孤山航电枢纽工程鱼道布置设计.pdf

2023年11月引用格式：徐宇航，张典典，袁达，等.孤山航电枢纽工程鱼道布置设计 J.水利水电快报,2 0 2 3,4 4(11）：9 1-9 4,10 4.水利水电快报EWRHI第 4 4 卷第 11 期孤山航电枢纽工程鱼道布置设计徐宇航12,张典典12,袁达，高乐（1.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉4 30 0 10；2.流域水安全保障湖北省重点实验室，湖北武汉4 30 0 10）摘要：为尽可能地减小孤山航电枢纽工程建成后阻隔鱼类上溯通道产生的不良影响，对鱼道、鱼闸、升鱼机和集运渔船等过鱼设施型式进行经济技术比选，并结合孤山航电枢纽布置、运行水位、过鱼对象的洄游习性及克流能力等方面进行鱼道设计。通过物理模型试验对布置结果进行验证，结果表明：所设计鱼道在各级运行水位及工况组合下，鱼道进鱼口、出鱼口处水流条件均满足过鱼要求。关键词：鱼道设计；鱼类洄游；克流能力；孤山航电枢纽工程；汉江中图法分类号：S956.3文章编号：10 0 6-0 0 8 1(2 0 2 3)11-0 0 9 1-0 4文献标志码：AD0I:10.15974/ki.slsdkb.2023.11.015了鱼道布置和设计,并结合物理模型试验对布置结0引言果进行了验证，相关经验可供类似工程借鉴。随着中国水利水电资源开发逐步加深，水利枢纽过鱼设施的研究和建设日益受到重视。过鱼设施作为辅助鱼类通过拦河闸坝的工程手段 1-2】，在维持流域内鱼类基因交流以及河道生态系统连通中起着重要作用 3-5。鱼类行为学、生态学等基础生物学数据是设计有效过鱼设施的基础,开展水力学模型研究是检验设计成果的有效手段 6 。19 6 6 年修建的江苏省斗龙港鱼道在进行顺灌或倒灌时，均发现各种幼鱼和成鱼通过鱼道溯闸上游，以往在闸上很少见到或濒临绝迹的鳗、梭鱼、鲈等鱼类大量出现,鱼类产量也显著增加;19 8 0 年建成的湖南省洋塘鱼道在实际观察期间,6 5个白天中,仅青、草、鲢、鲤、鲫、等经济鱼类就达4 0 多万尾，在过鱼高峰4 月上中旬，平均每小时过鱼达2 6 0 0 多尾;2 0 0 9 年建成的广西长洲水利枢纽鱼道试运行期间，过鱼达18 种，日过鱼量3798尾,以赤眼鳟、鲮鱼为优势种群。由此可见,鱼道的建设可以有效减缓水利水电工程对鱼类上溯的阻隔影响，起到保护水产资源的作用。本文结合孤山航电枢纽工程，对汉江上游鱼类资源现状进行分析，确定了过鱼目标,并通过经济技术比选确定了过鱼方案。针对汉江上游河段河谷深窄、洪水陡涨陡落、下游水位变幅较大的特点，进行收稿日期:2 0 2 2 -11-2 8作者简介：徐宇航，男，工程师，主要从事过鱼建筑物及通航建筑物的设计与科研工作。E-mail 1工程概况孤山航电枢纽工程位于汉江干流夹河丹江口水利枢纽回水末端河段内,是汉江15个梯级中的第7个梯级，上距白河梯级坝址约35km，下距丹江口水利枢纽坝址17 9 km。坝址控制流域面积6 0 4 4 0km,多年平均流量7 8 3m/s多年平均年径流量247亿m。枢纽工程等别为等，由泄水闸、船闸、水电站厂房、生态放水闸、两岸混凝土挡水坝等建筑物组成，主要开发任务是航运和发电，船闸级别为IV级，电站安装4 台贯流式机组，装机容量18 0 MW。枢纽建成后,原天然河道被隔断，鱼类难以通过枢纽上溯，需建设过鱼设施解决鱼群洄游隔断问题。2过鱼方案比选2.1过鱼对象及季节根据汉江鱼类资源现状，结合孤山航电枢纽工程的特点，重点考虑江湖洄游、半洄游及具有短距离迁移特征的鱼类过坝问题，同时兼顾该河段分布的所有鱼类,确定本工程主要过鱼对象为草鱼、青鱼、鲢、吻、臧等产漂流性卵的鱼类。孤山航电枢91.2023年11月纽工程主要过鱼季节在半洄游性鱼类与短距离迁移鱼类的产卵季节，即每年4 7 月。2.2过鱼设施方案比选过鱼建筑物分为鱼道、鱼闸、升鱼机和集运鱼船等，过鱼设施方案比选见表1。表1过鱼设施方案比选Tab.1 Comparison and selection of fish pass facilities方案仿自然过鱼、接近天然河道，适应与通过的鱼类范围广通道鱼道鱼闸升鱼机集运鱼船机动性好，可在较大范围内集鱼，与枢纽布置运行管理费用较高，难以捕集底层鱼类，无干扰，造价较低孤山航电枢纽工程位于汉江干流，对过鱼设施的要求较高，而升鱼机、鱼闸和集运鱼船等设施过鱼不连续、效果不稳定、操作复杂、运行费用高 7 ，因此，鱼闸、升鱼机和集运鱼船不适用于本工程。鱼道和仿自然过鱼通道均可连续过鱼，适应与通过的鱼类范围广，可以满足孤山水电站过鱼目标的要求。仿自然鱼道坡度非常低、占地面积大,结合孤山航电枢纽地形地质条件，推荐过鱼建筑物采取鱼道的结构型式。