新疆某水利枢纽鱼道进口设计与研究

李 梅，禹作利

(中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222)

1 工程概况

新疆某水利枢纽工程由混凝土拱坝、水垫塘及二道坝、发电引水系统和电站、生态放水洞、过鱼建筑物等组成，水库总库容3.68亿m3，电站装机容量160MW。混凝土拱坝为抛物线型双曲拱坝，最大坝高167.5m。

根据环境保护要求，主要过鱼季节为每年4-7月份。过鱼期间上游库水位变幅范围为814.00m-876.00m，下游鱼道进口水位变幅范围为732.45m-733.40m。过鱼建筑物采用“鱼道+升鱼机”方式。

2 过鱼建筑物布置

根据坝址处地形及枢纽总体布置情况，升鱼机设置在坝顶，鱼道布置在水垫塘左岸。鱼道进口设于二道坝下游侧左岸，距二道坝中心线约17m处，鱼道自下游延伸至拱坝坝脚，总长234.35m。鱼道沿水流方向分为供水阀室、消力池、集鱼斗池、赶鱼栅池、普通池室、休息池室、补水阀室及鱼道进口。鱼道进口设于二道坝下游侧左岸边墙处，底高程为731.25m。供水阀室、消力池、集鱼斗池及赶鱼栅池设置在拱坝坝脚。补水阀室设在鱼道与水垫塘左边墙之间。鱼道通过调流阀控制达到满足0.28m/s-1.08m/s的诱鱼流速要求。将鱼诱至升鱼斗后，通过升鱼小车启闭机将升鱼斗提升并放置在位于739.00m高程处的运鱼车上，由运鱼车将升鱼斗运至拱坝下游侧739.00m高程的升鱼机钢塔架内，用坝顶门机将升鱼斗升至坝顶，水平运输至上游侧并将升鱼斗垂直下放至库水水面，将鱼卸放至库内[1]。

3 鱼道进口设计

3.1 进口布置原则

1)鱼道进口应布置于鱼类聚集水域。工程建设改变了河道的水力条件，各种鱼类为自己选择与它们生活特点相适应的水域。通过对已建成水利水电枢纽鱼类聚集情况的调研分析发现，鱼类逆流而上，鱼类聚集在经常有水流下泄处。因此，鱼道进口应尽可能靠近二道坝处。

2)鱼道进口应具有合适的水流条件，根据鱼类游泳能力试验研究》报告，鱼道进口诱鱼流速为0.28-1.08m/s。

3.2 进口附近水流流场研究

通过建立二维数学模型，对不同补水流量下进鱼口附近水流流场结构进行模拟。在对结果进行分析的基础上对其流场结构的合理性进行评价，提出相应的改善措施和建议。

3.2.1 计算工况

数学模型对不同水位组合、不同补水流量工况进行了模拟研究。数模计算工况见表1。

3.2.2 计算成果分析

1)原地形布置数模计算成果分析

鱼道进口附近的河道水流流速整体偏小，这与二道坝下游地形有关，在条件允许情况下，需对河道底高程进行调整。

表1 数模计算工况表

2)调整方案1数模计算成果分析

图1 调整后的鱼道入口布置

数模计算结果与原进口地形布置方案相比，两种水位组合下其流场结构大体相似，鱼道进口附近同样具有较为明显的流速梯度，便于鱼类发觉并进入；由于没有对河道地形进行调整，因此鱼道进口附近的河道流速依旧偏小。

3)调整方案2数模计算成果分析

图2 河道底高程抬高后的鱼道进口布置方案

抬高底高程后，鱼道进口附近河道流速有了明显增加，普遍超过了目标鱼类的感应流速，较为合理；河道底高程抬高至730.00m后，进口附近水流流场结构较好，存在偏向鱼道入口的流速梯度，且水流整体较为平顺，无漩涡及其他流速屏障存在。

4)调整方案3数模计算成果分析

图3 调整方案3鱼道进口布置型式

该鱼道进口布置型式与原进口地形布置方案相比，水流条件有较大的改善，鱼道进口主流与河道水流呈一定角度，便于目标鱼类发现并进入；在主要过鱼季节鱼道进口附近流场结构较为平顺，不存在水流涡旋等不良水流条件；从整体上看，鱼道进口附近的流速指标基本满足过鱼要求。但是在4月份水位组合工况下，鱼道进口与下游河道主流之间存在一定范围的低流速区(流速在0.1m/s左右)，可能会降低目标鱼类发现鱼道入口的几率。

3.3 整体物理模型试验

在二维水流流场计算分析的基础上，对原地形布置方案和优化调整后的鱼道推荐布置方案分别开展了整体物理模型试验研究，试验结果表明：原地形布置方案鱼道进口段水流流速偏小，仅略大于目标鱼类的感应流速，可能会降低过鱼效果。推荐布置方案鱼道进口段水流流速有所增加，较好的满足了鱼道设计要求；通过对鱼道增设补水系统并对其补水流量进行对比分析，最终建议过鱼设施的补水流量宜控制在0.4m3/s-0.5m3/s，推荐4月份水位组合时补水0.4m3/s，5-7月份水位组合时适当加大补水量，补水0.5m3/s。

3.4 鱼道进口布置型式确定

通过对以上几种鱼道进口布置型式的数模计算结果及整体物理模型试验结果分析来看，鱼道进口布置方案应采用调整方案3鱼道进口布置型式。

4 结 语

鱼道进口段水流流速对吸引目标鱼类进入鱼道至关重要。文章以新疆某枢纽工程为例，通过数模计算及整体物理模型试验等结果分析，确定了过鱼建筑物进口布置型式。