閔祥科 尹航

1 工程概況

某水利樞紐工程的主要工程任務(wù)為：以供水和防洪為主，兼顧灌溉和發(fā)電，并為加強(qiáng)流域內(nèi)水資源管理和水生態(tài)保護(hù)創(chuàng)造條件。該工程主要由攔河壩、泄水建筑物、放水兼發(fā)電引水建筑物、壩后式電站廠房和過魚建筑物等組成。水庫總庫容2.94億m3，最大壩高為75.5 m，水庫多年平均供水量2.58億m3，設(shè)計(jì)水平年改善灌溉面積18 406.67 hm2（27.61萬畝），電站裝機(jī)27.6 MW。工程建成后，可使下游沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水重現(xiàn)期由10年提高到20年，縣城防洪標(biāo)準(zhǔn)由20年提高到30年。

工程建成后，勢(shì)必會(huì)對(duì)魚類的洄游造成影響，為了保護(hù)河道內(nèi)魚類資源，保證大壩上下游魚類的交流，完成其正常的生命周期，維護(hù)河道工程區(qū)域魚類生態(tài)環(huán)境的連通性，根據(jù)環(huán)評(píng)對(duì)保護(hù)魚類資源的要求與建議，工程設(shè)置了過魚設(shè)施。

2 過魚方案的確定

過魚設(shè)施是通過人工干預(yù)使魚類主動(dòng)或被動(dòng)通過河道障礙物，到達(dá)其繁殖地、索餌場(chǎng)或越冬場(chǎng)等重要生活場(chǎng)所的工程或技術(shù)手段，其主要形式包括魚道、仿自然通道、升魚機(jī)、集運(yùn)魚設(shè)施和魚閘等。過魚設(shè)施在國(guó)際上已經(jīng)有300多年的修建歷史。低水頭大壩通常采用魚道，水頭大于10 m或更高的大壩，多采用升魚機(jī)和魚閘。魚閘和升魚機(jī)在國(guó)外，如英國(guó)、澳大利亞、巴西和俄羅斯均有應(yīng)用。我國(guó)已建的過魚設(shè)施主要為魚道，魚閘、升魚機(jī)在我國(guó)已建工程中應(yīng)用較少。但是，從成本效益考慮，升魚機(jī)是解決高壩過魚問題的最佳方案。因?yàn)樯~機(jī)可用于特別高的水壩，其設(shè)計(jì)與建設(shè)成本基本上與水壩高度無關(guān)，而且過魚種類范圍廣，對(duì)魚類的行為和游泳能力要求也較低。

根據(jù)環(huán)評(píng)水生生態(tài)專題報(bào)告，某水利樞紐工程河段分布有6種魚類，其中土著魚類5種，分別是貝加爾雅羅魚、河鱸、尖鰭鮈、北方須鰍和北方花鰍；非土著魚類1種，為麥穗魚。其中，主要魚類為貝加爾雅羅魚和河鱸。根據(jù)對(duì)工程流域內(nèi)魚類、工程建筑物布置以及工程造價(jià)等多方面綜合分析，某水利樞紐工程過魚方案采用魚道與升魚機(jī)相結(jié)合的方式。

3 過魚設(shè)施設(shè)計(jì)

某水利樞紐工程過魚設(shè)施布置于大壩下游右岸，主要包括魚道及升魚機(jī)系統(tǒng)，過魚設(shè)施首部建筑物為魚道，位于電站尾水池下游150～200 m處，以便常年利用壩后電站尾水作為誘魚水流。魚道與下游河床相接，魚類可通過魚道上溯游至一定高程處的集魚池，魚道內(nèi)水流由接于集魚池左壁的引水管引自生態(tài)放水管。過魚設(shè)施布置如圖1所示，過魚設(shè)施三維效果圖如圖2所示。過魚設(shè)施運(yùn)魚過程如下：

圖1 過魚設(shè)施布置圖

圖2 過魚設(shè)施三維效果圖

（1）通過引水管上的放流閥控制魚道內(nèi)的生態(tài)基流，形成逆流，輔以誘魚燈光將魚誘至魚道內(nèi)，魚沿魚道逆流而上，游至趕魚柵池。

（2）將魚誘至趕魚柵池后，趕魚柵旋轉(zhuǎn)90°封閉趕魚柵池，并將趕魚柵池內(nèi)的魚趕至集魚箱上方，待集魚箱提出后，再次旋轉(zhuǎn)90°回行至誘魚進(jìn)口附近，準(zhǔn)備下一次趕魚。

（3）利用雙向移動(dòng)臺(tái)車提升集魚箱，集魚箱多余水由頂部漏水網(wǎng)漏出，魚留在集魚箱內(nèi)，將集魚箱提升至電動(dòng)運(yùn)魚車上，電動(dòng)運(yùn)魚車運(yùn)至壩腳處，壩腳門式移動(dòng)臺(tái)車將集魚箱轉(zhuǎn)運(yùn)至牽引小車上，斜拉牽引卷揚(yáng)機(jī)牽引小車至壩頂附近處，壩頂門式移動(dòng)臺(tái)車提升集魚箱并運(yùn)至大壩上游，將魚放到庫區(qū)，完成魚類洄游過壩的需求。

