熊壽柱（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南　長沙　410007）

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湘江土谷塘航電樞紐魚道設(shè)計(jì)

熊壽柱（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南長沙410007）

水利工程阻斷了河流中洄游魚類的通道，對(duì)于魚類資源的影響日益突出，因此魚道是一種保護(hù)水生物資源的工程措施。對(duì)于不同的河流，魚的種類、數(shù)量也有所不同，其生活習(xí)性差別較大，所以對(duì)于不同的環(huán)境需要設(shè)計(jì)不同的魚道。受攔河引水樞紐建設(shè)影響的魚類需要進(jìn)行過魚保護(hù)，魚道對(duì)于有比較固定產(chǎn)卵場(chǎng)，同時(shí)又有較大和耐久的溯河能力洄游性魚類效果才好。本文就土谷塘航電樞紐魚道工程布置及主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)作簡要介紹。

湘江；魚道；集魚系統(tǒng)；觀察室

1　魚道設(shè)計(jì)基本資料

1.1過壩魚類及生態(tài)習(xí)性

湘江是我國青、草、鰱、鳙四大家魚和其他經(jīng)濟(jì)魚苗的重要產(chǎn)卵區(qū)，調(diào)查表明，湘江衡陽市以上江段為我省四大家魚的三大產(chǎn)卵場(chǎng)之一，從四大家魚等江河半洄游性魚類資源的生物學(xué)特性可知，4～7月為家魚洄游產(chǎn)卵繁殖季節(jié)。

1.2運(yùn)行水位

魚道上下游的運(yùn)行水位，直接影響到魚道在過魚季節(jié)中是否有適宜的過魚條件及魚道的投資。

上游運(yùn)行水位：上限為正常蓄水位58.0m，下限為死水位57.5m。

下游運(yùn)行水位：下限水位考慮一臺(tái)機(jī)發(fā)電尾水位50.06m。上限水位考慮從滿足魚類洄游產(chǎn)卵的要求，設(shè)置三個(gè)進(jìn)口。進(jìn)口高程分別為49.0m、50.5m、52.0m。故上限水位為54.0m。

1.3設(shè)計(jì)流速

1.3.1目標(biāo)魚類的克流能力

魚類的克流能力一般用魚在一定時(shí)間段內(nèi)可以克服某種水流的流速大小來表示。可分為巡游速度和突進(jìn)速度。

四大家魚的喜愛流速在0.3～0.5m/s之間，極限流速在1.0m/s以上。

1.3.2魚道的設(shè)計(jì)流速

魚道流速的設(shè)計(jì)原則是：魚道內(nèi)流速小于魚類的巡航速度，這樣魚類可以保持在魚道中前進(jìn)；豎縫流速小于魚類的突進(jìn)速度，這樣魚類才能夠通過魚道中的孔或縫。

2　魚道總體布置方案

電站的發(fā)電尾水是壩下的經(jīng)常性水流，魚類常被尾水誘集在廠房尾水前沿和兩側(cè)，故魚道布置在電站左岸，進(jìn)口位于電站尾水下方，以電站發(fā)電尾水起到誘魚作用。

集魚系統(tǒng)布置在廠房尾水出口，主要由補(bǔ)水管路及閘門、補(bǔ)水消能槽及集魚槽組成，尾水閘墩支承集魚槽和補(bǔ)水消能槽。集魚槽底高49.0m。

主進(jìn)魚口與集魚槽會(huì)合池布置在尾水渠左邊墻外側(cè)，會(huì)合池底高程49.0m，進(jìn)魚道穿過左邊墻沿下游防洪墻布置，分別與高程50.0m和52.0m進(jìn)魚口相接。

魚道始從進(jìn)魚道沿尾水渠左邊墻內(nèi)側(cè)向下游上溯20個(gè)魚道池室后，垂直轉(zhuǎn)折向上游上溯20個(gè)魚道池室，再折回下游往返各20個(gè)魚道池室，每10個(gè)魚道池室和垂直轉(zhuǎn)折室設(shè)為休息池。魚道每往返一次魚道底高程抬高2.0m，即魚道底高程由49.0m抬高到 50.5m再至52.0m，在高程50.5m和52.0m轉(zhuǎn)折休息池分別設(shè)置進(jìn)魚口與進(jìn)魚道相通，進(jìn)魚口由閘門控制，根據(jù)下游水深開啟和關(guān)閉，形成三個(gè)不同高程的進(jìn)魚口，以適應(yīng)下游水位的變幅。

魚道在高程52.0m后沿下游防洪墻外側(cè)進(jìn)入門機(jī)擋土墻，魚道布置在擋土墻體內(nèi)向上游穿過擋水壩體到達(dá)上游高程59.0m平臺(tái)，魚道沿平臺(tái)向上穿過攔污排錨墩后進(jìn)入上游河道，魚道出口高程為55.5m。

