广西落久水利枢纽鱼道设计

丁志坚

(广西壮族自治区柳州水利电力勘测设计研究院，广西 柳州 545005)

1 概况

落久水利枢纽工程位于广西壮族自治区柳州市融水苗族自治县境内的贝江下游，主坝距下游融水镇长赖村约600m。落久水库总库容3.46亿m3，为大(2)型水利工程，工程任务为以防洪为主，兼顾灌溉、供水、发电和航运等综合利用。工程包括主坝、泄水和发电引水建筑物、坝后电站厂房、副坝及灌溉和供水取水口等主体工程以及鱼道、鱼类增殖站、生态放流管等环境保护设施。主坝最大坝高59.8m，电站总装机容量42MW，副坝最大坝高24.8m，设置灌溉、供水设施。水库正常蓄水位153.5m，死水位142m，防洪高水位161m，汛期运行限制水位142m。

位于落久水利枢纽下游约13km的江门水电站是贝江流域的最后一个梯级，以发电为主，属低水头径流式水电站，正常蓄水位111.5m，死水位111m。落久主坝处于江门电站的库尾，其坝下游水深常年可保持在2.5m以上。

贝江是柳江干流融江河段的支流之一，发源于黔桂交界的九万大山，全流域集雨面积1790km2。贝江干流生态环境良好，自然条件恶劣，资源丰富。贝江流域内的共生活着61种鱼类，以鲤形目鱼类为主体，没有发现国家级和广西区级保护鱼类。贝江的主要经济鱼类有鲢、鳙、鲤、鲫、草鱼、侧条光唇鱼、带半刺光唇鱼、光倒刺鲃、间、花、瓣结鱼、斑鳠等，多数为半洄游性鱼类。本工程水生态对鱼类的保护对象为贝江现有的波纹鳜等7种珠江水系特有鱼类，保护的方法主要是建设鱼类增殖站和鱼道。

鱼道是一种保护水生物种，特别是鱼类资源的工程措施，其设计的主要内容是根据当地的鱼类资源，确定保护对象即过鱼对象；根据保护对象的习性确定合适的鱼道型式、鱼道池室结构、鱼道内水流的设计水深及流速、鱼道的进、出口位置等；根据工程区的地形和河流的自然条件，结合枢纽建筑物的总体布置，布置好鱼道建筑物，进行必要的水工模型试验等。

2 鱼道过鱼对象及主要过鱼时段

2.1 过鱼对象

由于落久主坝阻断了鱼类的洄游通道，原则上空间迁徙受工程影响的所有61种鱼类都应是本工程鱼道的过鱼对象，但是各种鱼类习性差别很大，单一的鱼道不可能适合所有的鱼类。根据目前国内外鱼道的建设经验，一般是选择主要过鱼种类作为过鱼对象来进行鱼道设计，其它不宜或无法通过鱼道的鱼类，则采取设鱼类增殖站放流等方式进行保护。根据落久水利枢纽工程环境影响报告，本工程主要过鱼对象为本地区优势鱼类：侧条光唇鱼、南方白甲鱼、瓣结鱼、间、斑鱯等，另外，鲤、草鱼、鲫、斑鳜及其他在坝上坝下均有分布的鱼类作为兼顾过鱼对象。主要过鱼对象的生态习性见表1。

表1 落久鱼道主要过鱼对象习性表

2.2 过鱼时段

落久水利枢纽是一个以防洪为主的水利工程，它的运行调度规则为每年3月11日—5月10日，要据来水情况，通过适当加大电站出力或闸孔泄洪，让水库水位由正常蓄水位153.5m回落至汛限水位142.00m。受水库下泄低温水的影响，坝下游江门库区4月前的平均水温将低于本地区优势鱼类繁殖水温，因此，按落久水利枢纽工程环境影响报告的预测，落久主坝下游本地区优势鱼类繁殖季节将推迟至5—9月。因此，本工程的主要过鱼时段确定为5—9月。

