藏木水电站鱼道设计

曾海钊,周小波,陈子海

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水电站鱼道设计

曾海钊,周小波,陈子海

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水电枢纽工程位于西藏高原。为了满足兴建藏木工程后洄游鱼类上溯的要求，保护雅鲁藏布江水生生态环境的完整性，减缓工程对鱼类种群遗传交流的影响，针对藏木工程对鱼类的影响、鱼类习性、藏木鱼道的布置、水力设计、进出口型式的选择、结构型式选择等进行论述，对藏木鱼道设计进行了较为详细的介绍。

鱼道；布置；结构形式；藏木水电站

0 前 言

藏木水电站是雅鲁藏布江干流开发的第一座电站，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。电站采用坝式开发，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方案。正常蓄水位3 310 m，汛期排沙水位3 305 m，死水位3 305 m，具有日调节能力，总装机容量510 MW，年发电量25.008亿kW·h。

对藏木水电站坝址附近渔获物99%以上的种类进行了生物学特征的分析，涉及到影响区域的常见种类和少见种类，分别为异齿裂腹鱼、巨须裂腹鱼、拉萨裂腹鱼、尖裸鲤、双须叶须鱼、拉萨裸裂尻鱼、黑斑原鮡、黄斑褶鮡共计8种。为了更好地保护好雅鲁藏布江水生生态环境的完整性，减缓大坝阻隔对鱼类种群遗传交流的影响，根据国家有关法律法规的规定，藏木水电站采取适当过鱼措施是非常必要的。通常过鱼设施包括鱼道、仿自然通道、鱼闸、升鱼机和集运渔船等[1]。藏木水电站工程运行水头较低，鱼道具有不需要人工操作、且可持续过鱼、运行费用低、过鱼效果好等因素，鱼道相对更适用于本工程。因此，本工程过鱼设施择优选择鱼道过鱼方式。

1 工程特点

藏木水电站位于西藏高原，有其自身独有的特点，每一项特点都注定了藏木鱼道设计的艰巨性和挑战性。首先，藏木水电站是雅鲁藏布江中游规划建设的第一座大型电站，生态环境较为薄弱，环保要求高；其次，藏木水电站坝高116 m，最大水头67.0 m，额定水头53.5 m，而国内外成功运行鱼道的水头一般在30 m以下，可供参照的高坝鱼道工程成功案例很少；第三，本工程鱼道出口水位变幅5 m，进口水位最大变幅4.52 m，变幅较大，鱼道的设计难度较大；第四，目前国内仍未颁布鱼道工程的设计规范，缺乏指导设计的规程、规范作为依据；最后，雅鲁藏布江工程河段鱼类生态习性、游泳能力等基础研究薄弱也是鱼道工程设计的制约因素之一。

2 鱼道布置

藏木水电站水库总库容0.93亿m3，电站装机容量510 MW，为二等工程，工程规模为大(2)型，其永久性主要水工建筑物按2级设计，永久性次要水工建筑物按3级设计。鱼道出口明渠段、过坝段与大坝结合，系挡水建筑物，按2级设计，其它部分按3级建筑物设计。

藏木水电站引水发电系统布置在右岸，泄洪系统布置在左岸。电站正常运行期，泄洪系统关闭，左岸无稳定水流下泄，鱼类不易在此聚集，进口诱鱼效果较差，不满足《水电工程过鱼设施设计规范》(送审稿)中关于“鱼道进口应布置在经常有水流下泄的地方，且紧靠鱼类能上溯的最上游处”的要求，同时泄洪系统也布置在左岸，泄洪时鱼道进口容易被损毁破坏。

若鱼道进口布置在右岸，可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毁破坏的威胁。因此，藏木水电站鱼道整体布置在河床右岸。

图1 鱼道总体布置

3 设计流速

鱼道进口通常采用较大的流速以吸引鱼类，但鱼道进口流速需要在鱼类的耐受范围之内，应大于临界流速，小于突进流速，为使鱼道进口能够适应更多种类及规格的鱼类进入，鱼道进口流速值适当放宽。综合考虑主要过鱼对象异齿裂腹鱼、巨须裂腹鱼和拉萨裂腹鱼的临界游速和突进游速，本鱼道进口流速应控制在0.8～1.2 m/s之间。而鱼道过缝流速既要考虑过鱼孔流速安全值和最大值，又要综合考虑鱼类通过能力和工程建设的平衡，因此本鱼道设计过缝流速值取为1.10 m/s。3种主要过鱼对象的临界游速和突进游速见表1。

