藏木水電站魚道金屬結(jié)構(gòu)的布置與設(shè)計(jì)

涂建偉，劉永勝，龍朝暉，姚昌杰

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水電站魚道金屬結(jié)構(gòu)的布置與設(shè)計(jì)

涂建偉，劉永勝，龍朝暉，姚昌杰

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

根據(jù)藏木水電站魚道設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和要求，進(jìn)行相應(yīng)部位魚道金屬結(jié)構(gòu)的布置與設(shè)計(jì)，介紹了相關(guān)部位閘門和啟閉機(jī)等設(shè)備的參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可供類似工程參考。

金屬結(jié)構(gòu)；魚道；布置；設(shè)計(jì)；藏木水電站

1 工程概述

藏木水電站位于雅魯藏布江干流中游桑日～加查峽谷段，是雅魯藏布江中游規(guī)劃建設(shè)的第一座大型電站。藏木水電站為壩式開發(fā)，開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，兼顧生態(tài)環(huán)境用水要求，無(wú)航運(yùn)、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。電站采用左側(cè)河床布置6孔溢流壩，右側(cè)河床布置6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組的壩后式地面廠房開發(fā)方式。水庫(kù)正常蓄水位3 310.00 m，校核洪水位3 310.61 m，死水位3 305.00 m，最大壩高116 m，相應(yīng)庫(kù)容8 660萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1 310萬(wàn)m3，具有日調(diào)節(jié)能力。壩后式廠房?jī)?nèi)安裝6臺(tái)85 MW發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量510 MW，設(shè)計(jì)引用流量1 071.3 m3/s，額定水頭53.5 m，多年平均年發(fā)電量25.008億kW·h。

根據(jù)前期調(diào)查和資料記載，工程所在河段有魚類29種，其中外來(lái)魚類10種，高原魚類區(qū)系的種類19種，占魚類種類總數(shù)的66%，實(shí)際調(diào)查采集到的高原魚類24種，隸屬于2目3科7屬。本河段歷史上無(wú)國(guó)家保護(hù)魚類分布，且本河段的魚類在中上游干支流分布較為廣泛，在不同江段，甚至大小支流均存在產(chǎn)卵場(chǎng)，沒有長(zhǎng)距離洄游的習(xí)性。

前期研究表明，藏木水電站的建設(shè)不會(huì)導(dǎo)致中上游魚類種群發(fā)生明顯變化，主要的不利影響是將使種群間遺傳交流受阻，導(dǎo)致種群間遺傳分化，種群內(nèi)遺傳多樣性下降。為緩減工程對(duì)魚類的不利影響，擬通過(guò)修建魚道改善大壩上下游魚類種群交流。

2 魚道總體設(shè)計(jì)

藏木魚道工程主要由魚道進(jìn)口段、尾水渠段、暗涵段、岸坡段、過(guò)壩段、出口明渠段、魚道出口段和魚道觀測(cè)研究室等部分組成，全長(zhǎng)3 633.633 m。為了給魚道進(jìn)口創(chuàng)造更好的誘魚條件，藏木水電站魚道進(jìn)口布置在右岸大壩下游，以利用廠房尾水進(jìn)行誘魚，魚道在大壩下游轉(zhuǎn)折后穿過(guò)壩體進(jìn)入上游，沿岸向上延伸。

2.1 可行性研究階段

可行性研究階段共比選了左岸魚道布置方案、捕撈過(guò)壩方案和右岸魚道布置方案，其中右岸魚道布置方案最終被確立。魚道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要分布在魚道進(jìn)口、魚道出口、過(guò)壩段等建筑物處，設(shè)有魚道閘門和啟閉設(shè)備。魚道進(jìn)口閘門設(shè)計(jì)尾水位為3 248.50 m，低于電站的校核尾水位3 262.47 m，在尾水位高于3 248.50 m時(shí)，魚道進(jìn)口閘門處于開啟狀態(tài)，設(shè)備不運(yùn)行。魚道出口和過(guò)壩段閘門按照正常蓄水位3 310.00 m設(shè)計(jì)。

魚道進(jìn)口布置結(jié)合尾水渠導(dǎo)墻布置，此處常年有穩(wěn)定尾水下泄，魚類易在此聚集，進(jìn)口誘魚效果較好，且此處避開了泄洪對(duì)魚道進(jìn)口造成損壞的威脅。

