某水利枢纽工程过鱼设施的布置与设计

闵祥科 尹航

1 工程概况

某水利枢纽工程的主要工程任务为：以供水和防洪为主，兼顾灌溉和发电，并为加强流域内水资源管理和水生态保护创造条件。该工程主要由拦河坝、泄水建筑物、放水兼发电引水建筑物、坝后式电站厂房和过鱼建筑物等组成。水库总库容2.94亿m3，最大坝高为75.5 m，水库多年平均供水量2.58亿m3，设计水平年改善灌溉面积18 406.67 hm2（27.61万亩），电站装机27.6 MW。工程建成后，可使下游沿线乡镇防洪标准的洪水重现期由10年提高到20年，县城防洪标准由20年提高到30年。

工程建成后，势必会对鱼类的洄游造成影响，为了保护河道内鱼类资源，保证大坝上下游鱼类的交流，完成其正常的生命周期，维护河道工程区域鱼类生态环境的连通性，根据环评对保护鱼类资源的要求与建议，工程设置了过鱼设施。

2 过鱼方案的确定

过鱼设施是通过人工干预使鱼类主动或被动通过河道障碍物，到达其繁殖地、索饵场或越冬场等重要生活场所的工程或技术手段，其主要形式包括鱼道、仿自然通道、升鱼机、集运鱼设施和鱼闸等。过鱼设施在国际上已经有300多年的修建历史。低水头大坝通常采用鱼道，水头大于10 m或更高的大坝，多采用升鱼机和鱼闸。鱼闸和升鱼机在国外，如英国、澳大利亚、巴西和俄罗斯均有应用。我国已建的过鱼设施主要为鱼道，鱼闸、升鱼机在我国已建工程中应用较少。但是，从成本效益考虑，升鱼机是解决高坝过鱼问题的最佳方案。因为升鱼机可用于特别高的水坝，其设计与建设成本基本上与水坝高度无关，而且过鱼种类范围广，对鱼类的行为和游泳能力要求也较低。

根据环评水生生态专题报告，某水利枢纽工程河段分布有6种鱼类，其中土著鱼类5种，分别是贝加尔雅罗鱼、河鲈、尖鳍鮈、北方须鳅和北方花鳅；非土著鱼类1种，为麦穗鱼。其中，主要鱼类为贝加尔雅罗鱼和河鲈。根据对工程流域内鱼类、工程建筑物布置以及工程造价等多方面综合分析，某水利枢纽工程过鱼方案采用鱼道与升鱼机相结合的方式。

3 过鱼设施设计

某水利枢纽工程过鱼设施布置于大坝下游右岸，主要包括鱼道及升鱼机系统，过鱼设施首部建筑物为鱼道，位于电站尾水池下游150～200 m处，以便常年利用坝后电站尾水作为诱鱼水流。鱼道与下游河床相接，鱼类可通过鱼道上溯游至一定高程处的集鱼池，鱼道内水流由接于集鱼池左壁的引水管引自生态放水管。过鱼设施布置如图1所示，过鱼设施三维效果图如图2所示。过鱼设施运鱼过程如下：

图1 过鱼设施布置图

图2 过鱼设施三维效果图

（1）通过引水管上的放流阀控制鱼道内的生态基流，形成逆流，辅以诱鱼灯光将鱼诱至鱼道内，鱼沿鱼道逆流而上，游至赶鱼栅池。

（2）将鱼诱至赶鱼栅池后，赶鱼栅旋转90°封闭赶鱼栅池，并将赶鱼栅池内的鱼赶至集鱼箱上方，待集鱼箱提出后，再次旋转90°回行至诱鱼进口附近，准备下一次赶鱼。

（3）利用双向移动台车提升集鱼箱，集鱼箱多余水由顶部漏水网漏出，鱼留在集鱼箱内，将集鱼箱提升至电动运鱼车上，电动运鱼车运至坝脚处，坝脚门式移动台车将集鱼箱转运至牵引小车上，斜拉牵引卷扬机牵引小车至坝顶附近处，坝顶门式移动台车提升集鱼箱并运至大坝上游，将鱼放到库区，完成鱼类洄游过坝的需求。

整个过程大约需要50 min。该布置衔接连续性强，并且避免了坝高库长而单纯使用鱼道过鱼造成的鱼道过长、鱼类难以攀爬的问题。

3.1 鱼道设计

3.1.1 鱼道布置

鱼道进口最低底高程967.2 m，与主河床走向大致呈50°角相衔接，向岸坡爬升，穿过进场路后折角57°转换方向，沿进场路方向继续爬升至集鱼池，鱼道出口处底高程为968.80 m，后接集鱼池。鱼道采用竖缝式隔板池室型式，根据SL 609—2013《水利水电工程鱼道设计导则》建议范围，取池室净宽1.5 m，常规池室长度2.0 m，休息池室长度4.0 m，竖缝宽0.3 m。

3.1.2 鱼道设计运行水位

根据NB/T 35054—2015《水电工程过鱼设施设计规范》，鱼道设计运行水位应根据坝上下游可能出现的水位变动情况合理选择。上游设计水位范围可选择在过鱼季节电站的正常运行水位和死水位之间，下游设计水位可选择在单台机组发电与全部机组发电的下游水位之间。本工程过鱼季节下游最主要的运行工况为机组满发流量63.9 m3/s，对应下游水位968.72 m，也是鱼道运行的最高下游水位；过鱼季节特殊运行工况为1台小机组满发流量8.6 m3/s，对应下游水位967.7 m，也是鱼道运行的最低下游水位。上游出口由于并未直接通往库内，故上游水位由集鱼池内水位控制。

