藏木水电站鱼道设计

藏木水电站鱼道设计曾海钊;周小波;陈子海【摘要】藏木水电枢纽工程位于西藏高原.为了满足兴建藏木工程后洄游鱼类上溯的要求，保护雅鲁藏布江水生生态环境的完整性，减缓工程对鱼类种群遗传交流的影响，针对藏木工程对鱼类的影响、鱼类习性、藏木鱼道的布置、水力设计、进出口型式的选择、结构型式选择等进行论述，对藏木鱼道设计进行了较为详细的介绍.【期刊名称】《水电站设计》【年(卷)，期】2017(033)001【总页数】4页(P68-71)【关键词】鱼道;布置;结构形式;藏木水电站【作者】曾海钊;周小波;陈子海【作者单位】中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072;中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都610072【正文语种】中文【中图分类】S956.3藏木水电站是雅鲁藏布江干流开发的第一座电站，开发任务为发电，兼顾生态环境用水要求，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。电站采用坝式开发，左侧河床布置6孔溢流坝，右侧河床布置6台水轮发电机组的坝后式地面厂房方案。正常蓄水位3310m，汛期排沙水位3305m，死水位3305m，具有日调节能力，总装机容量510MW，年发电量25.008亿kW-ho对藏木水电站坝址附近渔获物99%以上的种类进行了生物学特征的分析，涉及到影响区域的常见种类和少见种类，分别为异齿裂腹鱼、巨须裂腹鱼、拉萨裂腹鱼、尖裸鲤、双须叶须鱼、拉萨裸裂尻鱼、黑斑原觥、黄斑褶觥共计8种。为了更好地保护好雅鲁藏布江水生生态环境的完整性，减缓大坝阻隔对鱼类种群遗传交流的影响，根据国家有关法律法规的规定，藏木水电站采取适当过鱼措施是非常必要的。通常过鱼设施包括鱼道、仿自然通道、鱼闸、升鱼机和集运渔船等［1］。藏木水电站工程运行水头较低，鱼道具有不需要人工操作、且可持续过鱼、运行费用低、过鱼效果好等因素，鱼道相对更适用于本工程。因此，本工程过鱼设施择优选择鱼道过鱼方式。藏木水电站位于西藏高原，有其自身独有的特点，每一项特点都注定了藏木鱼道设计的艰巨性和挑战性。首先，藏木水电站是雅鲁藏布江中游规划建设的第一座大型电站，生态环境较为薄弱，环保要求高；其次，藏木水电站坝高116m,最大水头67.0m，额定水头53.5m，而国内外成功运行鱼道的水头一般在30m以下，可供参照的高坝鱼道工程成功案例很少；第三，本工程鱼道出口水位变幅5m,进口水位最大变幅4.52m，变幅较大，鱼道的设计难度较大；第四，目前国内仍未颁布鱼道工程的设计规范，缺乏指导设计的规程、规范作为依据；最后，雅鲁藏布江工程河段鱼类生态习性、游泳能力等基础研究薄弱也是鱼道工程设计的制约因素之一。藏木水电站水库总库容0.93亿m3，电站装机容量510MW，为二等工程，工程规模为大(2)型，其永久性主要水工建筑物按2级设计，永久性次要水工建筑物按3级设计。鱼道出口明渠段、过坝段与大坝结合，系挡水建筑物，按2级设计，其它部分按3级建筑物设计。藏木水电站引水发电系统布置在右岸，泄洪系统布置在左岸。电站正常运行期，泄洪系统关闭，左岸无稳定水流下泄，鱼类不易在此聚集，进口诱鱼效果较差，不满足《水电工程过鱼设施设计规范》（送审稿）中关于〃鱼道进口应布置在经常有水流下泄的地方，且紧靠鱼类能上溯的最上游处”的要求，同时泄洪系统也布置在左岸，泄洪时鱼道进口容易被损毁破坏。若鱼道进口布置在右岸，可结合尾水渠导墙布置，此处常年有稳定尾水下泄，鱼类易在此聚集，进口诱鱼效果较好，且此处避开了泄洪对鱼道进口造成损毁破坏的威胁。因此，藏木水电站鱼道整体布置在河床右岸。鱼道建筑物主要由进口、明渠段、出口等组成，全长约3566m。鱼道总体布置见图1。鱼道进口通常采用较大的流速以吸弓I鱼类，但鱼道进口流速需要在鱼类的耐受范围之内，应大于临界流速，小于突进流速，为使鱼道进口能够适应更多种类及规格的鱼类进入，鱼道进口流速值适当放宽。综合考虑主要过鱼对象异齿裂腹鱼、巨须裂腹鱼和拉萨裂腹鱼的临界游速和突进游速，本鱼道进口流速应控制在0.8~1.2m/s之间。而鱼道过缝流速既要考虑过鱼孔流速安全值和最大值，又要综合考虑鱼类通过能力和工程建设的平衡，因此本鱼道设计过缝流速值取为1.10m/s。3种主要过鱼对象的临界游速和突进游速见表1。藏木水电站鱼道布置了1号常用进口，位于尾水渠左侧的导墙末端，进口底板高程为3241.00m，顶高程3250.00m。1号进口在指向下游及两侧三个方向上各布置了一道进鱼缝，缝宽0.7m。当不同机组台数发电运行时，下游水深不同，当1~2台机组发电时，下游尾水位为3243.55~3244.93m;当3~6台机组发电时，下游尾水位为3246.13~3248.05m。