3鱼道设计3.1过鱼流量及水位根据孤山航电枢纽工程的运行调度方式，鱼道上游最高运行水位为正常蓄水位17 7.2 3m，最低运行水位为死水位17 5.0 0 m，下游最高运行水位为164.87m（考虑丹江口水库9 0%保证率水位16 4.2 0 m的顶托作用），枢纽下泄流量为154 1.2 m/s，最低运行水位为158.55m，枢纽下泄流量为生态流量高水位低水位出鱼口出鱼口上游鱼道92.水利水电快报EWRHI120m/s,过鱼设施的最大工作水头为18.6 8 m，最小工作水头为10.13m。3.2鱼类克流能力评估及鱼道流速设计（1）目标鱼类克流能力。该工程鱼道的主要过鱼对象为吻、以及四大家鱼等,鱼道的设计流速主要参考这几种鱼类的克流能力。国内科研单位对四大家鱼的克流能力进行了测试试验，主要成果见表2。优点缺点占地面积大，无特殊装置（闸门、水闸）时无法适应上游水位的显著变化消能效果好，可连续过鱼，运行费用较低，能长度较长，在枢纽中较难布置，造价较高适应上、下游水位变化过鱼省时、省力，不存在过鱼疲劳问题，造价过鱼不连续，运行费用较高较低，占地较少，便于在枢纽中布置适用于高坝或库水位变幅较大的枢纽过鱼，机械设施发生故障的可能性较大，运行造价较低，占地较少，便于在枢纽中布置费用较高，过鱼不连续，不能大量过鱼噪声大，存在油污污染一右岸非溢流坝段图1鱼道平面布置Fig.1 Layout of fishway第 4 4 卷第 11 期表2 四大家鱼克流能力测试成果Tab.2 Four major fish swimming ability test results体长/感应流速/临界流速/极限流速/品种cm青鱼12 41草鱼936鲢732鋪1521（2）鱼道设计流速。鱼类一般以高速冲刺的形式短时间通过鱼道过鱼孔口或竖缝，通过高流速区时间为52 0 s，通过鱼道后鱼类会寻找到缓流区或回流区进行休息 8 。因此，过鱼断面流速主要参考鱼类突进速度（极限游速)确定。根据表2 的研究成果,四大家鱼的突进速度为0.981.25m/s。本工程鱼道主要过鱼目的是帮助上下游鱼类进行基因交流，兼顾具有洄游习性的鱼类繁殖上溯过坝,因此,在保证大规格鱼类通过的同时,需兼顾一些小规格鱼类。考虑到各种年龄、规格的鱼类,孤山鱼道孔口、竖缝最大设计流速取0.6 0.9 m/s。3.3鱼道总体布置鱼道布置在电站厂房的右侧边坡上，经右岩非溢流坝段过坝，根据汉江孤山航电枢纽工程下游水位变幅较大的特点，设有3个不同高程的进口以及两个出口，全长118 9.7 5m。主要建筑物有厂房集鱼系统、鱼道池室、鱼道进鱼口、出鱼口以及补水系统等。鱼道平面布置见图1，鱼道主要参数见表3。高水位中水位进鱼口一进鱼口低水位进鱼口(m:s-)0.080.200.200.06下游鱼道(m s)0.970.950.990.93(m:s-)1.251.100.981.10960.00徐宇航等孤山航电枢纽工程鱼道布置设计表3鱼道主要参数设置3个进鱼口，分别对应158.55 16 1.50 m、Tab.3IMain parameters of fishway参数数值上游运行水位175.00 177.23 m下游运行水位158.55 164.87 m设计水头10.13 18.68 m池室宽度2.50 m单个池室长度3.00m(隔板中心间距)单个休息室长度6.00 m池室设计水深1.50 3.00 m鱼道设计流速0.60 0.90 m/s低水位进鱼口对应水位158.55 161.50 m中水位进鱼口对应水位161.50 163.54 m高水位进鱼口对应水位163.54 164.87 m低水位出鱼口对应水位175.00 176.50 m高水位出鱼口对应水位176.50 177.23 m鱼道长度1189.75 m过鱼池底坡坡比1:503.3.1池室结构（1）过鱼池。鱼道池室尺寸取决于过鱼量和过鱼对象的大小,本工程主要过鱼对象中规格较大的为四大家鱼成鱼，因此将其规格作为限制性指标。四大家鱼最大体长一般可达到1.0 m,故鱼道池室净宽取为2.5m，鱼道池室长度取3.0 m，鱼道正常运行水深为1.5 3.0 m。（2）休息池。为避免鱼类在过坝过程中体力不支，设置休息池以供鱼类暂时休息。每隔10 个过鱼池设一个长度为6.0 m的平底休息池，净宽为2.5m,水深1.5 2.5m。（3）隔板型式。竖缝式鱼道隔板消能效果较好，适应水位变幅能力强，各水层鱼类均可通过 9 。根据孤山航电枢纽工程过鱼对象特点，选择单侧竖缝式隔板,竖缝宽度选为50 cm,鱼道最大流速控制在 1.1 m/s 以内。（4）池间落差及鱼道底坡。为满足过鱼竖缝中的设计流速，取池间距3.0 m，鱼道池间落差6.0cm，鱼道纵向底坡坡比为1:50。3.3.2厂房集鱼系统厂房集鱼系统主要由集鱼渠和进鱼孔组成。集鱼渠和补水渠构成集鱼补水渠。集鱼补水渠平行坝轴线布置在电站尾水出口的顶部。集鱼渠为U形结构，宽2.5m;补水渠为箱型结构,宽1.5m;集鱼补水渠总长约为8 2 m,顶高程16 4 m。