西藏扎拉水电站鱼道工程布置与设计研究

王改会 沈坤民 黎贤访

收稿日期：2023-09-01

作者简介：

王改会，女，高级工程师，主要从事鱼道及其他水工建筑物设计方面的工作。E-mail：wanggaihui@cjwsjy.com.cn

引用格式：

王改会，沈坤民，黎贤访.

西藏扎拉水电站鱼道工程布置与设计研究

［J］.水利水电快报，2024，45（6）：62-68.

摘要：

为解决西藏扎拉水电站工程设计中过鱼设施的比选、鱼道进出口位置的合理选择及鱼道结构型式的确定这三大工程设计技术难点，重点分析了过鱼设施比选的思路和方法，针对鱼类的趋流特性、克流能力等生物学特性，结合物理模型试验研究成果，对鱼道总体布置、进口、出口、主体段以及附属建筑物等进行了合理设计，创新性地提出鱼道布置采用单道折叠+双道层叠+隧洞+单道的型式。该鱼道总体布置型式为国内首次采用。扎拉水电站鱼道的建成，对高山峡谷中，中高水头水电站鱼道总体设计具有一定参考价值。

关键词：

过鱼设施; 鱼道; 结构设计; 总体布置； 扎拉水电站

中图法分类号：S956.3

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.06.011

文章编号：1006-0081（2024）06-0062-07

0  引  言

在内河水资源开发利用过程中修建的闸坝，一定程度上改变了河流固有的连续性，对闸坝上下游的鱼类洄游和水生物环境产生明显的影响。过鱼设施的研究和建设可恢复河流自然特性和保护水中生物。在水利工程枢纽总体布置中需合理选择过鱼建筑物，并充分考虑过鱼建筑物和通航建筑物、挡水及泄水建筑物、水电站等枢纽其他建筑物之间的关系。目前，过鱼设施的选择还没有相应的规范，鱼道的总体布置在SL609-2013《水利水电工程鱼道设计导则》虽有规定，但因不同的枢纽所处河段条件不同，过鱼设施的选择与总体布置原则存在差异。

扎拉水电站属中高水头水电站，过鱼设施工作水头约54 m，原则上宜采取升鱼机等人工辅助类过鱼设施。本文从诱鱼能力、过鱼能力、鱼类适应能力、运行维护、生态环保等方面，综合比较分析各种过鱼设施选取方案的优劣，并通过水工模型试验对库区流场和坝下流场分析论证鱼道进鱼口和出鱼口位置选取的合理性，旨在为类似狭窄河道条件下中高水头枢纽工程中过鱼设施的选取、鱼道进出鱼口的确定提供参考。

1  工程概况

扎拉水电站的主要开发任务为发电，并促进地方经济社会发展。枢纽主要建筑物由挡泄水建筑物、引水隧洞、电站厂房组成。

扎拉水电站的中上游河段河谷开阔，砾石浅滩丰富，适宜裂腹鱼类产卵，是裂腹鱼类的重要产卵场地。扎拉水电站建成后，原有峡谷急流连续的河流生态系统将被大坝阻隔，特别是对繁殖时期裂腹鱼亚科鱼类会产生一定阻隔影响。为缓解工程阻隔影响，需配套建设过鱼建筑物。

2  过鱼对象分析

2.1  鱼类资源及其生态习性

扎拉水电站所属河流分布的鱼类种类共有15种，主要由鲤形目鲤科的裂腹鱼亚科、鳅科的条鳅亚科和鲇形目的鮡科3类群组成。

裂腹鱼有4种，分别为怒江裂腹鱼、贡山裂腹鱼、裸腹叶须鱼和温泉裸裂尻鱼，在繁殖季节有上溯的洄游习性。高原鳅属鱼类和鮡科鱼类均为定居性种类，一般没有在较长距离进行迁移和洄游的习性。

裂腹鱼类对产卵环境要求并不是很高，它们多数产黏沉性卵，需要在水流较缓的“滩”和“沱”里产卵，有的裂腹鱼甚至在河滩的沙砾掘成浅坑，产卵于其中。在繁殖季节，裂腹鱼类会上溯，到达适合产卵水域产卵。高原鳅等一些小型种类，种群数量较多，分布于不同的河段及支流等水域，完成生活史所要求的环境范围不大，主要在沿岸带适宜的小环境中产卵。鮡科鱼类也属于定居性鱼类，完成生活史所要求的环境范围不大，产卵场多位于峡谷江段急流与缓流之间的区域，卵有微弱黏性，也需在砾石堆中孵化。

