湘江土谷塘航电枢纽鱼道设计

熊寿柱（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南　长沙　410007）



湘江土谷塘航电枢纽鱼道设计

熊寿柱（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南长沙410007）

水利工程阻断了河流中洄游鱼类的通道，对于鱼类资源的影响日益突出，因此鱼道是一种保护水生物资源的工程措施。对于不同的河流，鱼的种类、数量也有所不同，其生活习性差别较大，所以对于不同的环境需要设计不同的鱼道。受拦河引水枢纽建设影响的鱼类需要进行过鱼保护，鱼道对于有比较固定产卵场，同时又有较大和耐久的溯河能力洄游性鱼类效果才好。本文就土谷塘航电枢纽鱼道工程布置及主要结构设计特点作简要介绍。

湘江；鱼道；集鱼系统；观察室

1　鱼道设计基本资料

1.1过坝鱼类及生态习性

湘江是我国青、草、鲢、鳙四大家鱼和其他经济鱼苗的重要产卵区，调查表明，湘江衡阳市以上江段为我省四大家鱼的三大产卵场之一，从四大家鱼等江河半洄游性鱼类资源的生物学特性可知，4～7月为家鱼洄游产卵繁殖季节。

1.2运行水位

鱼道上下游的运行水位，直接影响到鱼道在过鱼季节中是否有适宜的过鱼条件及鱼道的投资。

上游运行水位：上限为正常蓄水位58.0m，下限为死水位57.5m。

下游运行水位：下限水位考虑一台机发电尾水位50.06m。上限水位考虑从满足鱼类洄游产卵的要求，设置三个进口。进口高程分别为49.0m、50.5m、52.0m。故上限水位为54.0m。

1.3设计流速

1.3.1目标鱼类的克流能力

鱼类的克流能力一般用鱼在一定时间段内可以克服某种水流的流速大小来表示。可分为巡游速度和突进速度。

四大家鱼的喜爱流速在0.3～0.5m/s之间，极限流速在1.0m/s以上。

1.3.2鱼道的设计流速

鱼道流速的设计原则是：鱼道内流速小于鱼类的巡航速度，这样鱼类可以保持在鱼道中前进；竖缝流速小于鱼类的突进速度，这样鱼类才能够通过鱼道中的孔或缝。

2　鱼道总体布置方案

电站的发电尾水是坝下的经常性水流，鱼类常被尾水诱集在厂房尾水前沿和两侧，故鱼道布置在电站左岸，进口位于电站尾水下方，以电站发电尾水起到诱鱼作用。

集鱼系统布置在厂房尾水出口，主要由补水管路及闸门、补水消能槽及集鱼槽组成，尾水闸墩支承集鱼槽和补水消能槽。集鱼槽底高49.0m。

主进鱼口与集鱼槽会合池布置在尾水渠左边墙外侧，会合池底高程49.0m，进鱼道穿过左边墙沿下游防洪墙布置，分别与高程50.0m和52.0m进鱼口相接。

鱼道始从进鱼道沿尾水渠左边墙内侧向下游上溯20个鱼道池室后，垂直转折向上游上溯20个鱼道池室，再折回下游往返各20个鱼道池室，每10个鱼道池室和垂直转折室设为休息池。鱼道每往返一次鱼道底高程抬高2.0m，即鱼道底高程由49.0m抬高到 50.5m再至52.0m，在高程50.5m和52.0m转折休息池分别设置进鱼口与进鱼道相通，进鱼口由闸门控制，根据下游水深开启和关闭，形成三个不同高程的进鱼口，以适应下游水位的变幅。

鱼道在高程52.0m后沿下游防洪墙外侧进入门机挡土墙，鱼道布置在挡土墙体内向上游穿过挡水坝体到达上游高程59.0m平台，鱼道沿平台向上穿过拦污排锚墩后进入上游河道，鱼道出口高程为55.5m。

