西藏扎拉水電站魚道工程布置與設計研究

王改會 沈坤民 黎賢訪

收稿日期：2023-09-01

作者簡介：

王改會，女，高級工程師，主要從事魚道及其他水工建筑物設計方面的工作。E-mail：wanggaihui@cjwsjy.com.cn

引用格式：

王改會，沈坤民，黎賢訪.

西藏扎拉水電站魚道工程布置與設計研究

［J］.水利水電快報，2024，45（6）：62-68.

摘要：

為解決西藏扎拉水電站工程設計中過魚設施的比選、魚道進出口位置的合理選擇及魚道結構型式的確定這三大工程設計技術難點，重點分析了過魚設施比選的思路和方法，針對魚類的趨流特性、克流能力等生物學特性，結合物理模型試驗研究成果，對魚道總體布置、進口、出口、主體段以及附屬建筑物等進行了合理設計，創新性地提出魚道布置采用單道折疊+雙道層疊+隧洞+單道的型式。該魚道總體布置型式為國內首次采用。扎拉水電站魚道的建成，對高山峽谷中，中高水頭水電站魚道總體設計具有一定參考價值。

關鍵詞：

過魚設施; 魚道; 結構設計; 總體布置； 扎拉水電站

中圖法分類號：S956.3

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.06.011

文章編號：1006-0081（2024）06-0062-07

0? 引? 言

在內河水資源開發利用過程中修建的閘壩，一定程度上改變了河流固有的連續性，對閘壩上下游的魚類洄游和水生物環境產生明顯的影響。過魚設施的研究和建設可恢復河流自然特性和保護水中生物。在水利工程樞紐總體布置中需合理選擇過魚建筑物，并充分考慮過魚建筑物和通航建筑物、擋水及泄水建筑物、水電站等樞紐其他建筑物之間的關系。目前，過魚設施的選擇還沒有相應的規范，魚道的總體布置在SL609-2013《水利水電工程魚道設計導則》雖有規定，但因不同的樞紐所處河段條件不同，過魚設施的選擇與總體布置原則存在差異。

扎拉水電站屬中高水頭水電站，過魚設施工作水頭約54 m，原則上宜采取升魚機等人工輔助類過魚設施。本文從誘魚能力、過魚能力、魚類適應能力、運行維護、生態環保等方面，綜合比較分析各種過魚設施選取方案的優劣，并通過水工模型試驗對庫區流場和壩下流場分析論證魚道進魚口和出魚口位置選取的合理性，旨在為類似狹窄河道條件下中高水頭樞紐工程中過魚設施的選取、魚道進出魚口的確定提供參考。

1? 工程概況

扎拉水電站的主要開發任務為發電，并促進地方經濟社會發展。樞紐主要建筑物由擋泄水建筑物、引水隧洞、電站廠房組成。

扎拉水電站的中上游河段河谷開闊，礫石淺灘豐富，適宜裂腹魚類產卵，是裂腹魚類的重要產卵場地。扎拉水電站建成后，原有峽谷急流連續的河流生態系統將被大壩阻隔，特別是對繁殖時期裂腹魚亞科魚類會產生一定阻隔影響。為緩解工程阻隔影響，需配套建設過魚建筑物。

2? 過魚對象分析

2.1? 魚類資源及其生態習性

扎拉水電站所屬河流分布的魚類種類共有15種，主要由鯉形目鯉科的裂腹魚亞科、鰍科的條鰍亞科和鲇形目的鮡科3類群組成。

裂腹魚有4種，分別為怒江裂腹魚、貢山裂腹魚、裸腹葉須魚和溫泉裸裂尻魚，在繁殖季節有上溯的洄游習性。高原鰍屬魚類和鮡科魚類均為定居性種類，一般沒有在較長距離進行遷移和洄游的習性。

