阿爾塔什水利樞紐工程過魚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫 賓

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

阿爾塔什水利樞紐工程的修建帶來了巨大效益，起到了防洪、灌溉、發(fā)電和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)等作用，但同時(shí)也對水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一定的不良影響，主要表現(xiàn)為大壩阻斷了河流連通性，使魚類生境破碎化。為減少大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)尤其是魚類種群的干擾，通過修建魚類過壩設(shè)施，改善河流連通性，使魚類能夠順利上行，維護(hù)了河流生態(tài)系統(tǒng)的連通性。本文結(jié)合阿爾塔什水利樞紐工程的工程特點(diǎn)及主要建筑物布置特性，考慮對保護(hù)魚類的影響程度，研究設(shè)計(jì)出較合理的過魚設(shè)施。

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆喀什地區(qū)莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉(xiāng)交界處，是葉爾羌河干流梯級規(guī)劃中“兩庫十四級”的第十一個(gè)梯級，在保證塔里木河生態(tài)供水條件下，具有防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用功能。阿爾塔什大壩結(jié)構(gòu)形式為混凝土面板砂礫石-堆石壩，水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位1820.0m，死水位1770.0m，最大壩高164.8m，上游壩坡采用1∶1.7，下游壩坡坡度為1∶1.6，下游壩坡寬310.0m。過魚季節(jié)庫水位變幅達(dá)50m，壩址區(qū)兩岸均為近直立的陡壁。

本工程等別為大(1)型Ⅰ等工程。壩址區(qū)地震基本烈度為8度。根據(jù)NB/T35054—2015《水電工程過魚設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，過魚設(shè)施與生態(tài)電站廠房相結(jié)合，其級別與生態(tài)電站廠房一致，為3級建筑物，合理使用年限為50年。

2 過魚種類的選擇和過魚季節(jié)

根據(jù)水產(chǎn)科研的調(diào)查研究，結(jié)合工程所處河段的魚類分布、特性以及魚類的保護(hù)價(jià)值，本工程確定的過魚對象見表1。

表1 葉爾羌河過魚對象表

塔里木裂腹魚等裂腹魚類的主要產(chǎn)卵季節(jié)為4—7月，因此，確定過魚設(shè)施的主要過魚季節(jié)為每年的4—7月。

3 過魚方案的選擇

工程的修建阻斷了河流的連通性，使魚類種群之間的基因交流受到限制，繼而引發(fā)珍稀、特有魚類遺傳多樣性降低。事實(shí)證明，魚類過壩設(shè)施對維持河流生態(tài)系統(tǒng)的連通性、保護(hù)珍稀魚類、維持河流的遺傳及生物多樣性具有重要意義。由于不同地區(qū)的魚類的游泳能力及生活習(xí)性差異性較大，因而，過魚設(shè)施的型式和參數(shù)選擇應(yīng)當(dāng)與該地區(qū)的過魚對象游泳能力測試結(jié)果以及生活習(xí)性相結(jié)合。

工程不同、過魚種類不同，過魚設(shè)施的形式也多種多樣。目前適用高壩實(shí)際運(yùn)用較多的過魚設(shè)施包括魚閘、升魚機(jī)以及集運(yùn)魚設(shè)施。上述過魚設(shè)施方案比較見表2。