整個(gè)過程大約需要50 min。該布置銜接連續(xù)性強(qiáng)，并且避免了壩高庫長(zhǎng)而單純使用魚道過魚造成的魚道過長(zhǎng)、魚類難以攀爬的問題。

3.1 魚道設(shè)計(jì)

3.1.1 魚道布置

魚道進(jìn)口最低底高程967.2 m，與主河床走向大致呈50°角相銜接，向岸坡爬升，穿過進(jìn)場(chǎng)路后折角57°轉(zhuǎn)換方向，沿進(jìn)場(chǎng)路方向繼續(xù)爬升至集魚池，魚道出口處底高程為968.80 m，后接集魚池。魚道采用豎縫式隔板池室型式，根據(jù)SL 609—2013《水利水電工程魚道設(shè)計(jì)導(dǎo)則》建議范圍，取池室凈寬1.5 m，常規(guī)池室長(zhǎng)度2.0 m，休息池室長(zhǎng)度4.0 m，豎縫寬0.3 m。

3.1.2 魚道設(shè)計(jì)運(yùn)行水位

根據(jù)NB/T 35054—2015《水電工程過魚設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》，魚道設(shè)計(jì)運(yùn)行水位應(yīng)根據(jù)壩上下游可能出現(xiàn)的水位變動(dòng)情況合理選擇。上游設(shè)計(jì)水位范圍可選擇在過魚季節(jié)電站的正常運(yùn)行水位和死水位之間，下游設(shè)計(jì)水位可選擇在單臺(tái)機(jī)組發(fā)電與全部機(jī)組發(fā)電的下游水位之間。本工程過魚季節(jié)下游最主要的運(yùn)行工況為機(jī)組滿發(fā)流量63.9 m3/s，對(duì)應(yīng)下游水位968.72 m，也是魚道運(yùn)行的最高下游水位；過魚季節(jié)特殊運(yùn)行工況為1臺(tái)小機(jī)組滿發(fā)流量8.6 m3/s，對(duì)應(yīng)下游水位967.7 m，也是魚道運(yùn)行的最低下游水位。上游出口由于并未直接通往庫內(nèi)，故上游水位由集魚池內(nèi)水位控制。

3.1.3 魚道設(shè)計(jì)流速

本工程采用臨近流域類似工程調(diào)研的經(jīng)驗(yàn)建議值：0.8～1.0 m/s。針對(duì)主要過魚對(duì)象貝加爾雅羅魚和河鱸，以建議值為主，初擬設(shè)計(jì)極限流速0.8 m/s。

3.2 升魚機(jī)設(shè)計(jì)

SETH水利樞紐工程升魚機(jī)主要負(fù)責(zé)將誘來的魚類提升至大壩上游，主要包括趕魚柵、集魚箱、移動(dòng)臺(tái)車、電動(dòng)運(yùn)魚車及軌道、斜坡軌道車系統(tǒng)、壩腳門式移動(dòng)臺(tái)車、壩頂門式移動(dòng)臺(tái)車等設(shè)備。

3.2.1 趕魚柵設(shè)計(jì)

在集魚池下游側(cè)上方設(shè)1臺(tái)趕魚柵，將魚誘至趕魚柵池后趕魚柵旋轉(zhuǎn)90°封閉趕魚柵池，并將趕魚柵池內(nèi)的魚趕至集魚箱上方，待集魚箱提出后，再次旋轉(zhuǎn)90°回行至誘魚進(jìn)口附近，準(zhǔn)備下一次趕魚。趕魚柵為焊接鋼結(jié)構(gòu)，尺寸為2 m×5 m（寬×高），小車跨距2.6 m，電力驅(qū)動(dòng)。

3.2.2 集魚箱設(shè)計(jì)

集魚箱設(shè)兩套，一用一備，集魚箱長(zhǎng)2.4 m，寬1.9 m，高1.2 m，有效容積為3.5 m3，主要用來裝載洄游魚類。集魚箱承載結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)骨架，支承座板及橡皮墊塊等組成，結(jié)構(gòu)件均采用光滑的構(gòu)件，以確保魚類在進(jìn)出集魚箱時(shí)不被劃傷。集魚箱頂部設(shè)有防水流溢出及魚類逃逸裝置，以防止魚類躍出，集魚箱每面均布置4個(gè)彈性導(dǎo)向輪，可沿集魚箱池內(nèi)壁軌道垂直起升，以免集魚箱在起升過程中過分晃動(dòng)。

