CN104912041B - 一种峡谷河段高坝过鱼*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种峡谷河段高坝过鱼***，包括集鱼池及分别设置于坝体上游和下游河道岸边的上部升鱼机和下部升鱼机，所述上部升鱼机通过上部钢支撑架安装在坝体顶部，所述上部升鱼机两端分别设置有上部钢缆A和上部钢缆B，在上部钢缆A和上部钢缆B分别安装有上部集鱼箱A和上部集鱼箱B；下部升鱼机两端分别通过下部钢支撑架安装在升鱼机平台上，所述下部升鱼机一端与上部钢缆A相连，另一端通过下部钢缆与集鱼池相连，所述下部钢缆上安装有下部集鱼箱。本发明通过在大坝坝体上下游设置升鱼机，将大坝下游集鱼池诱入的鱼类驱赶至集鱼箱后提升、运送至大坝上游的库区，从而达到坝址上下游过鱼并实现鱼类基因交流的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种峡谷河段高坝过鱼***，属于水利水电工程环境保护技术领域。
背景技术
水利水电工程开发涉及的坝址上下游鱼类交流通道阻隔及鱼类基因交流问题是建设与运行迫切需要解决的环境问题，为此，环境保护行政主管部门一般都针对水利水电工程开发涉及的保护鱼类及受影响程度情况，提出了坝址上下游过鱼设施建设、运行及相关研究的要求，如鱼道、鱼闸、升鱼机、集运鱼***等过鱼导鱼措施，以期实现区域、流域生态环境的可持续健康发展。
目前，低水头水利水电工程的过鱼技术及相关研究发展较为成熟，且应用实例较多，但高水头大坝的过鱼问题一直都是世界性技术难题，高坝大库过鱼技术的很多核心问题尚未得以研究并解决，尤其是处于峡谷地区的高水头大坝过鱼问题，受制于工程布置条件限制，形势尤为严峻。
例如，公开号为CN204000792U的中国专利公开了一种多级助驱式生态鱼道设施，涉及过鱼建筑物和水利水电工程生态环境领域，是一种适用于中、高水头水利枢纽的鱼道建筑物及过鱼控制方法。该多级助驱式生态鱼道设施包括若干级呈阶梯状分布的鱼道单元、鱼道助驱***、仿生态河流***、鱼道消能***和诱鱼监控***。该鱼道设施在运行时，与计算机自动控制***配合使用，实现鱼类逐级智能助驱上溯的目的。但是，鱼道主要制约性因素和特性参数为水头，上述鱼道设施主要适用于低水头水坝，尤其是仿自然鱼道，不同工程类型和地形地质对鱼道的场地布置条件、升鱼高程影响较大。其次，鱼道是布设好相关结构后，主要靠鱼类自行根据提供的水流等条件进行坝址上下游活动；对于上述鱼道较适合低水头水利水电工程的过鱼，对于高水头大坝，即便布置，也是局部采用，受地形现在较大。因此，从环境保护角度出发，研究操作性强、有效的峡谷地区高坝大库过鱼技术，建设绿色环保型水利水电工程，是目前亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种峡谷河段高坝过鱼***。从而有效缓解水利水电工程开发对水生生态环境的不利影响，确保水利水电工程经济、环境及社会效益兼备，真正实现建设绿色环保型水利水电工程的目标。
本发明通过以下技术方案得以实现。
一种峡谷河段高坝过鱼***，包括集鱼池及分别设置于坝体上游和下游河道岸边的上部升鱼机和下部升鱼机，所述上部升鱼机通过上部钢支撑架安装在坝体顶部，所述上部升鱼机两端分别设置有上部钢缆A和上部钢缆B，在上部钢缆A和上部钢缆B分别安装有上部集鱼箱A和上部集鱼箱B；下部升鱼机两端分别通过下部钢支撑架安装在升鱼机平台上，所述下部升鱼机一端与上部钢缆A相连，另一端通过下部钢缆与集鱼池相连，所述下部钢缆上安装有下部集鱼箱。
所述上部升鱼机由上部过鱼轨道、上部起吊设备及上部升鱼机悬索组成，其中，上部过鱼轨道通过上部钢支撑架安装在坝体顶部，上部升鱼机悬索通过上部起吊设备连接于上部过鱼轨道两端。
所述下部升鱼机为两台，且每台升鱼机均由下部过鱼轨道、下部起吊设备及下部升鱼机悬索组成，其中，下部过鱼轨道通过下部钢支撑架安装在升鱼机平台，下部升鱼机悬索通过下部起吊设备连接于下部过鱼轨道两端。