根據(jù)本工程特點(diǎn)及表2可以分析得出：

表2 不同類型過魚設(shè)施制約因素一覽表

(1)魚閘主要用于混凝土重力壩，與壩體結(jié)合垂直運(yùn)輸，本工程為土石壩，不推薦使用魚閘方案。

(2)集運(yùn)魚系統(tǒng)適用于本工程，但過魚效率低，需要消耗大量的人力資源，不推薦該方案。

(3)綜合升魚機(jī)提升過壩裝置的工作原理，同時(shí)考慮對魚類的人為干預(yù)因素，本工程采用軌道升魚機(jī)方案。軌道升魚機(jī)方案由誘魚道、集魚池、集魚斗、回轉(zhuǎn)吊、壩后升魚機(jī)排架、壩頂軌道卷揚(yáng)機(jī)、壩前運(yùn)輸電動(dòng)平板車和回轉(zhuǎn)吊等部分組成。利用誘魚道將魚誘致集魚池內(nèi)的集魚斗內(nèi)，通過回轉(zhuǎn)吊將集魚斗提升至壩后升魚機(jī)排架上，再通過壩頂軌道牽引機(jī)將集魚斗運(yùn)至壩頂，再由壩前運(yùn)輸電動(dòng)平板車將集魚斗運(yùn)至壩前，通過壩前回轉(zhuǎn)吊將集魚斗吊至庫內(nèi)死水位1770.0m范圍內(nèi)，滿足魚類洄游過壩。魚道總體布置示意圖如圖1所示。

圖1 過魚設(shè)施系統(tǒng)總體布置示意圖

4 過魚建筑物的設(shè)計(jì)

過魚建筑物由集誘魚設(shè)施+運(yùn)魚設(shè)施+投魚點(diǎn)三部分組成。

4.1 集誘魚設(shè)施設(shè)計(jì)

根據(jù)NB/T35054—2015規(guī)定，過魚系統(tǒng)布置應(yīng)與樞紐建筑物的布置相協(xié)調(diào)，應(yīng)充分利用水電工程周邊已有設(shè)施，過魚設(shè)施選擇布置在生態(tài)電站廠房尾水渠尾0+297.297樁號左側(cè)。首先運(yùn)魚道路順暢，生態(tài)電站廠房的進(jìn)場道路可直達(dá)集魚池；其次系統(tǒng)供水泵房設(shè)置利用尾水渠左側(cè)平臺布置。

集魚設(shè)施包括誘魚道、集魚池、集魚斗及回轉(zhuǎn)吊。

(1)誘魚道流速

本工程通過控制魚道流速進(jìn)行誘魚，為確定本工程保護(hù)魚類的耐久游泳流速，根據(jù)三峽大學(xué)在葉爾羌河開展的魚類游泳能力測試結(jié)果，確定阿爾塔什誘魚設(shè)施感應(yīng)流速為0.12～0.34m/s，臨界游泳速度為1.01～1.44m/s，持續(xù)游泳速度為1.0～1.3m/s，爆發(fā)(突進(jìn))游泳速度為1.35～2.48 m/s。

(2)誘魚道水位

根據(jù)NB/T35054—2015規(guī)定，魚道進(jìn)口設(shè)計(jì)水位可選擇在單臺機(jī)組發(fā)電和全部機(jī)組發(fā)電之間。結(jié)合本工程廠房尾水布置和水電站運(yùn)行及防洪成果，誘魚設(shè)施防洪高水位1669.19m(P=0.5%)、正常水位1661.96m(2臺機(jī)滿發(fā)流量Q=48.4m3/s)、設(shè)計(jì)尾水位1661.92m(生態(tài)下泄流量Q=41.0m3/s)；

誘魚道頂高程為便于檢修和巡視，取與生態(tài)電站廠房尾水渠渠頂高程一致，為1669.60m，滿足防洪高水位要求。生態(tài)電站廠房尾水渠尾0+297.297樁號渠道底板高程1659.64m，為保證進(jìn)口水深大于1.0m，將誘魚道進(jìn)口底高程確定為1660.00m。

(3)誘魚道進(jìn)口及集魚池

誘魚道設(shè)置兩個(gè)誘魚口，1#誘魚口布置在尾水渠尾0+311.097樁號處，2#誘魚口布置尾水渠尾0+341.097處；誘魚口寬為0.7m，長為8.2m；魚道寬為1.0m，長為11.7m；誘魚槽寬為1.7m，長為4.4和31.4m；集魚池及升魚斗寬4.0m，長12.9m；消力池寬4.0，長7.1m。誘魚道均設(shè)置閘門一道，以滿足運(yùn)行和檢修要求。