魚道進(jìn)口的金屬結(jié)構(gòu)包括1～4號(hào)共4個(gè)進(jìn)口的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備。各進(jìn)口設(shè)置魚道進(jìn)口閘門，在各自相應(yīng)的下游水位下開啟，控制魚道內(nèi)的水面線和流速的穩(wěn)定。各進(jìn)口的具體位置需要根據(jù)大壩下游流場(chǎng)和魚類游泳能力，以及溯流習(xí)性進(jìn)行綜合分析后確定。其中1號(hào)進(jìn)口為低水位進(jìn)口，布置于尾水渠左側(cè)導(dǎo)墻,設(shè)置3個(gè)進(jìn)魚孔，每孔設(shè)一扇0.7 m×7 m-6.6 m(寬×高-水頭) 平面滑動(dòng)檢修閘門，底坎高程為3 241.00 m，閘門采用25 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作；2號(hào)進(jìn)口為較高水位進(jìn)口，布置于右岸邊墻，設(shè)置2個(gè)進(jìn)魚孔，每孔設(shè)一扇0.7 m×5 m-4.6 m平面滑動(dòng)檢修閘門，底坎高程為3 243.00 m，閘門采用25 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作；3號(hào)進(jìn)口為備用進(jìn)口，設(shè)一扇0.7 m×5 m-4.6 m平面滑動(dòng)檢修閘門，底坎高程為3 243.30 m，閘門采用25 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作；4號(hào)進(jìn)口為另一個(gè)備用進(jìn)口，設(shè)一扇0.7 m×3 m-2.6 m平面滑動(dòng)檢修閘門，底坎高程為3 245.60 m，閘門采用25 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。所有檢修閘門的最高擋水高度均按尾水位3 247.60 m設(shè)計(jì)，閘頂平臺(tái)高程為3 248.50 m。

為了防止洪水期間及其他緊急情況下破壞魚道，在魚道過(guò)壩段設(shè)一扇2.4 m×3.5 m-11 m平面定輪事故閘門，底坎高程為3 302.00 m，閘門按正常蓄水位3 313.00 m設(shè)計(jì)，閘門采用125 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。

藏木水電站為日調(diào)節(jié)電站，在正常運(yùn)行工況下，水庫(kù)水位在正常蓄水位3 310.00 m與死水位3 305.00 m之間變化。為適應(yīng)上游水位變幅，魚道設(shè)置1～4號(hào)共4個(gè)出口，每個(gè)出口也同樣設(shè)置閘門，可以控制啟閉以及通過(guò)流量，保證魚道正常運(yùn)行。所有魚道出口閘門的孔口尺寸均為1.5 m×3 m，底坎高程分別為3 307.50 m、3 306.00 m、3 305.00 m和3 304.00 m。閘門為平面定輪工作閘門，擋水高度均按正常蓄水位3 310.00 m設(shè)計(jì)，閘頂平臺(tái)高程為3 314.00 m，所有閘門均采用40 kN固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作。

2.2 技施階段

在技施設(shè)計(jì)階段，考慮到藏木下游JC水電站建成后，藏木尾水位，即魚道進(jìn)口水位將抬高，原設(shè)計(jì)中適應(yīng)低水位運(yùn)行的魚道1號(hào)進(jìn)口和2號(hào)進(jìn)口基本廢棄，藏木魚道將啟用魚道3號(hào)進(jìn)口和4號(hào)進(jìn)口為魚道常用進(jìn)口，魚道1號(hào)進(jìn)口為下游JC水電站建成前低水位設(shè)計(jì)進(jìn)口，可滿足JC建成前的進(jìn)魚需求。魚道2號(hào)進(jìn)口使用年限較短且同3號(hào)進(jìn)口底板高程相差不大，從布置位置上，魚道3號(hào)進(jìn)口較2號(hào)進(jìn)口過(guò)魚效果好，因此，從必要性及減少投資等方面綜合考慮，優(yōu)化取消了魚道2號(hào)進(jìn)口。為滿足進(jìn)口設(shè)計(jì)水位銜接，將3號(hào)進(jìn)口的底板高程調(diào)整至與2號(hào)進(jìn)口底板高程一致，即將3號(hào)進(jìn)口底板頂高程調(diào)整為3 243.00 m。

由于1號(hào)魚道進(jìn)口平臺(tái)所處位置較低，且交通不便，不利于現(xiàn)地頻繁操作閘門。在技施階段，在靠近3號(hào)魚道進(jìn)口的下游側(cè)魚道的中部增設(shè)了一道1號(hào)魚道節(jié)制閘，以控制1號(hào)魚道進(jìn)口的過(guò)流。這樣，1號(hào)魚道進(jìn)口的閘門可以經(jīng)常處于開啟狀態(tài)。