3 鱼道布置

鱼道的布置要与枢纽的总体布置一起考虑，主要与鱼道的类型、鱼道的进、出口位置和鱼道的长度有关。

3.1 鱼道类型及参数

3.1.1 鱼道类型

落久水利枢纽工程主坝的最大坝高59.8m，在主要过鱼时段，上下游水位差在30.5～31m之间。可选择的鱼道类型有：隔板式、槽式鱼道和仿自然通道式鱼道。由于工程所在河段两岸山体雄厚，地势较陡；鱼道过鱼的种类多，且习性差别较大。经比较，最终选择国内外采用较多，对各种鱼类适应性较强的隔板(垂直竖缝)式鱼道。

3.1.2 鱼道设计参数确定

鱼道设计参数根据SL 609—2013《水利水电工程鱼道设计导则》确定。

(1)鱼道设计水头

取本工程的主要过鱼时段5—9月库水位与下游河道最大水位差，即：鱼道设计水头H=142-111=31m。

(2)鱼道设计流速

根据表1中鱼道主要过鱼对象的习性，取鱼道池内平均流速0.8～1.2m/s，隔板竖缝流速1.0m/s。

(3)鱼道鱼池净宽、池室长度及鱼池水深

根据表1中鱼道主要过鱼对象的体长小于或等于0.6m，取鱼池净宽取2.0m；池室净长度2.5m；鱼池水深1.5m。

(4)鱼道结构尺寸的确定

按SL 609—2013规定的公式计算，可得：

池间水位差0.0705m；池室数439个；鱼道坡降i=1/37；鱼道每隔19个池室设一个休息室，休息室长度3.9m，鱼道转弯处亦设为休息室，室长不小于5.3m；鱼道总长度取1262.089m。

3.2 鱼道布置

经多方案比较，落久水利枢纽主坝区总体布置从左岸至右岸依次为：左岸非溢流坝段，预留升船机位置、中部为溢流坝段、发电引水段，含坝后式发电厂房和生态放水管、鱼道、右岸非溢流坝段。鱼道布置在坝后厂房右侧，由进口、槽身(池室和休息室等)和出口组成。

3.2.1 鱼道进口

在非泄洪情况下，主坝区处水库内的水基本由发电厂房和生态放水管引出到下游，而生态放水管的出口位于厂房尾水左边墙上。因此，在本工程主要过鱼时段内(5—9月)，厂房尾水处是坝下游主要的水流流动区，对有溯流习性的鱼类有很大的吸引力。从有关文献和过往工程上、下游设计的已建电站运行的实际情况看，厂房尾水都是下游鱼类的聚集区。因此，将鱼道进口布置在发电厂房尾水渠出口右侧的河床上，进口敞露朝向下游方向，设喇叭形导墙和一套光电诱鱼设备，引诱和方便鱼群游入鱼道。因下游河道正常水位111.50m，最低水位111.0m，本鱼道只设一个进口，进口底部高程109.5m。在鱼道进口上游槽身处，设置有一扇检修闸，便于鱼道的检修。

3.2.2 鱼道出口

鱼道出口设在大坝右岸非溢流坝上游，靠近水库右库岸，距电站进水管约70m，以避免电站发电用水影响到上溯成功的鱼类。在主要过鱼时段内(5—9月)，本工程因防洪需要，库水位一般保持在142m。因此，本鱼道只设一个出口。为控制出口的流量和减少闸门高度，出口底设宽顶堰，堰顶高程141.5m，堰上设置检修闸和工作闸各一扇，便于鱼道的运行和检修。

3.2.3 槽身

槽身的布置有两个方案。方案1接进口顺河向上游约20m，然后掉头转向下游沿右岸岸坡到长赖村附近，之后再掉头沿右岸山坡向上游，跨过进厂公路到达右岸非溢流坝接鱼道出口。方案2接进口顺河向上游约20m，然后掉头转顺河床向下游约270m，之后借鉴房屋建筑中的双跑梯形式，让槽身在约270m的范围内来回上升，达到一定高程后，在发电厂房附近转向右岸山坡，跨过进厂公路后在管理区附近转向上游，到达右岸非溢流坝下游接鱼道出口。