由于电站发电尾水可能将鱼类吸引到尾水出口处，故本鱼道在尾水渠左、右两侧的导墙始端布置了3号、4号两个备用进口，其底板高程分别为3243.30m、3245.60m。在1号常用进鱼口过鱼效果不理想时后期可改建为常用进鱼口。图2给出了三个鱼道进口的平面图。鱼道明渠段由池室、休息池和观测室组成。5.1池室5.1.1结构形式池室结构根据国内外已建工程，包括溢流堰式、底（潜）孔式、竖缝式。每种形式都有其自身特点，溢流堰式适用于非常小的鱼和爬行种类，底（潜）孔式水流的紊动度小，对上游水位变动的适应性好。本工程过鱼对象主要为裂腹鱼类和觥科鱼类，其中裂腹鱼类栖息于深水沱或河槽中，觥科鱼类常吸附于底层石块上。竖缝式鱼道由于竖缝流速上下基本一致，适合各种水层生活的鱼类，过鱼种类较广，可以最大限度地起到沟通上下游鱼类交流的目的。同时，竖缝式鱼道能够适应本工程下游水位变幅较大的情况。5.1.2竖缝宽度竖缝宽度与鱼类个体大小、池室大小、消能效果、流速控制、水位落差等因素有关。为使垂直竖缝可以满足多数鱼类的通过需求，一般要求竖缝式鱼道的竖缝宽度不小于过鱼对象体长的1/2[2]。通过对当地渔民的调查走访，确定本工程过鱼对象最大体长约0.6m,因此，鱼道竖缝宽度取0.3m。藏木水电站过鱼对象体长见表2。5.1.3池室几何尺寸（1）池室长宽。N.Rajaratnam[3]针对18种形式的竖缝式鱼道进行了研究，得出了池室长度、宽度和竖缝宽度的比例关系（见图3）。式中L 池室长度，m；b——池室宽度，m;bo 竖缝宽度，m;本工程竖缝宽度选取0.3m，则池室长度取为3.0m，池室宽度取为2.4m。（2）池室深度。鱼道水深主要视过鱼对象习性而定，底层鱼和体型较大的成鱼相应要求水深较深，国内外鱼道深度一般为1.0~3.0m[4]。雅鲁藏布江分布的大多鱼类喜浅水砾石环境，藏木水电站鱼道结合上下游水文资料，确定正常运行水深设计为1.0~2.7m，池室深度采用3.5m，以防止鱼道运行时水流波动外卜溢。(3)池间落差及纵坡。池间落差决定了过鱼竖缝处的流速以及池室内部流态，按以下公式确定：式中Ah 池间落差,m；U0——过鱼竖缝处的流速,m/s；i——鱼道纵坡。通过鱼道水工模型试验，实测过鱼竖缝流速U0=1.01~1.08m/s。当鱼道纵坡i取0.02,L取3.0m时，过鱼竖缝处的流速U0为1.058m/s，满足鱼道的设计流速要求。5.2休息池考虑鱼类上溯途中要设置一定的休息场所，本工程每升高9.00m布置一个休息池，在鱼道转弯位置处也设置休息池，休息池底坡i=0。休息池可供鱼类上溯过程中暂时休息，恢复体力，有利于鱼类的继续上溯。5.3观测室本工程共设置两个鱼道观测研究室，分别位于鱼道进口段和出口段。鱼道进口观测研究室承担统计进鱼数量、观察研究和参观游览的功能，出口鱼道观测研究室承担统计成功过鱼数量和观察研究的功能。鱼道出口水位变幅5m，共布置了4个出口，底板高程分别为3304.00m、3305.00m、3306.00m和3307.50m。为使鱼类顺利通过，鱼道4个出口与鱼道轴线夹角为30°,朝向上游。鱼道4个出口各布置了一道出鱼孔，孔宽1.5m,高3m,出鱼孔内均设一道工作检修闸门。1号出口工作水位范围为3306.70~3305.00m;2号出口工作水位范围为3307.70~3306.50m;3号出口工作水位范围为3308.70~3307.50m;4号出口工作水位范围为3310.00~3308.50m。图4给出了四个鱼道出口的平面图。由于上下游水位的变化，需要对鱼道的进水量和运行水位进行控制，以使通道内的流速和流态保持稳定并满足鱼类上溯的要求。在不同水位情况下，通过上游出口闸门的启闭，控制出口的进水量和进水水位，避免出现局部较大的水位跌落或水位雍高，造成鱼类上溯障碍。2~6月，为过鱼季节，全时段运行；7~10月，当藏木水电站机组发电且不泄洪的工况下，鱼道保持运行；当藏木水电站在泄洪工况下，鱼道停止运行。鱼道投入运行后，必须加强保养和维修。每年11月至翌年1月，鱼道停止运行，进行鱼道清污、维护、保养及检修，在过鱼季节来临前进行全面整修，保证过鱼设施功能的正常发挥。在运行后根据观测评估及调查研究的结果，结合鱼道运行情况、过鱼对象的洄游和上溯要求、水力条件现场实测结果可为其他类似工程鱼道设计提供参考和借鉴；同时根据运行情况对过鱼设施的运行、管理和维护规程进行完善。为保护雅鲁藏布江流域水生生态环境、恢复工程河段鱼类物种交流通道、缓解工程运行对雅鲁藏布江工程河段水生生态的不利影响，在藏木水电站修建鱼道，将进一步提高我国在高坝鱼道的设计、施工和管理水平。【相关文献】曹庆磊，杨文俊,周良景.国内外过鱼设施研究综述[J].长江科学院院报,2010(05).LOYC,ChenSD,ChenCY,etal.Combiningenzymatichydrolysisanddark-photofermentationprocessesforhydrogenproductionfromstarchfeed-stock:A