所述升鱼机平台包括上游侧升鱼机平台和下游侧升鱼机机平台，且均采用钢筋混凝土结构，其中靠近坝体处的上游侧升鱼机平台为锥体结构，远离坝体的下游河道岸边侧升鱼机平台为长方体结构。
所述集鱼池采用钢筋混凝土构成。
所述集鱼池下游侧设置有若干进鱼口。
所述下部集鱼箱、上部集鱼箱A及上部集鱼箱B均采用钢结构。
所述上部起吊设备采用驱动滑轮和从动滑轮组成，其中驱动滑轮由电机驱动。
所述下部起吊设备采用驱动滑轮和从动滑轮组成，其中驱动滑轮由电机驱动。
本发明的有益效果是：
本发明通过在大坝坝体上下游设置升鱼机，将大坝下游通过集鱼池的进鱼口诱入的鱼类驱赶至集鱼箱，并通过升鱼机、钢缆将集鱼箱提升、运送至大坝上游的库区后，将诱入集鱼箱的鱼类投放至库区，放出鱼后空集鱼箱再通过原路线返回至大坝下游，反之，也可在大坝上游的库区设置集鱼池、集鱼箱并将诱入的鱼类通过升鱼机、钢缆运送至大坝下游，从而达到坝址上下游过鱼并实现鱼类基因交流的目的，有效的缓解了水利水电工程开发对水生生态环境的不利影响，为建设绿色环保型水利水电工程提供了有力的科技支撑，经济、社会、环境效益显著。真正实现了建设绿色环保型水利水电工程的目标。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中集鱼池的进鱼口布置示意图。
图中：1-集鱼池，2-下部升鱼机，3-上部升鱼机，4-升鱼机平台，5-下部钢缆，6-下部集鱼箱，7-上部钢缆A，8-上部集鱼箱A，9-上部集鱼箱B，10-上部钢缆B，11-坝体，12-进鱼口，21-下部钢支撑架，22-下部过鱼轨道，23-下部起吊设备，24-下部升鱼机悬索，31-上部钢支撑架，32-上部过鱼轨道，33-上部起吊设备，34-上部升鱼机悬索。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，本发明所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，包括集鱼池1及分别设置于坝体11上游和下游河道岸边的上部升鱼机3和下部升鱼机2，所述上部升鱼机3通过上部钢支撑架31安装在坝体11顶部，所述上部升鱼机3两端分别设置有上部钢缆A7和上部钢缆B10，在上部钢缆A7和上部钢缆B10分别安装有上部集鱼箱A8和上部集鱼箱B9；下部升鱼机2两端分别通过下部钢支撑架21安装在升鱼机平台4上，所述下部升鱼机2一端与上部钢缆A7相连，另一端通过下部钢缆5与集鱼池1相连，所述下部钢缆5上安装有下部集鱼箱6。本技术方案通过在大坝坝体上下游设置升鱼机，将大坝下游通过集鱼池的进鱼口诱入的鱼类驱赶至集鱼箱，并通过升鱼机、钢缆将集鱼箱提升、运送至大坝上游的库区后，将诱入集鱼箱的鱼类投放至库区，放出鱼后空集鱼箱再通过原路线返回至大坝下游，反之，也可在大坝上游的库区设置集鱼池、集鱼箱并将诱入的鱼类通过升鱼机、钢缆运送至大坝下游，从而达到坝址上下游过鱼并实现鱼类基因交流的目的，以有效缓解水利水电工程开发对水生生态环境的不利影响。本技术方案采用升鱼机，且是峡谷河段升鱼机，受地形限制较小，在河谷狭窄、陡峭深切河段布置条件大大优越于鱼道。鱼道主要制约性因素和特性参数为水头，一般适用于低水头水坝，尤其是仿自然鱼道，不同工程类型和地形地质对鱼道的场地布置条件、升鱼高程影响较大。鱼道和升鱼机结构上的区别是本质的，最大的区别在于***运行的驱动力或者主导因素方面。鱼道是布设好相关结构后，主要靠鱼类自行根据提供的水流等条件进行坝址上下游活动；升鱼机运行的关键在于，将诱入集鱼箱的鱼类通过人为控制方式将鱼运输至坝址上下游相应位置。鱼道和升鱼机都能达到过鱼的效果。但鱼道较适合低水头水利水电工程的过鱼，对于高水头大坝，鱼道布设及其可能，即便布置，也是局部采用，仍需通过升鱼机来补充，即“鱼道+升鱼机组”合模式。对于高水头大坝，升鱼机布置受限较少，可以灵活考虑。因此本技术方案中的升鱼机适用范围较鱼道广，不受升鱼高程条件限制，受地形限制也少，尤其是对解决高水头大坝过鱼问题的世界性技术难题，是很好的考虑。
