某水庫工程魚道設計方案對比分析

陳芳芳，張 曉

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

1 工程概況

某水庫工程庫區(qū)屬中山-高中山地貌，山頂高程1700-2000m，河床高程為1090-1199m，最大地形高差400-600m，谷底寬度70-120m，壩址區(qū)段河谷狹窄，為“V”型谷。河道一般水深0.5-2.0m，河道總體比降在30‰左右。

本工程樞紐布置緊湊，攔河壩為瀝青混凝土心墻壩，最大壩高60.5m，左岸布置泄洪洞，右岸布置有發(fā)電洞、排水洞和生態(tài)放水設施，兩岸地形陡峻，上下游最大水頭達61.3m，上游水位日最大變幅15m，魚道上下游水位落差介于47.3m-61.3m之間，過魚對象屬底棲活動魚類，游泳能力較強[1]。

2 保護過魚種類及習性

經實地水生生態(tài)現(xiàn)狀調查：分布魚類主要以XJ裸重唇魚、斯氏高原鰍為主，另有少量的XJ高原鰍、小體高原鰍以及小眼須鰍。確定XJ裸重唇魚為主要過魚對象，其他四種魚類為兼顧過魚對象。XJ裸重唇魚產卵季節(jié)為4-7月、XJ高原鰍產卵季節(jié)5-6月，斯氏高原鰍產卵季節(jié)在5-7月。因此，魚類的主要過魚季節(jié)為4-7月。對本工程魚類游泳能力試驗研究試驗，試驗對過魚對象進行了相應測試[2]。

2.1 感應流速

XJ裸重唇魚、XJ高原鰍、斯氏高原鰍、小眼須鰍、小體高原鰍的感應流速比較相近。各種魚類的中值感應流速都在0.11m/s左右。

2.2 臨界游泳速度

XJ裸重唇魚的臨界游泳速度較大，中值為1.08m/s；XJ高原鰍、斯氏高原鰍、小眼須鰍、小體高原鰍的臨界游泳速度中值分別為0.64m/s、0.80m/s、0.63m/s、0.76m/s。

2.3 突進游泳速度

XJ裸重唇魚的突進游泳速度要遠超過其他幾種魚，中值為1.4m/s；XJ高原鰍、斯氏高原鰍和小眼須鰍的突進泳速比較接近，中值分別為0.96 m/s、1.16 m/s、1.08 m/s。小體高原鰍的突進游泳速度較低，中值為0.6m/s。

2.4 持續(xù)游泳時間

XJ裸重唇魚和XJ高原鰍持續(xù)游泳時間明顯較高，中值分別為657s、900s；斯氏高原鰍和小眼須鰍的持續(xù)游泳時間較低，中值分別為143s、270s。

2.5 溫度對過魚對象游泳能力的影響

魚類的游泳能力在適宜溫度內隨著水溫的升高而增強，耗氧率隨溫度、游速的增加而增加，而有氧運動的效率隨溫度升高有所降低。在低于和高于適宜溫度范圍后，隨著與適宜溫度差的增大，魚類的游泳能力降低幅度越大。試驗中盡量控制水溫在主要過魚季節(jié)4月-7月之間的水溫范圍6.1℃-15.1℃。XJ裸重唇魚為急流冷水魚類，在餌料充足，溶解氧充分情況下，水溫只要不超過其常年棲息地水域的最高水溫應對其游泳速度不造成影響。

3 魚道方案比選研究

結合當?shù)貙嶋H情況和建設條件、過魚種類和習性，對過魚設施的選型和布置做進一步論證，提出了越壩魚道方案、魚道+魚閘方案、魚道+升魚機方案進行了比選。

3.1 越壩魚道方案

魚道是最常見的過魚設施，一般適應于低水頭水利樞紐，本工程魚道方案設計需從攔河壩下游河道進口開始彎折盤升至壩頂高程，再向上游庫區(qū)延伸至庫尾出口，其總提升高度達102.7m，魚道總計長度6082m，其中庫區(qū)段魚道長2789m，下游盤升段長3293m[3]。