(4)集魚池回轉(zhuǎn)吊

集魚池回轉(zhuǎn)吊考慮起吊魚道檢修閘門、泵房取水口事故檢修門和集魚箱、集魚斗等設(shè)備，將回轉(zhuǎn)吊布置在1#和2#魚道中間，回轉(zhuǎn)吊臂長30m，起升容量10t。

4.2 運(yùn)魚設(shè)施設(shè)計(jì)

運(yùn)魚過壩設(shè)施主要包括壩后升魚機(jī)軌道排架、壩頂軌道卷揚(yáng)機(jī)、壩前運(yùn)輸電動(dòng)平板車和回轉(zhuǎn)吊。運(yùn)魚過壩設(shè)施布置在壩后右側(cè)，具體布置如圖2所示。

圖2 運(yùn)魚設(shè)施布置圖

(1)升魚機(jī)軌道排架

升魚機(jī)軌道排架分為三段，第一段由集魚池至大壩下游坡腳線，此段為水平運(yùn)魚段，采用單梁吊，長247.0m，排架軌道寬6.0m；第二段由下游坡腳線至壩頂，此段為上壩牽引車段，長32.235m，排架軌道寬8.0m；第三段由壩頂至壩前，此段為轉(zhuǎn)運(yùn)小車段，將集魚斗運(yùn)至投魚點(diǎn)，長51.7m，排架軌道寬6.0m。

(2)壩頂軌道卷揚(yáng)機(jī)

為將集魚斗由壩坡腳拉升至壩頂，在壩頂修建卷揚(yáng)機(jī)房，卷揚(yáng)機(jī)房尺寸15.8m×14.0m(長×寬)，卷揚(yáng)機(jī)房內(nèi)布置有1臺卷揚(yáng)機(jī)。

(3)壩前運(yùn)輸電動(dòng)平板車

轉(zhuǎn)運(yùn)小車段上設(shè)置運(yùn)輸電動(dòng)平板車，將由壩頂卷揚(yáng)機(jī)房拉升上來的集魚斗，通過電動(dòng)平板車運(yùn)至壩前。

4.3 投魚點(diǎn)設(shè)計(jì)

本工程壩址兩岸大部分基巖裸露，河谷呈不對稱的“U”型，右岸坡陡峻，邊坡走向近東西，壩肩范圍內(nèi)坡度在高程1845m以下一般50°～70°，在高程1845m以上近直立，右岸坡高達(dá)566m。為避免對右岸邊坡因魚類投放點(diǎn)的布置造成二次開挖，將魚類投放點(diǎn)布置在右岸施工臨時(shí)便道上，利用施工便道，回填加高混凝土基座，避開回轉(zhuǎn)吊范圍的邊坡二次開挖。同時(shí)考慮壩前回轉(zhuǎn)吊半徑應(yīng)能適用水庫水位的變幅，過魚季節(jié)為4—7月，水位變幅由死水位1770m至正常蓄水位1820m之間，同時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電站的泄水和引水建筑物的進(jìn)口，避免魚類被高速水流帶至泄水建物物。壩前回轉(zhuǎn)吊臂設(shè)計(jì)長50m，起升容量8t。

5 結(jié)語

本文依托于阿爾塔什水利樞紐工程，結(jié)合其高壩、水位變幅大、庫岸陡等工程特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)研究，選取生態(tài)電站尾水集誘魚+壩后軌道運(yùn)魚+壩前回轉(zhuǎn)投魚的軌道升魚機(jī)方案，以有效溝通壩址上、下游的魚類、保護(hù)土著魚類資源。在過魚季節(jié)4—7月，采用機(jī)械捕撈的方式采集魚類，視魚類集群大小調(diào)整捕撈頻次，以確保過魚效果；同時(shí)運(yùn)行期加強(qiáng)監(jiān)測，以便使過魚設(shè)施達(dá)到較好的效果。本文可為相關(guān)高壩、高岸坡樞紐工程過魚設(shè)施設(shè)計(jì)提供參考。