所述上部升鱼机3由上部过鱼轨道32、上部起吊设备33及上部升鱼机悬索34组成，其中，上部过鱼轨道32通过上部钢支撑架31安装在坝体11顶部，上部升鱼机悬索34通过上部起吊设备33连接于上部过鱼轨道32两端。对上部过鱼轨道32起平行固定作用。
所述下部升鱼机2为两台，且每台升鱼机均由下部过鱼轨道22、下部起吊设备23及下部升鱼机悬索24组成，其中，下部过鱼轨道22通过下部钢支撑架21安装在升鱼机平台4，下部升鱼机悬索24通过下部起吊设备23连接于下部过鱼轨道22两端。对下部过鱼轨道22起平行固定作用。
所述升鱼机平台4包括上游侧升鱼机平台和下游侧升鱼机平台，且均采用钢筋混凝土结构，其中：靠近坝体11处的上游侧升鱼机平台为锥体结构，布置位置以不影响坝体结构稳定性为宜；远离坝体11的下游河道岸边侧升鱼机平台为长方体结构，布置位置及防洪标准应符合大坝下游防洪总体要求。
所述集鱼池1采用钢筋混凝土构成。一般采用矩形结构，尺寸应满足大坝下游诱鱼及集鱼箱布置要求，应布置在大坝下游鱼类集群较为密集的区域，且其位置及防洪标准应符合大坝下游防洪总体要求。
如图2所示，所述集鱼池1下游侧设置有若干进鱼口12。其型式一般采用矩形或圆形结构，其数量及尺寸应以满足集鱼池1结构稳定性要求。
所述下部集鱼箱6、上部集鱼箱A8及上部集鱼箱B9均采用钢结构。并具备较好封闭性，且所有集鱼箱均布置在集鱼池1上游侧，其尺寸以满足在集鱼池1内正常运行为宜，集鱼箱下游侧壁、底部可以通过自动装置开启以用于集鱼、放鱼，集鱼箱顶部设置有用于调整其运行高程的钢缆，钢缆直径应满足集鱼箱及所承载的水体、鱼类整体配重要求，并可根据集鱼池1水位变化由升鱼机的起吊(运送)设备调整其具体运行高程。
所述下部升鱼机2和上部升鱼机3的组合型式应根据工程实际设置，其位置、数量以满足合理提升、运送集鱼箱目的为宜，包括升鱼机平台、钢支撑架、过鱼轨道、起吊(运送)设备、悬索等结构。升鱼机平台采用钢筋混凝土结构，具体型式根据工程实际条件布置；钢支撑架两个为一组，其结构、布置应满足升鱼机整体稳定性要求；过鱼轨道采用轻质无缝钢轨，其间距、长度、宽度应满足集鱼箱运行范围要求；起吊(运送)设备采用驱动滑轮、从动滑轮型式，驱动滑轮由电机驱动，驱动滑轮、从动滑轮直径以满足集鱼箱及所承载的水体、鱼类整体配重要求为宜；悬索采用钢缆，布置在升鱼机顶部，用于固定并维持升鱼机整体结构的稳定，直径应满足升鱼机整体结构稳定性要求。
以下结合某水电站实施实例对本发明方案作进一步详细说明。
如图1所示，某水电站处于大峡谷中，规模为II等大型工程，为堤坝式开发，具有日调节性能；枢纽建筑物包括碾压混凝重力坝、引水***、左岸地下厂房和通航建筑物组成。
某水电站挡水建筑物建设将阻挡涉及鱼类交流通道，阻隔鱼类生境，影响坝址上下游鱼类交流。水电站过鱼设施建设目的即是维持坝址上下游鱼类种群的基因交流，避免鱼种的单一化和退化。
某水电站涉及河段有鱼类目9科9亚科35属48种，其中有《中国濒危动物红皮书·鱼类》易危鱼类：叶结鱼、乌原鲤和长臀鮠等3种，珠江水系特有鱼类叶结鱼、乌原鲤、长臀鮠、卷口鱼和长尾鮡等5种。
叶结鱼、乌原鲤、长臀鮠、卷口鱼、长尾鮡等5种鱼类在某水电站坝址上下游均有分布，且具有短距离洄游现象，因此，工程重点将以上鱼类作为过鱼对象，以达到实现坝址上下游珍稀保护鱼类交流的目的。
某水电站坝址位于大峡谷河段，河谷深切，左、右岸陡峭，属典型的峡谷河段高坝大库，高坝过鱼一直都是世界性技术难题，目前主要有鱼道、鱼闸、升鱼机、集运鱼***等，不同的过鱼方式受不同工程类型和地形地质的影响，对不同类型的阻隔影响和不同生态习性的鱼类过鱼效果差异也较大。
鱼道主要制约性因素和特性参数为水头，一般适用于低水头水坝，尤其是仿自然鱼道。某水电站最大坝高109.0m，按照常规过鱼适宜流速，某水电站仿自然通道和鱼道设计长度不低于8.3km、4.15km，工程量较大，且坝址上下游江段狭窄、陡峭深切，鱼道布置极其困难，故放弃鱼道方案。
