Y江ZM水电站鱼道灯光诱鱼照明系统设计初探

俞 鹏，李寅伟

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

Y江ZM水电站鱼道灯光诱鱼照明系统设计初探

俞 鹏，李寅伟

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

目前国内很多河流存在鱼类洄游现象，很多水电站、水库等拦水设施的建设阻碍了鱼类的正常洄游，很多工程设置了专用鱼道，做为鱼类的洄游通道，为保证鱼类有效进入洄游通道，诱鱼设施起到较重要的作用。本文以ZM水电站为例，为保护Y江中游有限的鱼类资源，电站设置了供鱼类洄游的鱼道，根据鱼类洄游特性和趋光性，设置了明渠段和暗涵段，文章对灯光诱鱼的设备选择、照度选择，布置方式以及照明设备的安装做出了一些分析。

鱼道；趋光性；诱鱼；水下灯带

1 项目背景

目前国内很多河流存在鱼类洄游现象，很多水电站、水库等拦水设施的建设阻碍了鱼类的正常洄游，很多工程设置了专用鱼道，做为鱼类的洄游通道，为保证鱼类有效进入洄游通道，诱鱼设施起到较重要的作用，在Y江ZM水电站的建设中，设计方对该方式做出了一些初探。

Y江ZM水电站位于西藏自治区加查县境内，电站装设6台85 MW水轮发电机组，总装机510 MW；电站采用220 kV电压等级接入系统，电站220 kV出线两回，预留一回出线间隔，发电机-变压器组合采用单元接线，220 kV侧采用双母线接线，户内GIS成套设备,主变压器为组合三相变压器，电站为坝后式地面厂房，上游副厂房、主厂房及安装间，下游副厂房沿上游至下游平行布置，尾水平台布置在副厂房下游侧，鱼道布置在河床右岸，取水口设在尾水平台下游侧，沿尾水平台、右岸公路、右岸山体引至大坝上游侧出口，在尾水平台下游侧设三处鱼道进口，在大坝上游侧设两处出口，全长为3 659.51 m。鱼道建筑物主要由进口明渠段、暗涵段、出口过坝段等组成，鱼道暗涵段沿电站下游侧右岸公路布置，兼做防洪挡墙，长度约200 m。

电站于2014年11月投产发电，电站鱼道于2015年初建成，照明系统同期投入投用。

2 Y江鱼类特点

2.1 Y江主要鱼种类

Y江中上游渔获物中，被列入《中国濒危动物红皮书》的鱼类主要是由拉萨裸裂尻鱼、双须叶须鱼、异齿裂腹鱼、拉萨裂腹鱼、巨须裂腹鱼、尖裸鲤、黑斑原鮡、黄斑褶鮡等组成，他们构成Y江中上游鱼类产量的99%以上。

Y江中上游主要鱼类中，无长距离洄游鱼类，但在繁殖期有洄游的现象。

2.2 鱼类的趋光性

鱼类的趋光性通常有两种，趋向光源的定向行为称正趋光性，背离光源的行为称负趋光性。同一种鱼对同样的灯光刺激所产生的趋光反应，也会受到鱼本身的生理状态和当时环境因素的影响而有所变化。根据类似研究，鱼类的正趋光过程大致可以分为两个阶段：第一阶段是鱼受光刺激后，游近光源周围，但光源过强时，鱼类会游离光源；第二阶段是鱼滞留在光源下游动。但趋光的鱼类在过了一段时间后，会因对光的适应、疲劳以及环境的变化等而离开光源游走。在一定的适宜照度范围内，水温越高，趋光性越弱；反之，趋光性越强，Y江中游位处高寒地区，水温常年低于20℃，主要鱼种类多为冷水鱼，在设定适宜照度时，主要鱼种类符合上述光适应性特点，有一定的正趋光性。

3 灯光诱鱼照明系统布置特点

鱼道建筑物主要由进口明渠段、暗涵段、出口过坝段等组成，其中，鱼道进口明渠段采用自然光引导鱼类，但明渠段不宜过长，以免鱼类因对自然光的适应性和疲劳效应而拒绝洄游。在鱼道进口明渠段后部设置暗涵段，灯光诱鱼设施设置在暗涵段，暗涵段起始部分为普通隧洞结构，长度约20 m，后续部分为竖缝式结构，每个竖缝长度为3 m，共计约60个竖缝，暗涵段总长度约200 m，为起到诱导鱼类洄游的作用，采用LED灯带做为诱导光源，在暗涵段起始部分普通隧洞段，采用一组LED灯带逆水流平行布置，在竖缝结构段，沿每个竖缝逆水流方向和环竖缝通气孔，布置一组LED灯带，灯带的间距保证光照的均布性，所有灯带沿涵洞顶部明敷固定，由于土建结构的不规则，光照区域主要分为三个区域。

