某水利樞紐工程過魚設(shè)施的布置與設(shè)計

閔祥科 尹航

1 工程概況

某水利樞紐工程的主要工程任務(wù)為：以供水和防洪為主，兼顧灌溉和發(fā)電，并為加強流域內(nèi)水資源管理和水生態(tài)保護創(chuàng)造條件。該工程主要由攔河壩、泄水建筑物、放水兼發(fā)電引水建筑物、壩后式電站廠房和過魚建筑物等組成。水庫總庫容2.94億m3，最大壩高為75.5 m，水庫多年平均供水量2.58億m3，設(shè)計水平年改善灌溉面積18 406.67 hm2（27.61萬畝），電站裝機27.6 MW。工程建成后，可使下游沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪標準的洪水重現(xiàn)期由10年提高到20年，縣城防洪標準由20年提高到30年。

工程建成后，勢必會對魚類的洄游造成影響，為了保護河道內(nèi)魚類資源，保證大壩上下游魚類的交流，完成其正常的生命周期，維護河道工程區(qū)域魚類生態(tài)環(huán)境的連通性，根據(jù)環(huán)評對保護魚類資源的要求與建議，工程設(shè)置了過魚設(shè)施。

2 過魚方案的確定

過魚設(shè)施是通過人工干預(yù)使魚類主動或被動通過河道障礙物，到達其繁殖地、索餌場或越冬場等重要生活場所的工程或技術(shù)手段，其主要形式包括魚道、仿自然通道、升魚機、集運魚設(shè)施和魚閘等。過魚設(shè)施在國際上已經(jīng)有300多年的修建歷史。低水頭大壩通常采用魚道，水頭大于10 m或更高的大壩，多采用升魚機和魚閘。魚閘和升魚機在國外，如英國、澳大利亞、巴西和俄羅斯均有應(yīng)用。我國已建的過魚設(shè)施主要為魚道，魚閘、升魚機在我國已建工程中應(yīng)用較少。但是，從成本效益考慮，升魚機是解決高壩過魚問題的最佳方案。因為升魚機可用于特別高的水壩，其設(shè)計與建設(shè)成本基本上與水壩高度無關(guān)，而且過魚種類范圍廣，對魚類的行為和游泳能力要求也較低。

根據(jù)環(huán)評水生生態(tài)專題報告，某水利樞紐工程河段分布有6種魚類，其中土著魚類5種，分別是貝加爾雅羅魚、河鱸、尖鰭鮈、北方須鰍和北方花鰍；非土著魚類1種，為麥穗魚。其中，主要魚類為貝加爾雅羅魚和河鱸。根據(jù)對工程流域內(nèi)魚類、工程建筑物布置以及工程造價等多方面綜合分析，某水利樞紐工程過魚方案采用魚道與升魚機相結(jié)合的方式。

3 過魚設(shè)施設(shè)計

某水利樞紐工程過魚設(shè)施布置于大壩下游右岸，主要包括魚道及升魚機系統(tǒng)，過魚設(shè)施首部建筑物為魚道，位于電站尾水池下游150～200 m處，以便常年利用壩后電站尾水作為誘魚水流。魚道與下游河床相接，魚類可通過魚道上溯游至一定高程處的集魚池，魚道內(nèi)水流由接于集魚池左壁的引水管引自生態(tài)放水管。過魚設(shè)施布置如圖1所示，過魚設(shè)施三維效果圖如圖2所示。過魚設(shè)施運魚過程如下：

圖1 過魚設(shè)施布置圖

圖2 過魚設(shè)施三維效果圖

（1）通過引水管上的放流閥控制魚道內(nèi)的生態(tài)基流，形成逆流，輔以誘魚燈光將魚誘至魚道內(nèi)，魚沿魚道逆流而上，游至趕魚柵池。

（2）將魚誘至趕魚柵池后，趕魚柵旋轉(zhuǎn)90°封閉趕魚柵池，并將趕魚柵池內(nèi)的魚趕至集魚箱上方，待集魚箱提出后，再次旋轉(zhuǎn)90°回行至誘魚進口附近，準備下一次趕魚。

