魚道水力設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)與工程實(shí)例

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上魚道水力設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)與工程實(shí)例艾克明（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院 長沙市 ）內(nèi)容提要：本文對(duì)階梯式魚道的水力設(shè)計(jì)程序和要點(diǎn)做了詳細(xì)介紹，并列舉了湖南省衡東縣洋塘魚道等工程的成功實(shí)例加以佐證，說明階梯式魚道仍是目前國內(nèi)保護(hù)魚類的有效工程措施。關(guān)鍵詞：魚道 階梯式魚道 集魚系統(tǒng) 補(bǔ)水系統(tǒng)一、引言在天然河道上攔河筑壩，開發(fā)利用水資源，造福于民，同時(shí)也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來一些負(fù)面影響，其中對(duì)魚類而言，主要是阻斷了魚類的洄游通道，破壞產(chǎn)卵場和減少漁業(yè)資源量。這對(duì)完成生活史過程中需要進(jìn)行大范圍遷移的洄游性或半洄游性魚類往往是毀滅性的。 目前針對(duì)水利樞紐工程對(duì)魚類造成的不利影響所

2、采取的保護(hù)措施，一般包括：修建過魚設(shè)施、開展人工增殖放流、施行水庫生態(tài)調(diào)度和建立魚類保護(hù)區(qū)等。其中，以修建過魚設(shè)施和開展人工增殖放流在國內(nèi)最為常見。 在修建過魚設(shè)施方面，國內(nèi)外的主要形式有：魚道、仿自然通道、升魚機(jī)、集運(yùn)魚設(shè)施和魚閘等。通常要結(jié)合工程具體情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。目前國內(nèi)比較常見的過魚設(shè)施還是魚道。限于篇幅，本文僅就階梯式魚道的水力設(shè)計(jì)進(jìn)行研討。二、魚道水力設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)圖1 魚道布置示意圖魚類下行過壩，一般有以下一些方式：如通過泄水閘過壩；通過低水頭水輪機(jī)過壩；通過魚道本身過壩和通過船閘過壩等。應(yīng)根據(jù)工程具體情況進(jìn)行選擇，做出安排。通常修建階梯式魚道，主要解決魚類上溯過壩問

3、題。魚道主要由進(jìn)口、槽身、出口和誘魚補(bǔ)水系統(tǒng)組成。（見示意圖） 魚道口多布置在水流比較平穩(wěn)且有一定水深的岸邊或電站、溢流壩口附近。常用的槽身橫斷面為矩形，用隔板將水槽上、下游的水位差分成若干個(gè)小梯級(jí)，隔板上設(shè)過魚孔或豎縫，利用魚槽裡的水墊、沿程摩阻、水流相互沖擊和擴(kuò)散來減速消能。魚道水力設(shè)計(jì)步驟和基本要點(diǎn)如下：、首先要確定好過魚目標(biāo)要根據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)厍闆r的調(diào)查了解確定哪些產(chǎn)量高或珍稀洄游或半洄游性魚類需要過壩。這些魚類的特點(diǎn)和生態(tài)習(xí)性怎樣?主要過魚季節(jié)都在什么時(shí)候?然后根據(jù)它們的特點(diǎn)和習(xí)性來進(jìn)行魚道的水力設(shè)計(jì)。我國一些內(nèi)陸河流上，多為淡水洄游或半洄游魚類，如青、草、鰱、鳙，通稱“四大家魚”，它們上溯

4、產(chǎn)卵季節(jié)多分布在至月。、要確定好魚道設(shè)計(jì)水力參數(shù)其一，是要確定好魚道的運(yùn)行水位。魚道上、下游的運(yùn)行水位直接影響到魚道在過魚季節(jié)中是否有適宜的過魚條件，保征魚類能沿魚道上溯。魚道上、下游水位變化也會(huì)影響到魚道進(jìn)、出口水位銜接和魚池水流條件。 一般電站樞紐型的魚道，上游運(yùn)行水位的上限可選為大壩不泄洪時(shí)的最高正常蓄水位；下限可選擇過魚季節(jié)中水庫經(jīng)常出現(xiàn)的水位。下游運(yùn)行水位的上限可選擇閘壩不泄洪時(shí)電站全部機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的尾水位；下限可選為過魚季節(jié)中常見的下游水位。其二，是要確定好魚道的設(shè)計(jì)流速：魚類的克流能力是指魚類在一定時(shí)間內(nèi)可以克服某種水流流速的能力，可分為巡游速度或喜愛流速和突進(jìn)流速或極限流速