鱼道全长728.5m，其中池室195个，休息室等平底段20个。鱼道底坡在进鱼口高程52.0m前段为1/80，后段底坡为1/99。

3　鱼道形式

根据国内外已建、在建和拟建的鱼道，大多采用垂直竖缝式鱼道，综合考虑工程特性和鱼类的生态习性，本工程鱼道形式采用垂直单侧竖缝式。

图1　

4　鱼道参数拟定

（1）鱼道池室宽度（B）：主要由过鱼量和过鱼对象个体大小决定，过鱼量越大，过鱼对象个体越大，鱼道宽度应越大。国外鱼道宽多为2～4m，国内鱼道宽度多为2～3m，本工程上下梯级均建坝但未设鱼道，过鱼量受到限制，故鱼道宽度取2.5m。

（2）鱼道池室长度（L）：池室长度L与水流的消能效果和鱼类的休息条件关系密切。较长的池室，水流条件较好，休息水域较大，对于过鱼有利。同时，过鱼对象个体越大，池室长度也应越大。

池室长度一般为过坝鱼类平均长度的3倍以上，一般取池室宽度的1.0～1.2倍，池室长度取3.0m。

（3）池室深度（H）

鱼道水深h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。国内外鱼道水深一般为 1.0～3.0m，本工程要兼顾表层鱼和底层鱼类，故确定鱼道正常运行水深为2.0m，池室深度可取2.5m，防止鱼道运行时因水流波动溢出。

（4）鱼道竖缝宽度b

池室内的竖缝宽度b直接关系到鱼道的消能效果和鱼类的可通过性，一般要求竖缝式鱼道的竖缝宽度b不小于过鱼对象体长的1/2，国外同侧竖缝式鱼道竖缝宽度一般为池室宽度的1/8～1/10，而我国同侧竖缝的宽度一般为池室宽度的1/ 5，为水池长度的1/5～1/6。所以本工程鱼道竖缝宽度取50cm。

（5）池间落差及流量

竖孔的流速，是由竖孔上下游水头差来决定：

鱼道的设计流速为1m/s，所以池间落差：

（6）休息池

考虑鱼类上溯途中要设置一定的休息场所，在鱼道转折处和每隔10个池室设一个休息室，休息池无底坡，其长度为一般池室的2倍长，长6.0m。

（7）鱼道底坡

根据国内工程鱼道底坡大多为1/50～1/100，根据本工程鱼道总体布置，鱼道进口高程49.0m，出口高程55.5m，高差7.5m，鱼道前段为形成三个进鱼口，池室全长240m，高差3.0m，底坡1/80。后段池室长345m，高差3.5m，坡度约为1/99。

5　鱼道建筑物

5.1集鱼系统

集鱼系统由主进鱼口、辅助进鱼口、集鱼槽、补水消能槽、补水廊道及控制闸门等设施组成。

主进鱼口布置在1#机尾水渠反坡段边墙形成的斜坡平台上，底板沿尾水渠底高程45.0m爬坡到进鱼口高程49.0m，进鱼口净宽4.0m。为减少发电尾水波动对汇合池水流的干扰，进鱼口设长44.4m分隔墙与集鱼槽相接。

辅助进鱼口布置在厂坝导墙内，主要是引导右河道沿河底由发电尾水诱导的鱼类进入输鱼槽，其次导墙内进口受尾水波动干扰小。导墙内进鱼口净宽2.0m。进口底从尾水渠底高程45.0m沿导墙爬坡到集鱼槽底高程49.0m。

补水消能槽和集鱼槽悬挑在尾水闸墩上，由底板和上、中、下板墙分成补水消能槽和集鱼槽，底板顶高程 49.0m，隔板顶高程55.0m。

上游补水消能槽净宽1.0m，上游板墙厚0.25m，中隔板墙厚0.3m，中隔板墙布置9排补水消能孔为集鱼槽补水，孔径8cm，排距0.5m，孔距1.0m。正对主进鱼口的中隔板墙要求补水流量大，故在中隔板墙设置4排共16个补水孔为主进鱼口补水，孔口尺寸0.5×0.5，净排距1.0m，净孔距0.5m。

