适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统及施工方法与流程

本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统及施工方法。

背景技术：

为了保护鱼类资源，恢复河流多样性，在修建拦河坝的同时，要求设置过鱼设施。目前，国内外现有的大坝过鱼设施主要有鱼道、仿自然通道、鱼闸和集运鱼系统等。

鱼道目前多适用于低水头水利水电枢纽，如国内的长洲水利枢纽、沙湾水电站、安谷水电站等。高水头水利水电枢纽受地形、枢纽布置等因素影响，多采用鱼闸、升鱼机、集运鱼系统等，如美国的罗昂德布特坝采用索道吊罐系统运鱼过坝，日本的庄川小牧坝采用升鱼机过鱼，中国丰满、黄登水电站采用鱼道+升鱼机过鱼等等。然而高水头水利水电枢纽全鱼道应用则很少，目前主要有巴西伊泰普水电站鱼道、美国的北汊坝鱼道和帕尔顿鱼道、中国藏木水电站鱼道。

鱼闸、升鱼机、集运鱼系统无法实现工程坝下和坝上河流连通性，而全鱼道方案可实现上下游河段连通，能维持河流的连续性和物质循环，能持续过鱼。目前，对于已建的高水头坝后式厂房水利水电枢纽，主要利用大坝两岸平缓地形建设全鱼道，缓坡上升，该布置形式无法适用于拦河坝两岸地形为高陡边坡的坝后式厂房水利水电枢纽。

基于上述情况，本发明提出了一种适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统及施工方法，可有效解决以上问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统及施工方法。该系统能适用于两岸坝肩边坡地形高陡、高水头坝后式厂房水利水电枢纽，维持河流的连续性和物质循环，保证连续过鱼。

为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统，包括大坝，还包括由下游至上游依次连接设置的厂坝中导墙段鱼道、尾水出口段鱼道、尾水渠边墙段鱼道、往复盘折上升段鱼道、坝肩边坡段鱼道、过坝段鱼道与坝前段鱼道；所述厂坝中导墙段鱼道、尾水出口段鱼道与尾水渠边墙段鱼道三者之间形成尾水渠；当鱼类洄游上溯至尾水渠，先通过分别设置在厂坝中导墙段鱼道与尾水渠边墙段鱼道上的至少一个进口进入鱼道内，然后依次经过布置在岸边边坡上的往复盘折上升段鱼道、坝肩边坡段鱼道、过坝段鱼道与坝前段鱼道，再通过设置在坝前段鱼道上的出口进入大坝上游库区，以使鱼类跨越拦大坝在鱼道内逆流上溯。

作为本发明的一种优选技术方案，所述厂坝中导墙段鱼道包括厂坝中导墙段基础，和设置于厂坝中导墙段基础上方的厂坝中导墙段池室；厂坝中导墙段池室顶宽不小于3m，保证鱼道池室的布置空间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述尾水出口段鱼道包括尾水出口段基础柱，和设置于尾水出口段基础柱上方的尾水出口段池室；尾水出口段池室采用简支梁结构形式，来回盘旋2段安装在尾水出口段基础柱上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述尾水渠边墙段鱼道包括尾水渠边墙基础，和设置于尾水渠边墙基础上方的尾水渠边墙段池室；尾水渠边墙段鱼道靠近尾水出口段鱼道的一端设置有补水池，并与连接于水库的补水钢管相连，补水钢管用于补充鱼道进口的过水流量。

作为本发明的一种优选技术方案，所述往复盘折上升段鱼道包括上升段基础，和多个设置于上升段基础上方的上升段基础柱，以及设置于上升段基础柱上方的上升段池室；相邻两个上升段基础柱之间通过上升段连系梁固定连接，相邻两个上升段基础柱之间的上下游间距为10～17m；上升段池室采用简支梁结构形式，来回盘旋安装在上升段基础柱上；往复盘折上升段鱼道的上下游两端的转弯处均设置有上升段转弯池室。