裂腹魚類對產卵環境要求并不是很高，它們多數產黏沉性卵，需要在水流較緩的“灘”和“沱”里產卵，有的裂腹魚甚至在河灘的沙礫掘成淺坑，產卵于其中。在繁殖季節，裂腹魚類會上溯，到達適合產卵水域產卵。高原鰍等一些小型種類，種群數量較多，分布于不同的河段及支流等水域，完成生活史所要求的環境范圍不大，主要在沿岸帶適宜的小環境中產卵。鮡科魚類也屬于定居性魚類，完成生活史所要求的環境范圍不大，產卵場多位于峽谷江段急流與緩流之間的區域，卵有微弱黏性，也需在礫石堆中孵化。

裂腹魚屬的種類和葉須魚屬的種類更適應于流速較大的水體，而裸裂尻魚屬和高原鰍屬的種類一般適應于水流較緩甚至靜水環境。

2.2? 過魚對象

本工程的主要過魚對象是具有一定洄游遷移需求的4種裂腹魚，使壩下分布的裂腹魚在繁殖季節能夠順利到達壩上產卵場產卵繁殖及保證種群的交流；其他魚類如高原鰍類及鮡科魚類作為兼顧過魚對象，這類魚雖沒有特殊的洄游需求，但可以根據需要自由通過，以促進魚類種群交流。

2.3? 過魚季節

主要魚類繁殖季節為4～7月，考慮到少量繁殖較早的親魚早期上溯要求，3月下旬至7月為主要過魚季節。此外，根據當地魚類生活史特性，為滿足魚類交流需求，8～10月為兼顧過魚季節。

3? 過魚設施型式比選

過魚設施主要有魚道、仿自然通道、人工輔助類過魚設施（升魚機、魚閘、集運魚系統及捕撈過壩）等不同型式［1］。

本工程過魚設施工作水頭約54 m，屬中高水頭水電站，原則上宜采取人工輔助類過魚設施。人工輔助類過魚設施中，升魚機和集運魚設施近年來應用較多，魚閘因為耗水量大、效率不高等原因，在國際上已較少采用；集運魚系統適合應用在具有通航建筑物的工程中；網撈過壩一般作為臨時過渡性過魚措施，不作為永久性過魚設施。升魚機在國際高水頭大壩中采用較多，技術較為成熟，因此升魚機方案作為重點比選方案。

仿自然通道布置難度較大，基本不具備建設條件：① 工程所在河段河道狹窄，河谷深切，多呈“V”形，不具備布置條件；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，具有一定的變幅，仿自然通道過水面積與水深呈非線性變化，對水位變化適應能力低，當水位變化時，通道內流速變化較大，影響魚類通過；③ 仿自然通道最大的優點是通道內存在大小分區的非均勻流

場，適合不同魚類及不同規格的魚類通過，本河段過魚對象主要為裂腹魚亞科魚類，種類組成單一，克流能力較強，對非均勻流場需求較小。因此，本工程不適合采用仿自然通道方案。

和仿自然通道相比，魚道方案雖存在著布置難度大的問題，但其長度較短，寬度較窄，基本具備布置條件。另外，已建的藏木魚道的初步有效運行證明：① 魚類能夠上溯通過水頭超過60 m的魚道；② 魚道的結構型式能夠滿足裂腹魚類的上溯需求。因此，參考藏木魚道取得的過魚效果，從生態效益最大化考慮，魚道方案亦作為重點比選方案。

魚道方案和升魚機兩種方案均具備可行性，進口布置在壩下相同位置，在進口誘魚能力方面不存在差異。差異主要是魚道方案中魚類需要自行上溯，雖然可能耗時較長，但運行相對穩定，過魚量較大。升魚機方案中，魚類通過集魚通道、集魚箱和索道系統提升過壩，魚類過壩較為省力，但升魚機運行不連續，過魚量較小，同時升魚機機械結構復雜，運行過程中出現故障的概率相對較高。魚道除投資明顯高于升魚機外，在過魚能力、魚類適應能力、運行維護等方面都明顯優于升魚機方案，所以，本工程過魚設施采用魚道方案。

4? 魚道布置

4.1? 進魚口選址

為確定壩下環境流場，在1∶30局部整體模型上開展了物理模型試驗，對生態電站單機發電-滿發等不同工況下壩下環境流場進行了測試［2］。模型模擬范圍包括上游河道300 m、下游河道200 m，建筑物包括泄洪表孔、兩個底孔、生態孔、電站出水孔，魚道進魚口及部分魚道，模型上游進口段及下游出口段留有足夠長度的水流調整段，生態電站過流按照流量相似模擬，模型布置見圖1和圖2。