藏木電站施工初期，計(jì)劃將魚道分兩期建設(shè)，即大壩下游工程為一期，大壩上游工程為二期，一期工程與電站同時(shí)修建，二期工程待電站建成后再修建。據(jù)此，魚道進(jìn)口和過(guò)壩段閘門及其啟閉機(jī)設(shè)備，以及魚道出口閘門門槽在一期工程安裝，魚道出口閘門及其啟閉機(jī)設(shè)備在二期工程安裝。基于上述原因，魚道各進(jìn)口閘門的設(shè)計(jì)工況由可行性研究階段的檢修閘門改為工作閘門，閘門的啟閉條件由靜水啟閉改為動(dòng)水啟閉。

3 魚道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的布置

3.1 魚道進(jìn)口金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的布置

1號(hào)魚道進(jìn)口設(shè)置在尾水渠左側(cè)導(dǎo)墻末端，在指向下游及兩側(cè)三個(gè)方向上設(shè)置3個(gè)進(jìn)魚孔，每孔設(shè)一扇0.7 m×9 m-7.5 m 露頂平面定輪工作閘門，按尾水位3 248.50 m設(shè)計(jì)，底坎高程為3 241.00 m，每個(gè)進(jìn)魚孔中均埋設(shè)有計(jì)數(shù)傳感器，可以統(tǒng)計(jì)過(guò)魚數(shù)量，經(jīng)原型觀測(cè)后，過(guò)魚效果最好的那個(gè)進(jìn)魚孔將被使用，其余2個(gè)進(jìn)魚孔將用1號(hào)魚道工作閘門封閉。運(yùn)行時(shí)每次開啟一扇閘門，開啟的那扇閘門存放在儲(chǔ)門槽內(nèi)，三扇閘門共用一個(gè)儲(chǔ)門槽。閘門面板和止水設(shè)在上游側(cè)，側(cè)止水為P45A型橡塑水封，操作方式為動(dòng)水閉門，節(jié)間小開度充水平壓后靜水啟門。由于閘門受力較小，為方便制作，閘門主梁及邊梁均采用型鋼焊接而成。

1號(hào)魚道進(jìn)口閘門閘頂平臺(tái)高程為3 250.00 m，啟閉平臺(tái)有可能被淹沒在水下，且該部位供電較為不便，閘門采用50 kN手拉葫蘆進(jìn)行操作，三扇閘門共用一個(gè)50 kN手拉葫蘆。手拉葫蘆配手推單軌小車，可以沿著單軌小車軌道運(yùn)行至每個(gè)魚道閘門以及儲(chǔ)門槽的上方，起吊需要開始的那扇閘門并將其運(yùn)至儲(chǔ)門槽中存放。為降低手拉葫蘆的揚(yáng)程，閘門分三節(jié)制造，節(jié)間用連接板及銷軸連接，方便拆裝，三節(jié)門葉結(jié)構(gòu)相同，具有互換性，在每節(jié)閘門的吊耳上，均設(shè)置有卸扣裝置，可以減少起吊過(guò)程中的拆裝工作。50 kN手拉葫蘆的揚(yáng)程為5.5 m。1號(hào)魚道進(jìn)口工作閘門的布置如圖1所示。

1號(hào)魚道節(jié)制閘設(shè)置在靠近3號(hào)魚道進(jìn)口的下游側(cè)魚道的中部，底坎高程為3 243.00 m，按尾水位3 248.50 m設(shè)計(jì)，設(shè)一扇1.8 m×6 m-5.5 m露頂平面定輪工作閘門，以控制1號(hào)魚道的過(guò)流，這樣1號(hào)魚道閘門可以經(jīng)常處于開啟狀態(tài)，只有在檢修1號(hào)魚道節(jié)制閘和1號(hào)魚道進(jìn)口之間的魚道時(shí)才關(guān)閉，當(dāng)尾水位較高，使用3號(hào)和4號(hào)魚道時(shí)，也不用關(guān)閉1號(hào)魚道進(jìn)口閘門，只需關(guān)閉1號(hào)魚道節(jié)制閘，有效避免了1號(hào)魚道進(jìn)口閘門手動(dòng)開啟的繁瑣工作。1號(hào)魚道節(jié)制閘的面板和止水設(shè)在下游側(cè)，側(cè)止水為P45A型橡塑水封，閘門動(dòng)水啟閉，采用125 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與3號(hào)魚道進(jìn)口工作閘門的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)共用一個(gè)油缸機(jī)架、一套液壓泵站和一套電控柜。