方案1参考了国内外部分已建鱼道的布置，优点是利用了右岸山坡，鱼道的转弯半径大。缺点是占地大，鱼道在下游的长赖村附近的岸坡上管理难度大。同时，由于河岸陡峭，开挖对环境的影响较大。

方案2的布置在国内还没有先例，但它刚好能避开方案1的缺点。它本身的缺点是转弯较多且转弯半径小。

目前国内对鱼类过鱼道的行为研究较少，对贝江鱼类类似的研究更是为零。在咨询一些专家，包括当地的渔民后，最终采用方案2作为本工程的鱼道布置方案。

4 鱼道建筑物

4.1 建筑物级别

落久水利枢纽工程规模为大(2)型，工程等别为Ⅱ等。其主要建筑物拦河主坝(含鱼道挡水部分)建筑物级别为2级，坝后式电站厂房、鱼道等建筑物级别为3级。

4.2 建筑物结构

鱼道建筑物上部为钢筋混凝土槽式结构，宽2.0m，高1.85m，槽底设0.2m厚贝江河砂。槽身内设置有竖缝隔板进行水力消能，隔板厚0.1m，竖缝布置在水流方向的右侧，缝宽约0.4m。鱼道建筑物下部大部为钢筋混凝土排架结构，排架高度2.0～27.5m。局部岸坡地形比槽身底部高的地方，槽身直接落在岸坡上。

4.3 观察室

本鱼道未设观察室，计划用工业电视系统对鱼道的过鱼情况进行观察。

5 水工模型试验成果及设计修改

5.1 水工模型试验成果

进行鱼道水工模型试验的目的是观测鱼道进出口的水流流态、流速分布特性，分析鱼道布置及体型设计的合理性，并提出改进建议。

本工程鱼道采用1∶20的模型进行了整体水工模型试验，主要成果为：

(1)鱼道进、出口的水流流态与设计方案基本相同，鱼道进口附近水流出流平稳，基本对称均匀，水面波动较小。

(2)下游进口水位变动对鱼道过流能力的影响较小。

(3)设计方案如图1所示，即隔板竖缝同侧竖缝式池室，鱼道沿程鱼池、休息室内的流速分布基本相同，鱼池及休息室中的垂线平均流速均小于1.2m/s，但是水深范围在1.30～1.50m范围之内，略小于设计鱼池水深1.5m。竖缝处流速范围为约1.18～1.85，均大于竖缝的设计流速1.00m/s。鱼道过流量为0.712m3/s。

图1 隔板竖缝同侧竖缝式池室

(4)推荐采用隔板异侧竖缝式池室结构方案，如图2所示，实测推荐方案鱼池及休息室中的垂线平均流速均小于1.2m/s，水深范围在1.51～1.59m范围之内，大于设计鱼池水深1.5m。竖缝处流速范围为0.55～0.93m/s，小于竖缝的设计流速1.00m/s。鱼道过流量为0.389m3/s。

(5)鱼道出口的宽顶堰对鱼道的过流基本无影响，可根据实际需要确定是否保留。

5.2 设计修改情况

(1)在施工图设计中，根据水工模型试验成果将鱼道隔板设计改成异侧竖缝式，如图2所示。

图2 隔板竖缝异侧竖缝式池室

(2)保留鱼道出口的宽顶堰。

6 结语

落久水利枢纽鱼道是贝江上建设的第一条鱼道，也是国内唯一采用“双跑梯”形式的鱼道。虽然经过水工模型试验验证和改进，各项指标都达到了要求，但对象鱼类是否会利用该鱼道上溯产卵仍是一个未知数。目前国内对鱼道的研究成果不多，也鲜见有比较成功的鱼道，因此，鱼道建成的运行观察和资料整编非常重要。建议在本工程管理区附近的岸坡上建一座鱼道观察室，配备必要的设备，对过道的鱼类活动情况进行观察并作详细的记录，

为今后的鱼道设计的改进打下坚实的基础。