淺析老龍口工程魚道設(shè)計及應(yīng)用

趙憲女，焦景輝

（1.長春工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，長春130012；2.吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院，長春130021）

老龍口水利樞紐工程位于琿春河干流上，距琿春市區(qū)約30km，壩址區(qū)位于吉林省琿春市哈達(dá)門鄉(xiāng)老龍口村。該工程是以防洪、供水為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利樞紐工程。主要建筑物有土壩、溢洪道、魚道、引水發(fā)電洞及電站廠房?，q春河是3種大麻哈魚洄游必經(jīng)通道，工程的興建必將截斷這些魚類的洄游，嚴(yán)重影響這些魚類的生存和繁衍。為了保護(hù)這些魚類，達(dá)到生物多樣性、生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展的要求，興建了老龍口魚道。

1 概述

國外魚道的立法和建設(shè)已有數(shù)百年歷史。我國自20世紀(jì)50年代開展魚道的研究。第一座魚道建于1960年，位于黑龍江省興凱湖，長70m，寬11m，運(yùn)行的初期效果良好，后毀于洪水。1962年又建成鯉魚港魚道。據(jù)初步統(tǒng)計，我國已建魚道約80座，主要分布在東南沿海各省。

琿春河歷史上是馬蘇大麻哈魚、大麻哈魚、駝背大麻哈魚、日本七鰓鰻等洄游性魚類的必經(jīng)通道。馬蘇大麻哈魚：俗名齊目魚，魚體長450～610mm。大麻哈魚：魚體長640～850mm。駝背大麻哈魚：俗名羅鍋?zhàn)?，魚體長380～490mm。這3種魚均為典型的洄游魚類，喜愛上溯流速0.3～1.8m／s，克流速度均2.4～5.0m／s。每年的8月—10月份為主要過魚季節(jié)，也是工程的主要泄洪季節(jié)。

此魚道是國內(nèi)第一座通過大馬哈魚的魚道，也是國內(nèi)水頭差最大和底坡最陡的魚道。

2 老龍口魚道位置的選擇

老龍口魚道的布置有2種方案：一是布置在溢洪道外側(cè)，這樣對魚順利進(jìn)入進(jìn)魚口有利，減少溢洪道泄洪時對過魚的影響，但溢洪道外側(cè)為陡峭的巖石山體，其爆破和開挖的難度及工程量都很大，工程造價也高。二是布置在溢洪道內(nèi)側(cè)，由于溢洪道內(nèi)側(cè)地形地質(zhì)狀況較好，利用溢洪道右邊墻，魚道的總長度也比外側(cè)減小一半，縮短了魚類在魚道中的通過路程，使魚類易于通過魚道。諸因素權(quán)衡考慮，最后選擇將魚道布置在溢洪道內(nèi)側(cè)的方案。

圖1 老龍口魚道布置示意圖

3 魚道模型試驗(yàn)

老龍口魚道的設(shè)計，是根據(jù)老龍口水利樞紐工程的具體布局、地形特點(diǎn)以及主要過魚種類生活習(xí)性、體態(tài)特征等，并結(jié)合南京水利科學(xué)研究院作的1∶8水工水力學(xué)模型試驗(yàn)而設(shè)計的。為了確保過魚效果，進(jìn)行水工水力學(xué)模型試驗(yàn)是非常必要的。

3.1 魚道模型試驗(yàn)?zāi)康募爸饕獌?nèi)容

通過水工水力學(xué)模型試驗(yàn)及計算論證，提出魚道經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)尺度及型式，為設(shè)計、施工、運(yùn)行、觀測提出有益的建議及方案。

通過老龍口模型試驗(yàn)確定滿足設(shè)計流速要求的隔板型式及每塊隔板水頭差，確定魚道合理底坡，確定隔板塊數(shù)。

3.2 魚道模型試驗(yàn)方案

魚道模型試驗(yàn)共進(jìn)行了4個方案9組次的比較，見試驗(yàn)總表1。

表1 魚道水工水力學(xué)模型試驗(yàn)總表

3.3 魚道模型試驗(yàn)結(jié)果

模型試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)資料分析比較見表2。

由表2可見：A、B、C方案均有4個出魚口，適合上游水位99.70～109.00m，兩種底坡，試驗(yàn)實(shí)測隔板孔最大流速2.50m／s左右，最大流量2.28m3／s，出魚口水深3.00m時水面線局部先涌高后跌落。D方案設(shè)有3個出魚口，適合上游水位102.00～109.00m，過魚孔最小寬度0.41m，魚道全長約448.00m，一種底坡。測得隔板孔最大流速1.93m／s，最大流量1.61m3／s，出魚口水深3.00m時水面線基本平行于底坡，無明顯涌高、跌落。D方案適應(yīng)上游水位變化小，但是不會影響魚道正常運(yùn)行，102.00～109.00m水位包含了過魚期的上游水位變化。經(jīng)過對比，在進(jìn)魚口同等條件下，D方案在隔板孔流速、水池內(nèi)流速、流態(tài)、消能效果方面均優(yōu)于A、B、C方案，因此，推薦采用D方案。

