水利水電工程魚道設計方法簡析

李洋洋 蘇 慧 張 游 劉娜娜

（1.徐州市水利建筑設計研究院 徐州 221100 2.徐州市水利工程運行管理中心 徐州 221100 3.江蘇泓科工程咨詢集團有限公司 徐州 221100）

1 引言

本次擬建的5#閘是拉薩河城區段綜合整治工程6級梯級蓄水閘之一。該閘建成后，能夠留住下泄河水，用于改善河道水生態環境和水景觀，提升拉薩城市整體形象和綜合能力，促進人與自然和諧共生。對于魚類而言，由于覓食、繁殖等原因，魚類自然情況下是在河道上、下游自由地游動，但是由于水閘的建成，將河道形成物理攔截，魚類無法跨越水閘，阻礙部分魚類回歸大自然，嚴重影響了該閘附近的生態環境，因此魚道的規劃設計尤為重要。

2 工程概況

本次建設的拉薩河5#閘為《拉薩河流域綜合規劃修編報告（2015—2035年）》和《拉薩市拉薩河（城區段）綜合整治工程規劃報告》規劃建設的6級梯級蓄水閘之一，該工程主要工程任務是在不影響河道行洪能力的前提下，營造濱水濕地景觀，改善河道生態環境，提升城市整體形象，加快修復拉薩河流域山水林田湖草生態系統，是創建人水和諧、宜商宜居拉薩水城的重要基礎設施工程，不僅具有顯著的旅游效益及土地增值效益，而且還具有巨大的生態效益和社會效益，工程的實施對拉薩市的經濟社會發展具有重要而深遠的意義。

拉薩河5#閘閘室垂直水流方向總寬517.32m，順水流方向總長192.0m，共6孔，其中為便于水閘檢修、沖砂及泄流調節，左側位于天然主槽的1孔設為深孔，底板高程3649.0m，其余5孔為淺孔，底板高程3650.0m；左右岸設液壓啟閉機房各1處。

3 計算案例

拉薩河5#閘閘址處河道天然主槽位于左岸，為便于枯水期魚類洄游，過魚設施布置于左岸，與左岸翼墻及閘室左岸邊墩結合。過魚設施采用豎縫式魚道，順水流方向總長194.0m，其中借用水閘深孔段左岸邊墩長12.0m，進出口連接翼墻段長44.0m，進出口控制閘各9.0m。魚道凈寬3.0m，通過空箱內填埋石混凝土形成i=1∶46的縱向底坡；魚道內采用交錯隔板形成豎縫，縫寬0.3m；進出口控制閘采用胸墻式，孔高2.0m，配3.0m×2.0m鑄鐵閘門各1扇，配手電兩用暗桿式啟閉機。

5#閘工程主要過魚對象見表1。

表1 魚道過魚對象一覽表

根據本河段水生調查成果，該工程的兩種主要過魚對象異齒裂腹魚、拉薩裸裂尻的繁殖期分別為3—5月、5—6月，確定魚道主要過魚季節為3—6月。

3.1 魚道設計流速

依據《水利水電工程魚道設計導則》（SL609-2013）3.0.5條，魚道設計流速可取主要過魚對象極限流速，條件允許時可兼顧主要過魚對象喜好流速。

依據《水利水電工程魚道設計導則》（SL609-2013）附錄A.2魚類的游泳能力利用公式A.2.2估算魚類極限流速。

結合環境保護章節，該工程魚道設計流速取1.10m/s，下階段結合魚類游泳能力試驗成果確定魚道的設計流速。

3.2 豎縫

豎縫寬度一般依據過魚對象捕獲物的大小決定。由觀測資料可知，5#閘附近有大型魚類（拉薩裂腹魚，體長0.5m左右）通過。經綜合考慮豎縫取0.3m。

3.3 魚道凈寬

魚道凈寬主要由過魚量和過魚對象個體大小決定，過魚量或魚的個體越大，魚道要求越寬。魚道寬度直接決定魚池的水量，魚池水量除滿足消能要求外，還需滿足過魚能力的要求。魚道凈寬一般不宜小于主要過魚對象體長的2倍。經綜合考慮魚道凈寬取3m。

3.4 池室長度

池室長度與水流的消能效果和魚類的休息條件密切相關。較長的池室水流條件較好，休息水域大，對過魚有利。該工程池室長度取3.3m。

3.5 魚道水深

魚道水深一般不宜小于主要過魚對象體長的2.5倍，經綜合考慮魚道水深取1.5～2.0m。

3.6 休息池設置

休息池設置原則：每隔10～20塊隔板宜設一個休息池，休息池宜為平底。

該工程魚道結構型式采用豎縫式組合魚道，斷面為矩形，水深1.5～2.0m，凈寬3m，魚池長3.3m，每9塊隔板設一個休息池，休息池長6.5m。魚道采用鋼筋混凝土結構型式，內部用埋石混凝土以增加魚道糙率，從而達到近自然效果。

