進(jìn)入河道的主流側(cè)。魚道進(jìn)出口布置及結(jié)構(gòu)型式同方案1。全長716.89m，坡比2%。在魚道魚0+190.00m及魚0+594.89m兩處設(shè)置觀察室，用以觀察統(tǒng)計(jì)過魚種類及數(shù)量等。

右岸方案：電站右岸布置有砂礫石壩和左側(cè)泄洪閘，考慮魚道進(jìn)、出口布置原則和工程量等因素，魚道線路從泄洪閘海漫末端開始，沿下游河道岸邊布置，后折向上游，上游出樞紐區(qū)后沿原大河家小水電引渠布置。為觀察進(jìn)魚、過魚效果分別在靠近進(jìn)魚口和出魚口附近的休息池布置觀察室。

為左岸魚道方案1優(yōu)于方案2，因此，確定左岸魚道方案1作為大河家魚道設(shè)計(jì)的推薦方案。

4、魚道的設(shè)計(jì)

4.1 魚道主要參數(shù)的確定

4.1.1 魚道進(jìn)、出口參數(shù)的確定

魚道進(jìn)口水位：魚道下游運(yùn)行水位，根據(jù)四臺機(jī)滿發(fā)尾水位（Q=1720m3/s）和最低尾水位（Q=260m3/s）確定，水位變化范圍為1773.12m～1769.70m，下游水位變幅為3.42m。

魚道出口水位：大河家水庫正常蓄水位1783.00m，死水位為1782.00m，根據(jù)魚道出口布置原則，上游水位變化范圍為1783.00m～1782.00m，變幅為1m。

根據(jù)魚道進(jìn)出、口的水位以及魚道進(jìn)出口的布置原則，本工程共布置3個(gè)進(jìn)魚口。1#進(jìn)魚口孔口2m×3m，進(jìn)口底高程1768.20m；2#進(jìn)魚口孔口2m×2.5m，進(jìn)口底高程1770.62m；3#進(jìn)魚口孔口2m×2m，進(jìn)口底高程1771.62m。布置2個(gè)出魚口，分別為1#、2#出魚口。1#出魚口孔口2m×2m，底板高程1781.50m；2#出魚口孔口2m×2.5m，底板高程1780.50m。

4.1.2 過魚生物學(xué)參數(shù)的確定

魚道的設(shè)計(jì)流速須根據(jù)魚類的克流能力而定，魚類的克流能力一般用魚在一定時(shí)間段內(nèi)可以克服某種水流的流速大小來表示?？煞譃檠灿嗡俣龋╯ustained speed）、持續(xù)速度（prolonged speed）和突進(jìn)速度（burst speed）。國內(nèi)關(guān)于魚類克流能力的試驗(yàn)成果不多，因此，現(xiàn)階段根據(jù)魚類重要生境條件初步進(jìn)行流速設(shè)計(jì)。魚道流速的設(shè)計(jì)原則是：魚道內(nèi)平均流速為魚類的巡游速度，這樣魚類可以保持在魚道中前進(jìn)；過魚孔流速小于魚類的臨界持續(xù)速度，這樣魚類才能夠通過魚道中的孔或縫。由于沒有黃河魚類的游泳能力資料，因此根據(jù)魚類生境的流速條件，初步估計(jì)巡游速度在0.3m/s～0.8m/s，魚道平均流速暫取0.3m/s～0.8m/s范圍內(nèi)。

4.2 魚道進(jìn)口的設(shè)計(jì)

魚道進(jìn)口一般布置在電站廠房發(fā)電運(yùn)行期河道流速接近天然狀態(tài)下流速的位置及河道的主流側(cè)；水流平穩(wěn)順直，水質(zhì)新鮮肥沃的水域；能適應(yīng)下游水位的漲落，保證在過魚季節(jié)中進(jìn)魚口有一定水深的地方。因此為達(dá)到良好的過魚效果，在廠房尾水出口下游左側(cè)邊坡上共設(shè)置3個(gè)進(jìn)魚口：1#進(jìn)魚口布置在廠房尾水左側(cè)擋墻末端，魚道底高程為1768.20m；2#進(jìn)魚口布置在魚道樁號魚0+054.50m處，為側(cè)向進(jìn)魚口，魚道底板高程為1769.00m；3#進(jìn)魚口布置在魚道樁號魚0+094.50m處，為側(cè)向進(jìn)魚口，魚道底高程為1769.70m，3個(gè)進(jìn)魚口各設(shè)置1道平板閘門。每孔進(jìn)魚口頂部設(shè)噴水、灑水裝置，并設(shè)置導(dǎo)墻和攔魚電柵，以加強(qiáng)進(jìn)魚口進(jìn)魚效果。