鱼闸与船闸的原理基本相同，均为人工水力辅助过鱼，从运行和安全考虑，一般一级鱼闸不宜承担过高水头，水头高的情况下，需设置多级鱼闸。某水电站最大坝高109.0m，需设计2～3级鱼闸，工程布置、建设难度均很大，另需较多的机电设备，维修费用较高。此外，工程采用单级垂直升船机，鱼闸和升船机相互干扰，严重制约鱼闸的诱鱼和过鱼效果，故放弃鱼闸方案。
升鱼机***原理与电梯相似，由集鱼池、集鱼箱、升鱼机三大主要部分组成，通过将坝下游的集鱼箱由升鱼机提升、运输至坝址上游库区，将集鱼箱下放至库区水中放出鱼后，空集鱼箱再通过原路线返回，完成整个升鱼过程。升鱼机***的优点是不受大坝上下游水位的变化影响，过鱼能力相对较大；缺点是机械设施结构复杂，不能保证上下游生境连通，不能实现连续过鱼。
集运鱼***是通过一定的诱鱼手段，将下游的鱼集中到船体或箱体当中，然后通过船闸或者汽车运输将鱼运输到坝上，从而达到过鱼的目的。集运鱼***具有场地条件及布置简单，不影响主体工程的枢纽布置和施工进度、投资相对较小等优点；其缺点为上下游水生生境的连通效果差、技术可靠性低、适用条件及效果较差、不能实现连续过鱼、对过鱼对象可能有伤害和运行保障率相对较低等，其效果有待观察研究。
由此，升鱼机***、集运鱼***均适合在高坝大库上建设，且投资小并具有较大的过鱼能力，但两者均不能实现连续过鱼，运行管理也相对复杂。但由于某水电站高坝所在峡谷河段的地形限制，加之工程枢纽布置条件与泄洪安全考虑等因素，在选择过鱼设施时对鱼道、鱼闸方案予以放弃，而升鱼机***、集运鱼***两个方案，由于在地形地貌、枢纽布置、施工条件、与水电站建设的协调性等方面的优越性，能使坝上下游鱼类进行种***流，促进其基因交流，均比较适合在某水电站实施。
下面结合本发明技术方案说明对某水电站升鱼机***进行设计如下：
某水电站升鱼机***为非雍水建筑物，由集鱼池1、下部集鱼箱6、上部集鱼箱A8、上部集鱼箱B9、下部升鱼机2及上部升鱼机3、下部钢缆6、上部钢缆A7及上部钢缆B8组成，建筑物级别为3级，防洪设计标准为100年一遇，校核标准为200年一遇。
集鱼池1布置在靠近左岸的水电机组段尾水管出口上部，是坝下游鱼类集群较为密集的区域，集鱼池1长为70.0m、宽为1.2m、高为7.0m，为钢筋混凝土结构，壁厚为0.3m，池底高程为500m，池顶高程为507.0m。集鱼池1下游面侧壁上均匀设置8个矩形进鱼口12，进鱼口12尺寸0.8m×0.5m(高×宽)。
集鱼箱包括下部集鱼箱6、上部集鱼箱A8及上部集鱼箱B9，均布置在集鱼池1上游侧，为钢结构并具备较好封闭性，集鱼箱下游侧壁、底部可以通过自动装置开启以用于集鱼、放鱼；集鱼箱尺寸1.2m×2.0m×1.2m(宽×高×长)，底板高程500.0m，顶部设置有用于调整其运行高程的钢缆，钢缆直径25.0mm；集鱼箱可根据集鱼池1水位变化情况，通过升鱼机的起吊(运送)设备与钢缆调整具体运行高程。
如图1所示，在559.0m高程处设置两台下部升鱼机2，在坝顶610.0m高程处设置一台上部升鱼机3，共设置有三台升鱼机，升鱼机由升鱼机平台4、钢支撑架、过鱼轨道、起吊(运送)设备、悬索等组成。升鱼机平台4采用钢筋混凝土结构，559.0m高程处下游侧升鱼机平台为高50.5m的长方体结构，上游侧升鱼机平台为高20.0m的锥体结构；所述下部钢支撑架21分别布置在550.5m高程和551.0m高程处，上部钢支撑架31布置在602.0m高程处，所述上部钢支撑架31和下部钢支撑架21高度均为17.0m；上部过鱼轨道32和下部过鱼轨道22均采用轻质无缝钢轨，轨道间距为1.5m，559.0m高程处升鱼机下部过鱼轨道22长为160.0m，610.0m高程处升鱼机上部过鱼轨道长为70m；所述上部起吊设备33和下部起吊设备23均采用驱动滑轮、从动滑轮型式，驱动滑轮由电机驱动，驱动滑轮、从动滑轮直径分别为80.0cm、60.0cm；悬索采用钢缆，布置在升鱼机顶部，用于固定并维持升鱼机整体结构的稳定性，直径为40.0mm。