(1)良好感光区：沿灯带下方一定距离为良好感光区，鱼类在该区域主动趋向光源，并沿灯带敷设方向逆水流迁徙。

(2)不良感光区：即LED灯带光源附近区域，光照较强，鱼类主要产生负趋光性，快速游离。

(3)微弱感光区：在两个竖缝交界区域和通风孔中部区域，由于没有灯带，光线微弱，鱼类在该区域不易辨别方向，根据以往研究，水流在两个竖缝交界区域水流较急，鱼类的本能会沿水流较急处洄游，但在通风孔中部区域，由于光感较弱，可能会存在少量鱼类聚集现象。

竖缝段鱼道灯带典型布置见图1。

图1 鱼道竖缝灯带典型布置(1∶20)

由于对鱼类在线性光源诱导下的适应性暂不明确，在暗涵段后部设置观测室，用于观测鱼类洄游效果，观测室后设明渠过坝段，该部分仍采用自然光引导鱼类，在大坝上游侧设鱼道出口。

鱼道建筑物及灯光诱鱼照明系统总布置见图2。

图2 鱼道建筑物及灯光诱鱼系统总布置示意

4 灯光诱鱼照明系统供电

ZM水电站进厂公路靠近鱼道暗涵段的公路旁设有400 V鱼道配电中心，电源引自ZM电站10 kV厂用电配电中心，鱼道配电中心设专用照明箱，供鱼道暗涵段灯光诱鱼照明系统负荷。照明箱进馈线回路均为380 V电压，共设10个馈线回路，沿鱼道暗涵段顶部穿管敷设。根据与灯光诱鱼照明系统制造厂配合，LED灯带需采用DC12 V电源，供电半径约15 m，即每个回路可供附近前后一组(约6～7个)竖缝的LED灯带用电，每组竖缝设6根LED灯带，每根LED灯带设一只AC220 V/DC12 V转换电源，每组竖缝的6只转换电源集中设在该组中部竖缝的通气孔顶部，与沿鱼道暗涵段顶部敷设的照明箱馈线电线连接，为尽量平衡三相电流，安装时将转换电源交叉接于A、B、C相。

5 LED灯带选择

根据对鱼类在不同光照强度下的反应研究，鱼类通常有一个反应最低值，即刺激阈。随着刺激强度的增加，在适宜强度下产生最大反应，此时的刺激强度为适宜强度，当照度大于适宜强度时，鱼类呈现负趋光性。LED灯带照度选择，应考虑鱼类对照度刺激的反应变化，根据ZM鱼类增殖站试验结果，当照度为0.1～10lx时，鱼类集群型较好，LED灯带照度选择8～10lx，光色与明渠段光色衔接，采用白色，色温约为5 500 K。

6 水下照明系统的防水

由于LED灯带布置在水下，灯带间的连接导线、导线与灯带接头、转换电源到灯带的连接元件均需满足水流的长期侵蚀。经与国内照明设备制造商沟通，目前国内制造商生产水平，大约可保证水下照明设备及连接件满足两年左右的防水要求，因此，虽然鱼道暗涵段LED灯带、导线采用防水导线，所有连接元件、接头等的防水等级均按照IP60设计，但仍需利用每年的鱼道检修期，更换老化的LED灯带、连接件等设备。

7 水下LED灯带照明系统的安装

ZM鱼道在水下LED灯带安装前，鱼道暗涵段已过水，水下LED灯带照明系统的安装有一定难度，施工方利用电站枯水期，将鱼道进口闸门落闸，排出暗涵段及明渠段集水，将LED灯带在鱼道涵洞顶部直附安装，灯带用镀锌扁钢卡扣固定，现场制作LED灯带防水连接件，灯带进线沿通气孔穿PVC管引上，与转换电源连接，照明箱馈线回路鱼道顶部平台穿PVC管明敷固定，户外敷设部分PVC管涂防紫外线涂层。

8 结 论

ZM水电站是Y江中游第一座大型水电站，电站对环保要求很高，为保护有限的鱼类资源，设置了鱼道，根据鱼类洄游特性，采用进口明渠段、暗涵段、出口过坝段等土建设施，并采用灯光诱鱼照明系统保证鱼类能够有效洄游。设计时充分利用鱼类的趋光性、逆水洄游性等生理特性，以及高原高寒环境特性，结合土建结构条件，合理分布LED灯带，保证洄游鱼类在适宜、均布的照度环境里，舒适的光色、色温条件下，有效洄游至电站上游，同时，尽可能保证水下设备的可靠性，减少安装维护工作量。由于土建结构的不规则性，感光区中会有部分微弱感光区，可能产生少量鱼类聚集现象，鱼类的实际洄游效果还需要在实际运行中观察。ZM水电站鱼道灯光诱鱼设施的设计，为未来Y江中游梯级电站的建设和有鱼类洄游现象的河流的鱼道设施的建设、鱼类洄游特性的研究、以及诱鱼措施的设计提供了参考，有一定的借鉴性。

2016-08-23

俞鹏(1976-)，男，北京人，高级工程师，从事电力工程设计工作。

S956.3

B

1003-9805(2017)01-0059-02