在集鱼渠上设若干个尺寸为1.0 m1.0m的进鱼孔,孔底高程错落布置以适应下游低水位进鱼口158.55161.50 m的水位变化。3.3.3进鱼口为适应下游6.32 m的水位变幅，孤山鱼道共161.50163.54m、16 3.54 16 4.8 7 m 的运行水位,3个进鱼口的底板顶高程分别为157.0 0，160.0,162.04m，距离坝轴线的距离分别为8 0，279,415 m。为增强诱鱼效果,在中水位、高水位进鱼口布置补水系统及喷淋诱鱼系统。进鱼口布置见图2 4。补水渠集鱼渠低水位进鱼口低水位进鱼口检修门85号池室补水管.57.00图2 低水位进鱼口布置Fig.2Layout of fish inlet at low water level检修门喷淋系统中水位进鱼口补水管节制门图3中水位进鱼口布置Fig.3 Layout of fish inlet at medium water level检修门高水位进鱼口补水管节制门图4 高水位进鱼口布置Fig.4 Layout of fish inlet at high water level水力学模型试验表明10 ：孤山航电枢纽工程4台机组运行情况下，结合丹江口水库水位不同顶托条件，通过改变机组组合运行方式，能在下游河道形成供鱼类进入相应进鱼口的水流通道，鱼类可沿右岸非溢流坝段进人相应水位进鱼口。93.州e162:d40163.301喷淋系统2023年11月3.3.4过坝段在鱼道与右岸非溢流坝段相交处均设有防洪挡水平板门及启闭机室。上游过坝段挡水门门槛高程170.2m，鱼道孔口尺寸2.5m3.0m,挡水胸墙厚2.0m，启闭机安装平台高程18 1.9 m。下游过坝段挡水门门槛高程16 9.3m，鱼道孔口尺寸2.5m3.0m,挡水胸墙厚2.0 m,启闭机安装平台高程181.9m。过坝段内设有一座鱼道观测室,观测室内布置有观察窗、过鱼计数器等设备，以便掌握鱼道的过鱼规律。3.3.5出鱼口鱼道上游布置两个出鱼口，距坝轴线的距离分别约2 17 m与2 9 3m，底板顶高程分别为17 3.50 m与17 4.7 0 m，底板底部采用钻孔灌注桩基础，侧墙顶高程为17 8.0 0 m。高水位出鱼口设有一道检修平板门,低水位出鱼口设有一道检修平板门和一道节制闸门，出鱼口布置见图5。出鱼口检修门高水位进鱼口出鱼口检修门出鱼口节制门低水位出鱼口1水流流向-0174.70图5出鱼口布置Fig.5Layout of fish outlet水力学模型试验表明 10 ：在上游水位17 5.0 177.23m条件下，不论是电站4 台机组满发运行，还是1台机组运行，在鱼道出口周围4 0 m水域内水流平顺,流动缓慢，流速均未超过0.4 m/s,满足鱼类的喜好要求。3.3.6补水系统补水系统设有引水管、节制阀（球阀）、检修阀（蝶阀）和补水渠等。补水系统通过内径10 0 0 mm的引水管从上游补水，由球阀控制流量，水流通过补水渠与集鱼渠之间隔墙上的补水孔消能进人集鱼水利水电快报EWRHI渠。补水渠与集鱼渠均与坝轴线平行布置,布置在厂房尾水出口的顶部。4结语鱼道布置设计时应充分考虑过鱼对象的习性，结合运行水位与水流条件确定鱼道进口、出口位置，针对性地布置各项设施，创造适宜的过鱼环境。鱼道工程是一门涉及多专业的学科，需实现生态学、水力学和工程学的有机结合，以使鱼道等过鱼设施发挥效益,最大限度减小枢纽建设对鱼类阻隔的影响。参考文献：1先朱世洪，彭海波，王翔，等.金沙江金沙水电站的鱼道设计与研究 J.四川水力发电，2 0 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Pengfei,GONG Fuyuan?(1.College of River and Sea,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400047,China;2.College of Architecture and Engineer-ing,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)Abstract:In order to study the impact law of volume expansion rate on the corrosion rate of reinforcing steel duringthe Alkali-aggregate Reaction(AAR)of reinforced concrete structures,the concrete specimens with two steel di-ameters were tested for different degrees of AAR deterioration and reinforcing steel