藏木水电站鱼道金属结构的布置与设计

2017-03-23涂建伟刘永胜龙朝晖姚昌杰

水电站设计 2017年1期

关键词：鱼道启闭机金属结构

涂建伟，刘永胜，龙朝晖，姚昌杰

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

藏木水电站鱼道金属结构的布置与设计

涂建伟，刘永胜，龙朝晖，姚昌杰

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

根据藏木水电站鱼道设计的特点和要求，进行相应部位鱼道金属结构的布置与设计，介绍了相关部位闸门和启闭机等设备的参数及结构特点，可供类似工程参考。

金属结构；鱼道；布置；设计；藏木水电站

1 工程概述

藏木水电站位于雅鲁藏布江干流中游桑日～加查峡谷段，是雅鲁藏布江中游规划建设的第一座大型电站。藏木水电站为坝式开发，开发任务为发电，兼顾生态环境用水要求，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。电站采用左侧河床布置6孔溢流坝，右侧河床布置6台水轮发电机组的坝后式地面厂房开发方式。水库正常蓄水位3 310.00 m，校核洪水位3 310.61 m，死水位3 305.00 m，最大坝高116 m，相应库容8 660万m3，调节库容1 310万m3，具有日调节能力。坝后式厂房内安装6台85 MW发电机组，总装机容量510 MW，设计引用流量1 071.3 m3/s，额定水头53.5 m，多年平均年发电量25.008亿kW·h。

根据前期调查和资料记载，工程所在河段有鱼类29种，其中外来鱼类10种，高原鱼类区系的种类19种，占鱼类种类总数的66%，实际调查采集到的高原鱼类24种，隶属于2目3科7属。本河段历史上无国家保护鱼类分布，且本河段的鱼类在中上游干支流分布较为广泛，在不同江段，甚至大小支流均存在产卵场，没有长距离洄游的习性。

前期研究表明，藏木水电站的建设不会导致中上游鱼类种群发生明显变化，主要的不利影响是将使种群间遗传交流受阻，导致种群间遗传分化，种群内遗传多样性下降。为缓减工程对鱼类的不利影响，拟通过修建鱼道改善大坝上下游鱼类种群交流。

2 鱼道总体设计

藏木鱼道工程主要由鱼道进口段、尾水渠段、暗涵段、岸坡段、过坝段、出口明渠段、鱼道出口段和鱼道观测研究室等部分组成，全长3 633.633 m。为了给鱼道进口创造更好的诱鱼条件，藏木水电站鱼道进口布置在右岸大坝下游，以利用厂房尾水进行诱鱼，鱼道在大坝下游转折后穿过坝体进入上游，沿岸向上延伸。

2.1 可行性研究阶段

可行性研究阶段共比选了左岸鱼道布置方案、捕捞过坝方案和右岸鱼道布置方案，其中右岸鱼道布置方案最终被确立。鱼道金属结构设备主要分布在鱼道进口、鱼道出口、过坝段等建筑物处，设有鱼道闸门和启闭设备。鱼道进口闸门设计尾水位为3 248.50 m，低于电站的校核尾水位3 262.47 m，在尾水位高于3 248.50 m时，鱼道进口闸门处于开启状态，设备不运行。鱼道出口和过坝段闸门按照正常蓄水位3 310.00 m设计。