生態電站單機發電-滿發的下游河道流場分布的試驗結果顯示：生態機組運行時，尾水沿出流方向垂直河道流出后，沿左岸邊坡下泄，尾水渠及下游河道最大流速約為0.2～0.5 m/s，洄游魚類可從左岸順主流上溯至布置在電站尾水附近的魚道進口，試驗結果見圖3（僅示意生態電站3臺機過流下游河道流場分布試驗結果）。

根據魚類的趨流特性、克流能力結合壩下流場分析不同下游水位的過魚需要，確定魚道進口緊鄰生態機組廠房尾水口布置，共設2個進魚口［3］。進魚口的平面布置見圖4。

4.2? 出魚口選址

為合理選擇魚道出口位置，在1∶80水工整體模型上開展了物理模型試驗，對生態電站單機發電-滿發以及110 m3/s等不同工況下庫區流場進行了研究。模型模擬范圍包括上游河道1 000 m、混凝土

重力壩、泄洪表孔、泄洪沖沙底孔、電站進水口和下

游河道800 m，模型上游進口段及下游出口段留有足夠長度的水流調整段，模型布置見圖5。

根據物理模型試驗結果，當樞紐較小流量運行時，庫區水流平順，無大范圍回流區，右側魚道布置區域流速普遍小于0.2 m/s，不存在魚類被水流吸入的風險，魚道出口在壩上50 m以上均可布置。

魚道出口設置在庫區，根據物理模型試驗，分析不同工況下庫區流場并結合不同上游水位的過魚需要，確定魚道出魚口在壩上50 m以上均可布置，共設3個出魚口［4-5］。出魚口的平面布置見圖6。

4.3? 整體布置

根據大壩總體布置，魚道布置在大壩壩下右岸，為滿足不同下游水位的過魚需要，共設2個進魚口，進魚口緊鄰生態機組廠房尾水口布置，進口底板高程分別為2 758.00 m、2 761.50 m。在進口處轉折后，沿地形向下游延伸，并在距壩下約1.25 km處（高程2 782.00 m）向上游折返，沿地形向上游延

伸。由于魚道過長，加之本段山峰陡峭，開挖困難，

在向上游折返段，采用單道折疊+雙道層疊+隧洞

的結構型式，可以減少開挖，簡化魚道結構，在高程

為2 807.50 m處魚道穿過大壩，并從廠房進水洞上方穿過，沿地形延伸至上游庫區，壩上段總長度約330 m，為滿足不同上游水位的過魚需要，共設3個出魚口，底板頂高程分別為2 810.50 m、2 811.50 m和2 812.50 m。魚道全長約2.97 km。魚道平面總體布置見圖7。

5? 魚道結構設計

5.1? 池室結構類型

魚道由一級一級的水池組成，通過水池內的隔板起到消能減緩流速的目的。根據隔板形式的不同，魚道又有不同的結構類型。目前常見的魚道結構類型有丹尼爾式、溢流堰式和豎縫式3種。3種結構類型的魚道優缺點比較見表1。

垂直豎縫式魚道過魚豎縫上下貫通，表層魚類和底層魚類均可以發現和通過，更利于上下游各種魚類的交流。同時下游水位變幅較大，只有垂直豎縫式魚道能夠適應。所以采用垂直豎縫式魚道。

5.2? 池室規模尺寸

池室長度、寬度與水流的消能效果和魚類的休息條件關系密切，同時也直接影響魚道的全長。較長的池室，水流條件較好，休息水域較大，對于過魚

有利。同時，過魚對象個體越大，池室長度也應越

長。本工程過魚對象主要為裂腹魚類，一般尺寸小于80 cm，很少有超過此規格的魚類，綜合考慮本魚道的過魚規模、過魚對象、池室流態及魚道總體長度，魚道池室長度取3.0 m。

