浅析老龙口工程鱼道设计及应用

2015-12-06赵宪女焦景辉

长春工程学院学报（自然科学版） 2015年1期

赵宪女，焦景辉

（1.长春工程学院机电工程学院，长春130012；2.吉林省水利水电勘测设计研究院，长春130021）

老龙口水利枢纽工程位于珲春河干流上，距珲春市区约30km，坝址区位于吉林省珲春市哈达门乡老龙口村。该工程是以防洪、供水为主，结合灌溉、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。主要建筑物有土坝、溢洪道、鱼道、引水发电洞及电站厂房。珲春河是3种大麻哈鱼洄游必经通道，工程的兴建必将截断这些鱼类的洄游，严重影响这些鱼类的生存和繁衍。为了保护这些鱼类，达到生物多样性、生态平衡和可持续发展的要求，兴建了老龙口鱼道。

1 概述

国外鱼道的立法和建设已有数百年历史。我国自20世纪50年代开展鱼道的研究。第一座鱼道建于1960年，位于黑龙江省兴凯湖，长70m，宽11m，运行的初期效果良好，后毁于洪水。1962年又建成鲤鱼港鱼道。据初步统计，我国已建鱼道约80座，主要分布在东南沿海各省。

珲春河历史上是马苏大麻哈鱼、大麻哈鱼、驼背大麻哈鱼、日本七鳃鳗等洄游性鱼类的必经通道。马苏大麻哈鱼：俗名齐目鱼，鱼体长450～610mm。大麻哈鱼：鱼体长640～850mm。驼背大麻哈鱼：俗名罗锅子，鱼体长380～490mm。这3种鱼均为典型的洄游鱼类，喜爱上溯流速0.3～1.8m／s，克流速度均2.4～5.0m／s。每年的8月—10月份为主要过鱼季节，也是工程的主要泄洪季节。

此鱼道是国内第一座通过大马哈鱼的鱼道，也是国内水头差最大和底坡最陡的鱼道。

2 老龙口鱼道位置的选择

老龙口鱼道的布置有2种方案：一是布置在溢洪道外侧，这样对鱼顺利进入进鱼口有利，减少溢洪道泄洪时对过鱼的影响，但溢洪道外侧为陡峭的岩石山体，其爆破和开挖的难度及工程量都很大，工程造价也高。二是布置在溢洪道内侧，由于溢洪道内侧地形地质状况较好，利用溢洪道右边墙，鱼道的总长度也比外侧减小一半，缩短了鱼类在鱼道中的通过路程，使鱼类易于通过鱼道。诸因素权衡考虑，最后选择将鱼道布置在溢洪道内侧的方案。

图1 老龙口鱼道布置示意图

3 鱼道模型试验

老龙口鱼道的设计，是根据老龙口水利枢纽工程的具体布局、地形特点以及主要过鱼种类生活习性、体态特征等，并结合南京水利科学研究院作的1∶8水工水力学模型试验而设计的。为了确保过鱼效果，进行水工水力学模型试验是非常必要的。

3.1 鱼道模型试验目的及主要内容

通过水工水力学模型试验及计算论证，提出鱼道经济合理的结构尺度及型式，为设计、施工、运行、观测提出有益的建议及方案。

通过老龙口模型试验确定满足设计流速要求的隔板型式及每块隔板水头差，确定鱼道合理底坡，确定隔板块数。

3.2 鱼道模型试验方案

鱼道模型试验共进行了4个方案9组次的比较，见试验总表1。

表1 鱼道水工水力学模型试验总表

3.3 鱼道模型试验结果

模型试验结果试验资料分析比较见表2。

由表2可见：A、B、C方案均有4个出鱼口，适合上游水位99.70～109.00m，两种底坡，试验实测隔板孔最大流速2.50m／s左右，最大流量2.28m3／s，出鱼口水深3.00m时水面线局部先涌高后跌落。D方案设有3个出鱼口，适合上游水位102.00～109.00m，过鱼孔最小宽度0.41m，鱼道全长约448.00m，一种底坡。测得隔板孔最大流速1.93m／s，最大流量1.61m3／s，出鱼口水深3.00m时水面线基本平行于底坡，无明显涌高、跌落。D方案适应上游水位变化小，但是不会影响鱼道正常运行，102.00～109.00m水位包含了过鱼期的上游水位变化。经过对比，在进鱼口同等条件下，D方案在隔板孔流速、水池内流速、流态、消能效果方面均优于A、B、C方案，因此，推荐采用D方案。