4.3 魚道出口設(shè)計(jì)

魚道出口應(yīng)位于魚類能夠游向上游并游進(jìn)可以引導(dǎo)溯河洄游的穩(wěn)定水流中，一般應(yīng)遠(yuǎn)離溢洪道、泄洪閘、廠房進(jìn)水口等泄水、取水建筑物，出口應(yīng)傍岸，出口外水流應(yīng)平順，流向明確，沒有漩渦，以便魚類能沿著水流和岸邊線順利上溯。

結(jié)合魚道的布置，出魚口距樞紐泄洪閘、廠房進(jìn)水口的距離應(yīng)不小于100m，據(jù)此要求，根據(jù)庫水位變化幅度、魚道出口高程及魚道底坡的要求，壩上游的魚道長度大于240m左右。

為適應(yīng)不同庫水位的出魚要求，魚道沿廠房引渠邊坡，共設(shè)置2個(gè)出魚口：1#出魚口設(shè)置在廠房引水渠上游左側(cè)邊坡上，樁號為魚0+739.56m，底板高程為1781.50m，；2#出魚口設(shè)置在樁號魚0+679.56m處，為側(cè)向出魚口，底板高程為1780.50m，以滿足正常運(yùn)行水深2.5m和最低運(yùn)行水深1.5m的過魚要求。

4.4 魚道主體結(jié)構(gòu)

魚道池室寬度為3m，每個(gè)池室長度為2.5m，池室之間設(shè)厚度為20cm的隔板。魚道休息室盡可能結(jié)合轉(zhuǎn)彎段布，較長的順直段考慮增設(shè)休息室，共布置6個(gè)休息室。休息室寬度與池室寬度相同，長度為5m，為池室長度的2倍，休息池底板水平。魚道每隔10m分縫，縫面用銅止水封閉，并填充縫面材料。

4.5 魚道輔助設(shè)施的設(shè)計(jì)

1）誘魚措施

魚道的進(jìn)口直接影響過魚的效果，其設(shè)計(jì)合理性以及是否誘魚效果是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，因此在每個(gè)進(jìn)魚口頂部設(shè)噴水、灑水裝置，并設(shè)置導(dǎo)墻和攔魚電柵，以加強(qiáng)進(jìn)魚口進(jìn)魚效果。

2）觀察室

在魚道魚0+240.744m及魚0+612.06m兩處設(shè)置觀察室，用以觀察統(tǒng)計(jì)過魚種類及數(shù)量，。

5、結(jié)論

推薦方案魚道全長739.56m，坡比2%，結(jié)合主體工程布置在左岸。進(jìn)口位于廠房尾水出口下游邊坡，沿廠房尾水向下游延伸約150m后折向上游，布置3個(gè)進(jìn)魚口。出口段布置在廠房引渠邊坡上，共設(shè)置2個(gè)出魚口。魚道池室寬度為3m，每個(gè)池室長度為2.5m，池室之間設(shè)厚度為20cm的隔板，共布置6個(gè)休息室，長度為5m。

參考文獻(xiàn)：

[1]王桂華等.魚道規(guī)劃設(shè)計(jì)與建設(shè)的生態(tài)學(xué)方法研究.水利與建筑工程學(xué)報(bào)， 2007（12）：7-11.

[2]張東亞.水利水電工程對魚類的影響及保護(hù)措施[J].水資源保護(hù)，2011（09）：75-77.

[3]李新江等.布爾津攔河工程過魚設(shè)施可行性研究.水利水電工程新技術(shù)推廣研討會(huì).

[4]華東水利學(xué)院主編. 水工設(shè)計(jì)手冊. 6. 泄水與過壩建筑物[M]. 北京：水利電力出版社，1982.

[5]南京水利科學(xué)研究所主編. 魚道[M]. 北京：水利電力出版社，1982.