魚道寬度主要由豎縫寬度以及過魚量、過魚種類、個體大小決定，過魚量越大，過魚個體越大，魚道

寬度要求越大。國外魚道寬度多為2.0～5.0 m，國

內魚道寬度多為2.0～4.0 m。綜合考慮池室內的水力學特性，池室寬度與池室長度比例關系，本魚道寬度取2.5 m。

5.3? 魚道豎縫設計

魚道的豎縫寬度直接關系到魚道的消能效果和

魚類的可通過性。豎縫寬度越寬，越適合大型魚類的通過，但魚道的消能效果也隨之降低，魚道內緩流區所占面積也相應減少［6］。魚道豎縫一般在20～60 cm，豎縫的設計既要考慮幼魚及成魚的通過需求，還須考慮大規格魚類的上溯需求［7］。綜合考慮過魚對象的體型以及魚道的尺寸，同時兼顧魚道消能要求，豎縫式魚道豎縫寬度取30 cm。魚道結構尺寸見圖8。

5.4? 池間落差及底坡

豎縫的流速是由魚道底坡及豎縫上下游水頭差來決定。綜合考慮，池間落差Δh取0.06 m，池室長度L取3.0 m，魚道底坡坡比：

i=Δh/L=0.06/3.0= 1/50

魚道有效池室數量

N=ΔH/Δh-1=54/0.06-1=899（個）

5.5? 休息池

為避免魚類連續上溯后引起疲勞，魚類上溯途中應設置一定的休息場所。豎縫式魚道池室中由于存在相應的緩流區域，部分魚類可以在池室中得到短暫休息，但規格較大的種類及游泳能力較弱的種類仍然需要流速更低、紊動強度更低的場所休息以恢復體力。因此，本魚道中原則上高程每提升1 m設一個休息室，休息池無底坡，長度為5 m。另外，在魚道的轉角設置休息池，休息池必須足夠長，防止上游游程水流撞擊對面墻壁的力量過大（尤其是方向180°轉彎的地方），或防止游程水流干擾下一個下游游程的水流（例如，抑制形成螺旋水流）。

5.6? 輔助設施設計

魚道在壩上靠近壩軸線位置設觀測室，詳見圖9，用以統計成功上溯的魚類種類和數量，評估魚道的過魚效果，同時兼具宣傳和演示功能。

6? 結? 論

（1） 扎拉水電站壩址為縱-斜向河谷，河床狹窄，根據水電站的總體布置方案，魚道布置在樞紐右岸，魚道的最大工作水頭約54 m，采用單道折疊+雙道層疊+隧洞+單道的總體布置型式，為國內首次采用。

（2） 魚道的布置中，最關鍵環節是魚道進口的選址。魚道進口根據魚類的趨流特性、克流能力結合壩下流場分析，初步選定在電站尾水附近，進而根據物理模型試驗結果，對不同工況下壩下環境流場流速進行了測試，找出尾水渠及下游河道最大流速范圍，判定洄游魚類是否可以從左岸順主流上溯至布置在電站尾水附近的魚道進口，并結合不同下游水位的過魚需要，最終確定魚道進口合理位置。扎拉魚道進口通過上述過程分析研究，選定緊鄰生態機組廠房尾水口布置，共設2個進魚口。

（3） 魚道出口設置在庫區，但出口應避免受電站引水口、溢洪道進口、泄水孔進口等泄水建筑物運行影響，若處在流速較大的水域，魚類可能被水流被動吸入壩下，根據物理模型試驗結果，對不同工況下庫區流場進行了分析，并結合不同上游水位的過魚需要，確定魚道出魚口合理位置。扎拉魚道出口通過上述過程分析研究，出魚口在壩上50 m以上均可布置，共設3個出魚口。

（4） 扎拉水電站過魚設施的比選思路和方法及魚道的進出口位置確定的分析研究過程，對高山峽谷中，中高水電站魚道的總體布置具有參考價值。

參考文獻：

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［6］? 何妙玲.單側豎縫式魚道水面線變化規律［D］.濟南：濟南大學，2022.

［7］? 河海大學，中國長江三峽集團有限公司.一種水利水電工程豎縫式魚道及魚道評價系統：CN202211488007.3［P］.2023-03-07.

（編輯：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