5、。根椐國內(nèi)一些研究單位的試驗(yàn)成果，“四大家魚”的喜愛流速為0.3至0.5m/s；極限流速為1.0m/s以上。國外通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，獲得兩個(gè)魚類游泳能力估算經(jīng)驗(yàn)式：v=（2-4）L （1）v=1.98×L0.5 （2） 式中 v魚的克流能力（m/s）；L魚的體長（m）。經(jīng)國內(nèi)一些單位的校驗(yàn)，認(rèn)為式(2)有一定的參考價(jià)值。魚道的設(shè)計(jì)流速一般小于魚類的巡游流速。這樣魚類可以在魚道中行進(jìn)。隔板上的孔口或豎縫的水流流速應(yīng)小于魚類的突進(jìn)流速。這樣魚類才可以越過孔口或豎縫進(jìn)入上游一個(gè)魚池，從而逐級(jí)上溯達(dá)到上游出口。3、做好魚道形式的比選目前主要有三種魚道形式：（1）、丹尼爾式（Denil fishwa

6、y）：它由一系列矩形斜置隔板組成。在槽的邊壁和底部設(shè)有阻板和底坎。水流從中央孔口通過時(shí)，在邊壁和底坎上形成反向回流減速消能。丹尼爾魚道一般寬度小，坡度大，長度也較小。（2）、溢流堰式（pool &weir fishway）：魚槽被豎立隔板分隔為一系列水流相互溝通的梯級(jí)魚池。在隔板上設(shè)溢流表孔或底孔，或二者兼有之。水流經(jīng)孔口下泄時(shí)在魚池內(nèi)擴(kuò)散消能。魚類逐級(jí)上溯達(dá)到上游。魚類習(xí)性不一，有的從表孔過，有的從底孔過。 （3）、豎縫式（vertical slot fishway）：它由一系列相連的水池組成。隔板上設(shè)豎縫，故也可適應(yīng)不同習(xí)性的魚類上溯。美、歐各國多用此種魚道形式。魚道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)

7、地的具體情況和過壩魚類的習(xí)性選用合適的魚道形式4、擬定魚池的結(jié)構(gòu)尺寸（1）、魚池寬度B：主要由過魚量和過魚對(duì)象的大小決定。國外一般取25m；國內(nèi)多取24m。（2）、魚池長度l：與水流的消能效果及魚類的休息條件有關(guān)。一般初設(shè)時(shí)取l=（1.21.5）B。魚體大，取大值；魚體小，取小值。（3）、魚池深度h：主要依過魚習(xí)性而定。底層魚和體形大的成魚要求水深大一些。國內(nèi)外一般取1.52.5m。（4）、孔口或豎縫寬度b：一般宜不小于過魚對(duì)象體長的1/2。5、魚道進(jìn)口能否被魚類較快發(fā)現(xiàn)和順利進(jìn)入是魚道設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。為此必須了解魚類壩下洄游規(guī)律。一般魚道進(jìn)口應(yīng)避開主流，安排在流速較小的主流兩側(cè)上溯；魚道的選

8、址一般應(yīng)選在常年有水下泄的地方，并且保證進(jìn)魚口處有11.5m的水深。為此應(yīng)根據(jù)下游水位變化的情況確定進(jìn)魚口的底板高程。進(jìn)口處的出水流速應(yīng)保持在0.30.5m/s。進(jìn)水口與河床間不應(yīng)有陡坎，而應(yīng)用砂卵石等鋪筑成緩坡聯(lián)結(jié)。6、進(jìn)口集魚系統(tǒng)在電站樞紐下游廠房尾水附近，常聚集有大量從下游循著尾水上溯的魚類。為此設(shè)置一個(gè)集魚系統(tǒng)，將魚集中到集魚槽內(nèi)并被引導(dǎo)到魚道進(jìn)口。通常集魚系統(tǒng)呈長廊形布置在尾水管上方。其進(jìn)口為集魚槽下游壁上的一系列孔口。魚類在尾水的吸引下通過孔口進(jìn)入集魚槽。各孔囗的出水流速也應(yīng)維持在0.30.5m/s。7、補(bǔ)水系統(tǒng)國內(nèi)外研究表明，為達(dá)到較好的誘魚效果，吸引水流量不應(yīng)低于自然狀態(tài)下流量