表1 3种主要过鱼对象临界游速和突进游速比较

4 进 口

藏木水电站鱼道布置了1号常用进口，位于尾水渠左侧的导墙末端，进口底板高程为3 241.00 m，顶高程3 250.00 m。1号进口在指向下游及两侧三个方向上各布置了一道进鱼缝，缝宽0.7 m。当不同机组台数发电运行时，下游水深不同，当1～2台机组发电时，下游尾水位为3 243.55～3 244.93 m；当3～6台机组发电时，下游尾水位为3 246.13～3 248.05 m。

由于电站发电尾水可能将鱼类吸引到尾水出口处，故本鱼道在尾水渠左、右两侧的导墙始端布置了3号、4号两个备用进口，其底板高程分别为3 243.30 m、3 245.60 m。在1号常用进鱼口过鱼效果不理想时后期可改建为常用进鱼口。图2给出了三个鱼道进口的平面图。

5 明渠段

鱼道明渠段由池室、休息池和观测室组成。

5.1 池室

4.3.4 金安区属于大别山区余脉，地势由南向北倾斜，岗地冲地相间存在，大部分地区耕地平坦，东方、北方耕地级别较西方、南方好。

5.1.1 结构形式

池室结构根据国内外已建工程，包括溢流堰式、底(潜)孔式、竖缝式。每种形式都有其自身特点，溢流堰式适用于非常小的鱼和爬行种类，底(潜)孔式水流的紊动度小，对上游水位变动的适应性好。

本工程过鱼对象主要为裂腹鱼类和鮡科鱼类，其中裂腹鱼类栖息于深水沱或河槽中，鮡科鱼类常吸附于底层石块上。竖缝式鱼道由于竖缝流速上下基本一致，适合各种水层生活的鱼类，过鱼种类较广，可以最大限度地起到沟通上下游鱼类交流的目的。同时，竖缝式鱼道能够适应本工程下游水位变幅较大的情况。

5.1.2 竖缝宽度

竖缝宽度与鱼类个体大小、池室大小、消能效果、流速控制、水位落差等因素有关。为使垂直竖缝可以满足多数鱼类的通过需求，一般要求竖缝式鱼道的竖缝宽度不小于过鱼对象体长的1/2[2]。通过对当地渔民的调查走访，确定本工程过鱼对象最大体长约0.6 m，因此，鱼道竖缝宽度取0.3 m。藏木水电站过鱼对象体长见表2。

图2 鱼道进口平面示意

过鱼对象常规体长/mm最小性成熟体长/mm最大体长/mm主要过鱼尺寸/mm主要过鱼对象异齿裂腹鱼200～450233500233～500巨须裂腹鱼170～290212450212～450拉萨裂腹鱼190～350252600252～600兼顾过鱼对象尖裸鲤200～350210600210～600双须叶须鱼200～400347400347～400拉萨裸裂尻鱼150～300224350224～350黑斑原鮡140～220142300142～300黄斑褶鮡120～180约150220150～220

注：最大个体体长主要参照渔民调查问卷结果，常规体长为主要渔获物体长分布范围。

5.1.3 池室几何尺寸

(1) 池室长宽。N.Rajaratnam[3]针对18种形式的竖缝式鱼道进行了研究，得出了池室长度、宽度和竖缝宽度的比例关系(见图3)。

L=10b0

(1)

b=8b0

(2)

式中L——池室长度，m；

b——池室宽度，m；

bo——竖缝宽度，m；

图3 池室长度、宽度、竖缝比例关系

本工程竖缝宽度选取0.3 m，则池室长度取为3.0 m，池室宽度取为2.4 m。

(2)池室深度。鱼道水深主要视过鱼对象习性而定，底层鱼和体型较大的成鱼相应要求水深较深，国内外鱼道深度一般为1.0～3.0 m[4]。雅鲁藏布江分布的大多鱼类喜浅水砾石环境，藏木水电站鱼道结合上下游水文资料，确定正常运行水深设计为1.0～2.7 m，池室深度采用3.5 m，以防止鱼道运行时水流波动外溢。