魚道全長728.5m，其中池室195個(gè)，休息室等平底段20個(gè)。魚道底坡在進(jìn)魚口高程52.0m前段為1/80，后段底坡為1/99。

3　魚道形式

根據(jù)國內(nèi)外已建、在建和擬建的魚道，大多采用垂直豎縫式魚道，綜合考慮工程特性和魚類的生態(tài)習(xí)性，本工程魚道形式采用垂直單側(cè)豎縫式。

圖1　

4　魚道參數(shù)擬定

（1）魚道池室寬度（B）：主要由過魚量和過魚對(duì)象個(gè)體大小決定，過魚量越大，過魚對(duì)象個(gè)體越大，魚道寬度應(yīng)越大。國外魚道寬多為2～4m，國內(nèi)魚道寬度多為2～3m，本工程上下梯級(jí)均建壩但未設(shè)魚道，過魚量受到限制，故魚道寬度取2.5m。

（2）魚道池室長度（L）：池室長度L與水流的消能效果和魚類的休息條件關(guān)系密切。較長的池室，水流條件較好，休息水域較大，對(duì)于過魚有利。同時(shí)，過魚對(duì)象個(gè)體越大，池室長度也應(yīng)越大。

池室長度一般為過壩魚類平均長度的3倍以上，一般取池室寬度的1.0～1.2倍，池室長度取3.0m。

（3）池室深度（H）

魚道水深h主要視過魚對(duì)象習(xí)性而定，底層魚和體型較大的成魚相應(yīng)要求水深較深。國內(nèi)外魚道水深一般為 1.0～3.0m，本工程要兼顧表層魚和底層魚類，故確定魚道正常運(yùn)行水深為2.0m，池室深度可取2.5m，防止魚道運(yùn)行時(shí)因水流波動(dòng)溢出。

（4）魚道豎縫寬度b

池室內(nèi)的豎縫寬度b直接關(guān)系到魚道的消能效果和魚類的可通過性，一般要求豎縫式魚道的豎縫寬度b不小于過魚對(duì)象體長的1/2，國外同側(cè)豎縫式魚道豎縫寬度一般為池室寬度的1/8～1/10，而我國同側(cè)豎縫的寬度一般為池室寬度的1/ 5，為水池長度的1/5～1/6。所以本工程魚道豎縫寬度取50cm。

（5）池間落差及流量

豎孔的流速，是由豎孔上下游水頭差來決定：

魚道的設(shè)計(jì)流速為1m/s，所以池間落差：

（6）休息池

考慮魚類上溯途中要設(shè)置一定的休息場(chǎng)所，在魚道轉(zhuǎn)折處和每隔10個(gè)池室設(shè)一個(gè)休息室，休息池?zé)o底坡，其長度為一般池室的2倍長，長6.0m。

（7）魚道底坡

根據(jù)國內(nèi)工程魚道底坡大多為1/50～1/100，根據(jù)本工程魚道總體布置，魚道進(jìn)口高程49.0m，出口高程55.5m，高差7.5m，魚道前段為形成三個(gè)進(jìn)魚口，池室全長240m，高差3.0m，底坡1/80。后段池室長345m，高差3.5m，坡度約為1/99。

5　魚道建筑物

5.1集魚系統(tǒng)

集魚系統(tǒng)由主進(jìn)魚口、輔助進(jìn)魚口、集魚槽、補(bǔ)水消能槽、補(bǔ)水廊道及控制閘門等設(shè)施組成。

主進(jìn)魚口布置在1#機(jī)尾水渠反坡段邊墻形成的斜坡平臺(tái)上，底板沿尾水渠底高程45.0m爬坡到進(jìn)魚口高程49.0m，進(jìn)魚口凈寬4.0m。為減少發(fā)電尾水波動(dòng)對(duì)匯合池水流的干擾，進(jìn)魚口設(shè)長44.4m分隔墻與集魚槽相接。

輔助進(jìn)魚口布置在廠壩導(dǎo)墻內(nèi)，主要是引導(dǎo)右河道沿河底由發(fā)電尾水誘導(dǎo)的魚類進(jìn)入輸魚槽，其次導(dǎo)墻內(nèi)進(jìn)口受尾水波動(dòng)干擾小。導(dǎo)墻內(nèi)進(jìn)魚口凈寬2.0m。進(jìn)口底從尾水渠底高程45.0m沿導(dǎo)墻爬坡到集魚槽底高程49.0m。

補(bǔ)水消能槽和集魚槽懸挑在尾水閘墩上，由底板和上、中、下板墻分成補(bǔ)水消能槽和集魚槽，底板頂高程 49.0m，隔板頂高程55.0m。

上游補(bǔ)水消能槽凈寬1.0m，上游板墻厚0.25m，中隔板墻厚0.3m，中隔板墻布置9排補(bǔ)水消能孔為集魚槽補(bǔ)水，孔徑8cm，排距0.5m，孔距1.0m。正對(duì)主進(jìn)魚口的中隔板墻要求補(bǔ)水流量大，故在中隔板墻設(shè)置4排共16個(gè)補(bǔ)水孔為主進(jìn)魚口補(bǔ)水，孔口尺寸0.5×0.5，凈排距1.0m，凈孔距0.5m。