鱼道进口布置结合尾水渠导墙布置，此处常年有稳定尾水下泄，鱼类易在此聚集，进口诱鱼效果较好，且此处避开了泄洪对鱼道进口造成损坏的威胁。

鱼道进口的金属结构包括1～4号共4个进口的金属结构设备。各进口设置鱼道进口闸门，在各自相应的下游水位下开启，控制鱼道内的水面线和流速的稳定。各进口的具体位置需要根据大坝下游流场和鱼类游泳能力，以及溯流习性进行综合分析后确定。其中1号进口为低水位进口，布置于尾水渠左侧导墙,设置3个进鱼孔，每孔设一扇0.7 m×7 m-6.6 m(宽×高-水头) 平面滑动检修闸门，底坎高程为3 241.00 m，闸门采用25 kN固定卷扬式启闭机操作；2号进口为较高水位进口，布置于右岸边墙，设置2个进鱼孔，每孔设一扇0.7 m×5 m-4.6 m平面滑动检修闸门，底坎高程为3 243.00 m，闸门采用25 kN固定卷扬式启闭机操作；3号进口为备用进口，设一扇0.7 m×5 m-4.6 m平面滑动检修闸门，底坎高程为3 243.30 m，闸门采用25 kN固定卷扬式启闭机操作；4号进口为另一个备用进口，设一扇0.7 m×3 m-2.6 m平面滑动检修闸门，底坎高程为3 245.60 m，闸门采用25 kN固定卷扬式启闭机操作。所有检修闸门的最高挡水高度均按尾水位3 247.60 m设计，闸顶平台高程为3 248.50 m。

为了防止洪水期间及其他紧急情况下破坏鱼道，在鱼道过坝段设一扇2.4 m×3.5 m-11 m平面定轮事故闸门，底坎高程为3 302.00 m，闸门按正常蓄水位3 313.00 m设计，闸门采用125 kN固定卷扬式启闭机操作。

藏木水电站为日调节电站，在正常运行工况下，水库水位在正常蓄水位3 310.00 m与死水位3 305.00 m之间变化。为适应上游水位变幅，鱼道设置1～4号共4个出口，每个出口也同样设置闸门，可以控制启闭以及通过流量，保证鱼道正常运行。所有鱼道出口闸门的孔口尺寸均为1.5 m×3 m，底坎高程分别为3 307.50 m、3 306.00 m、3 305.00 m和3 304.00 m。闸门为平面定轮工作闸门，挡水高度均按正常蓄水位3 310.00 m设计，闸顶平台高程为3 314.00 m，所有闸门均采用40 kN固定卷扬式启闭机操作。

2.2 技施阶段

在技施设计阶段，考虑到藏木下游JC水电站建成后，藏木尾水位，即鱼道进口水位将抬高，原设计中适应低水位运行的鱼道1号进口和2号进口基本废弃，藏木鱼道将启用鱼道3号进口和4号进口为鱼道常用进口，鱼道1号进口为下游JC水电站建成前低水位设计进口，可满足JC建成前的进鱼需求。鱼道2号进口使用年限较短且同3号进口底板高程相差不大，从布置位置上，鱼道3号进口较2号进口过鱼效果好，因此，从必要性及减少投资等方面综合考虑，优化取消了鱼道2号进口。为满足进口设计水位衔接，将3号进口的底板高程调整至与2号进口底板高程一致，即将3号进口底板顶高程调整为3 243.00 m。

由于1号鱼道进口平台所处位置较低，且交通不便，不利于现地频繁操作闸门。在技施阶段，在靠近3号鱼道进口的下游侧鱼道的中部增设了一道1号鱼道节制闸，以控制1号鱼道进口的过流。这样，1号鱼道进口的闸门可以经常处于开启状态。

藏木电站施工初期，计划将鱼道分两期建设，即大坝下游工程为一期，大坝上游工程为二期，一期工程与电站同时修建，二期工程待电站建成后再修建。据此，鱼道进口和过坝段闸门及其启闭机设备，以及鱼道出口闸门门槽在一期工程安装，鱼道出口闸门及其启闭机设备在二期工程安装。基于上述原因，鱼道各进口闸门的设计工况由可行性研究阶段的检修闸门改为工作闸门，闸门的启闭条件由静水启闭改为动水启闭。