9、的3%5%。而魚道本身的設(shè)計(jì)流量一般僅只1m3/s左右，遠(yuǎn)不滿足誘魚流量的要求。因此要設(shè)立補(bǔ)水系統(tǒng)，往魚道進(jìn)口以及集魚槽內(nèi)補(bǔ)水。補(bǔ)水方式可從壩上游通過渠道或管道補(bǔ)水,也可以從下游抽水補(bǔ)水。8、魚道出口出口位置應(yīng)選在遠(yuǎn)離廠房、泄水閘及船閘的地方。一般宜傍岸，出口水流平順且適應(yīng)上游水位變化的地方。出口底板以上水深應(yīng)大于1.5m。如水庫消落水深大，也可設(shè)多個(gè)輔助出口，并保證出水深度不小于1.5m。各出水口處都應(yīng)設(shè)置閘門和攔污柵。9、魚道的整體指標(biāo)(1)、魚池?cái)?shù)目：n=k×g×H/v2 （3）式中k消能系數(shù)，一般取0.850.90；v魚道孔口或豎縫流速（m/s）；H最大水位差，即上

10、游最高運(yùn)行水位減下游最低運(yùn)行水位（m）；g重力加速度。 (2)、魚道有效全長：考慮魚類上溯途中要適當(dāng)休息，應(yīng)設(shè)立若干個(gè)休息池。休息池長一般取為魚池長的2倍，其底坡可取為平底。魚池總長加上休息池總長即為魚道有效全長。(3)、魚池間的落差：h=H/n；(4)、魚池的底坡=h/l；(5)、魚道平均底坡i=魚道進(jìn)、出口底部高程差除以魚道的有效全長。10、魚道的輔助設(shè)施(1)、觀察室：為觀察過魚效果和宣傳演示，應(yīng)設(shè)觀察室。觀察室宜設(shè)在便于觀察的地方如休息池側(cè)壁。觀察窗一般為鋼化玻璃，上貼半透明膜，以便觀察魚類洄游的狀況，而魚類卻看不到池外的情況。觀察窗外，宜配置弱的蘭光或綠光。魚池內(nèi)可設(shè)水下攝像機(jī)，以便

11、計(jì)數(shù)和觀察魚在魚道中的姿態(tài)，判斷其適應(yīng)程度。(2)、魚池的底部處理：魚池底部有的鋪設(shè)一層10cm20cm粗粒徑的鵝卵石，以減速消能，適應(yīng)某些魚類匐伏上溯。為便于清汙，也有池底為平底不做處理的。(3)、攔污柵：魚道出口處一般宜設(shè)攔污柵，以防漂浮物進(jìn)入魚道。(4)、防護(hù)欄：魚道頂部可設(shè)置防護(hù)欄，以防雜物進(jìn)入魚道，也可防止魚類跳出魚道。11、魚道的運(yùn)行與維護(hù) (1)、隨著上下游水位的變化，應(yīng)通過進(jìn)出口閘門的調(diào)控，使魚道內(nèi)的流速和流態(tài)保持穩(wěn)定，以滿足魚類上溯要求，避免出現(xiàn)局部水位跌落大、超極限流速或局部水位壅高等現(xiàn)象。(2)、魚道投入運(yùn)行以后要建立巡查等規(guī)章制度，加強(qiáng)魚道的保養(yǎng)維修，每年應(yīng)進(jìn)行一次全面

12、的維修，避免出現(xiàn)因管理不善或維護(hù)不夠而導(dǎo)至魚道廢棄使用的情況。三、魚道的工程實(shí)例1、洋塘魚道1圖2 洋塘魚道布置示意圖1、溢流壩；2、魚道；3、水輪泵站；4、電站；5、供水渠道；6、輔助供水設(shè)施；7、集魚系統(tǒng)；8、調(diào)節(jié)閘；9、14、17、孔口；10、會(huì)合池；11、過魚觀測(cè)室；12、主進(jìn)魚口；13、輔助進(jìn)魚口；15、進(jìn)魚孔；16、下游水位；18、隔柵；19、集魚系統(tǒng)水位；20、輔助供水水位。洋塘魚道位于湖南省衡東縣洣水河匯入湘江的最末一個(gè)梯級(jí)，為抽水和發(fā)電樞紐。該魚道由階梯式魚池、電站下游側(cè)集魚系統(tǒng)、會(huì)合池、輔助補(bǔ)水系統(tǒng)和過魚觀察室等組成。上、下游最大水位落差4.5m，魚道總長317.2m。過壩