裂腹鱼属的种类和叶须鱼属的种类更适应于流速较大的水体，而裸裂尻鱼属和高原鳅属的种类一般适应于水流较缓甚至静水环境。

2.2  过鱼对象

本工程的主要过鱼对象是具有一定洄游迁移需求的4种裂腹鱼，使坝下分布的裂腹鱼在繁殖季节能够顺利到达坝上产卵场产卵繁殖及保证种群的交流；其他鱼类如高原鳅类及鮡科鱼类作为兼顾过鱼对象，这类鱼虽没有特殊的洄游需求，但可以根据需要自由通过，以促进鱼类种群交流。

2.3  过鱼季节

主要鱼类繁殖季节为4～7月，考虑到少量繁殖较早的亲鱼早期上溯要求，3月下旬至7月为主要过鱼季节。此外，根据当地鱼类生活史特性，为满足鱼类交流需求，8～10月为兼顾过鱼季节。

3  过鱼设施型式比选

过鱼设施主要有鱼道、仿自然通道、人工辅助类过鱼设施（升鱼机、鱼闸、集运鱼系统及捕捞过坝）等不同型式［1］。

本工程过鱼设施工作水头约54 m，属中高水头水电站，原则上宜采取人工辅助类过鱼设施。人工辅助类过鱼设施中，升鱼机和集运鱼设施近年来应用较多，鱼闸因为耗水量大、效率不高等原因，在国际上已较少采用；集运鱼系统适合应用在具有通航建筑物的工程中；网捞过坝一般作为临时过渡性过鱼措施，不作为永久性过鱼设施。升鱼机在国际高水头大坝中采用较多，技术较为成熟，因此升鱼机方案作为重点比选方案。

仿自然通道布置难度较大，基本不具备建设条件：① 工程所在河段河道狭窄，河谷深切，多呈“V”形，不具备布置条件；② 上游工作水位2 811.50～2 815.00 m，下游工作水位2 761.02～2 766.80 m，具有一定的变幅，仿自然通道过水面积与水深呈非线性变化，对水位变化适应能力低，当水位变化时，通道内流速变化较大，影响鱼类通过；③ 仿自然通道最大的优点是通道内存在大小分区的非均匀流

场，适合不同鱼类及不同规格的鱼类通过，本河段过鱼对象主要为裂腹鱼亚科鱼类，种类组成单一，克流能力较强，对非均匀流场需求较小。因此，本工程不适合采用仿自然通道方案。

和仿自然通道相比，鱼道方案虽存在着布置难度大的问题，但其长度较短，宽度较窄，基本具备布置条件。另外，已建的藏木鱼道的初步有效运行证明：① 鱼类能够上溯通过水头超过60 m的鱼道；② 鱼道的结构型式能够满足裂腹鱼类的上溯需求。因此，参考藏木鱼道取得的过鱼效果，从生态效益最大化考虑，鱼道方案亦作为重点比选方案。

鱼道方案和升鱼机两种方案均具备可行性，进口布置在坝下相同位置，在进口诱鱼能力方面不存在差异。差异主要是鱼道方案中鱼类需要自行上溯，虽然可能耗时较长，但运行相对稳定，过鱼量较大。升鱼机方案中，鱼类通过集鱼通道、集鱼箱和索道系统提升过坝，鱼类过坝较为省力，但升鱼机运行不连续，过鱼量较小，同时升鱼机机械结构复杂，运行过程中出现故障的概率相对较高。鱼道除投资明显高于升鱼机外，在过鱼能力、鱼类适应能力、运行维护等方面都明显优于升鱼机方案，所以，本工程过鱼设施采用鱼道方案。

4  鱼道布置

4.1  进鱼口选址

为确定坝下环境流场，在1∶30局部整体模型上开展了物理模型试验，对生态电站单机发电-满发等不同工况下坝下环境流场进行了测试［2］。模型模拟范围包括上游河道300 m、下游河道200 m，建筑物包括泄洪表孔、两个底孔、生态孔、电站出水孔，鱼道进鱼口及部分鱼道，模型上游进口段及下游出口段留有足够长度的水流调整段，生态电站过流按照流量相似模拟，模型布置见图1和图2。

生态电站单机发电-满发的下游河道流场分布的试验结果显示：生态机组运行时，尾水沿出流方向垂直河道流出后，沿左岸边坡下泄，尾水渠及下游河道最大流速约为0.2～0.5 m/s，洄游鱼类可从左岸顺主流上溯至布置在电站尾水附近的鱼道进口，试验结果见图3（仅示意生态电站3台机过流下游河道流场分布试验结果）。