3.7 魚道出口設置

魚道出口設置于遠離閘軸線位置，以免上溯魚類被閘頂溢流帶回下游。本次出口設置于水閘上游護砌段附近，距閘軸線73.5m。

在主要過魚季節（每年3—6月），魚道閘門全開；其余時間，閘門關閉。

在魚道運行期間，5#閘上游正常蓄水位為3653.0m，故在高程3653.0m以下設出魚口，出口底板高程3651.0m。

3.8 魚道進口設置

魚道進口設置于閘下消能防沖設施以外，以保證進口較為平穩的水流流態。本次進口設置于防沖槽下游，距閘軸線76.5m。

在魚道運行期間，5#閘下游水位3650.0m附近，故在高程3650.0m以下設進魚口，進口底板高程為3648.5m。

3.9 輔助設施

魚類在上溯時總是循著水流溯流而上，喜歡向陽和具有聚光性特性。根據此特點以及其他魚道設計的經驗，為了增加過魚效果，魚道入口需設立灑水誘魚裝置，并架設燈光，晚上開啟引誘。

光源可采用LED水下聚光照明燈，外殼采用不銹鋼材料，具有光線強度可調節、亮度柔和、防潮密封性能好等特點。

4 魚道水利設計

4.1 隔板水位差

隔板水位差按下式計算：

式中：Δh—隔板水位差，m；

v—魚道設計流速，取1.10m/s；

g—重力加速度，取9.81m/s2；

經計算隔板水位差Δh=0.06～0.09m，隔板水位差按照實際確定的魚道底坡最終選定。

4.2 魚道底坡

魚道底坡可按下式計算：

式中：I—魚道底坡；

Δh—隔板水位差，m；

l—魚道池室凈長，取3.3m；

圖1 魚道隔板平面布置圖

d—隔板厚度，取0.2m。

經計算魚道底坡=0.018～0.026。該工程取1/46=0.022，實際隔板水位差為0.09m。

4.3 魚道流量

按照《水利水電工程魚道設計導則》（SL609-2013）條文說明6.1.9條，豎縫式隔板魚道流量按下式計算：

式中：Q—豎縫式魚道流量，m3/s；

μ—流量系數；

s—豎縫寬度，取0.3m；

ho—池室內下游水深，m；

hu—池室內上游水深，m；

Δh—隔板水位差，取0.09m。

經計算豎縫式魚道流量為0.52m3/s。

4.4 單位水體功率耗散

單位水體功率耗散按下式計算：

式中：

E—魚道單位水體功率耗散，W/m3；

[E]—允許單位水體功率耗散，取200W/m3；

ρ—水的密度，取1000kg/m3；

Δh—隔板水位差，取0.09m；

Q—魚道流量，取0.52m3/s；

V—池室水體積，經計算得13.96m3。

經計算魚道單位水體功率耗散E=32.94W/m3＜200W/m3，滿足要求。

4.5 池室數量

魚道最大設計水位差為3m，魚道運行期間，其中魚道上游水位為3653.00m，魚道下游水位為3650.00m，隔板水位差為0.09m，則池室數量為：

式中：n—魚道池室數量；

H—魚道最大設計水位差，m；

Δh—隔板水位差，m。

依據汛期及非汛期魚道設計水位差及隔板水位差，結合5#閘工程魚道實際布置，魚道池室數量為32個。

4.6 魚道總長

魚道池室數量為32個，池室凈長度為3.3m，隔板寬度為0.2m，休息池數量為3個，休息池凈為6.5m。則魚道總長為：

L=n（1+d）+m（Δl+d）

式中：L—魚道總長，m；

m—休息池個數；

Δl —休息池池室凈長，6.5m。

依據魚道池室、休息池數量和長度以及隔板厚度，考慮進、出魚口，實際魚道長132.1m，加上進出口控制閘及連接翼墻，魚道工程總長194m。

5 魚道生態綜合監控系統平臺

魚道生態綜合監控系統管理平臺應能實現數據展示分析軟件單元、魚道附屬設備控制單元、魚道周邊生態環境監測單元、魚道過魚監測系統單元的統一操作界面管理。

魚道附屬設備控制單元控制平臺，實現在魚道觀測室對誘導魚系統、過魚控制設備的遠程監控，包括對魚道出入口的閘門監控、誘魚驅魚設施監控；應能根據上、下游水位情況通過控制魚道上、下游閘門開度來實現整體流速控制；根據補水點區域的流速情況，通過控制補水設施對該區域的流速進行補償，實現魚道各部位均能保持生態流速。

魚道生態環境監測單元實現對魚道區域自然環境的監測顯示和圖像存儲，諸如氣壓、水溫、各處流態等，以支撐不同氣象環境下魚類遷移習性的分析。同時，實現操作設備的畫面實時視頻監控，如操作閘門時自動推送閘門視頻監視畫面，對采集到的所有運行環境數據進行綜合處理。

魚道過魚監測系統平臺，實現對魚道過魚情況及魚道水位、水溫、流速、水質、視頻、PIT等信息的采集與監測分析，過魚數量自動統計、過魚輪廓（長度、寬度）測量、過魚種類分類、過魚數據存儲、過魚視頻圖像記錄及抓拍、過魚視頻錄制，并提供數據分類統計、查詢等功能。

6 結語

5#閘工程通過新建魚道，改善了拉薩河的水生生態系統。通過對魚道的布置形式的優化，以及對拉薩河段的水位特征分析，表明本次魚道設計的布置方案是可行的