集鱼槽净宽2.0m，下游板厚0.25m，并在板上高程49.2m、 50.85m、52.50m分别设置三排共28个0.65×0.65m辅助进鱼孔口，孔口净距6.5m。

5.2鱼道

鱼道根据其位置及结构型式由下至上分为下游开敞盘折式鱼道、中部封闭廊道式鱼道及上游开敞式单鱼道。

下游开敞盘折式鱼道布置在尾水渠左岸，由下游防洪墙、鱼道周边隔水挡土墙、相邻鱼道隔墙、鱼道内隔板及底板组成。鱼道周边隔水挡土墙厚1.0m，考虑下游鱼道运行上限水位54.0m，故确定周边墙顶高程55.0m。相邻鱼道隔墙厚1.0m，由下至上三道隔墙顶高程分别为53.5m、53.5m，55.0m。鱼道内隔板将鱼道分隔成一系列鱼室，隔板间距即单个鱼室长3m，隔板设过鱼竖缝宽0.5m，板厚0.3m，高2.2m。鱼道底板厚1.0m，沿鱼道底坡上升，在高程50.5m和52.0m转折休息池分别设置进鱼口与进鱼道相通的孔口，进鱼口由闸门控制，根据下游水深变幅开启进鱼口闸门和关闭向下鱼道闸门，形成三个不同高程的进鱼口，以适应下游水位的变幅。共设置一扇进口检修门，二扇鱼道挡水门和二扇鱼道进口门，启闭平台由布置在鱼道隔墙上的框架结构支撑，平台高程同防洪墙顶并连成一体。

中部封闭廊道式鱼道布置在门机挡土墙内，为城门洞型，净宽2.5m，边墙高2.5m，园拱高1.25m。园拱处开有向墙外的通风和照明检查孔，孔距3.0m，孔径0.5m。封闭廊道式鱼道进口、出口设有防洪闸门，启闭平台设在门机挡土墙顶，防止高位洪水从廊道通向厂区的通风和照明检查孔倒灌厂房。

上游开敞式单鱼道布置在进水渠左岸高程59.0m平台上，为U型槽结构，两边墙顶宽1.0m，底宽由2.0m渐变到1.0m，底板厚1.0m，二边墙墙顶设支撑梁，鱼道出口高程55.5m，出口穿过浮式拦污排牵引墩，鱼道出口工作门设在牵引墩内，墩顶为启闭平台，出口处另设置斜向的拦污栅。

5.3观察室

鱼道观察室设在电梯综合楼内，用以统计成功上溯的鱼类种类和数量，评估鱼道的过鱼效果，以便将来改进鱼道的结构改善过鱼效果，同时兼具宣传和演示功能。

观察室为两层，下层为鱼道观察室，主要用来放置摄像机、电子计数器等设备。底层不设亮窗，用绿色或蓝色防水灯来照明。

上层为参观陈列室，游客可通过投影电视现场观看到鱼道中鱼类的洄游情况。四周墙壁上可陈列主要洄游鱼类的情况介绍。

观察室设有观察窗，观察窗材质为钢化玻璃或其它透明材料，但需贴上一种半透明膜，使观察者能够看到鱼道中的鱼类，而鱼类看不到观察窗外的人，以免鱼类受到惊吓和干扰。

观察室尽量减少人工照明，不宜用大窗采光，光源颜色尽量选择为绿色和蓝色，且光强不能太强。通道内用可调节的水下照明工具。

鱼道内设有水下摄像机，用以计数，同时观察鱼在鱼道中的姿态，判断鱼类对鱼道的适应能力和疲劳程度。

熊寿柱（1982-），男，工程师，本科，主要从事水利水电工程设计工作。

U641.2

A

2095-2066（2016）11-0054-02

2016-3-18