巴拉水电站过鱼方案比选研究

侯 宁, 刘 鑫, 江 磊, 吴 开 帅, 汤 优 敏, 张 祺, 宋 靖 国

(1.四川足木足河流域水电开发有限公司,四川 成都 610041;2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

0 引 言

水电工程开发可能会影响河流连通性和鱼类洄游通道,导致河流生态系统退化等一系列问题。过鱼设施是帮助鱼类洄游通过河流阻隔的通道,主要包括鱼梯、鱼道、升鱼机、集运鱼船等[1]。过鱼设施首先由法国于1662年提出,采用建设人工通道的方式解决鱼类洄游阻隔问题。之后,随着水电建设的快速发展,过鱼设施得到更广泛的关注及应用,截至20世纪末,国外过鱼设施发展已较为成熟[2]。国内过鱼设施始建于1960年,自21世纪以来,国内大批过鱼设施已建成运行或在规划建设中[3]。巴拉水电站在目前国内外过鱼设施相关研究的基础上,综合各类因素分析,对过鱼设施进行比选,并提出相关建议。

1 巴拉水电站概况

巴拉水电站位于阿坝藏族羌族自治州马尔康县境内,系大渡河干流水电规划“3库28级”自上而下的第2级水电站,上接下尔呷“龙头”水库电站和下衔达维水电站。电站采用混合式开发,开发任务为水力发电并兼顾减水河段生态用水需要。

巴拉水电站挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,最大坝高138.0 m,坝址位于日部乡色江吊桥下游约2.2 km处,经右岸引水至日部吊桥上游约3.9 km处建地下厂房,引水隧洞全长6 908.78 m,尾水调压室下游接一条有压尾水洞,隧洞全长1 730.08 m,在桩号1+673.01处布置尾水出口检修闸门室,隧洞后接尾水渠与脚木足河相接。工程在坝后设置生态机组电厂,即在主电厂引水隧洞坝后段,利用1号施工支洞段,设置旁通压力管道引水至坝后厂房发电。生态机组电厂引用流量为23.8 m3/s。

2 巴拉水电站过鱼方案比选

2.1 集鱼方案比选

巴拉水电站大坝较高,故不采取鱼道直接过坝,推荐采取坝下设置集鱼设施[4-6],通过转运设备运输至坝上库区。根据国内集鱼设施的发展及工程建设后坝下水文情况[7-9],对深水网箔、梯型鱼道[10-11]、槽型鱼道、尾水集鱼箱[12]或集鱼站[13]四种集鱼方案进行比选。

2.1.1 深水网箔

工程所在河床内大石块较多,且河道较窄,宽度仅50.0 m左右。目前,在脚木足河工程河段,基本没有行船条件,下游达维水电站建成后,坝下至厂房河段内仍无法行船。因此,在坝下不具备布置深水网箔的条件。

2.1. 2 梯型鱼道

梯型鱼道主要适用于坝下水位变幅较大的水电站。地下厂房设置发电机组3台,达维水电站未建成前,一台机发电尾水口水位为2 685.25 m;三台机发电尾水口水位为2 686.75 m。达维水电站建成后,一台机发电尾水口水位为2 686.25 m;三台机发电尾水口水位为2 687.85 m。工程在坝下设置生态机组1台,正常发电流量为23.8 m3/s,出水口位置处正常尾水位为2 801.50 m,50年一遇洪水位为2 802.13 m,200年一遇洪水位为2 802.82 m。工程主电站和生态机组的尾水口水位变幅均较小,最大变幅为2.6 m,故不推荐采取梯型鱼道方案。

2.1.3 槽型鱼道

工程主电站和生态机组的尾水口水位变幅均较小,最大变幅仅为2.6 m,可采用槽型鱼道进行集鱼,同时,根据国内水电站集鱼设施的建设规律及过鱼设施相关规范,槽型鱼道布置在尾水口附近,将尾水引入集鱼槽进行引诱集鱼。

2.1.4 尾水口集鱼箱或集鱼站

固定式集鱼站与槽型鱼道区别主要在于将鱼留在集鱼箱范围内的方式不同:固定式集鱼站主要采用防逃笼方式将鱼类留在集鱼箱,无需设置赶鱼通道;槽型鱼道需设置赶鱼通道,在赶鱼通道内利用赶鱼格栅将鱼赶入集鱼箱范围。工程坝下河段水深较浅,采用防逃笼有一定限制,故不推荐采取尾水口集鱼箱或集鱼站方案。

2.2 转运方案比选

转运方案可采取索道、轨道和运鱼车三种方式。

2.2.1 索道

工程若采用索道方式运输,则需要布置上站房、下站房、索道支撑塔及索道等。索道总运输长度约1.3 km,下站房布置在生态机组尾水口槽型鱼道上方,上站房布置在停靠平台,索道穿过生态机组厂房公路,沿右岸坝肩边坡、库区右岸管理公路和5号路最终到达停靠平台。索道方案主要存在以下制约因素:

(1)下站房所需场地尚可通过紧凑布置实现,而上站房所在的停靠平台尺寸为10.0 m×25.0 m,基本无足够场地布置上站房。

(2)索道需穿越多条公路,存在安全隐患。

(3)工程所在区域主要位于龙门山地震带、鲜水河—滇东地震带和巴颜喀拉山地震带的交汇处,以工程场地周围150 km范围作为研究区域,共划分出117个潜在震源区。其中,对工程场地影响较大的主要潜在震源区有6个,即:炉霍8.0级潜在震源区、道孚7.5级潜在震源区、甘孜7.5级潜在震源区、侏倭7.0级潜在震源区、两河口7.0级潜在震源区和日部6.5级潜在震源区。工程索道支架为高耸结构,抗震稳定问题突出,施工难度较大。

(4)工程位于高山峡谷,在每年3～9月风速较大,最大风速在13.7 ～22 m/s之间,索道的安全稳定运行问题突出。

(5)索道方式运鱼案例少。目前国内已建成的过鱼设施中,基本没有采用索道运输方式。国外采用升鱼索道型式的工程有美国的罗昂德布特坝、日本的庄川小牧坝和祖山坝。美国的罗昂德布特坝,坝高134.0 m,为碾压堆石坝,水库水位变幅26.0 m,采用索道吊罐系统运鱼过坝,运距约182.0 m;日本在20世纪30年代在庄川小牧坝(坝高79.0 m)及祖山坝(坝高63.0 m)在建坝初期即设置了升鱼索道,但目前上述3座升鱼索道均已停止使用或报废。

2.2.2 轨道

目前,国内采用轨道运输的过鱼设施有新疆山口水利枢纽、新疆萨尔托海水利枢纽、黄登水电站、大华桥水电站和乌弄龙水电站等。根据现场了解,运行较为稳定,偶尔轨道因热胀冷缩而产生偏移,需要进行维修维护。

工程若采用轨道方式运鱼,需设置轨道车、运鱼箱及运鱼轨道。运鱼轨道铺设有两种走向。一种是沿生态机组厂房公路至坝后通永久“之”字路爬升至坝顶,再由坝顶沿库区右岸永久道路至5号路,最终到达停靠平台,总长为2 360.0 m;另外一种是沿坝下沿河右岸公路至6号路、右岸隧道、右岸永久道路至5号路,最终到达停靠平台,总长约为3 900.0 m。工程为混凝土面板堆石坝,坝面存在沉降问题,沿着坝面“之”字路敷设轨道后运行维护难度大。另一种沿路敷设,目前工程设计道路未考虑运鱼轨道敷设,若进行扩建改造,部分位置空间小,敷设轨道难度大。

2.2.3 运鱼车

运鱼车在国内应用比较普遍,例如冲乎尔水电站、马马崖一级水电站、龙开口水电站、乌东德水电站、白鹤滩水电站、杨房沟水电站、苗尾水电站和里底水电站等。该方案需配备运鱼车一辆、运鱼箱两个、维生系统一套。为便于管理,运鱼车和运鱼箱装载定位设备,定位设备可采用GPS+基站+陀螺仪。运鱼车沿坝下沿河右岸公路至6号路、右岸隧道、右岸永久道路至5号路,最终到达停靠平台,总长约为3 900 m。

运鱼车又可分为有人驾驶运鱼车和无人驾驶运鱼车,无人驾驶运鱼车主要适用于封闭和半封闭的路段,且目前技术尚未完全成熟,因此,推荐采用有人驾驶运鱼车。目前,定位设备和视频监控设备发展成熟,可对运鱼箱、运鱼车等行驶进行轨迹监控和运鱼视频监控,解决了运鱼车存在监控难的弊端。运鱼车成为一种具有灵活性高和稳定可控可监管的转运鱼方式。巴拉水电站推荐采取运鱼车作为转运过坝方案。

3 结 语

(1)为缓解水电站建设对鱼类生存环境的阻隔,建设过鱼设施是最有效的方法之一。过鱼设施形式多种多样,目前集运鱼系统等新兴过鱼方式仍然在探索和发展过程中,在进行过鱼设施的选型和布置时,不可机械照搬,应充分考虑工程布置条件、现场河道、地形以及鱼类的生态习性,积极探索出适合工程的过鱼方式。

(2)过鱼设施的集鱼和转运方案选择直接影响过鱼效果,须综合考虑过鱼目标、建设条件和经济等因素,成为巴拉水电站过鱼设施建设的一个技术问题。本文结合巴拉水电站工程实际情况、施工条件等以及参考国内水电站集鱼设施的建设规律及过鱼设施相关规范,通过对比四种集鱼方案三种转鱼方案,提出巴拉水电站坝下集鱼采用取槽型鱼道方案,转运过坝采取运鱼车方案。该方案具有集诱鱼效率高、适用范围广和运行成本低的特点,具有应用及推广价值。巴拉水电过鱼设施建成后,将对维护大渡河流域的生态连续性产生积极作用,还可为同类水电站过鱼设施设计和建设提供参考。