（3）利用雙向移動臺車提升集魚箱，集魚箱多余水由頂部漏水網(wǎng)漏出，魚留在集魚箱內(nèi)，將集魚箱提升至電動運魚車上，電動運魚車運至壩腳處，壩腳門式移動臺車將集魚箱轉(zhuǎn)運至牽引小車上，斜拉牽引卷揚機牽引小車至壩頂附近處，壩頂門式移動臺車提升集魚箱并運至大壩上游，將魚放到庫區(qū)，完成魚類洄游過壩的需求。

整個過程大約需要50 min。該布置銜接連續(xù)性強，并且避免了壩高庫長而單純使用魚道過魚造成的魚道過長、魚類難以攀爬的問題。

3.1 魚道設(shè)計

3.1.1 魚道布置

魚道進口最低底高程967.2 m，與主河床走向大致呈50°角相銜接，向岸坡爬升，穿過進場路后折角57°轉(zhuǎn)換方向，沿進場路方向繼續(xù)爬升至集魚池，魚道出口處底高程為968.80 m，后接集魚池。魚道采用豎縫式隔板池室型式，根據(jù)SL 609—2013《水利水電工程魚道設(shè)計導則》建議范圍，取池室凈寬1.5 m，常規(guī)池室長度2.0 m，休息池室長度4.0 m，豎縫寬0.3 m。

3.1.2 魚道設(shè)計運行水位

根據(jù)NB/T 35054—2015《水電工程過魚設(shè)施設(shè)計規(guī)范》，魚道設(shè)計運行水位應(yīng)根據(jù)壩上下游可能出現(xiàn)的水位變動情況合理選擇。上游設(shè)計水位范圍可選擇在過魚季節(jié)電站的正常運行水位和死水位之間，下游設(shè)計水位可選擇在單臺機組發(fā)電與全部機組發(fā)電的下游水位之間。本工程過魚季節(jié)下游最主要的運行工況為機組滿發(fā)流量63.9 m3/s，對應(yīng)下游水位968.72 m，也是魚道運行的最高下游水位；過魚季節(jié)特殊運行工況為1臺小機組滿發(fā)流量8.6 m3/s，對應(yīng)下游水位967.7 m，也是魚道運行的最低下游水位。上游出口由于并未直接通往庫內(nèi)，故上游水位由集魚池內(nèi)水位控制。

3.1.3 魚道設(shè)計流速

本工程采用臨近流域類似工程調(diào)研的經(jīng)驗建議值：0.8～1.0 m/s。針對主要過魚對象貝加爾雅羅魚和河鱸，以建議值為主，初擬設(shè)計極限流速0.8 m/s。

3.2 升魚機設(shè)計

SETH水利樞紐工程升魚機主要負責將誘來的魚類提升至大壩上游，主要包括趕魚柵、集魚箱、移動臺車、電動運魚車及軌道、斜坡軌道車系統(tǒng)、壩腳門式移動臺車、壩頂門式移動臺車等設(shè)備。

3.2.1 趕魚柵設(shè)計

在集魚池下游側(cè)上方設(shè)1臺趕魚柵，將魚誘至趕魚柵池后趕魚柵旋轉(zhuǎn)90°封閉趕魚柵池，并將趕魚柵池內(nèi)的魚趕至集魚箱上方，待集魚箱提出后，再次旋轉(zhuǎn)90°回行至誘魚進口附近，準備下一次趕魚。趕魚柵為焊接鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為2 m×5 m（寬×高），小車跨距2.6 m，電力驅(qū)動。

3.2.2 集魚箱設(shè)計

集魚箱設(shè)兩套，一用一備，集魚箱長2.4 m，寬1.9 m，高1.2 m，有效容積為3.5 m3，主要用來裝載洄游魚類。集魚箱承載結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)骨架，支承座板及橡皮墊塊等組成，結(jié)構(gòu)件均采用光滑的構(gòu)件，以確保魚類在進出集魚箱時不被劃傷。集魚箱頂部設(shè)有防水流溢出及魚類逃逸裝置，以防止魚類躍出，集魚箱每面均布置4個彈性導向輪，可沿集魚箱池內(nèi)壁軌道垂直起升，以免集魚箱在起升過程中過分晃動。