集魚槽凈寬2.0m，下游板厚0.25m，并在板上高程49.2m、 50.85m、52.50m分別設(shè)置三排共28個(gè)0.65×0.65m輔助進(jìn)魚孔口，孔口凈距6.5m。

5.2魚道

魚道根據(jù)其位置及結(jié)構(gòu)型式由下至上分為下游開敞盤折式魚道、中部封閉廊道式魚道及上游開敞式單魚道。

下游開敞盤折式魚道布置在尾水渠左岸，由下游防洪墻、魚道周邊隔水擋土墻、相鄰魚道隔墻、魚道內(nèi)隔板及底板組成。魚道周邊隔水擋土墻厚1.0m，考慮下游魚道運(yùn)行上限水位54.0m，故確定周邊墻頂高程55.0m。相鄰魚道隔墻厚1.0m，由下至上三道隔墻頂高程分別為53.5m、53.5m，55.0m。魚道內(nèi)隔板將魚道分隔成一系列魚室，隔板間距即單個(gè)魚室長3m，隔板設(shè)過魚豎縫寬0.5m，板厚0.3m，高2.2m。魚道底板厚1.0m，沿魚道底坡上升，在高程50.5m和52.0m轉(zhuǎn)折休息池分別設(shè)置進(jìn)魚口與進(jìn)魚道相通的孔口，進(jìn)魚口由閘門控制，根據(jù)下游水深變幅開啟進(jìn)魚口閘門和關(guān)閉向下魚道閘門，形成三個(gè)不同高程的進(jìn)魚口，以適應(yīng)下游水位的變幅。共設(shè)置一扇進(jìn)口檢修門，二扇魚道擋水門和二扇魚道進(jìn)口門，啟閉平臺(tái)由布置在魚道隔墻上的框架結(jié)構(gòu)支撐，平臺(tái)高程同防洪墻頂并連成一體。

中部封閉廊道式魚道布置在門機(jī)擋土墻內(nèi)，為城門洞型，凈寬2.5m，邊墻高2.5m，園拱高1.25m。園拱處開有向墻外的通風(fēng)和照明檢查孔，孔距3.0m，孔徑0.5m。封閉廊道式魚道進(jìn)口、出口設(shè)有防洪閘門，啟閉平臺(tái)設(shè)在門機(jī)擋土墻頂，防止高位洪水從廊道通向廠區(qū)的通風(fēng)和照明檢查孔倒灌廠房。

上游開敞式單魚道布置在進(jìn)水渠左岸高程59.0m平臺(tái)上，為U型槽結(jié)構(gòu)，兩邊墻頂寬1.0m，底寬由2.0m漸變到1.0m，底板厚1.0m，二邊墻墻頂設(shè)支撐梁，魚道出口高程55.5m，出口穿過浮式攔污排牽引墩，魚道出口工作門設(shè)在牽引墩內(nèi)，墩頂為啟閉平臺(tái)，出口處另設(shè)置斜向的攔污柵。

5.3觀察室

魚道觀察室設(shè)在電梯綜合樓內(nèi)，用以統(tǒng)計(jì)成功上溯的魚類種類和數(shù)量，評(píng)估魚道的過魚效果，以便將來改進(jìn)魚道的結(jié)構(gòu)改善過魚效果，同時(shí)兼具宣傳和演示功能。

觀察室為兩層，下層為魚道觀察室，主要用來放置攝像機(jī)、電子計(jì)數(shù)器等設(shè)備。底層不設(shè)亮窗，用綠色或藍(lán)色防水燈來照明。

上層為參觀陳列室，游客可通過投影電視現(xiàn)場(chǎng)觀看到魚道中魚類的洄游情況。四周墻壁上可陳列主要洄游魚類的情況介紹。

觀察室設(shè)有觀察窗，觀察窗材質(zhì)為鋼化玻璃或其它透明材料，但需貼上一種半透明膜，使觀察者能夠看到魚道中的魚類，而魚類看不到觀察窗外的人，以免魚類受到驚嚇和干擾。

觀察室盡量減少人工照明，不宜用大窗采光，光源顏色盡量選擇為綠色和藍(lán)色，且光強(qiáng)不能太強(qiáng)。通道內(nèi)用可調(diào)節(jié)的水下照明工具。

魚道內(nèi)設(shè)有水下攝像機(jī)，用以計(jì)數(shù)，同時(shí)觀察魚在魚道中的姿態(tài)，判斷魚類對(duì)魚道的適應(yīng)能力和疲勞程度。

熊壽柱（1982-），男，工程師，本科，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

U641.2

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2095-2066（2016）11-0054-02

2016-3-18