根据鱼类的趋流特性、克流能力结合坝下流场分析不同下游水位的过鱼需要，确定鱼道进口紧邻生态机组厂房尾水口布置，共设2个进鱼口［3］。进鱼口的平面布置见图4。

4.2  出鱼口选址

为合理选择鱼道出口位置，在1∶80水工整体模型上开展了物理模型试验，对生态电站单机发电-满发以及110 m3/s等不同工况下库区流场进行了研究。模型模拟范围包括上游河道1 000 m、混凝土

重力坝、泄洪表孔、泄洪冲沙底孔、电站进水口和下

游河道800 m，模型上游进口段及下游出口段留有足够长度的水流调整段，模型布置见图5。

根据物理模型试验结果，当枢纽较小流量运行时，库区水流平顺，无大范围回流区，右侧鱼道布置区域流速普遍小于0.2 m/s，不存在鱼类被水流吸入的风险，鱼道出口在坝上50 m以上均可布置。

鱼道出口设置在库区，根据物理模型试验，分析不同工况下库区流场并结合不同上游水位的过鱼需要，确定鱼道出鱼口在坝上50 m以上均可布置，共设3个出鱼口［4-5］。出鱼口的平面布置见图6。

4.3  整体布置

根据大坝总体布置，鱼道布置在大坝坝下右岸，为满足不同下游水位的过鱼需要，共设2个进鱼口，进鱼口紧邻生态机组厂房尾水口布置，进口底板高程分别为2 758.00 m、2 761.50 m。在进口处转折后，沿地形向下游延伸，并在距坝下约1.25 km处（高程2 782.00 m）向上游折返，沿地形向上游延

伸。由于鱼道过长，加之本段山峰陡峭，开挖困难，

在向上游折返段，采用单道折叠+双道层叠+隧洞

的结构型式，可以减少开挖，简化鱼道结构，在高程

为2 807.50 m处鱼道穿过大坝，并从厂房进水洞上方穿过，沿地形延伸至上游库区，坝上段总长度约330 m，为满足不同上游水位的过鱼需要，共设3个出鱼口，底板顶高程分别为2 810.50 m、2 811.50 m和2 812.50 m。鱼道全长约2.97 km。鱼道平面总体布置见图7。

5  鱼道结构设计

5.1  池室结构类型

鱼道由一级一级的水池组成，通过水池内的隔板起到消能减缓流速的目的。根据隔板形式的不同，鱼道又有不同的结构类型。目前常见的鱼道结构类型有丹尼尔式、溢流堰式和竖缝式3种。3种结构类型的鱼道优缺点比较见表1。

垂直竖缝式鱼道过鱼竖缝上下贯通，表层鱼类和底层鱼类均可以发现和通过，更利于上下游各种鱼类的交流。同时下游水位变幅较大，只有垂直竖缝式鱼道能够适应。所以采用垂直竖缝式鱼道。

5.2  池室规模尺寸

池室长度、宽度与水流的消能效果和鱼类的休息条件关系密切，同时也直接影响鱼道的全长。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

长。本工程过鱼对象主要为裂腹鱼类，一般尺寸小于80 cm，很少有超过此规格的鱼类，综合考虑本鱼道的过鱼规模、过鱼对象、池室流态及鱼道总体长度，鱼道池室长度取3.0 m。

鱼道宽度主要由竖缝宽度以及过鱼量、过鱼种类、个体大小决定，过鱼量越大，过鱼个体越大，鱼道

宽度要求越大。国外鱼道宽度多为2.0～5.0 m，国

内鱼道宽度多为2.0～4.0 m。综合考虑池室内的水力学特性，池室宽度与池室长度比例关系，本鱼道宽度取2.5 m。

5.3  鱼道竖缝设计

鱼道的竖缝宽度直接关系到鱼道的消能效果和

鱼类的可通过性。竖缝宽度越宽，越适合大型鱼类的通过，但鱼道的消能效果也随之降低，鱼道内缓流区所占面积也相应减少［6］。鱼道竖缝一般在20～60 cm，竖缝的设计既要考虑幼鱼及成鱼的通过需求，还须考虑大规格鱼类的上溯需求［7］。综合考虑过鱼对象的体型以及鱼道的尺寸，同时兼顾鱼道消能要求，竖缝式鱼道竖缝宽度取30 cm。鱼道结构尺寸见图8。