3 鱼道金属结构设备的布置

3.1 鱼道进口金属结构设备的布置

1号鱼道进口设置在尾水渠左侧导墙末端，在指向下游及两侧三个方向上设置3个进鱼孔，每孔设一扇0.7 m×9 m-7.5 m 露顶平面定轮工作闸门，按尾水位3 248.50 m设计，底坎高程为3 241.00 m，每个进鱼孔中均埋设有计数传感器，可以统计过鱼数量，经原型观测后，过鱼效果最好的那个进鱼孔将被使用，其余2个进鱼孔将用1号鱼道工作闸门封闭。运行时每次开启一扇闸门，开启的那扇闸门存放在储门槽内，三扇闸门共用一个储门槽。闸门面板和止水设在上游侧，侧止水为P45A型橡塑水封，操作方式为动水闭门，节间小开度充水平压后静水启门。由于闸门受力较小，为方便制作，闸门主梁及边梁均采用型钢焊接而成。

1号鱼道进口闸门闸顶平台高程为3 250.00 m，启闭平台有可能被淹没在水下，且该部位供电较为不便，闸门采用50 kN手拉葫芦进行操作，三扇闸门共用一个50 kN手拉葫芦。手拉葫芦配手推单轨小车，可以沿着单轨小车轨道运行至每个鱼道闸门以及储门槽的上方，起吊需要开始的那扇闸门并将其运至储门槽中存放。为降低手拉葫芦的扬程，闸门分三节制造，节间用连接板及销轴连接，方便拆装，三节门叶结构相同，具有互换性，在每节闸门的吊耳上，均设置有卸扣装置，可以减少起吊过程中的拆装工作。50 kN手拉葫芦的扬程为5.5 m。1号鱼道进口工作闸门的布置如图1所示。

1号鱼道节制闸设置在靠近3号鱼道进口的下游侧鱼道的中部，底坎高程为3 243.00 m，按尾水位3 248.50 m设计，设一扇1.8 m×6 m-5.5 m露顶平面定轮工作闸门，以控制1号鱼道的过流，这样1号鱼道闸门可以经常处于开启状态，只有在检修1号鱼道节制闸和1号鱼道进口之间的鱼道时才关闭，当尾水位较高，使用3号和4号鱼道时，也不用关闭1号鱼道进口闸门，只需关闭1号鱼道节制闸，有效避免了1号鱼道进口闸门手动开启的繁琐工作。1号鱼道节制闸的面板和止水设在下游侧，侧止水为P45A型橡塑水封，闸门动水启闭，采用125 kN液压启闭机操作。液压启闭机与3号鱼道进口工作闸门的液压启闭机共用一个油缸机架、一套液压泵站和一套电控柜。

3号鱼道进口闸门设置在尾水渠左侧导墙上游段，底坎高程为3 243.00 m，按尾水位3 248.50 m设计，设一扇0.7 m×6 m-5.5 m的露顶平面定轮工作闸门。由于当1号鱼道运行时，3号鱼道工作闸门关闭，此时闸门挡内侧水位；当尾水位升高，关闭1号鱼道节制闸，由3号鱼道工作闸门开启过鱼时，鱼道内侧水位高于外侧水位1.6 m，此时闸门挡外侧水位，故3号鱼道闸门为双向止水，内侧封水宽度

0.8 m，外侧封水宽度1.12 m，闸门面板和止水设在上游侧，侧止水为双P头橡塑水封，闸门动水启闭，采用125 kN液压启闭机操作。1号鱼道节制闸和3号鱼道进口工作闸门的布置如图2所示。

4号鱼道进口设置在右冲沙底孔左导墙上，高水位时若3号进鱼口过鱼效果不好，则开启4号鱼道进口。4号鱼道进口工作闸门底坎高程为3 245.60 m，按尾水位3 248.50 m设计，设一扇0.7 m×3.4 m-2.9 m的露顶平面定轮工作闸门。闸门运行条件与3号鱼道进口闸门类似，双向止水，内侧封水宽度0.8 m，外侧封水宽度1.12 m，闸门面板和止水设在上游侧，闸门动水启闭。由于4号鱼道进口启闭机平台较3号鱼道高，为方便设备制造，使得1号鱼道节制闸、3号和4号鱼道进口闸门的启闭机相同，设计一节短拉杆，4号鱼道进口闸门采用125 kN液压启闭机通过拉杆操作。