3.1.3 鱼道设计流速

本工程采用临近流域类似工程调研的经验建议值：0.8～1.0 m/s。针对主要过鱼对象贝加尔雅罗鱼和河鲈，以建议值为主，初拟设计极限流速0.8 m/s。

3.2 升鱼机设计

SETH水利枢纽工程升鱼机主要负责将诱来的鱼类提升至大坝上游，主要包括赶鱼栅、集鱼箱、移动台车、电动运鱼车及轨道、斜坡轨道车系统、坝脚门式移动台车、坝顶门式移动台车等设备。

3.2.1 赶鱼栅设计

在集鱼池下游侧上方设1台赶鱼栅，将鱼诱至赶鱼栅池后赶鱼栅旋转90°封闭赶鱼栅池，并将赶鱼栅池内的鱼赶至集鱼箱上方，待集鱼箱提出后，再次旋转90°回行至诱鱼进口附近，准备下一次赶鱼。赶鱼栅为焊接钢结构，尺寸为2 m×5 m（宽×高），小车跨距2.6 m，电力驱动。

3.2.2 集鱼箱设计

集鱼箱设两套，一用一备，集鱼箱长2.4 m，宽1.9 m，高1.2 m，有效容积为3.5 m3，主要用来装载洄游鱼类。集鱼箱承载结构由钢结构骨架，支承座板及橡皮垫块等组成，结构件均采用光滑的构件，以确保鱼类在进出集鱼箱时不被划伤。集鱼箱顶部设有防水流溢出及鱼类逃逸装置，以防止鱼类跃出，集鱼箱每面均布置4个弹性导向轮，可沿集鱼箱池内壁轨道垂直起升，以免集鱼箱在起升过程中过分晃动。

由于集鱼箱工作时间较长，为保证箱体中水质达到运输要求，集鱼箱中设有鱼类维生系统，主要包括增氧系统及砂滤系统，该系统能保证鱼在集鱼箱内存活2 h以上。集鱼箱底部设有放鱼舱门，集鱼箱投放鱼时，放鱼舱门在放入水中时能自动打开，为了保证打开放鱼舱门时较低的流速，集鱼箱的水深较浅，放鱼阀门应尽量大。为保证水放空后没有鱼留下，集鱼箱底部设计成倾斜底面，坡度比为1∶10。集鱼箱设有防撞缓冲装置，保证在集鱼、运输、投放鱼的过程中对鱼类的伤害降至最小。

3.2.3 电动运鱼小车设计

运鱼小车共1台，放置在高程为973.8 m的水平轨道上，水平轨道采用铁道轻型轨道，主要包括承载结构以及夹轨器、防风锚定装置、埋件等附属设备，水平轨道一端位于集鱼池处附近，另一端位于坝脚，运行距离约88 m。运送小车主要作用是将集鱼箱从集鱼池水平转运至坝脚。

运鱼小车由车架结构、承载结构、行走机构、阻进器、行程检测及行程开关等必要的附属设备组成。行走机构由电动机、制动器、减速器、联轴器、台车架和车轮组、电力拖动设备等组成。控制系统采用无线遥控和有线现地控制相结合的方式，由视频监控系统、行程检测系统、信号收发系统等组成，并集成安装在小车上。

考虑到运鱼小车操作的方便性，运鱼小车在水平轨道上的驱动运行方式采用自行式，自行式的动力源采用蓄电池，下游轨道端头设有充电桩，运送小车设有行程限制装置，运行至轨道两端端头时能自动切断电源，停止运行。

3.2.4 斜坡轨道车系统

斜坡轨道车系统主要由1台牵引小车、小车轨道、1台100 kN斜拉牵引卷扬机组成，坝脚门式移动台车将运鱼箱放置于斜坡轨道车上后，小车上设有锁定运鱼箱机构，轨道车通过斜拉牵引卷扬机沿轨道把运鱼箱运送至坝顶附近，斜坡与水平线夹角54°，斜坡水平距离约35 m，小车额定承载力为100 kN，轨距1.5 m。

3.2.5 起吊设备

某水利枢纽工程升鱼机系统起吊设备主要包括100 kN移动台车、坝脚100 kN门式移动台车、坝顶100 kN门式移动台车及机械自动抓梁。

100 kN移动台车扬程为11 m，行走速度为10 m/min，装设在集鱼池上方的排架柱上，主要作用是通过机械自动抓梁将集鱼池底部的集鱼箱提升并运至电动运鱼小车上。坝脚100 kN门式移动台车扬程为10 m，负责将集鱼箱从电动运鱼小车上运至坝坡牵引小车上。坝顶100 kN门式移动台车扬程为55 m，负责提升集鱼箱并运至大坝上游，将鱼放到库区。

起吊设备行走机构和起升机构均设有可靠的制动系统及终点行程限位装置和缓冲装置。机械自动抓梁出厂前应作挂脱集鱼箱的模拟试验，以确保抓梁抓起集鱼箱的过程中，动作灵敏、准确。

4 结 语

水电工程的建设导致自然河流生态条件发生改变，工程河段的鱼类势必会受到不利影响。过鱼设施在促进坝上坝下鱼类遗传信息交流、维护自然鱼类基因库、保证鱼类种质资源、维护鱼类种群结构等方面，起到了很大的作用。某水利枢纽工程过鱼设施的建设，为大坝上下游鱼类的交流提供了渠道，对该流域内鱼类资源的保护起到了一定的积极作用，对高坝过鱼设施的设计提供了参考。