某电站鱼道设计

张健梁 刘顺萍 于 淼

某电站是动能回收电站，水库总库容0.07亿m3，电站装机容量320 MW，由拦河坝、泄洪洞、排沙洞、发电引水洞、鱼道及生态放水管组成。拦河坝采用沥青混凝土心墙堆石坝，最大坝高60.5 m，坝顶长193 m，坝顶宽度10.0 m，上游坝坡1∶2.0，下游坝坡为1∶1.6。

工程河段分布的土著鱼类中高原鳅类为定居性鱼类，河中分布的裂腹鱼类其繁殖期间具有短距离溯河习性。电站大坝阻断坝址下游裸重唇鱼的上溯通道，有可能对其种群繁殖产生不利影响。为恢复鱼类洄游通道，减缓工程对水生态及鱼类的不利影响，拟通过修建鱼道改善坝址上下游鱼类种群遗传交流[1]。

1 过鱼对象选择及过鱼季节

鱼类组成为裂腹鱼类和高原鳅两种，属典型的高原鱼类区系。从种群数量组成看，高原鳅类较裂腹鱼类占优势，裂腹鱼类中裸重唇鱼所占比例也较高，条鳅类中斯氏高原鳅占明显优势，其次是小眼高原鳅。本地裸重唇鱼为自治区1级重点保护水生野生动动物，是一种高山水域分布的冷水性鱼类，常年生活在水温较低（7～15℃）的环境下，2—3月开始向河的上游游动，尤以4月比较集中，10月间即开始下游。本地裸重唇鱼的临界游泳速度约为1.08 m/s，突进游泳速度能达到0.48～1.70 m/s，持续游泳时间较长。裸重唇鱼产卵季节为4—7月、高原鳅产卵季节5—6月，斯氏高原鳅产卵季节在5—7月。

2 鱼道的选型和布置方案

鱼道按其结构型式主要分为仿生态式、隔板式、槽式及特殊结构型式等[2]。隔板型鱼道按隔板过鱼孔的形状及位置可分为溢流堰式、淹没孔口式、竖缝式和组合式4种。对各种型式的鱼道优缺点和适应性进行对比分析，见表1。

表1 各种类型鱼道的优缺点和适用性对比

本河段过鱼对象具有不同习性，且上游水位最大变幅14 m，竖缝式鱼道对应坝高范围较广且积累了较多经验，能够更大程度适应鱼道内水位变化，同时能够防止鱼道内泥沙淤积，本工程选用竖缝式鱼道[3]。

根据坝址处地形和枢纽布置情况，将鱼道布置在河道左岸，进口段布置在拦河坝下游左岸岸边，自河床高程盘折上升，沿山坡向上游延伸穿过坝体，然后继续向上游延伸至坝轴线上游处与鱼闸相接。鱼道平面布置图如图1所示。

图1 鱼道平面布置图

3 鱼道设计

3.1 进口设计

本电站为混合式开发电站，主要任务是回收动能，不承担水量调节任务。电站在系统中调峰运行，其主要过鱼季节为每年的4—7月。鱼道进口位置布置在泄洪洞出口上游，而其上游排沙洞泄水几率较小，水库运行10多年以后才可能排沙运行，鱼道进口位置来水主要为生态放水管泄放的生态基流。

鱼道进口采用引渠型式与河道顺畅衔接，引渠总长约50 m，净宽3 m，在渠道末端采用1∶4升坎将底高程抬升0.5 m。

在鱼道进口区域通过直径60 cm的管道从生态泄流管中引水诱鱼，引水管道顺鱼道进口方向布置，与消力池底部相接，在消力池表面铺设1 cm×1 cm补水格栅，防止上溯鱼类钻进补水管道，渠道出口流速的增大能够更好地吸引鱼类进入。鱼道进口补水平面图如图2所示。