13、魚類以“四大家魚”為主。工程于1979年建成投產(chǎn)，年平均過魚量達(dá)58萬尾。（詳細(xì)指標(biāo)見附表及圖2）2、魚梁魚道位于廣西田東縣右江支流郁江的第5個(gè)梯級(jí)，系以航運(yùn)為主結(jié)合發(fā)電的樞紐工程。該魚道亦由階梯魚池、電站下游側(cè)集魚系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)和設(shè)在出口附近的過魚觀察室組成。上下游最大水位差為10.75，魚道總長627.3。過魚目標(biāo)以“四大家魚”為主。工程已完成初設(shè)，詳細(xì)指標(biāo)見附表和圖。由附表的各項(xiàng)指標(biāo)可以看出，由于過壩魚類均以“四大家魚”為主，所以各項(xiàng)水力設(shè)計(jì)指標(biāo)大體相近，并且都在一般經(jīng)驗(yàn)要求的范圍之內(nèi)。不同之處在于洋塘魚道選用的是溢流堰式隔板，而魚梁魚道則選用豎縫式隔板；洋塘魚道采用渠道從水庫補(bǔ)水，而魚

14、梁魚道則采用管道從庫內(nèi)補(bǔ)水。3、工程效果洋塘魚道建成投產(chǎn)以后共進(jìn)行了為期6年的系統(tǒng)觀測(cè)。1982年為期77天的觀測(cè)結(jié)果是主進(jìn)魚口共過魚188,092尾，集魚槽共過魚571,143尾，其比例為1：3.04。 1984年4月15日，主進(jìn)魚口過魚79,025尾，集魚系統(tǒng)過魚243,403尾，其比例為1：3.08。總結(jié)6年378天4987小時(shí)的歡測(cè)，通過魚道洄游的魚類共3,499,300尾，年平均過魚量為583,216尾，小時(shí)過魚量為201尾。洄游魚類以“四大家魚”為主，共45種。個(gè)體魚長15110。這些魚類洄游大大擴(kuò)充了洣水上游的魚類資源。捕撈量的統(tǒng)計(jì)表明，洣水上游的捕撈量年均為未建魚道前的3.5倍

15、。洋塘魚道的上述情況曾以Layout and Performance of Yangtang Fishway為題于1990年10月在日本歧埠縣召開的國際魚道會(huì)議上發(fā)表并載入會(huì)議論文集。2001年世界糧農(nóng)組織主持的漁業(yè)技術(shù)?？杖肓搜筇留~道的技術(shù)資料并評(píng)價(jià)說：“這個(gè)魚道在適合當(dāng)?shù)佤~類的習(xí)性和良好的監(jiān)測(cè)方面是發(fā)展中國家少數(shù)幾個(gè)優(yōu)秀魚道設(shè)計(jì)的一個(gè)范例”2。四、結(jié)語1、在天然河道上攔河筑壩阻斷了魚類的洄游通道，對(duì)于洄游性和半洄游性魚類是一個(gè)毀滅性的災(zāi)害。為了維持良好的生態(tài)環(huán)境，采取魚類保護(hù)措施是非常必要的。2、在諸多的保護(hù)措施中，目前國內(nèi)以修建魚道和人工增殖放流最為常見。在階梯式魚道設(shè)計(jì)方面已積累了一

16、定的經(jīng)驗(yàn)。洋塘魚道等工程的實(shí)踐表明，只要設(shè)計(jì)得當(dāng)，魚類洄游的效果還是十分明顯的。3、洋塘魚道等工程的水力設(shè)計(jì)是成功的，可供類似工程參考。參 考 文 獻(xiàn)1 Gu Zhili，Lin Qinhao，Ai Keming. Layout and performance of yantang fishwayS.International symposium on fishways 90 in Gifu,October,1990,Gifu,Japan.2 Gerd Marmulta.Dams,fish and fisheries:Opportunities,challenges and conflict resolutionJ.FAO Fisheries technical(Rome),2001,(419):78.附表魚道設(shè)計(jì)指標(biāo)表序號(hào)項(xiàng)目一般要求洋塘魚道魚梁魚道1最大水位差H，m4.510.752魚道總長L，m317.2627.33魚道總比降0.0140.0174魚池隔板形式丹尼爾式，溢流堰式、豎縫式溢流堰式豎縫式5魚道設(shè)計(jì)速，m/s四大家魚喜愛流速0.30.5魚池0.13魚池0.14極限流速1.0以上1.06魚池寬B，m2.05.0437魚池長l，ml=（1.21.5）B33.68魚池深h，mh=2.59孔口或