表2 试验方案比较

3.4 鱼道隔板型式选择

鱼道隔板型式选择D方案的Ⅷ型，具体结构如图2所示。

4 鱼道设计

根据试验结果，最后选定老龙口鱼道为阶梯式垂直竖缝结构，鱼道净深3.0m；鱼道每级净长3.0m；鱼道纵向的坡度1∶16；鱼道的总长度532.5m，鱼道出鱼口设为3个。

图2 Ⅷ型隔板结构图

图3 试验鱼道隔板模型过水情况

4.1 鱼道设计标准

鱼道工程按20a一遇洪水设计，水库内最高过鱼水位为109.0m，最低过鱼水位102.0m，水库下游最高正常尾水位82.0m，最低正常尾水位为81.0m的标准设计。

4.2 鱼道出鱼口

鱼道出鱼口共3个，均位于溢洪道进口右岸边墙，1号出鱼口底板高程106.0m，2号出鱼口底板高程103.70m，3号出鱼口底板高程101.40m。3个出鱼口闸门检修平台和启闭平台布置于溢洪道边墙背水侧坡面上，检修平台顶高程为112.50m，启闭平台顶高程为117.20m，中间采用交通桥连接。

4.3 鱼道过坝涵洞

为了保证坝体安全性及布置要求，将鱼道穿越大坝结构型式由开敞式改为涵洞，涵洞孔口尺寸为2.5×6.0m。由于洞身比较高，两侧光线可以进入涵洞，从运行的效果来看，此部分改动并没有影响过鱼。

4.4 鱼道观察室

鱼道过土坝后设一处鱼道观察室，观察室为两层楼房，底层为鱼道观察室，主要用来放置摄像机、电子计数器等设备。在鱼道侧壁上设有2个玻璃观查窗，用来观查鱼类的洄游情况。上层为参观陈列室，游客可通过投影电视现场观看到鱼道中鱼类的洄游情况。四周墙壁上可陈列主要洄游鱼类的介绍、库区介绍等。

4.5 鱼道进鱼口

鱼道与主河槽连接段为进鱼口，进鱼口采用引渠结构，底宽6m，两侧边坡为1∶2.5，与主河槽交汇出开挖成喇叭型，最大开口宽50m，方便鱼顺利进入鱼道。

为提高鱼道进鱼效果，可在鱼道进鱼口外一定范围内装置喷洒水管网系统，借助喷洒水声及水花诱鱼向鱼道进口集群，继而在鱼道流量的引导下找到鱼道进口。

5 结语

1）在天然河道修筑水利工程阻断了鱼类的洄游通道，这对洄游性鱼类是一个毁灭性的人为灾害。为了保持原有的生态环境，采取鱼类保护措施是十分必要的。

2）老龙口鱼道是吉林省第一座投入运行的鱼道，也是我国第一座洄游大麻哈鱼的鱼道。在众多的鱼类保护措施中，目前国内以修建鱼道和人工繁殖放流最为常见。在阶梯式鱼道设计方面也积累了一定的经验。在老龙口鱼道等工程的实践表明，只要设计合理，鱼类的洄游还是十分明显的。

3）目前，老龙口工程已投入运行，从鱼道运行情况来看，过鱼效果明显。从运行时的水流流态来看，水流平稳，与试验效果相近；测得隔板孔流速在1.9m／s左右，流速在设计范围之内（如图4）。说明老龙口鱼道工程水力设计是成功的。它的建成可以进一步提高我国的鱼道设计、施工和科研水平，为其他工程提供宝贵的工程经验。