作为本发明的一种优选技术方案，所述坝肩边坡段鱼道包括坝肩边坡段基础，和设置于坝肩边坡段基础上方的坝肩边坡段池室，以及设置于坝肩边坡段鱼道上的鱼道流量调节池；坝肩边坡段基础采用锚杆支护，保证坝肩边坡段池室及坝肩边坡段池室基础的稳定；在鱼道流量调节池边墙设置槽口，将鱼道内超过槽口的多余水体排出，排出的水体由管道引至下游河道；所述鱼道流量调节池的溢出流量q计算公式如下：

其中，σc为槽口侧收缩系数、σs为淹没系数、m为流量系数、b为槽口宽度，ho为槽口上堰前水头的高度，根据《水力计算手册》可得知。

作为本发明的一种优选技术方案，所述过坝段鱼道位于大坝内，其包括过坝段池室、过坝段坝体、防洪闸门槽和启闭机房；鱼道运行的时候，防洪闸门处于开启状态，当紧急情况时候，防洪闸门可关闭，以保护鱼道安全。

作为本发明的一种优选技术方案，所述进口包括进口门槽、进口鱼道池室边墙底板和进口胸墙；所述厂坝中导墙段鱼道下游末端设置1个进口；所述尾水渠段边墙鱼道的下游末端设置1个进口，其上游首端设置2个进口。

作为本发明的一种优选技术方案，所述坝前段鱼道包括坝前段基础，和设置于坝前段基础上方的坝前段池室，以及设置于坝前段鱼道上游端的出口；坝前段池室边墙顶高程应高于大坝上游最高水位，避免汛期洪水淹入鱼道；所述出口包括出口门槽、出口鱼道池室边墙底板和出口胸墙；出口与大坝上游面的距离为100～300m。

本发明提供一种适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统的施工方法，包括以下施工步骤：

s1.先浇筑厂坝中导墙段基础，然后施工上部的厂坝中导墙段池室以及进口，形成厂坝中导墙段鱼道；

s2.先浇筑尾水出口段基础柱，然后施工上部的尾水出口段池室，形成尾水出口段鱼道；尾水出口段基础柱顶高程由尾水出口段池室底板高程确定，尾水出口段池室可采用预制的方式吊装在尾水出口段基础柱上，也可现场立模板浇筑；

s3.先浇筑尾水渠边墙基础，然后尾水渠边墙段池室，形成尾水渠边墙段鱼道；

s4.先浇筑上升段基础，然后施工上升段基础柱，相邻两个上升段基础柱之间通过上升段连系梁连接，形成往复盘折上升段鱼道；上升段池室可采用预制的方式吊装在上升段基础上，也可现场立模板浇筑；

s5.在往复盘折上升段鱼道的两端浇筑上升段池室4c，上升段池室4c的边墙厚0.4m～0.6m，底板厚0.4m～0.8m；

s6.先施工支护锚杆，再浇筑坝肩边坡段基础，最后施工坝肩边坡段池室，形成坝肩边坡段鱼道；锚杆可采用砂浆锚杆，也可采用预应力锚杆或锚筋束支护形式；

s7.先对过坝段坝体浇筑到一定高程后，即可施工过坝段池室，鱼道内设置防洪闸门槽和启闭机房，形成过坝段鱼道，启闭机房根据鱼道底板高程可设置在坝顶，或坝体内；

s8.先浇筑坝前段基础，然后施工坝前段池室，在坝前段鱼道上游端设置出口，形成坝前段鱼道。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、鱼类可通过厂坝中导墙段鱼道与尾水渠边墙段鱼道上设置的进口进入鱼道内，然后依次经过布置在岸边边坡上的往复盘折上升段鱼道、坝肩边坡段鱼道、过坝段鱼道与坝前段鱼道，再通过设置在坝前段鱼道上的出口进入大坝上游库区，以使鱼类跨越拦大坝在鱼道内逆流上溯。该鱼道系统可以布置在高陡狭窄地形边坡上，实现鱼类跨越高水头拦河坝洄游的目的。

2、本发明在所述厂坝中导墙段鱼道下游末端设置1个进口；所述尾水渠段边墙鱼道的下游末端设置1个进口，其上游首端设置2个进口；设置不同位置的进口可更好地与大坝下游不同水位相适应，进口宽度适当缩窄1/3～2/3，增大进口流速，增加诱鱼效果。