表2 試驗(yàn)方案比較

3.4 魚道隔板型式選擇

魚道隔板型式選擇D方案的Ⅷ型，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4 魚道設(shè)計

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最后選定老龍口魚道為階梯式垂直豎縫結(jié)構(gòu)，魚道凈深3.0m；魚道每級凈長3.0m；魚道縱向的坡度1∶16；魚道的總長度532.5m，魚道出魚口設(shè)為3個。

圖2 Ⅷ型隔板結(jié)構(gòu)圖

圖3 試驗(yàn)魚道隔板模型過水情況

4.1 魚道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

魚道工程按20a一遇洪水設(shè)計，水庫內(nèi)最高過魚水位為109.0m，最低過魚水位102.0m，水庫下游最高正常尾水位82.0m，最低正常尾水位為81.0m的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

4.2 魚道出魚口

魚道出魚口共3個，均位于溢洪道進(jìn)口右岸邊墻，1號出魚口底板高程106.0m，2號出魚口底板高程103.70m，3號出魚口底板高程101.40m。3個出魚口閘門檢修平臺和啟閉平臺布置于溢洪道邊墻背水側(cè)坡面上，檢修平臺頂高程為112.50m，啟閉平臺頂高程為117.20m，中間采用交通橋連接。

4.3 魚道過壩涵洞

為了保證壩體安全性及布置要求，將魚道穿越大壩結(jié)構(gòu)型式由開敞式改為涵洞，涵洞孔口尺寸為2.5×6.0m。由于洞身比較高，兩側(cè)光線可以進(jìn)入涵洞，從運(yùn)行的效果來看，此部分改動并沒有影響過魚。

4.4 魚道觀察室

魚道過土壩后設(shè)一處魚道觀察室，觀察室為兩層樓房，底層為魚道觀察室，主要用來放置攝像機(jī)、電子計數(shù)器等設(shè)備。在魚道側(cè)壁上設(shè)有2個玻璃觀查窗，用來觀查魚類的洄游情況。上層為參觀陳列室，游客可通過投影電視現(xiàn)場觀看到魚道中魚類的洄游情況。四周墻壁上可陳列主要洄游魚類的介紹、庫區(qū)介紹等。

4.5 魚道進(jìn)魚口

魚道與主河槽連接段為進(jìn)魚口，進(jìn)魚口采用引渠結(jié)構(gòu)，底寬6m，兩側(cè)邊坡為1∶2.5，與主河槽交匯出開挖成喇叭型，最大開口寬50m，方便魚順利進(jìn)入魚道。

為提高魚道進(jìn)魚效果，可在魚道進(jìn)魚口外一定范圍內(nèi)裝置噴灑水管網(wǎng)系統(tǒng)，借助噴灑水聲及水花誘魚向魚道進(jìn)口集群，繼而在魚道流量的引導(dǎo)下找到魚道進(jìn)口。

5 結(jié)語

1）在天然河道修筑水利工程阻斷了魚類的洄游通道，這對洄游性魚類是一個毀滅性的人為災(zāi)害。為了保持原有的生態(tài)環(huán)境，采取魚類保護(hù)措施是十分必要的。

2）老龍口魚道是吉林省第一座投入運(yùn)行的魚道，也是我國第一座洄游大麻哈魚的魚道。在眾多的魚類保護(hù)措施中，目前國內(nèi)以修建魚道和人工繁殖放流最為常見。在階梯式魚道設(shè)計方面也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。在老龍口魚道等工程的實(shí)踐表明，只要設(shè)計合理，魚類的洄游還是十分明顯的。

3）目前，老龍口工程已投入運(yùn)行，從魚道運(yùn)行情況來看，過魚效果明顯。從運(yùn)行時的水流流態(tài)來看，水流平穩(wěn)，與試驗(yàn)效果相近；測得隔板孔流速在1.9m／s左右，流速在設(shè)計范圍之內(nèi)（如圖4）。說明老龍口魚道工程水力設(shè)計是成功的。它的建成可以進(jìn)一步提高我國的魚道設(shè)計、施工和科研水平，為其他工程提供寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。

圖4 運(yùn)行時魚道隔板過水情況

［1］王亞平，陳惠欣，楊臣瑩，等.魚道［M］.北京：水利電力出版社，1982：278.

［2］華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊第6卷，泄水與過壩建筑物［M］.北京：水利電力出版社，1987.