corrosion.By measuring the AARexpansion of concrete and the rust mass loss of reinforcing steel,the results of the quantitative effect of reinforcement-concrete AAR expansion rate on reinforcement corrosion were obtained.The results showed that the increased de-gree of AAR damage increased the development rate of rebar corrosion and the rebar corrosion damage;the largerthe rebar diameter was,the less obvious the corrosion effect was.AAR provided a direct channel for the transport ofchloride ion to the rebar surface,and the presence of AAR gel weakened the alkaline environment of the rebar andshortened the initiation time of the corrosion reaction in the reinforced concrete structure.Key words:Alkali-aggregate Reaction(AAR);alkali aggregate expansion;reinforcement corrosion;reinforcedconcrete structures(上接第9 4 页)Layout and research on fishway of Gushan Navigation and Hydropower ProjectXU Yuhang,ZHANG Diandian-2,YUAN Da,GAO Le(1.Changjiang Survey,Planning,Design and Research Co.,Ltd.,Wuhan 430010,China;2.Hubei Key Laboratory of Basin Wa-ter Security,Wuhan 430010,China)Abstract:In order to reduce the adverse effects of fish on the upstream channel after the completion of the GushanNavigation and Hydropower Project as much as possible,the engineering fishway layout and design were carried out.The types of fish passage facilities such as fishway,fish lock,fish lift and collection and transportation fishing vesselwere compared and selected technically and economically,and the design was carried out in combination with thelayout of Gushan Navigation and Hydropower Station,topographic address,operating water level,migratory habits offish passing objects and flow capacity.The results were verified by physical model experiments,which showed thatthe flow conditions at the inlet and outlet of the fishway can meet the requirements of fish passage under the combi-nation of operating water levels and working conditions at all levels.Key words:fishway design;fish migration;swimming ability;Gushan Navigation and Hydropower Project;Han-jiang River 104.