該方案具備連續(xù)過魚、運行成本低等優(yōu)點。但魚道進出口水頭差大、線路長、沿線邊坡陡峻，且需穿過多道沖溝，工程區(qū)地震烈度高，結構單薄，存在工程施工難度較大、抗震安全風險高等問題。

3.2 魚道+魚閘方案

魚閘適合于中、高水頭的大壩、它占地少、投資省、魚類不必克服水流阻力即能過壩，但是需要進行機械操作，所以過魚量不是很多[4]。本工程魚道+魚閘方案為在攔河壩下游布置魚道，庫區(qū)內設置魚閘，與魚道銜接，在魚閘內設升魚機，以適應水庫日最大14m的水位變幅。魚道進口段布置在攔河壩下游左岸岸邊，自河床高程盤折上升13階，長度1696.49m，后沿山坡向上游延伸228.6m穿越大壩至魚閘進口。盤升段魚道底板起點高程1136.50m，盤升段終點高程1177.59m，穿越壩軸線至高程1182.00m，然后采用1∶4反坡與魚閘進口底板高程1182.45m銜接。穿壩段采用埋涵沿左岸山坡等高線順勢爬升，埋涵為城門洞型式。魚閘緊鄰左岸永久交通路，魚閘由集魚池、集魚槽及消力池等組成。上游側設置閘門擋水，上溯魚類在集魚平臺匯集至一定數(shù)量或間隔一段時間后，啟動趕魚柵把魚趕至集魚槽內的集魚箱中，然后啟動壩頂門機提升集魚箱轉運至庫區(qū)內，打開集魚斗活動門，將魚放入庫區(qū)。

本方案在非引水期5-6月份可連續(xù)過魚，4月和7月份需提升過魚。本方案較越壩魚道方案降低了過魚高度、縮短了魚道長度。但魚道壩下段仍存在工程施工難度較大、抗震安全風險高等問題。另外，穿壩埋涵對壩體防滲系統(tǒng)有一定影響。

3.3 魚道+升魚機方案

該方案布置于攔河壩下游左岸，由魚道(誘捕魚系統(tǒng))和過壩系統(tǒng)(包括運魚系統(tǒng)、放魚系統(tǒng)等)組成。魚道自下游延伸至攔河壩壩腳，總長約70m，由進口、普通池室、休息池室、趕魚柵池、集魚斗池(集魚槽)、消力池和供補水系統(tǒng)等組成，運行時先通過誘捕魚系統(tǒng)將下游魚類誘入魚道內，魚類通過魚道游入集魚池后，趕魚柵將魚驅趕至集魚斗內。過壩系統(tǒng)采用軌道型式，沿左岸岸坡設置，軌道從集魚斗處一直延伸至壩頂，壩頂上游側設置啟閉排架作為轉運設備，通過雙向移動臺車將集魚斗提升并放置在位于壩下游側滑軌的運魚車上，由軌道式運魚車將集魚斗提升至壩頂，再用雙向移動臺車將集魚斗放置在壩上游側滑軌的運魚車轉移下放至庫水水面，將魚釋放至庫內。

該方案對樞紐主體工程影響較小，較好適應上游水庫水位變化，施工難度小，受地震的影響相對前兩方案為小。雖然不能連續(xù)過魚，但由于本河段過魚量不大，過魚時段分散，總體能夠滿足過魚要求。

4 結 論

根據(jù)所保護魚類的體型小，過魚量不大，過魚時段分散等特點。結合本工程位于地震多發(fā)區(qū)，地震對長距離盤升式魚道薄壁結構影響大。綜合考慮工程安全、過魚要求、魚類種類保護、管理維護等因素，本工程過魚設施型式推薦選用升魚機方案。