巴拉水電站過魚方案比選研究

侯 寧, 劉 鑫, 江 磊, 吳 開 帥, 湯 優 敏, 張 祺, 宋 靖 國

(1.四川足木足河流域水電開發有限公司,四川 成都 610041;2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

0 引 言

水電工程開發可能會影響河流連通性和魚類洄游通道,導致河流生態系統退化等一系列問題。過魚設施是幫助魚類洄游通過河流阻隔的通道,主要包括魚梯、魚道、升魚機、集運魚船等[1]。過魚設施首先由法國于1662年提出,采用建設人工通道的方式解決魚類洄游阻隔問題。之后,隨著水電建設的快速發展,過魚設施得到更廣泛的關注及應用,截至20世紀末,國外過魚設施發展已較為成熟[2]。國內過魚設施始建于1960年,自21世紀以來,國內大批過魚設施已建成運行或在規劃建設中[3]。巴拉水電站在目前國內外過魚設施相關研究的基礎上,綜合各類因素分析,對過魚設施進行比選,并提出相關建議。

1 巴拉水電站概況

巴拉水電站位于阿壩藏族羌族自治州馬爾康縣境內,系大渡河干流水電規劃“3庫28級”自上而下的第2級水電站,上接下爾呷“龍頭”水庫電站和下銜達維水電站。電站采用混合式開發,開發任務為水力發電并兼顧減水河段生態用水需要。

巴拉水電站擋水建筑物為混凝土面板堆石壩,最大壩高138.0 m,壩址位于日部鄉色江吊橋下游約2.2 km處,經右岸引水至日部吊橋上游約3.9 km處建地下廠房,引水隧洞全長6 908.78 m,尾水調壓室下游接一條有壓尾水洞,隧洞全長1 730.08 m,在樁號1+673.01處布置尾水出口檢修閘門室,隧洞后接尾水渠與腳木足河相接。工程在壩后設置生態機組電廠,即在主電廠引水隧洞壩后段,利用1號施工支洞段,設置旁通壓力管道引水至壩后廠房發電。生態機組電廠引用流量為23.8 m3/s。

2 巴拉水電站過魚方案比選

2.1 集魚方案比選

巴拉水電站大壩較高,故不采取魚道直接過壩,推薦采取壩下設置集魚設施[4-6],通過轉運設備運輸至壩上庫區。根據國內集魚設施的發展及工程建設后壩下水文情況[7-9],對深水網箔、梯型魚道[10-11]、槽型魚道、尾水集魚箱[12]或集魚站[13]四種集魚方案進行比選。

2.1.1 深水網箔

工程所在河床內大石塊較多,且河道較窄,寬度僅50.0 m左右。目前,在腳木足河工程河段,基本沒有行船條件,下游達維水電站建成后,壩下至廠房河段內仍無法行船。因此,在壩下不具備布置深水網箔的條件。

2.1. 2 梯型魚道

梯型魚道主要適用于壩下水位變幅較大的水電站。地下廠房設置發電機組3臺,達維水電站未建成前,一臺機發電尾水口水位為2 685.25 m;三臺機發電尾水口水位為2 686.75 m。達維水電站建成后,一臺機發電尾水口水位為2 686.25 m;三臺機發電尾水口水位為2 687.85 m。工程在壩下設置生態機組1臺,正常發電流量為23.8 m3/s,出水口位置處正常尾水位為2 801.50 m,50年一遇洪水位為2 802.13 m,200年一遇洪水位為2 802.82 m。工程主電站和生態機組的尾水口水位變幅均較小,最大變幅為2.6 m,故不推薦采取梯型魚道方案。

2.1.3 槽型魚道

工程主電站和生態機組的尾水口水位變幅均較小,最大變幅僅為2.6 m,可采用槽型魚道進行集魚,同時,根據國內水電站集魚設施的建設規律及過魚設施相關規范,槽型魚道布置在尾水口附近,將尾水引入集魚槽進行引誘集魚。

2.1.4 尾水口集魚箱或集魚站

固定式集魚站與槽型魚道區別主要在于將魚留在集魚箱范圍內的方式不同:固定式集魚站主要采用防逃籠方式將魚類留在集魚箱,無需設置趕魚通道;槽型魚道需設置趕魚通道,在趕魚通道內利用趕魚格柵將魚趕入集魚箱范圍。工程壩下河段水深較淺,采用防逃籠有一定限制,故不推薦采取尾水口集魚箱或集魚站方案。

2.2 轉運方案比選

轉運方案可采取索道、軌道和運魚車三種方式。

2.2.1 索道

工程若采用索道方式運輸,則需要布置上站房、下站房、索道支撐塔及索道等。索道總運輸長度約1.3 km,下站房布置在生態機組尾水口槽型魚道上方,上站房布置在停靠平臺,索道穿過生態機組廠房公路,沿右岸壩肩邊坡、庫區右岸管理公路和5號路最終到達停靠平臺。索道方案主要存在以下制約因素:

(1)下站房所需場地尚可通過緊湊布置實現,而上站房所在的停靠平臺尺寸為10.0 m×25.0 m,基本無足夠場地布置上站房。

(2)索道需穿越多條公路,存在安全隱患。

(3)工程所在區域主要位于龍門山地震帶、鮮水河—滇東地震帶和巴顏喀拉山地震帶的交匯處,以工程場地周圍150 km范圍作為研究區域,共劃分出117個潛在震源區。其中,對工程場地影響較大的主要潛在震源區有6個,即:爐霍8.0級潛在震源區、道孚7.5級潛在震源區、甘孜7.5級潛在震源區、侏倭7.0級潛在震源區、兩河口7.0級潛在震源區和日部6.5級潛在震源區。工程索道支架為高聳結構,抗震穩定問題突出,施工難度較大。

(4)工程位于高山峽谷,在每年3～9月風速較大,最大風速在13.7 ～22 m/s之間,索道的安全穩定運行問題突出。

(5)索道方式運魚案例少。目前國內已建成的過魚設施中,基本沒有采用索道運輸方式。國外采用升魚索道型式的工程有美國的羅昂德布特壩、日本的莊川小牧壩和祖山壩。美國的羅昂德布特壩,壩高134.0 m,為碾壓堆石壩,水庫水位變幅26.0 m,采用索道吊罐系統運魚過壩,運距約182.0 m;日本在20世紀30年代在莊川小牧壩(壩高79.0 m)及祖山壩(壩高63.0 m)在建壩初期即設置了升魚索道,但目前上述3座升魚索道均已停止使用或報廢。

2.2.2 軌道

目前,國內采用軌道運輸的過魚設施有新疆山口水利樞紐、新疆薩爾托海水利樞紐、黃登水電站、大華橋水電站和烏弄龍水電站等。根據現場了解,運行較為穩定,偶爾軌道因熱脹冷縮而產生偏移,需要進行維修維護。

工程若采用軌道方式運魚,需設置軌道車、運魚箱及運魚軌道。運魚軌道鋪設有兩種走向。一種是沿生態機組廠房公路至壩后通永久“之”字路爬升至壩頂,再由壩頂沿庫區右岸永久道路至5號路,最終到達停靠平臺,總長為2 360.0 m;另外一種是沿壩下沿河右岸公路至6號路、右岸隧道、右岸永久道路至5號路,最終到達停靠平臺,總長約為3 900.0 m。工程為混凝土面板堆石壩,壩面存在沉降問題,沿著壩面“之”字路敷設軌道后運行維護難度大。另一種沿路敷設,目前工程設計道路未考慮運魚軌道敷設,若進行擴建改造,部分位置空間小,敷設軌道難度大。

2.2.3 運魚車

運魚車在國內應用比較普遍,例如沖乎爾水電站、馬馬崖一級水電站、龍開口水電站、烏東德水電站、白鶴灘水電站、楊房溝水電站、苗尾水電站和里底水電站等。該方案需配備運魚車一輛、運魚箱兩個、維生系統一套。為便于管理,運魚車和運魚箱裝載定位設備,定位設備可采用GPS+基站+陀螺儀。運魚車沿壩下沿河右岸公路至6號路、右岸隧道、右岸永久道路至5號路,最終到達停靠平臺,總長約為3 900 m。

運魚車又可分為有人駕駛運魚車和無人駕駛運魚車,無人駕駛運魚車主要適用于封閉和半封閉的路段,且目前技術尚未完全成熟,因此,推薦采用有人駕駛運魚車。目前,定位設備和視頻監控設備發展成熟,可對運魚箱、運魚車等行駛進行軌跡監控和運魚視頻監控,解決了運魚車存在監控難的弊端。運魚車成為一種具有靈活性高和穩定可控可監管的轉運魚方式。巴拉水電站推薦采取運魚車作為轉運過壩方案。

3 結 語

(1)為緩解水電站建設對魚類生存環境的阻隔,建設過魚設施是最有效的方法之一。過魚設施形式多種多樣,目前集運魚系統等新興過魚方式仍然在探索和發展過程中,在進行過魚設施的選型和布置時,不可機械照搬,應充分考慮工程布置條件、現場河道、地形以及魚類的生態習性,積極探索出適合工程的過魚方式。

(2)過魚設施的集魚和轉運方案選擇直接影響過魚效果,須綜合考慮過魚目標、建設條件和經濟等因素,成為巴拉水電站過魚設施建設的一個技術問題。本文結合巴拉水電站工程實際情況、施工條件等以及參考國內水電站集魚設施的建設規律及過魚設施相關規范,通過對比四種集魚方案三種轉魚方案,提出巴拉水電站壩下集魚采用取槽型魚道方案,轉運過壩采取運魚車方案。該方案具有集誘魚效率高、適用范圍廣和運行成本低的特點,具有應用及推廣價值。巴拉水電過魚設施建成后,將對維護大渡河流域的生態連續性產生積極作用,還可為同類水電站過魚設施設計和建設提供參考。