(3)池间落差及纵坡。池间落差决定了过鱼竖缝处的流速以及池室内部流态，按以下公式确定：

(3)

(4)

式中Δh——池间落差,m；

U0——过鱼竖缝处的流速,m/s；

i——鱼道纵坡。

通过鱼道水工模型试验，实测过鱼竖缝流速U0=1.01～1.08 m/s。当鱼道纵坡i取0.02，L取3.0 m时，过鱼竖缝处的流速U0为1.058 m/s，满足鱼道的设计流速要求。

5.2 休息池

考虑鱼类上溯途中要设置一定的休息场所，本工程每升高9.00 m布置一个休息池，在鱼道转弯位置处也设置休息池，休息池底坡i=0。休息池可供鱼类上溯过程中暂时休息，恢复体力，有利于鱼类的继续上溯。

5.3 观测室

本工程共设置两个鱼道观测研究室，分别位于鱼道进口段和出口段。鱼道进口观测研究室承担统计进鱼数量、观察研究和参观游览的功能，出口鱼道观测研究室承担统计成功过鱼数量和观察研究的功能。

6 出口

鱼道出口水位变幅5 m，共布置了4个出口，底板高程分别为3 304.00 m、3 305.00 m、3 306.00 m和3 307.50 m。为使鱼类顺利通过，鱼道4个出口与鱼道轴线夹角为30°，朝向上游。鱼道4个出口各布置了一道出鱼孔，孔宽1.5 m，高3 m，出鱼孔内均设一道工作检修闸门。1号出口工作水位范围为3 306.70～3 305.00 m；2号出口工作水位范围为3 307.70～3 306.50 m；3号出口工作水位范围为3 308.70～3 307.50 m；4号出口工作水位范围为3 310.00～3 308.50 m。图4给出了四个鱼道出口的平面图。

图4 鱼道出口平面示意

7 运行、维护及监测

由于上下游水位的变化，需要对鱼道的进水量和运行水位进行控制，以使通道内的流速和流态保持稳定并满足鱼类上溯的要求。在不同水位情况下，通过上游出口闸门的启闭，控制出口的进水量和进水水位，避免出现局部较大的水位跌落或水位雍高，造成鱼类上溯障碍。2～6月，为过鱼季节，全时段运行；7～10月，当藏木水电站机组发电且不泄洪的工况下，鱼道保持运行；当藏木水电站在泄洪工况下，鱼道停止运行。

鱼道投入运行后，必须加强保养和维修。每年11月至翌年1月，鱼道停止运行，进行鱼道清污、维护、保养及检修，在过鱼季节来临前进行全面整修，保证过鱼设施功能的正常发挥。

在运行后根据观测评估及调查研究的结果，结合鱼道运行情况、过鱼对象的洄游和上溯要求、水力条件现场实测结果可为其他类似工程鱼道设计提供参考和借鉴；同时根据运行情况对过鱼设施的运行、管理和维护规程进行完善。

8 结 语

为保护雅鲁藏布江流域水生生态环境、恢复工程河段鱼类物种交流通道、缓解工程运行对雅鲁藏布江工程河段水生生态的不利影响，在藏木水电站修建鱼道，将进一步提高我国在高坝鱼道的设计、施工和管理水平。

[1] 曹庆磊,杨文俊, 周良景. 国内外过鱼设施研究综述[J].长江科学院院报, 2010(05).

[2] LO Y C，Chen S D，Chen C Y，et al． Combining enzymatic hydrolysis and dark - photo fermentation processes for hydrogen production from starch feed - stock: A feasibility study[J]． Internation Journal of Hydrogen Energy，2008，33 ( 19 ) :5224 - 5233.

[3] N.Rajaratnam. T New designs vertical slot fishways[J]: CAN. J. CIV. ENO. VOL. 19, 1992.

[4] 金弈,康建民,喻卫奇,谭奇林. 旬阳水电站的鱼道设计[J].水力发电,2011(12).

2016-08-23

曾海钊(1986-)，男，四川蓬溪人，硕士，工程师，从事水工设计工作。

S956.3

B

1003-9805(2017)01-0068-04