高坝集运鱼系统设计与研究

谢 涛，李 巍，陶光慧，鲁思远，何 伟

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550002）

水利水电工程的发展带来了供水、灌溉、发电和促进地方经济发展等巨大经济效益,但同时也对水坝堵塞河道连通性、阻隔鱼类洄游通道、鱼类无法顺利完成生活史、鱼类生存环境破碎、鱼类种群规模缩小和种群间基因交流受限等水生态系统造成了一定的影响。因此,为改善河流连通性建设鱼类设施,对鱼类资源的保护意义重大。

目前,水利水电工程过鱼设施有鱼道形式、过坝式升鱼机形式、集鱼船形式、鱼闸形式和集运鱼系统等,其优缺点及适用范围见表1。目前,国内大中型水利水电工程大多集中在高山峡谷地带,筑坝高度高,集鱼系统针对高水头高坝工程,具有布置形式灵活,不干扰枢纽布置,操作管理方便的优点[1-2],因此对于高坝过鱼更为合适。目前国内外对集运鱼系统研究较少,国内已经建成运行的有重庆乌江彭水水电站[3]、马岭水利枢纽工程[4],其中马岭集鱼系统采用单一廊道补水并集鱼。国外美国贝克水库采用集鱼系统,将大马哈鱼集中起来运输[5],效果更佳。

表1 过鱼设施的类别和特点

综上,经过对不同过鱼设施类别和特点进行对比,针对水利水电工程高水头高坝,集运鱼系统较其他过鱼设施更优,但同样存在集鱼效果不佳,噪声振动的影响。本文结合某水利枢纽工程,提出一种新型集运鱼系统的设计。

1 工程概述

1.1 工程概况

位于贵州省西北部的某水利枢纽工程,坝型为坝高154 m的混凝土面板堆石坝,属高水头坝。该水库为大（1）型工程,正常蓄水位1323 m,总库容13.23 亿m3,死水位1305 m。电站共有3 台机组,总装机容量90 MW,设计引用流量99.3 m3/s。在工程区范围内的水域进行调查,没有典型的洄游鱼类,因此通过对各种鱼类设施的研究比选,采用集运鱼类系统方案,促进坝址上下游鱼类种群的基因交流,是建造过鱼设施的主要目的。

1.2 过鱼种类、季节分析

鱼类过坝的主要目的是为了促进基因交流,所以本着满足鱼类基因交流需求的原则,优化确定过坝目标。综合考虑工程河段鱼类的过鱼需求、过鱼有效性和过鱼价值,并结合鱼类资源量现状,选择长薄鳅、鲈鲤、墨头鱼、云南光唇鱼、四川裂腹鱼、四川爬岩鳅、白甲鱼、昆明裂腹鱼为主要过鱼对象,瓦氏黄颡鱼、宽鳍鱲、鲇、黄颡鱼等为兼顾过鱼对象。过鱼季节参考主要过鱼对象的繁殖期确定为3 月～7 月和9 月～10 月。

1.3 过鱼设施参数研究

工程集鱼系统以水流流速为主要诱鱼方式,利用鱼类对流速特别敏感的习性。集鱼廊道进鱼口根据主要过鱼对象的鱼类溯游能力测试结果,建议诱鱼流速范围为0.55 m/s～0.85 m/s,同时在进鱼口（0.35 m/s＜流速＜0.55 m/s）处尽量有合理的流速梯度,近底近侧壁有10 cm 厚的低流速区供中底层小鱼通过；补水走廊的流速需要保证在0.55 m/s～0.85 m/s 的范围内；过鱼通道建议流速范围为0.35 m/s～0.74 m/s；放流位置建议选择在水流平稳的水域,流速在0.35 m/s～0.74 m/s 之间。

2 集运鱼系统设计

2.1 集鱼流程

集运鱼系统过鱼流程大致上分为：诱鱼、集鱼、提升、转运、分选、运输和放流步骤。主要由诱鱼系统、观测与辅助设施系统、集鱼系统、提升转运系统、分选系统、运输系统和放流系统组成,见图1。

图1 集运鱼系统主要组成

2.2 集鱼系统设计

集鱼系统布置在坝后电站尾水渠右侧的岸边,集鱼廊道、补水廊道、控制闸门、赶鱼栅、辅助诱鱼系统、诱鱼系统分别设置在上游至下游,如图2 所示,具体布置情况详见分析。

图2 集鱼系统平面布置图

（1）集鱼廊道

集鱼廊道布置在右侧靠山体侧,过水廊道长26.0 m,宽2.1 m,深4.0 m,底板高程为1207.5 m,集鱼廊道水深约1.67 m～2.58 m。过水廊道从上至下游分别布置集鱼箱池、补水口、赶鱼栅、鱼类监测设施、下游人字门等。为满足集鱼箱下沉放置要求,在集鱼廊道前端布置一个集鱼箱池,集鱼箱池尺寸为2.1 m×2.1 m×2.2 m。集鱼廊道流速通过布置在廊道下游的人字工作门控制,人字门孔口尺寸为2.1 m×4.0 m。

（2）补水廊道

为给进入集鱼廊道的鱼类提供低流速区域作为休息场所,集鱼廊道补水采用侧向进水方式。补水廊道与集鱼廊道平行布置在集鱼廊道左侧,顺水流方向长14.5 m,过流断面净宽2.5 m,底板高程1207.5 m。为提高补水廊道的过流能力,在进口设置喇叭口。