3、本发明所述的尾水渠边墙段鱼道靠近尾水出口段鱼道的一端设置有补水池，并与连接于水库的补水钢管相连，由补水钢管将水库内的水引入补水池，用于补充鱼道进口的过水流量，增加诱鱼效果。

4、本发明所述的过坝段鱼道位于大坝内，其包括防洪闸门槽和启闭机房，鱼道运行的时候，防洪闸门处于开启状态，当紧急情况时候，防洪闸门可关闭，以保护鱼道安全。

5、该系统能适用于两岸坝肩边坡地形高陡、高水头坝后式厂房水利水电枢纽，维持河流的连续性和物质循环，做到持续过鱼，提高过鱼效率，保护生态环境。该全鱼道系统对于两岸地形较开阔的高水头电站同样可适用。

附图说明

图1是本发明高陡坝肩边坡的高水头全鱼道系统平面布置图。

图2是本发明厂坝中导墙段鱼道的剖面图。

图3是本发明尾水出口段鱼道的剖面图。

图4是本发明尾水渠边墙鱼道和盘旋上升段鱼道的剖面图。

图5是本发明往复盘折上升段鱼道端头转弯池室大样图。

图6是本发明坝肩边坡段鱼道的剖面图。

图7是本发明过坝段鱼道的剖面图。

图8是本发明坝前鱼道的剖面图。

图9是本发明鱼道进口结构的剖面图。

图10是本发明鱼道出口结构的剖面图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，一种适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统，包括大坝8，还包括由下游至上游依次连接设置的厂坝中导墙段鱼道1、尾水出口段鱼道2、尾水渠边墙段鱼道3、往复盘折上升段鱼道4、坝肩边坡段鱼道5、过坝段鱼道6与坝前段鱼道7；所述厂坝中导墙段鱼道1、尾水出口段鱼道2与尾水渠边墙段鱼道3三者之间形成尾水渠9；当鱼类洄游上溯至尾水渠9，先通过分别设置在厂坝中导墙段鱼道1与尾水渠边墙段鱼道3上的至少一个进口10进入鱼道内，然后依次经过布置在岸边边坡上的往复盘折上升段鱼道4、坝肩边坡段鱼道5、过坝段鱼道6与坝前段鱼道7，再通过设置在坝前段鱼道7上的出口11进入大坝8上游库区，以使鱼类跨越拦大坝8在鱼道内逆流上溯。

如图2所示，所述厂坝中导墙段鱼道1包括厂坝中导墙段基础1b，和设置于厂坝中导墙段基础1b上方的厂坝中导墙段池室1a；厂坝中导墙段池室1a顶宽不小于3m，保证鱼道池室的布置空间。将厂坝中导墙段鱼道1设置在厂坝中导墙内，浇筑完厂坝中导墙段基础1b后，即可施工上部厂坝中导墙段池室1a以及进口10。

如图3所示，所述尾水出口段鱼道2包括尾水出口段基础柱2a，和设置于尾水出口段基础柱2a上方的尾水出口段池室2b；尾水出口段池室2b采用简支梁结构形式，来回盘旋2段安装在尾水出口段基础柱2a上。尾水出口段基础柱2a紧靠尾水闸墩下游，截面宽度不超过尾水闸墩截面宽度，避免阻挡发电尾水出流，影响机组发电。尾水出口段基础柱2a顶高程由尾水出口段池室2b底板高程确定，尾水出口段池室2b可采用预制的方式吊装在尾水出口段基础柱2a上，也可现场立模板浇筑，尾水出口段池室2b底板厚0.4m～0.8m，边墙厚0.4m～0.6m。尾水出口段基础柱2a和尾水出口段池室2b的结构尺寸设计应满足水工混凝土结构设计规范的要求。