图1 1号鱼道进口工作闸门布置示意

图2 1号鱼道节制闸及3号鱼道进口工作闸门布置示意

鱼道进口闸门门槽埋件由主轨、反轨及底坎等组成，全部为焊接组合结构，除1号鱼道节制闸以外，其余鱼道进口闸门因为鱼道二期尺寸较小，为便于安装，主、反轨设计为整体结构，采用整体二期安装。

3.2 鱼道过坝段金属结构设备的布置

鱼道在19号坝段处穿越大坝，该段与19号坝段结合布置，在19号坝段内设置鱼道。过坝段全长27 m。鱼道过坝段设一扇2.4 m×3.5 m-8 m潜孔平面定轮事故闸门，以控制整个鱼道的过流，防止事故发生，同时用以检修下游鱼道。闸门底坎高程为3 302.00 m，按正常蓄水位3 310.00 m设计，封水宽度2.5 m，闸门面板和止水设在上游侧，侧止水为P45A型橡塑水封，闸门动水启闭，采用160 kN固定式电动葫芦操作，扬程为14 m。由于藏木雨季较长雨量较大，电动葫芦自带防水设施。

3.3 鱼道出口段金属结构设备的布置

鱼道出口段布置在右岸坝前，按照坝前水位的不同，共布置了4个出口，底坡倾角i=0，边墙顶高程为3 312.00 m，闸门的检修也布置在3 312 m高程的平台上。为使鱼类顺利通过，鱼道4个出口与鱼道轴线夹角为30°，指向上游。鱼道4个出口各布置了一道工作闸门，根据坝前水位控制其中一扇闸门开启。四扇闸门孔口尺寸均为1.5 m×3.0 m(宽×高)，底坎高程分别为3 304.00 m、3 305.00 m、3 306.00 m和3 307.50 m，为简化设计，均按4孔中最大设计水头6 m设计，门型为露顶平面定轮工作闸门，面板和止水设在上游侧，侧止水为P45A型橡塑水封，闸门动水启闭，由于闸门的自重不足以克服全部摩阻力，采用门上加配重块下门。闸门采用100 kN固定式电动葫芦操作，扬程为9 m。

4 鱼道闸门的运行工况

4.1 鱼道进口运行工况

鱼道设置了三个进口，每次开启一个进口运行，针对不同的尾水位，开启不同的进口运行。各进口在不同水位的运行状态见表1。

(1)1号进口在较低水位时运行, 3号进口在较

高水位时运行；

(2)4号进口只在3号进口运行过鱼效果不佳,且水位在3 247.30 m之上时启用,启用时关闭3号进口。

(3)当尾水位高于3 248.50 m时，各进口闸门须处于开启状态；禁止在尾水位高于3 248.50 m时关闭进口闸门。

表1 各进口运行水位范围

4.2 鱼道出口运行工况

藏木鱼道设置了4个出口，每次开启一个出口运行，针对不同的库水位，开启不同的出口运行。各鱼道出口运行水位范围见图3。

图3 各鱼道出口运行水位范围

5 鱼道金属结构的布置优化

鱼道进口闸门及启闭机设备安装完成后，上级主管部门在审查鱼道专项设计报告时，认为1号鱼道进口闸门采用手拉葫芦启闭且启闭机安装高程在设计洪水位3 261.00 m以下，建议“应结合水工布置调整1号鱼道进口启闭机型式及布置高程，确保启闭机安全运行”。为此，将提高1号进口启闭机排架顶高程至不被最高尾水位淹没的位置，并将手拉葫芦改为电动葫芦。