在补水廊与集鱼廊之间设置横向连通孔,在集鱼箱下游布置连通孔,孔尺寸为2.5 m×3.0 m,在连通孔靠集鱼廊左侧边墙表面一侧布置钢结构拦鱼栅,防止鱼儿从连通孔逃生。

（3）控制闸门

在补水廊道横向连通孔上、下游侧各布置一道工作闸门,以减少非过鱼季节补水廊道对尾渠阻水的影响,降低尾渠水位。过鱼季节时,开启横向连通洞上游侧闸门,关闭下游侧闸门,让水流通过横向连通洞流向集鱼廊道,并通过集鱼廊道下游侧人字门将集鱼廊道流速和进鱼口流速控制到鱼类喜好流速进行集鱼。检修时关闭补水廊道上下游工作闸门以及集鱼廊道下游侧人字门,抽干廊道存水进行检修。非过鱼季节时开启补水廊道横向连通洞上下游侧闸门,以及集鱼廊道下游侧人字门,让进入补水廊道的水流以最大可能流量通过集鱼系统,从而降低集鱼系统对尾水渠的阻水影响,降低尾水渠水位,提高发电效益。

（4）赶鱼栅

集鱼廊道设置1 组双开口式结构的赶鱼栅,开孔尺寸为2.1 m×4.0 m（宽×高）。上至集鱼箱下游侧,下至鱼类监测器上游侧,实现赶鱼,往返进行。如需检修赶鱼栅或给驱动电池充电,通过提升竖井垂直提升至校核洪水位高程以上的高程平台进行。

（5）辅助诱鱼系统

为提高集鱼系统的诱鱼效果,增设水流诱鱼装置,在集鱼廊道下游出口（进鱼口）布置一根辅助补水管,让水流产生一定的水流声,帮助鱼类更容易地找到集鱼通道,提高集鱼效果。同时在集鱼廊道上游端头的集鱼箱附近布置一个辅助补水管,让进入集鱼廊道的鱼类集聚在集鱼箱附近。

同时为防止鱼类进入尾水渠,在集鱼廊道进鱼口左侧布置一道拦鱼电栅,采用浮船式横河布置,在非过鱼期和泄洪时将拦鱼电栅收回保存,避免被冲毁。

（6）监控系统

在集鱼廊道进鱼口人字门后面右侧墙及集鱼廊道上游端闸阀室各布置一个鱼类观察室供近距离观察鱼类习性。观察室内布置红外摄像头监控进入集鱼廊道的鱼类。

2.3 提升转运系统设计

提升转运系统布置在集鱼系统顶部及其与右岸岸坡之间,由提升竖井、顶部排架、交通桥、集鱼箱、启闭设备等组成。

提升竖井分成4 个区域,其中下游侧两个提升竖井共用一台移动式启闭机提升赶鱼栅和下游工作闸门,上游侧两个提升竖井共用一台移动式启闭机提升集鱼箱和上游工作闸门。其中集鱼箱尺寸为2.0 m×2.0 m×1.0 m（长×宽×高）,采用无动力自动控制集鱼箱,通过水压及活塞顶杆实现集鱼和投鱼功能。

2.4 鱼类分选系统设计

采用移动式启闭机将集鱼箱内的鱼类移到分选车间,通过配套集鱼箱活塞顶杆装置投放鱼类进入等待分选室暂养（含补氧、灯光等设施）,达到一定数量的鱼类后,启升启动起鱼筛将鱼类赶入分选台进行分选,分选台侧面设置4 套鱼类暂养池（含补氧、灯光等设施）,其中1 套暂养鲈鲤等凶猛性鱼类,1 套暂养增殖站亲鱼,1 套暂养其他鱼类,1 套作为备用,见图3。待鱼类达到一定数量后通过运鱼专车运送至指定放流点或鱼类增殖站。

图3 鱼类分选室平面布置图

2.5 运输选系统设计

运输系统采用运鱼车加公路运输形式。当进入鱼类暂养池中的鱼类数量达到一定数量后,将鱼类暂养池底部导向管与运鱼车相连接,开启阀门,将鱼类放入运鱼车,运鱼车通过公路把鱼类运到放流点或鱼类增殖站进行放流。运输车配有鱼箱系统、增氧系统、动力系统、制冷机组和水循环泵等,以洁净的水质和含氧量高的水环境,为鱼儿营造适宜的生存环境。

2.6 放流系统设计

放流地点的选择河段应有一定流速,通常应大于鱼类的感应流速,以便目标鱼类放流后能继续上溯。同时,放流地点的选择还应综合考虑库区干支流栖息地的分布情况。综合考虑以上几点,选择两个放流点,分别为：干流放流点（放流点A）,距离坝址集鱼系统109.5 km；支流引底河放流点（放流点B）：距离坝址集鱼系统43.3 km,两处河道流速和水深均满足放流要求。

为使运鱼车中的鱼类能够顺畅放流进入河水中,在运鱼车上设有排鱼孔和放流滑道,打开排鱼孔,运鱼车中的水和鱼一起从排鱼孔和放流滑道排出,进入放流水域。同时,在放鱼地点修建放鱼亲水斜码头,适应不同河水位情况下放鱼需要。

3 结论

（1）根据过鱼设施的类别和特点,针对水利、水电工程高水头高坝,集运鱼系统较其他过鱼设施更优。

（2）结合某水利枢纽工程,提出一种新型集运鱼系统的设计,详细介绍了集鱼系统、提升转运系统、分选系统、运输系统和放流系统的设计方案。