如图4所示，所述尾水渠边墙段鱼道3包括尾水渠边墙基础3a，和设置于尾水渠边墙基础3a上方的尾水渠边墙段池室3b；尾水渠边墙段鱼道3靠近尾水出口段鱼道2的一端设置有补水池13，并与连接于水库的补水钢管12相连，补水钢管12用于补充鱼道进口10的过水流量。尾水渠边墙段鱼道3与尾水渠9边墙结合布置，顶高程高于尾水渠9的防洪洪水位，可与尾水平台齐平。先浇筑尾水渠边墙基础3a，然后尾水渠边墙段池室3b。尾水渠边墙段池室3b呈盘旋上升。

如图4所示，所述往复盘折上升段鱼道4包括上升段基础4a，和多个设置于上升段基础4a上方的上升段基础柱4b，以及设置于上升段基础柱4b上方的上升段池室4c；相邻两个上升段基础柱4b之间通过上升段连系梁4d固定连接，相邻两个上升段基础柱4b之间的间距为10～17m；上升段池室4c采用简支梁结构形式，来回盘旋2段安装在上升段基础柱4b上；往复盘折上升段鱼道4的上下游两端的转弯处均设置有上升段转弯池室4e，兼做鱼室休息池。往复盘折上升段鱼道4可先浇筑上升段基础4a，然后施工上升段基础柱4b，上升段基础柱4b通过上升段连系梁4d连接，上升段池室4c可采用预制的方式吊装在上升段基础4a上，也可现场立模板浇筑。上升段基础4a平均厚度为1m～5m，上升段基础柱4b可采用圆形混凝土柱，直径1m～2m，也可采用方形混凝土柱，截面尺寸1m×2m。上升段连系梁4d可采用方形混凝土柱，截面尺寸0.6m×1m。上升段池室4c底板厚0.4m～0.8m，边墙厚0.4m～0.6m。上升段基础柱4b和上升段池室4c的结构尺寸经稳定应力计算满足水工混凝土结构设计规范要求。往复盘折上升段鱼道4整体基础的抗滑稳定应满足规范要求。

如图5所示，上升段转弯池室4e边墙厚0.4m～0.6m，底板厚0.4m～0.8m，上升段转弯池室4e内侧设置2块整流导板，间距0.5m，宽0.5m，与池室导隔板等高等厚。

如图6所示，所述坝肩边坡段鱼道5包括坝肩边坡段基础5b，和设置于坝肩边坡段基础5b上方的坝肩边坡段池室5a，以及设置于坝肩边坡段鱼道5上的鱼道流量调节池14；坝肩边坡段基础5b采用锚杆5c支护，保证坝肩边坡段池室5a及坝肩边坡段池室基础5b的稳定；在鱼道流量调节池14边墙设置槽口，将鱼道内超过槽口的多余水体排出，排出的水体由管道引至下游河道。坝肩边坡段鱼道5应先施工支护锚杆5c，再浇筑坝肩边坡段基础5b，最后施工坝肩边坡段池室5a。锚杆5c可采用砂浆锚杆c28，l＝6m，也可采用预应力锚杆或锚筋束等其他支护形式。

其中，所述鱼道流量调节池14的溢出流量q计算公式如下：

其中，σc为槽口侧收缩系数、σs为淹没系数、m为流量系数、b为槽口宽度，ho为槽口上堰前水头的高度。

如图7所示，所述过坝段鱼道6位于大坝8内，其包括过坝段池室6a、过坝段坝体6b、防洪闸门槽6c和启闭机房6d；鱼道运行的时候，防洪闸门处于开启状态，当紧急情况时候，防洪闸门可关闭，以保护鱼道安全。过坝段鱼道6应与该部位的过坝段坝体6b同步施工，该过坝段坝体6b浇筑到一定高程后，即可施工过坝段池室6a，鱼道内设置防洪闸，该平板闸门可采用螺杆启闭机启闭。启闭机房6d根据鱼道底板高程可设置在坝顶，或坝体内。

