老口鱼道工程设计分析

谭飞帆

(广西大学,广西 南宁 530004)

老口鱼道工程设计分析

谭飞帆

(广西大学,广西 南宁 530004)

老口航运枢纽的建立,破坏了邕江的河流生态系统,阻碍了邕江洄游性鱼类的洄游路径.为了恢复邕江洄游性鱼类的洄游通道,修建了老口鱼道工程.文中以老口鱼道为工程背景,从基本资料的收集、鱼道结构型式的选择、鱼道槽身参数的设计到鱼道进出口布置做了详细的介绍.

竖缝式鱼道;生态修复;航运枢纽

1 鱼道设计基本资料

鱼道设计基本资料,包括主要过鱼对象、主要过鱼季节、工程特征水位、河段形态、水文、地质、工程布置、调度运行方式等.

1.1 鱼道主要过鱼对象

鱼道设计中,主要过鱼对象应选择河段中,珍稀物种、本土特有物种,以及其他食用、药用、科研价值较高的洄游性、半洄游性鱼类,应收集其种类、洄游习性、栖息地地点、体长及游泳能力等资料;对于一些不是珍稀物种的鱼类,但在河流生态系统的食物链中至关重,也应确定为保护对象[1].根据郁江的具体情况,老口鱼道过鱼保护对象主要是淡水洄游鱼类,有青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼"四大家鱼"土著鱼类,有大眼卷口鱼、倒刺鱼巴、唇鲮和鳊.

1.2 鱼道主要过鱼季节

过鱼季节,即指洄游性鱼类通过该过鱼建筑物溯河上行的时段,应根据主要过鱼对象洄游时溯河的时段确定.邕江过鱼季节主要为每年4月-7月,全年中其他时段,洄游鱼类也可以根据洄游习性的需要通过鱼道上行过坝;鱼类下行正值洪水期,上下游水位相差很小,鱼类可以从泄流闸通过.因此,鱼道设计只考虑鱼类上溯时使用.

1.3 鱼道主要过鱼季节时上下游水位

上、下游运行水位较为稳定时,鱼道上游设计水位可采用主要过鱼季节相应的闸、坝正常运行水位;下游设计水位取主要过鱼季节的多年平均低水位.上、下游运行水位变化较大时,鱼道上游最高设计水位取正常蓄水或主要过鱼季节的工程限制运行水位,最低设计水位取主要过鱼季节的常见平均低水位,不宜低于工程死水位.下游设计水位应考虑工程运行后河段、河势的变化影响.

根据我国的观测资料,过鱼季节鱼道出口设计水位为73.3～75.5 m,鱼道进口设计水位为65～67 m,最大设计水位差为10.5 m.

1.4 鱼道隔板过鱼孔设计流速

鱼道设计流速,是指在设计水位差的情况下,鱼道隔板过鱼孔中的最大流速值;鱼道设计流速不应大于主要过鱼对象的极限流速.其中,影响设计流速的主要因素有:过鱼对象、地理位置、水池水流条件等.一般地,鱼类克服流速的能力随着其体长而增大,故在鱼道规划和初步设计阶段,为了计算工程量和造价,可按主要过鱼对象的体长来选定鱼道设计流速[2].

2 结构型式选择

根据结构型式,鱼道主要可分为仿生态型鱼道、槽式鱼道、特殊结构型式鱼道和隔板式鱼道.

根据各种结构型式鱼道的特点及适用条件,综合考虑本枢纽所在河段河道地形及水位特征,以及需要满足不同喜好水深的洄游鱼类,鱼道设计流速要求较高,且需要较好地控制池室内的水流流态,故实例工程中的鱼道型式采用竖缝式鱼道;根据过鱼孔设计流速要求及鱼道与其他枢纽建筑物的布置等地形因素,初步设计考虑槽身底坡为1∶60,每10个标准池设1个休息池,休息室长度7.2 m,共17个,且在鱼道中间附近设置了观察室.

3 鱼道池室尺寸

鱼道池室的尺寸应考虑过鱼对象的溯游习性及满足消能要求,同时兼顾工程造价的要求.一般情况下,鱼道池室的长、宽、高尺寸越大,消能效果越好,过鱼对象的适用性也越高,但工程造价也越大.因此,需要平衡过鱼对象适用性和工程造价经济性之间的关系.鱼道槽身初步考虑采用矩形断面,池室长为3.6 m,净长为3.3 m,净宽为3.0 m,高为2.5 m,水深为2.0 m.

3.1 鱼道池室净宽

鱼道池室净宽尺寸越大,每级池室内的平均流速就越小,越有利于鱼类在池室中休息,但净宽尺寸越大,鱼道造价也就越高.实例工程鱼道设计中,根据鱼道的主要过鱼对象,即鳗鲡、白肌银鱼、青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼的习性,采用槽身断面底净宽3.0 m的矩形断面,能满足主要过鱼对象的习性要求且比较经济.