3號(hào)魚道進(jìn)口閘門設(shè)置在尾水渠左側(cè)導(dǎo)墻上游段，底坎高程為3 243.00 m，按尾水位3 248.50 m設(shè)計(jì)，設(shè)一扇0.7 m×6 m-5.5 m的露頂平面定輪工作閘門。由于當(dāng)1號(hào)魚道運(yùn)行時(shí)，3號(hào)魚道工作閘門關(guān)閉，此時(shí)閘門擋內(nèi)側(cè)水位；當(dāng)尾水位升高，關(guān)閉1號(hào)魚道節(jié)制閘，由3號(hào)魚道工作閘門開啟過(guò)魚時(shí)，魚道內(nèi)側(cè)水位高于外側(cè)水位1.6 m，此時(shí)閘門擋外側(cè)水位，故3號(hào)魚道閘門為雙向止水，內(nèi)側(cè)封水寬度

0.8 m，外側(cè)封水寬度1.12 m，閘門面板和止水設(shè)在上游側(cè)，側(cè)止水為雙P頭橡塑水封，閘門動(dòng)水啟閉，采用125 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。1號(hào)魚道節(jié)制閘和3號(hào)魚道進(jìn)口工作閘門的布置如圖2所示。

4號(hào)魚道進(jìn)口設(shè)置在右沖沙底孔左導(dǎo)墻上，高水位時(shí)若3號(hào)進(jìn)魚口過(guò)魚效果不好，則開啟4號(hào)魚道進(jìn)口。4號(hào)魚道進(jìn)口工作閘門底坎高程為3 245.60 m，按尾水位3 248.50 m設(shè)計(jì)，設(shè)一扇0.7 m×3.4 m-2.9 m的露頂平面定輪工作閘門。閘門運(yùn)行條件與3號(hào)魚道進(jìn)口閘門類似，雙向止水，內(nèi)側(cè)封水寬度0.8 m，外側(cè)封水寬度1.12 m，閘門面板和止水設(shè)在上游側(cè)，閘門動(dòng)水啟閉。由于4號(hào)魚道進(jìn)口啟閉機(jī)平臺(tái)較3號(hào)魚道高，為方便設(shè)備制造，使得1號(hào)魚道節(jié)制閘、3號(hào)和4號(hào)魚道進(jìn)口閘門的啟閉機(jī)相同，設(shè)計(jì)一節(jié)短拉桿，4號(hào)魚道進(jìn)口閘門采用125 kN液壓?jiǎn)㈤]機(jī)通過(guò)拉桿操作。

圖1 1號(hào)魚道進(jìn)口工作閘門布置示意

圖2 1號(hào)魚道節(jié)制閘及3號(hào)魚道進(jìn)口工作閘門布置示意

魚道進(jìn)口閘門門槽埋件由主軌、反軌及底坎等組成，全部為焊接組合結(jié)構(gòu)，除1號(hào)魚道節(jié)制閘以外，其余魚道進(jìn)口閘門因?yàn)轸~道二期尺寸較小，為便于安裝，主、反軌設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，采用整體二期安裝。

3.2 魚道過(guò)壩段金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的布置

魚道在19號(hào)壩段處穿越大壩，該段與19號(hào)壩段結(jié)合布置，在19號(hào)壩段內(nèi)設(shè)置魚道。過(guò)壩段全長(zhǎng)27 m。魚道過(guò)壩段設(shè)一扇2.4 m×3.5 m-8 m潛孔平面定輪事故閘門，以控制整個(gè)魚道的過(guò)流，防止事故發(fā)生，同時(shí)用以檢修下游魚道。閘門底坎高程為3 302.00 m，按正常蓄水位3 310.00 m設(shè)計(jì)，封水寬度2.5 m，閘門面板和止水設(shè)在上游側(cè)，側(cè)止水為P45A型橡塑水封，閘門動(dòng)水啟閉，采用160 kN固定式電動(dòng)葫蘆操作，揚(yáng)程為14 m。由于藏木雨季較長(zhǎng)雨量較大，電動(dòng)葫蘆自帶防水設(shè)施。

