巴拉水電站過魚方案比選研究

侯 寧, 劉 鑫, 江 磊, 吳 開 帥, 湯 優(yōu) 敏, 張 祺, 宋 靖 國

(1.四川足木足河流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610041;2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

0 引 言

水電工程開發(fā)可能會影響河流連通性和魚類洄游通道,導致河流生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列問題。過魚設施是幫助魚類洄游通過河流阻隔的通道,主要包括魚梯、魚道、升魚機、集運魚船等[1]。過魚設施首先由法國于1662年提出,采用建設人工通道的方式解決魚類洄游阻隔問題。之后,隨著水電建設的快速發(fā)展,過魚設施得到更廣泛的關注及應用,截至20世紀末,國外過魚設施發(fā)展已較為成熟[2]。國內過魚設施始建于1960年,自21世紀以來,國內大批過魚設施已建成運行或在規(guī)劃建設中[3]。巴拉水電站在目前國內外過魚設施相關研究的基礎上,綜合各類因素分析,對過魚設施進行比選,并提出相關建議。

1 巴拉水電站概況

巴拉水電站位于阿壩藏族羌族自治州馬爾康縣境內,系大渡河干流水電規(guī)劃“3庫28級”自上而下的第2級水電站,上接下爾呷“龍頭”水庫電站和下銜達維水電站。電站采用混合式開發(fā),開發(fā)任務為水力發(fā)電并兼顧減水河段生態(tài)用水需要。

巴拉水電站擋水建筑物為混凝土面板堆石壩,最大壩高138.0 m,壩址位于日部鄉(xiāng)色江吊橋下游約2.2 km處,經右岸引水至日部吊橋上游約3.9 km處建地下廠房,引水隧洞全長6 908.78 m,尾水調壓室下游接一條有壓尾水洞,隧洞全長1 730.08 m,在樁號1+673.01處布置尾水出口檢修閘門室,隧洞后接尾水渠與腳木足河相接。工程在壩后設置生態(tài)機組電廠,即在主電廠引水隧洞壩后段,利用1號施工支洞段,設置旁通壓力管道引水至壩后廠房發(fā)電。生態(tài)機組電廠引用流量為23.8 m3/s。

2 巴拉水電站過魚方案比選

2.1 集魚方案比選

巴拉水電站大壩較高,故不采取魚道直接過壩,推薦采取壩下設置集魚設施[4-6],通過轉運設備運輸至壩上庫區(qū)。根據國內集魚設施的發(fā)展及工程建設后壩下水文情況[7-9],對深水網箔、梯型魚道[10-11]、槽型魚道、尾水集魚箱[12]或集魚站[13]四種集魚方案進行比選。

2.1.1 深水網箔

工程所在河床內大石塊較多,且河道較窄,寬度僅50.0 m左右。目前,在腳木足河工程河段,基本沒有行船條件,下游達維水電站建成后,壩下至廠房河段內仍無法行船。因此,在壩下不具備布置深水網箔的條件。

2.1. 2 梯型魚道

梯型魚道主要適用于壩下水位變幅較大的水電站。地下廠房設置發(fā)電機組3臺,達維水電站未建成前,一臺機發(fā)電尾水口水位為2 685.25 m;三臺機發(fā)電尾水口水位為2 686.75 m。達維水電站建成后,一臺機發(fā)電尾水口水位為2 686.25 m;三臺機發(fā)電尾水口水位為2 687.85 m。工程在壩下設置生態(tài)機組1臺,正常發(fā)電流量為23.8 m3/s,出水口位置處正常尾水位為2 801.50 m,50年一遇洪水位為2 802.13 m,200年一遇洪水位為2 802.82 m。工程主電站和生態(tài)機組的尾水口水位變幅均較小,最大變幅為2.6 m,故不推薦采取梯型魚道方案。

2.1.3 槽型魚道

工程主電站和生態(tài)機組的尾水口水位變幅均較小,最大變幅僅為2.6 m,可采用槽型魚道進行集魚,同時,根據國內水電站集魚設施的建設規(guī)律及過魚設施相關規(guī)范,槽型魚道布置在尾水口附近,將尾水引入集魚槽進行引誘集魚。

2.1.4 尾水口集魚箱或集魚站

固定式集魚站與槽型魚道區(qū)別主要在于將魚留在集魚箱范圍內的方式不同:固定式集魚站主要采用防逃籠方式將魚類留在集魚箱,無需設置趕魚通道;槽型魚道需設置趕魚通道,在趕魚通道內利用趕魚格柵將魚趕入集魚箱范圍。工程壩下河段水深較淺,采用防逃籠有一定限制,故不推薦采取尾水口集魚箱或集魚站方案。

2.2 轉運方案比選

轉運方案可采取索道、軌道和運魚車三種方式。

2.2.1 索道

工程若采用索道方式運輸,則需要布置上站房、下站房、索道支撐塔及索道等。索道總運輸長度約1.3 km,下站房布置在生態(tài)機組尾水口槽型魚道上方,上站房布置在?？科脚_,索道穿過生態(tài)機組廠房公路,沿右岸壩肩邊坡、庫區(qū)右岸管理公路和5號路最終到達?？科脚_。索道方案主要存在以下制約因素:

