新疆某水利枢纽的过鱼建筑物研究

李 梅，禹作利

(1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222；2.天津市水利工程公司，天津 300222)

1 工程概况

2 水生生态环境保护概述

该水利枢纽的建成对鱼类的阻隔影响主要体现在阻断洄游鱼类的洄游线路，使其无法完成生活史；对于在局部水域内能完成生活史的种类，则可能影响其在不同水域群体之间的遗传交流，导致种群整体遗传多样性下降。由于本工程大坝为超高坝，上游水库水位变幅较大，推荐升鱼机方式作为过鱼措施，可以在很大程度上保证该坝址上下游之间鱼类的基因交流，从而减缓工程拦河阻隔对鱼类不利影响。

2.1 过鱼种类

过鱼种类见表1。

表1 过鱼对象表

2.2 过鱼季节

哲罗鱼、细鳞鱼和北极茴鱼均属于鲑形目，上溯繁殖季节开始于5月，相对集中在5-6月，因此，确定过鱼设施的主要过鱼季节为每年的5-6月。

3 过鱼建筑物总体布置原则

过鱼建筑物主要由集鱼设施和运鱼设施组成。工作时通过水流将鱼诱入集鱼通道内，后通过赶鱼栅将鱼驱赶至升鱼斗内，通过提升升鱼斗并将升鱼斗转移至运鱼设施上，后启动运鱼设施，提升鱼类到上游水库相应水位处，最后将鱼放流至水库内。

3.1 集鱼设施设计原则

集鱼设施设计成功与否决定了鱼类能否快速发现鱼道进口并进入集鱼通道。因此，集鱼设施是整个过鱼建筑物设计的关键环节。

集鱼设施进鱼口选择的主要原则如下：

1)宜布置于泄水闸、电站尾水等经常有水流下泄处，或鱼类洄游路线及经常集群地附近，并尽可能靠近鱼类能上溯到达的水域；

同时我们又单独测试了石英基底的荧光光谱，结果表明石英基底并不具有上转换荧光现象，由此可以证明上转换荧光是由基底表面的Ce3+掺杂YAG荧光薄膜材料所产生的。

2)进口布置应避开强回流区、漩涡区、泥沙淤积区和受污染水域；

3)进口水流应为连续流，使鱼类易于分辨和发现，有利于鱼类集结；

4)进口宜设计成向鱼道收缩的喇叭形，并具有相对稳定的流态和流速；

5)进口可设置拦鱼或诱导设施，以提高过鱼效果[1]。

3.2 运鱼设施设计原则

升鱼机是直接将升鱼斗运输过坝，升鱼斗不利于鱼类长期存活，因此，应尽量缩短鱼类过坝时间，并在运输过程中尽量保持平稳，减少容器内水体的晃动，以避免对鱼类的损伤。

4 布置方案初拟

根据该水利枢纽布置、生态电站运行调度、电站尾水下游河道流场、鱼类习性等条件综合考虑，将集鱼设施布置在大坝下游右岸生态电站尾水区，运鱼设施重点考虑坝顶固定门架启闭机和库内运鱼船结合方式，初拟3种方案：

4.1 方案一(一级垂直提升方案)

方案一是结合水垫塘右岸低线上坝公路及下游坝面设置的升鱼梯井，通过坝顶的固定门架启闭机将升鱼斗运至上游并将升鱼斗中的鱼卸放至运鱼船上，最后由运鱼船将鱼运至库尾放流。

在生态电站尾水出口下游右岸布置集鱼设施，距坝轴线约400m处，通过设置在集鱼设施消力池边墙上的螺旋桨泵控制集鱼设施内的水深及流速大小，形成诱鱼水流，将鱼诱入赶鱼栅池内，通过赶鱼栅将鱼驱赶至升鱼斗内，由固定门架启闭机(固定门架悬臂总长23m)将升鱼斗提升并将其转移至右岸低线上坝公路的电动轨道小车上，由电动轨道小车将升鱼斗运至位于大坝下游坝面的升鱼梯井(升鱼梯井底高程800m，高度为190m，混凝土结构，与大坝整体浇筑)内，中间途经水垫塘，后用坝顶固定门架启闭机(固定门架上游悬臂长30m，下游悬臂长7m)将升鱼斗起吊并水平移动至上游水库内，将升鱼斗内的鱼卸放至运鱼船上，运鱼船将鱼运至库尾放流。

4.2 方案二(两级垂直提升方案)

方案二是结合水垫塘右岸低线上坝公路及紧邻大坝下游坝面设置的两级防风塔架，分别通过设在下游坝面的单向台车及坝顶的固定门架启闭机将升鱼斗通过两次提升后运至上游并将升鱼斗中的鱼卸放至运鱼船上，最后由运鱼船将鱼运至库尾放流。

在生态电站尾水出口下游右岸布置集鱼设施，距坝轴线约400m处，通过设置在集鱼设施消力池边墙上的螺旋桨泵控制流入集鱼设施内的水深及流速大小，形成诱鱼水流，将鱼诱入赶鱼栅池内，通过赶鱼栅将鱼驱赶至升鱼斗内，由固定门架启闭机(固定门架悬臂总长23m)将升鱼斗提升并将其转移至右岸低线上坝公路的电动轨道小车1上，由电动轨道小车1将升鱼斗运至位于紧邻大坝下游坝面的防风塔架1(防风塔架1底高程800m，高度为95m，钢结构)内，中间途经水垫塘，由设在大坝下游坝面悬臂牛腿上的移动台车将升鱼斗提升至高程895m坝后桥上的电动轨道小车2上，电动轨道小车2将升鱼斗运至大坝下游坝面悬臂牛腿上的防风塔架2(防风塔架2底高程895m高度95m，钢结构)内，最后用坝顶固定门架启闭机(固定门架上游悬臂长10m，下游悬臂长26m)将升鱼斗起吊并水平移动至上游水库内，将升鱼斗内的鱼卸放至运鱼船上，运鱼船将鱼运至库尾放流。