由于集魚箱工作時間較長，為保證箱體中水質(zhì)達到運輸要求，集魚箱中設(shè)有魚類維生系統(tǒng)，主要包括增氧系統(tǒng)及砂濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)能保證魚在集魚箱內(nèi)存活2 h以上。集魚箱底部設(shè)有放魚艙門，集魚箱投放魚時，放魚艙門在放入水中時能自動打開，為了保證打開放魚艙門時較低的流速，集魚箱的水深較淺，放魚閥門應(yīng)盡量大。為保證水放空后沒有魚留下，集魚箱底部設(shè)計成傾斜底面，坡度比為1∶10。集魚箱設(shè)有防撞緩沖裝置，保證在集魚、運輸、投放魚的過程中對魚類的傷害降至最小。

3.2.3 電動運魚小車設(shè)計

運魚小車共1臺，放置在高程為973.8 m的水平軌道上，水平軌道采用鐵道輕型軌道，主要包括承載結(jié)構(gòu)以及夾軌器、防風錨定裝置、埋件等附屬設(shè)備，水平軌道一端位于集魚池處附近，另一端位于壩腳，運行距離約88 m。運送小車主要作用是將集魚箱從集魚池水平轉(zhuǎn)運至壩腳。

運魚小車由車架結(jié)構(gòu)、承載結(jié)構(gòu)、行走機構(gòu)、阻進器、行程檢測及行程開關(guān)等必要的附屬設(shè)備組成。行走機構(gòu)由電動機、制動器、減速器、聯(lián)軸器、臺車架和車輪組、電力拖動設(shè)備等組成?？刂葡到y(tǒng)采用無線遙控和有線現(xiàn)地控制相結(jié)合的方式，由視頻監(jiān)控系統(tǒng)、行程檢測系統(tǒng)、信號收發(fā)系統(tǒng)等組成，并集成安裝在小車上。

考慮到運魚小車操作的方便性，運魚小車在水平軌道上的驅(qū)動運行方式采用自行式，自行式的動力源采用蓄電池，下游軌道端頭設(shè)有充電樁，運送小車設(shè)有行程限制裝置，運行至軌道兩端端頭時能自動切斷電源，停止運行。

3.2.4 斜坡軌道車系統(tǒng)

斜坡軌道車系統(tǒng)主要由1臺牽引小車、小車軌道、1臺100 kN斜拉牽引卷揚機組成，壩腳門式移動臺車將運魚箱放置于斜坡軌道車上后，小車上設(shè)有鎖定運魚箱機構(gòu)，軌道車通過斜拉牽引卷揚機沿軌道把運魚箱運送至壩頂附近，斜坡與水平線夾角54°，斜坡水平距離約35 m，小車額定承載力為100 kN，軌距1.5 m。

3.2.5 起吊設(shè)備

某水利樞紐工程升魚機系統(tǒng)起吊設(shè)備主要包括100 kN移動臺車、壩腳100 kN門式移動臺車、壩頂100 kN門式移動臺車及機械自動抓梁。

100 kN移動臺車揚程為11 m，行走速度為10 m/min，裝設(shè)在集魚池上方的排架柱上，主要作用是通過機械自動抓梁將集魚池底部的集魚箱提升并運至電動運魚小車上。壩腳100 kN門式移動臺車揚程為10 m，負責將集魚箱從電動運魚小車上運至壩坡牽引小車上。壩頂100 kN門式移動臺車揚程為55 m，負責提升集魚箱并運至大壩上游，將魚放到庫區(qū)。

起吊設(shè)備行走機構(gòu)和起升機構(gòu)均設(shè)有可靠的制動系統(tǒng)及終點行程限位裝置和緩沖裝置。機械自動抓梁出廠前應(yīng)作掛脫集魚箱的模擬試驗，以確保抓梁抓起集魚箱的過程中，動作靈敏、準確。

4 結(jié) 語

水電工程的建設(shè)導致自然河流生態(tài)條件發(fā)生改變，工程河段的魚類勢必會受到不利影響。過魚設(shè)施在促進壩上壩下魚類遺傳信息交流、維護自然魚類基因庫、保證魚類種質(zhì)資源、維護魚類種群結(jié)構(gòu)等方面，起到了很大的作用。某水利樞紐工程過魚設(shè)施的建設(shè)，為大壩上下游魚類的交流提供了渠道，對該流域內(nèi)魚類資源的保護起到了一定的積極作用，對高壩過魚設(shè)施的設(shè)計提供了參考。