(1)下站房所需場地尚可通過緊湊布置實現,而上站房所在的?？科脚_尺寸為10.0 m×25.0 m,基本無足夠場地布置上站房。

(2)索道需穿越多條公路,存在安全隱患。

(3)工程所在區(qū)域主要位于龍門山地震帶、鮮水河—滇東地震帶和巴顏喀拉山地震帶的交匯處,以工程場地周圍150 km范圍作為研究區(qū)域,共劃分出117個潛在震源區(qū)。其中,對工程場地影響較大的主要潛在震源區(qū)有6個,即:爐霍8.0級潛在震源區(qū)、道孚7.5級潛在震源區(qū)、甘孜7.5級潛在震源區(qū)、侏倭7.0級潛在震源區(qū)、兩河口7.0級潛在震源區(qū)和日部6.5級潛在震源區(qū)。工程索道支架為高聳結構,抗震穩(wěn)定問題突出,施工難度較大。

(4)工程位于高山峽谷,在每年3～9月風速較大,最大風速在13.7 ～22 m/s之間,索道的安全穩(wěn)定運行問題突出。

(5)索道方式運魚案例少。目前國內已建成的過魚設施中,基本沒有采用索道運輸方式。國外采用升魚索道型式的工程有美國的羅昂德布特壩、日本的莊川小牧壩和祖山壩。美國的羅昂德布特壩,壩高134.0 m,為碾壓堆石壩,水庫水位變幅26.0 m,采用索道吊罐系統(tǒng)運魚過壩,運距約182.0 m;日本在20世紀30年代在莊川小牧壩(壩高79.0 m)及祖山壩(壩高63.0 m)在建壩初期即設置了升魚索道,但目前上述3座升魚索道均已停止使用或報廢。

2.2.2 軌道

目前,國內采用軌道運輸的過魚設施有新疆山口水利樞紐、新疆薩爾托海水利樞紐、黃登水電站、大華橋水電站和烏弄龍水電站等。根據現場了解,運行較為穩(wěn)定,偶爾軌道因熱脹冷縮而產生偏移,需要進行維修維護。

工程若采用軌道方式運魚,需設置軌道車、運魚箱及運魚軌道。運魚軌道鋪設有兩種走向。一種是沿生態(tài)機組廠房公路至壩后通永久“之”字路爬升至壩頂,再由壩頂沿庫區(qū)右岸永久道路至5號路,最終到達?？科脚_,總長為2 360.0 m;另外一種是沿壩下沿河右岸公路至6號路、右岸隧道、右岸永久道路至5號路,最終到達?？科脚_,總長約為3 900.0 m。工程為混凝土面板堆石壩,壩面存在沉降問題,沿著壩面“之”字路敷設軌道后運行維護難度大。另一種沿路敷設,目前工程設計道路未考慮運魚軌道敷設,若進行擴建改造,部分位置空間小,敷設軌道難度大。

2.2.3 運魚車

運魚車在國內應用比較普遍,例如沖乎爾水電站、馬馬崖一級水電站、龍開口水電站、烏東德水電站、白鶴灘水電站、楊房溝水電站、苗尾水電站和里底水電站等。該方案需配備運魚車一輛、運魚箱兩個、維生系統(tǒng)一套。為便于管理,運魚車和運魚箱裝載定位設備,定位設備可采用GPS+基站+陀螺儀。運魚車沿壩下沿河右岸公路至6號路、右岸隧道、右岸永久道路至5號路,最終到達?？科脚_,總長約為3 900 m。

運魚車又可分為有人駕駛運魚車和無人駕駛運魚車,無人駕駛運魚車主要適用于封閉和半封閉的路段,且目前技術尚未完全成熟,因此,推薦采用有人駕駛運魚車。目前,定位設備和視頻監(jiān)控設備發(fā)展成熟,可對運魚箱、運魚車等行駛進行軌跡監(jiān)控和運魚視頻監(jiān)控,解決了運魚車存在監(jiān)控難的弊端。運魚車成為一種具有靈活性高和穩(wěn)定可控可監(jiān)管的轉運魚方式。巴拉水電站推薦采取運魚車作為轉運過壩方案。

3 結 語

(1)為緩解水電站建設對魚類生存環(huán)境的阻隔,建設過魚設施是最有效的方法之一。過魚設施形式多種多樣,目前集運魚系統(tǒng)等新興過魚方式仍然在探索和發(fā)展過程中,在進行過魚設施的選型和布置時,不可機械照搬,應充分考慮工程布置條件、現場河道、地形以及魚類的生態(tài)習性,積極探索出適合工程的過魚方式。

(2)過魚設施的集魚和轉運方案選擇直接影響過魚效果,須綜合考慮過魚目標、建設條件和經濟等因素,成為巴拉水電站過魚設施建設的一個技術問題。本文結合巴拉水電站工程實際情況、施工條件等以及參考國內水電站集魚設施的建設規(guī)律及過魚設施相關規(guī)范,通過對比四種集魚方案三種轉魚方案,提出巴拉水電站壩下集魚采用取槽型魚道方案,轉運過壩采取運魚車方案。該方案具有集誘魚效率高、適用范圍廣和運行成本低的特點,具有應用及推廣價值。巴拉水電過魚設施建成后,將對維護大渡河流域的生態(tài)連續(xù)性產生積極作用,還可為同類水電站過魚設施設計和建設提供參考。