在工作过程中，鱼进入集鱼箱后，首先由559.0m高程处升鱼机将鱼从550.5m高程平台处运送至551.0m高程平台处，水平行进距离为150.0m；再由坝顶610.0m高程升鱼机将鱼从551.0m高程平台处提升、运送至坝体上游，水平行进距离为60.0m。
升鱼机***的起吊(运送)设备将坝下部过鱼轨道上的集鱼箱(最低运行高程500.0m)垂直吊起，通过钢支撑架下设置的过鱼轨道水平运输、提升至坝址上游；至坝址上游库区后，起吊(运送)设备将集鱼箱下放至库区水中(最低运行高程580.0m)，放出鱼后空集鱼箱再通过原路线返回，完成整个升鱼过程，工作一个周期历时约3小时。
Claims (8)
1.一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：包括集鱼池(1)及分别设置于坝体(11)上游和下游河道岸边的上部升鱼机(3)和下部升鱼机(2)，所述上部升鱼机(3)通过上部钢支撑架(31)安装在坝体(11)顶部，所述上部升鱼机(3)两端分别设置有上部钢缆A(7)和上部钢缆B(10)，在上部钢缆A(7)和上部钢缆B(10)分别安装有上部集鱼箱A(8)和上部集鱼箱B(9)；下部升鱼机(2)两端分别通过下部钢支撑架(21)安装在升鱼机平台(4)上，所述下部升鱼机(2)一端与上部钢缆A(7)相连，另一端通过下部钢缆(5)与集鱼池(1)相连，所述下部钢缆(5)上安装有下部集鱼箱(6)；所述上部升鱼机(3)由上部过鱼轨道(32)、上部起吊设备(33)及上部升鱼机悬索(34)组成，其中，上部过鱼轨道(32)通过上部钢支撑架(31)安装在坝体(11)顶部，上部升鱼机悬索(34)通过上部起吊设备(33)连接于上部过鱼轨道(32)两端。
2.根据权利要求1所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：所述下部升鱼机(2)为两台，且每台升鱼机均由下部过鱼轨道(22)、下部起吊设备(23)及下部升鱼机悬索(24)组成，其中，下部过鱼轨道(22)通过下部钢支撑架(21)安装在升鱼机平台(4)，下部升鱼机悬索(24)通过下部起吊设备(23)连接于下部过鱼轨道(22)两端。
3.根据权利要求1所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：所述升鱼机平台(4)包括上游侧升鱼机平台和下游侧升鱼机机平台，且均采用钢筋混凝土结构，其中靠近坝体(11)处的上游侧升鱼机平台为锥体结构，远离坝体(11)的下游河道岸边侧升鱼机平台为长方体结构。
4.根据权利要求1所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：所述集鱼池(1)采用钢筋混凝土构成。
5.根据权利要求1所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：所述集鱼池(1)下游侧设置有若干进鱼口(12)。
6.根据权利要求1所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：所述下部集鱼箱(6)、上部集鱼箱A(8)及上部集鱼箱B(9)均采用钢结构。
7.根据权利要求1所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：所述上部起吊设备(33)采用驱动滑轮和从动滑轮组成，其中驱动滑轮由电机驱动。
8.根据权利要求2所述的一种峡谷河段高坝过鱼***，其特征在于：所述下部起吊设备(23)采用驱动滑轮和从动滑轮组成，其中驱动滑轮由电机驱动。
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