图2 鱼道进口补水平面图

3.2 盘升段设计

鱼道池室布置在拦河坝下游坝脚和泄洪洞出口之间的左岸岸边，为减少边坡开挖，在不影响排沙洞泄水前提下，盘升段向河床适当偏移，鱼道盘升形成13阶，后沿山坡向上游延伸穿越大坝至鱼闸进口。鱼道净宽1.5 m，鱼道普通池室底坡1∶35，单个普通池室长1.8 m；休息池平底，直段休息池长5.4 m，偏转29°位置的休息池长介于5～7 m，180°转弯休息池长度4.5 m；鱼道直段每隔20～25个普通池室设1个休息池，所有偏折点和180°转弯处均设置休息池。鱼道盘升段平面图如图3所示。

图3 鱼道盘升段平面图

3.3 穿坝段设计

盘穿坝段采用埋涵沿左岸山坡等高线顺势爬升，埋涵为城门洞型式，洞内净尺寸为3 m（宽）×3.5 m（高），洞右侧为鱼道，左侧设置0.7 m人行通道，便于后期维护。涵洞段开挖浇筑完成后，其上部与坝体交接处采用素混凝回填至坝基开挖面，使得坝基面形成连续过渡面，以利于坝体的变形协调。鱼道穿坝段横剖图如图4所示。

图4 鱼道穿坝段横剖图

4 鱼闸方案优化设计及运行

为合理设置鱼闸功能分区，原方案鱼闸由集鱼池及闸室组成。集鱼池及鱼道所需流量通过直径50 cm的管道从上游库区引入，上溯鱼类在集鱼平台汇集至一定数量，启动赶鱼栅把鱼赶至鱼闸；集鱼池上游闸门关闭，通过管道向闸室内充水，待闸室内水位与库水位齐平，开启鱼闸上游侧闸门，启动闸室内赶鱼栅把鱼赶至库内，然后关闭闸门，启动水泵把闸室内的水抽排至库内，至闸室水位与集鱼池水位齐平，提升集鱼池上游侧闸门，开始下一轮过鱼。

优化方案鱼闸由集鱼池、集鱼槽及消力池等组成。集鱼池及鱼道所需流量通过直径50 cm的管道从上游库区引入，上游侧设置闸门挡水，上溯鱼类在集鱼平台汇集至一定数量后，启动赶鱼栅把鱼赶至集鱼槽内的集鱼箱中，然后启动坝顶门机提升集鱼箱转运至库区内，打开集鱼斗活动门，将鱼放入库区。鱼闸横剖图如图5所示。

图5 鱼闸横剖图

原方案闸室结构中需布置充排水设备，设置两道赶鱼栅，为适应水位变幅，闸室上游侧需设置挡水闸门，采用卷扬机启闭，结构过于复杂，鱼闸运行流程耗时长，缺乏连续性。优化方案取消了闸室结构，仅保留集鱼池，结构上部增设升鱼设备，并在上游侧设置了事故闸门。当库水位不大于1 185.0 m时，鱼闸可采用闸门进行控泄或敞泄，而无需动用其它流程实现连续过鱼以简化运行程序，降低运行成本。当水位高于1 185.0 m时，关闭上游闸门挡水，启用提升过鱼流程。

5 辅助设施设计

5.1 鱼道进口补水系统设计

在阀室内的生态流量管中设置一DN600 mm支管，并设置量调节阀控制流量；引水管道顺鱼道进口方向布置，与消力池底部相接；消力池深度1.5 m，在消力池表面铺设1 cm×1 cm补水格栅，防止上溯鱼类钻进补水管道，在消力池内部设置消能板，可起到进一步稳定出水水流的作用。

5.2 机电设备监控

在鱼闸设备附近设置过鱼设施运行控制室，由运行人员操作实现对鱼道及鱼闸设备的监视。鱼道及鱼闸计算机监控系统具备完善的监视和控制功能。

6结语

本工程鱼道较长，爬升高度大，应合理制定运行制度和操作规程，并根据监测结果及时优化和改进过鱼设施，最大限度地减小对鱼类的影响，提高鱼类过坝的成功率和繁殖成功率。