如图7所示，所述进口10包括进口门槽10a、进口鱼道池室边墙底板10b和进口胸墙10c；所述厂坝中导墙段鱼道1下游末端设置1个进口10；所述尾水渠段边墙鱼道2的下游末端设置1个进口10，其上游首端设置2个进口10。不同进口适应大坝下游不同水位运行，其中以拦沙坎上游尾水渠内进口作为过鱼主进口，进口宽度可适当缩窄1/3～2/3，增大进口流速，增加诱鱼效果。厂坝中导墙段鱼道1、尾水渠段边墙鱼道2、尾水渠边墙段鱼道3的进口10底板高程应适应尾水渠9内水位，保证在过鱼季节，非泄洪期间均能过鱼。进口10宽0.5m～2.5m，进口门槽10a宽1.2m～2.4m，进口鱼道池室边墙底板10b厚0.5m～1.5m，进口胸墙10c厚2m～5m。

如图8和图10所示，所述坝前段鱼道7包括坝前段基础7a，和设置于坝前段基础7a上方的坝前段池室7b，以及设置于坝前段鱼道7上游端的出口11；坝前段池室7b边墙顶高程应高于大坝8上游最高水位，避免汛期洪水淹入鱼道；所述出口包括出口门槽11a、出口鱼道池室边墙底板11b和出口胸墙11c；出口11于大坝8上游面的距离为100～300m。坝前段鱼道7的出口11底板应适用大坝上游库区内运行水位，保证在过鱼季节，非泄洪期间均能过鱼。出口11宽0.5m～2.5m，出口门槽11a宽1.2m～2.4m，出口鱼道池室边墙底板11b厚0.5m～1.5m，出口胸墙11c厚2m～5m。

本发明还提供一种适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统的施工方法，包括以下施工步骤：

s1.先浇筑厂坝中导墙段基础1b，然后施工上部的厂坝中导墙段池室1a以及进口10，形成厂坝中导墙段鱼道1；

s2.先浇筑尾水出口段基础柱2a，然后施工上部的尾水出口段池室2b，形成尾水出口段鱼道2；尾水出口段基础柱2a顶高程由尾水出口段池室2b底板高程确定，尾水出口段池室2b可采用预制的方式吊装在尾水出口段基础柱2a上，也可现场立模板浇筑；

s3.先浇筑尾水渠边墙基础3a，然后尾水渠边墙段池室3b，形成尾水渠边墙段鱼道3；

s4.先浇筑上升段基础4a，然后施工上升段基础柱4b，相邻两个上升段基础柱4b之间通过上升段连系梁4d连接，形成往复盘折上升段鱼道4；上升段池室4c可采用预制的方式吊装在上升段基础4a上，也可现场立模板浇筑；

s5.在往复盘折上升段鱼道4的两端浇筑上升段转弯池室4e，上升段转弯池室4e的边墙厚0.4m～0.6m，底板厚0.4m～0.8m；

s6.先施工支护锚杆5c，再浇筑坝肩边坡段基础5b，最后施工坝肩边坡段池室5a，形成坝肩边坡段鱼道5；锚杆5c可采用砂浆锚杆，也可采用预应力锚杆或锚筋束支护形式；

s7.先对过坝段坝体6b浇筑到一定高程后，即可施工过坝段池室6a，鱼道内设置防洪闸门槽6c和启闭机房6d，形成过坝段鱼道6，启闭机房6d根据鱼道底板高程可设置在坝顶，或坝体内；

s8.先浇筑坝前段基础7a，然后施工坝前段池室7b，在坝前段鱼道7上游端设置出口11，形成坝前段鱼道7。

无论本发明的盘旋上升段基础柱4b采用钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱等何种形式，截面采用何种尺寸和形状，均落在本发明的保护范围之内。

无论本发明的盘旋上升段鱼道4采用何种平面形式的盘旋，只要是该鱼道通过在边坡上设置基础柱进行盘旋上升，均落在本发明的保护范围之内。

无论本发明的鱼道池室采用钢筋混凝土或有机玻璃等何种材料，均落在本发明的保护范围之内。

无论本发明的坝肩边坡段鱼道5采用锚杆，或者锚筋桩等其他支护形式，只要在坝肩边坡上采用锚拉形式支护池室基础混凝土，均落在本发明的保护范围之内。

依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的适用于高陡狭窄地形的坝后式厂房全鱼道系统，并且能够产生本发明所记载的积极效果。

如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

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