5.4  池间落差及底坡

竖缝的流速是由鱼道底坡及竖缝上下游水头差来决定。综合考虑，池间落差Δh取0.06 m，池室长度L取3.0 m，鱼道底坡坡比：

i=Δh/L=0.06/3.0= 1/50

鱼道有效池室数量

N=ΔH/Δh-1=54/0.06-1=899（个）

5.5  休息池

为避免鱼类连续上溯后引起疲劳，鱼类上溯途中应设置一定的休息场所。竖缝式鱼道池室中由于存在相应的缓流区域，部分鱼类可以在池室中得到短暂休息，但规格较大的种类及游泳能力较弱的种类仍然需要流速更低、紊动强度更低的场所休息以恢复体力。因此，本鱼道中原则上高程每提升1 m设一个休息室，休息池无底坡，长度为5 m。另外，在鱼道的转角设置休息池，休息池必须足够长，防止上游游程水流撞击对面墙壁的力量过大（尤其是方向180°转弯的地方），或防止游程水流干扰下一个下游游程的水流（例如，抑制形成螺旋水流）。

5.6  辅助设施设计

鱼道在坝上靠近坝轴线位置设观测室，详见图9，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，同时兼具宣传和演示功能。

6  结  论

（1） 扎拉水电站坝址为纵-斜向河谷，河床狭窄，根据水电站的总体布置方案，鱼道布置在枢纽右岸，鱼道的最大工作水头约54 m，采用单道折叠+双道层叠+隧洞+单道的总体布置型式，为国内首次采用。

（2） 鱼道的布置中，最关键环节是鱼道进口的选址。鱼道进口根据鱼类的趋流特性、克流能力结合坝下流场分析，初步选定在电站尾水附近，进而根据物理模型试验结果，对不同工况下坝下环境流场流速进行了测试，找出尾水渠及下游河道最大流速范围，判定洄游鱼类是否可以从左岸顺主流上溯至布置在电站尾水附近的鱼道进口，并结合不同下游水位的过鱼需要，最终确定鱼道进口合理位置。扎拉鱼道进口通过上述过程分析研究，选定紧邻生态机组厂房尾水口布置，共设2个进鱼口。

（3） 鱼道出口设置在库区，但出口应避免受电站引水口、溢洪道进口、泄水孔进口等泄水建筑物运行影响，若处在流速较大的水域，鱼类可能被水流被动吸入坝下，根据物理模型试验结果，对不同工况下库区流场进行了分析，并结合不同上游水位的过鱼需要，确定鱼道出鱼口合理位置。扎拉鱼道出口通过上述过程分析研究，出鱼口在坝上50 m以上均可布置，共设3个出鱼口。

（4） 扎拉水电站过鱼设施的比选思路和方法及鱼道的进出口位置确定的分析研究过程，对高山峡谷中，中高水电站鱼道的总体布置具有参考价值。

参考文献：

［1］   杨俊锋，张菡.金沙水电站过鱼方案比选研究［J］.水利水电快报，2022，43（3）：86-90.

［2］  陈明，刘原，段黎明，等.嘉陵江利泽航电枢纽工程鱼道进口水流条件数值模拟［J］.水运工程，2022（12）：152-157，163.

［3］  李广宁，孙双科，柳海涛，等.鱼道进口体型方案对比研究［C］∥中国水利学会.中国水利学会2018学术年会论文集.北京：中国水利水电出版社，2018：225-229.

［4］  张文传，高乐，王翔，等.西藏拉洛水利枢纽工程鱼道设计研究［J］.水利水电快报，2022，43（11）：100-104.

［5］  杨秀荣，朱成冬，范穗兴.鱼道设计关键技术问题探讨［J］.水利规划与设计，2020（12）：114-120.

［6］  何妙玲.单侧竖缝式鱼道水面线变化规律［D］.济南：济南大学，2022.

［7］  河海大学，中国长江三峡集团有限公司.一种水利水电工程竖缝式鱼道及鱼道评价系统：CN202211488007.3［P］.2023-03-07.

（编辑：李  晗）

Study on layout and design of fish passage project of Xizang Zhala Hydropower Station

WANG Gaihui1，SHEN Kunmin2，LI Xianfang1

（1.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China；

2. Hunan Lishui Hydro & Power Co.，Ltd.，Changsha 410000，China）

Abstract：

In order to solve the engineering design difficulties in the selection of fish passage facilities，the reasonable choice of fish passage import and export location and the determination of fish passage structure type of Xizang Zhala Hydropower Station was analyzed. We focused on the analysis of the fish passage facilities selection ideas and methods，the fish flow characteristics，the ability to grasp the flow and other biological characteristics，combined with the physical model test research results，the overall layout of the fish passage，inlet，outlet，main section and ancillary buildings，etc，were reasonably designed. The innovative proposal of single fold + double laminated + tunnel + single type of fish passage layout was adopted for the first time. The completion of Zhala Hydropower Station fish passage can provide a reference for the overall design of fish passage in high mountain valley or medium and high head hydropower station.

Key words：

fish passing facilities； fish passage； structure design； general layout； Zhala Hydropower Station