由于集魚箱工作時(shí)間較長(zhǎng)，為保證箱體中水質(zhì)達(dá)到運(yùn)輸要求，集魚箱中設(shè)有魚類維生系統(tǒng)，主要包括增氧系統(tǒng)及砂濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)能保證魚在集魚箱內(nèi)存活2 h以上。集魚箱底部設(shè)有放魚艙門，集魚箱投放魚時(shí)，放魚艙門在放入水中時(shí)能自動(dòng)打開，為了保證打開放魚艙門時(shí)較低的流速，集魚箱的水深較淺，放魚閥門應(yīng)盡量大。為保證水放空后沒有魚留下，集魚箱底部設(shè)計(jì)成傾斜底面，坡度比為1∶10。集魚箱設(shè)有防撞緩沖裝置，保證在集魚、運(yùn)輸、投放魚的過程中對(duì)魚類的傷害降至最小。

3.2.3 電動(dòng)運(yùn)魚小車設(shè)計(jì)

運(yùn)魚小車共1臺(tái)，放置在高程為973.8 m的水平軌道上，水平軌道采用鐵道輕型軌道，主要包括承載結(jié)構(gòu)以及夾軌器、防風(fēng)錨定裝置、埋件等附屬設(shè)備，水平軌道一端位于集魚池處附近，另一端位于壩腳，運(yùn)行距離約88 m。運(yùn)送小車主要作用是將集魚箱從集魚池水平轉(zhuǎn)運(yùn)至壩腳。

運(yùn)魚小車由車架結(jié)構(gòu)、承載結(jié)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、阻進(jìn)器、行程檢測(cè)及行程開關(guān)等必要的附屬設(shè)備組成。行走機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、聯(lián)軸器、臺(tái)車架和車輪組、電力拖動(dòng)設(shè)備等組成?？刂葡到y(tǒng)采用無線遙控和有線現(xiàn)地控制相結(jié)合的方式，由視頻監(jiān)控系統(tǒng)、行程檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)等組成，并集成安裝在小車上。

考慮到運(yùn)魚小車操作的方便性，運(yùn)魚小車在水平軌道上的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行方式采用自行式，自行式的動(dòng)力源采用蓄電池，下游軌道端頭設(shè)有充電樁，運(yùn)送小車設(shè)有行程限制裝置，運(yùn)行至軌道兩端端頭時(shí)能自動(dòng)切斷電源，停止運(yùn)行。

3.2.4 斜坡軌道車系統(tǒng)

斜坡軌道車系統(tǒng)主要由1臺(tái)牽引小車、小車軌道、1臺(tái)100 kN斜拉牽引卷揚(yáng)機(jī)組成，壩腳門式移動(dòng)臺(tái)車將運(yùn)魚箱放置于斜坡軌道車上后，小車上設(shè)有鎖定運(yùn)魚箱機(jī)構(gòu)，軌道車通過斜拉牽引卷揚(yáng)機(jī)沿軌道把運(yùn)魚箱運(yùn)送至壩頂附近，斜坡與水平線夾角54°，斜坡水平距離約35 m，小車額定承載力為100 kN，軌距1.5 m。

3.2.5 起吊設(shè)備

某水利樞紐工程升魚機(jī)系統(tǒng)起吊設(shè)備主要包括100 kN移動(dòng)臺(tái)車、壩腳100 kN門式移動(dòng)臺(tái)車、壩頂100 kN門式移動(dòng)臺(tái)車及機(jī)械自動(dòng)抓梁。

100 kN移動(dòng)臺(tái)車揚(yáng)程為11 m，行走速度為10 m/min，裝設(shè)在集魚池上方的排架柱上，主要作用是通過機(jī)械自動(dòng)抓梁將集魚池底部的集魚箱提升并運(yùn)至電動(dòng)運(yùn)魚小車上。壩腳100 kN門式移動(dòng)臺(tái)車揚(yáng)程為10 m，負(fù)責(zé)將集魚箱從電動(dòng)運(yùn)魚小車上運(yùn)至壩坡牽引小車上。壩頂100 kN門式移動(dòng)臺(tái)車揚(yáng)程為55 m，負(fù)責(zé)提升集魚箱并運(yùn)至大壩上游，將魚放到庫區(qū)。

起吊設(shè)備行走機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)均設(shè)有可靠的制動(dòng)系統(tǒng)及終點(diǎn)行程限位裝置和緩沖裝置。機(jī)械自動(dòng)抓梁出廠前應(yīng)作掛脫集魚箱的模擬試驗(yàn)，以確保抓梁抓起集魚箱的過程中，動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確。

4 結(jié) 語

水電工程的建設(shè)導(dǎo)致自然河流生態(tài)條件發(fā)生改變，工程河段的魚類勢(shì)必會(huì)受到不利影響。過魚設(shè)施在促進(jìn)壩上壩下魚類遺傳信息交流、維護(hù)自然魚類基因庫、保證魚類種質(zhì)資源、維護(hù)魚類種群結(jié)構(gòu)等方面，起到了很大的作用。某水利樞紐工程過魚設(shè)施的建設(shè)，為大壩上下游魚類的交流提供了渠道，對(duì)該流域內(nèi)魚類資源的保護(hù)起到了一定的積極作用，對(duì)高壩過魚設(shè)施的設(shè)計(jì)提供了參考。