3.3 魚道出口段金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的布置

魚道出口段布置在右岸壩前，按照壩前水位的不同，共布置了4個(gè)出口，底坡傾角i=0，邊墻頂高程為3 312.00 m，閘門的檢修也布置在3 312 m高程的平臺(tái)上。為使魚類順利通過(guò)，魚道4個(gè)出口與魚道軸線夾角為30°，指向上游。魚道4個(gè)出口各布置了一道工作閘門，根據(jù)壩前水位控制其中一扇閘門開啟。四扇閘門孔口尺寸均為1.5 m×3.0 m(寬×高)，底坎高程分別為3 304.00 m、3 305.00 m、3 306.00 m和3 307.50 m，為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，均按4孔中最大設(shè)計(jì)水頭6 m設(shè)計(jì)，門型為露頂平面定輪工作閘門，面板和止水設(shè)在上游側(cè)，側(cè)止水為P45A型橡塑水封，閘門動(dòng)水啟閉，由于閘門的自重不足以克服全部摩阻力，采用門上加配重塊下門。閘門采用100 kN固定式電動(dòng)葫蘆操作，揚(yáng)程為9 m。

4 魚道閘門的運(yùn)行工況

4.1 魚道進(jìn)口運(yùn)行工況

魚道設(shè)置了三個(gè)進(jìn)口，每次開啟一個(gè)進(jìn)口運(yùn)行，針對(duì)不同的尾水位，開啟不同的進(jìn)口運(yùn)行。各進(jìn)口在不同水位的運(yùn)行狀態(tài)見表1。

(1)1號(hào)進(jìn)口在較低水位時(shí)運(yùn)行, 3號(hào)進(jìn)口在較

高水位時(shí)運(yùn)行；

(2)4號(hào)進(jìn)口只在3號(hào)進(jìn)口運(yùn)行過(guò)魚效果不佳,且水位在3 247.30 m之上時(shí)啟用,啟用時(shí)關(guān)閉3號(hào)進(jìn)口。

(3)當(dāng)尾水位高于3 248.50 m時(shí)，各進(jìn)口閘門須處于開啟狀態(tài)；禁止在尾水位高于3 248.50 m時(shí)關(guān)閉進(jìn)口閘門。

表1 各進(jìn)口運(yùn)行水位范圍

4.2 魚道出口運(yùn)行工況

藏木魚道設(shè)置了4個(gè)出口，每次開啟一個(gè)出口運(yùn)行，針對(duì)不同的庫(kù)水位，開啟不同的出口運(yùn)行。各魚道出口運(yùn)行水位范圍見圖3。

圖3 各魚道出口運(yùn)行水位范圍

5 魚道金屬結(jié)構(gòu)的布置優(yōu)化

魚道進(jìn)口閘門及啟閉機(jī)設(shè)備安裝完成后，上級(jí)主管部門在審查魚道專項(xiàng)設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)，認(rèn)為1號(hào)魚道進(jìn)口閘門采用手拉葫蘆啟閉且啟閉機(jī)安裝高程在設(shè)計(jì)洪水位3 261.00 m以下，建議“應(yīng)結(jié)合水工布置調(diào)整1號(hào)魚道進(jìn)口啟閉機(jī)型式及布置高程，確保啟閉機(jī)安全運(yùn)行”。為此，將提高1號(hào)進(jìn)口啟閉機(jī)排架頂高程至不被最高尾水位淹沒的位置，并將手拉葫蘆改為電動(dòng)葫蘆。

6 結(jié) 語(yǔ)

魚道金屬結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中充分考慮了布置形式、運(yùn)行方式、制造、安裝及運(yùn)輸?shù)确矫娴囊螅饘俳Y(jié)構(gòu)設(shè)備布置緊湊、合理、運(yùn)行方便。目前藏木水電站魚道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備已經(jīng)完成制造與安裝，各部位金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的布置及設(shè)計(jì)符合相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，滿足工程實(shí)際需要。目前，魚道金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備運(yùn)行良好。

藏木水電站魚道為高原地區(qū)第一個(gè)大型魚道工程，也是目前國(guó)內(nèi)水頭落差最大、長(zhǎng)度最長(zhǎng)的魚道工程，同時(shí)藏木電站水庫(kù)水位日變幅較大，技術(shù)要求及運(yùn)行要求均較高，對(duì)閘門的啟閉機(jī)設(shè)備要求也高，魚道的過(guò)魚效果，以及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的運(yùn)行狀況，有待后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)一步觀測(cè)與總結(jié)。

2016-08-23

涂建偉(1986-)，男，四川樂山人，工程師，從事水電站金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

S956.3

B

1003-9805(2017)01-0061-04