3.2 鱼道池室净深

池室水深的选择,不仅要考虑到鱼的习性和消能要求,还要保证鱼道中有一定的流量,使鱼道进口产生一定的水流,吸引鱼类进入鱼道;在其他条件一定时,鱼道池室越深,需要的鱼道出口数量就越少,相对减少了建设出鱼口的投资和施工难度;但鱼道深度的增加,同时又加大鱼道主体的建设投资;所以在选择鱼道深度时,既要考虑上游水位的变化,又要考虑鱼道中水的流量.实例工程中,初步设计鱼道池室高2.5 m,池净室水深2 m.

3.3 鱼道水池净长

鱼道池室净长尺寸越大,水流消能条件越好,池室内平均流速越容易趋于平稳,从而有利于鱼类在池室中休息;但鱼道池室的净长越大,鱼道总长就越长,相应鱼道建设造价也就越高.实例工程中,考虑到主要过鱼对象的习性,并参考国内外已建鱼道的经验,鱼道池室净长取3.3 m,池室隔板中线距离,即鱼道池室长为3.6 m,能满足过鱼要求且比较经济.

3.4 鱼道池室数量及每级池室水位差

根据鱼道设计水头10.5 m、初步选定底坡1∶60,可以得到所需的鱼道水池数量为175个,含17个平底休息池,每级水池承受的水位差约为0.06 m.

4 隔板型式、数量及过鱼孔宽度

隔板型式及池室尺寸应满足主要过鱼对象的溯游习性及满足消能要求,槽身内主流应明确,同时应满足设计水位差条件下各隔板水位差基本相等的要求,并且隔板型式宜简洁、平顺,避免锐缘.

根据鱼道的水池、休息池及观察室数量,可以得到所需的隔板数量约为176块.

该鱼道选择了竖缝式隔板中的单侧竖缝式.垂直竖缝的宽度首先应考虑过鱼对象的习性、个体大小.本实例工程中,初设中选择过鱼孔宽度为0.45 m.

5 鱼道进口与出口布置

5.1 鱼道进口布置

1)最好布置在泄水闸、电站尾水、生态放水口等经常有水流下泄处,或鱼类洄游路线及经常聚集地附近,如果有条件应设置多进口集鱼系统.

2)鱼道进口处高程能适应进口处水位的变化;在主要过鱼季节鱼道进口水深不宜小于1m;当鱼道进口处水位变化幅度较大时,应设置两个或两个以上不同位置和高程的鱼道进口;并且,鱼道进口处应设逐渐扩展过渡段,与进口处河道相衔接.

3)鱼道进口宜敞露自然采光,不宜封闭成管道,否则应配人工光源模拟自然光照条件.

4)当鱼道进口区域水流流速小于鱼类感应流速时,应采取补水等措施,以诱导鱼类进入鱼道,但也不宜布置在有较强旋涡,回流及死水区等区域.

5)鱼道进口宜设置闸门以满足运行和检修要求,进口应避免泥沙淤积,并与河床平顺衔接;当枢纽其他建筑物下泄流量较大时,在鱼道进口宜辅以必要的诱鱼、拦鱼、导鱼设施.

老口航运枢纽右岸为电站,左岸为溢洪道,鱼道布置在右岸电站与混凝土重力坝间,鱼道进鱼口布置在下游厂房下泄口处,设计两个进鱼口,底高程分别为65.0 m及63.0 m.由于该处鱼类群集,且布置了补水系统确保进口处水流速度大于鱼类的感应流速,因此鱼类易被吸引而进入鱼道进鱼口.

5.2 鱼道出口布置

1)鱼道出口处水流应平顺,利于引导鱼类上溯,流速不宜大于0.5m/s,当鱼道出口结合闸、坝建筑物布置,或需布置在各类进取水口、通航建筑物口门区附近,水流紊乱,流速过大时,应在鱼道口处设置隔流墙.

2)鱼道出口应避开漂浮物聚集、码头等区域,原理各类进取水口、通航建筑物口门区.

3)对于有底栖生物上溯的鱼道,出口宜为开敞式,且底部宜与上游河床或岸坡宜平顺衔接,根据需要可设置拦漂设施;

4)主要过鱼季节鱼道出口水深不宜小于1.0 m,且当主要过鱼季节上游水位变幅较大时,应在不同位置与高程处设置多个鱼道出口.

5)鱼道出口应设置闸门以满足运行和检修要求.

鱼道下行是正值洪水期,上下游水位相差很小,鱼类可以直接从泄流闸通过,因此老口鱼道设计中只考虑鱼类上溯时使用.老口鱼道在不同位置处设置3个出口,底高程分别为73.5 m,72.4 m及71.3 m.

6 结语

老口鱼道工程的建设,是保护邕江天然渔业资源,保护生物多样性,实现人与自然和谐相处的一项重要工程措施.鉴于我国鱼道工程建设仍处于初步探索阶段,老口鱼道工程设计是否合理,需要在实际运行中检验其过鱼效果,积累工程经验,不断改进.

[1] 国际大坝委员会.大坝与鱼类--综述和建议[M].北京:中国水利水电出版社,2012.

[2] 陈勇,罗雄,曾香.石虎塘航电枢纽工程鱼道设计初探[J].水运工程,2008(9):125-129.

TV91 < class="emphasis_bold">[文献标识码]B

B

1002-0624(2017)11-0013-03

2017-04-26