4.3 方案三(地面轨道缆车+垂直提升方案)

方案三是通过设在下游坡面的地面轨道缆车及紧邻大坝下游坝面布置的防风塔架，由坝顶的固定门架启闭机将升鱼斗提升后运至上游并将升鱼斗中的鱼卸放至运鱼船上，最后由运鱼船将鱼运至库尾放流。

在生态电站尾水出口下游右岸布置集鱼设施，距坝轴线约400m处，通过设置在集鱼设施消力池边墙上的螺旋桨泵控制集鱼设施内的水深及流速大小，形成诱鱼水流，将鱼诱入赶鱼栅池内，通过赶鱼栅将鱼驱赶至升鱼斗内，由固定门架启闭机(固定门架悬臂总长40m)将升鱼斗提升并将其转移至大坝下游地面轨道缆车上，由地面轨道缆车将升鱼斗运至大坝下游坝面悬臂牛腿上的防风塔架(防风塔架底高程915m，高度75m，钢结构)内，后用坝顶固定门架启闭机(固定门架上游悬臂长11m，下游悬臂长19m)将升鱼斗起吊并水平移动至上游水库内，将升鱼斗内的鱼卸放至运鱼船上，运鱼船将鱼运至库尾放流。

5 布置方案比选

5.1 方案一(一级垂直提升方案过鱼)

本方案升鱼梯井位于坝脚位置，在高程800m至高程838m范围内的升鱼梯井位于坝内，使得此高程范围的坝体断面局部减小，从而削弱了坝体应力，对大坝下游坝面应力产生不利影响。梯井与大坝整体浇筑，故而会对施工进度造成一定程度的影响。坝顶固定门架启闭机上游侧悬臂长度达30m，使得该门架启闭机造价很高。该过鱼方案转运环节少，运行起来比较简便，自动化运行程度较高，抗风性好，具有很高的安全性、稳定性。初步计算投资为2035万元，该方案投资较高。

5.2 方案二(两级垂直提升方案过鱼)

本方案防风塔架均位于大坝下游侧，独立于大坝布置，因此对大坝整体稳定及应力均不构成影响，亦对大坝施工进度不造成影响。防风塔架1上面需要放置移动台车，提高了防风塔架1的成本。防风塔架距离坝顶较远，坝顶固定门架启闭机下游侧悬臂长度为26m，因此该门架启闭机造价高。该过鱼方案转运环节较多，运行不方便，自动化运行程度不高，抗风性好，具有较高的安全性、稳定性。初步计算投资为3141万元，该方案投资最高。

5.3 方案三(地面轨道缆车+垂直提升方案过鱼)

本方案地面轨道式牵引缆车及固定门架启闭机均位于大坝下游坡面上，防风塔架位于大坝下游侧，独立于大坝布置，因此此方案对大坝整体稳定及应力均不构成影响，亦对大坝施工进度不造成影响。防风塔架对应的坝体断面较一级垂直提升方案小，坝顶固定门架启闭机悬臂长度小，上游侧悬臂长度为11m，下游侧悬臂长度为19m，该门架启闭机造价远低于其他两个方案造价。缺点是从升鱼斗池提升升鱼斗的固定门架启闭机左右两侧的悬臂长度均较长，总长度为40m，该固定门架启闭机造价高。该过鱼方案转运环节较少，运行起来较方便，自动化运行程度高，轨道式缆车把小车支撑在地面轨道上，抗风性好，具有很高的安全性、稳定性。初步计算投资为1765万元，该方案投资较低。

由以上分析可知，方案一采用一级垂直提升过鱼方案，升鱼梯位于坝内，对坝体应力产生不利影响，且在一定程度上影响大坝施工，但工程造价较高；方案二在方案一的基础上，将升鱼梯井移至坝外，同时为减小坝顶固定门机坝后悬臂长度，采用两级垂直提升过鱼，运行较为不便，且工程造价最高；方案三综合方案一坝体一级垂直提升和方案二防风塔架的特点，既避免了坝体应力、施工的影响，又使坝顶固定门机悬臂长度不致过长，且运行方便，其造价较方案一节省约300万元，较方案二节省约1100万元。综合分析，该水利枢纽过鱼建筑物推荐采用方案三，即地面轨道缆车+垂直提升方案[2]。

6 结 语

该水利枢纽的建成阻断了洄游鱼类的洄游线路，由于本工程大坝较高，上游水库水位变幅较大，根据该水利枢纽布置、生态电站运行调度、电站尾水下游河道流场、鱼类习性等条件综合考虑，对一级垂直提升方案、两级垂直提升方案和地面轨道缆车+垂直提升方案等鱼类过坝措施，从技术特点及技术可靠性、对主体工程影响、运行管理、自动化程度和工程投资等进行综合比选。推荐地面轨道缆车+垂直提升方案。