一種低水頭生態(tài)過魚壩改造方法及結(jié)構(gòu)與流程

本發(fā)明涉及一種低水頭生態(tài)過魚壩改造方法及結(jié)構(gòu)，屬于屬于水利水電工程環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

“干流開發(fā)、支流保護(hù)”是我國水利水電開發(fā)中生態(tài)環(huán)境保護(hù)的一個新思路,是按照“避讓、減緩、補(bǔ)償與重建”的次序統(tǒng)一規(guī)劃水利水電開發(fā)中的干支流整體生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，支流保護(hù)的實(shí)質(zhì)是以支流生境替代干流生境，補(bǔ)償性保護(hù)干流開發(fā)中受到影響的水生生物，并且在干流與支流間平衡發(fā)展與保護(hù)，支流生境替代作為補(bǔ)償性保護(hù)措施，以其保護(hù)有效性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境和社會可接受等優(yōu)勢，能對河流干支流的生態(tài)系統(tǒng)多樣性進(jìn)行有效維持，實(shí)現(xiàn)水利水電工程開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的雙贏。

支流保護(hù)是對干流開發(fā)項(xiàng)目造成的各種不利生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行補(bǔ)償?shù)淖钣行Т胧?，對某些在干流開發(fā)中受到影響的珍稀、特有水生生物而言，支流保護(hù)可能是對其進(jìn)行就地保護(hù)以及為人工增殖放流的魚苗提供適宜生境的最可行、最有效的途徑。但從提出支流保護(hù)的概念到其具體實(shí)施，由于缺乏行政支持且沒有執(zhí)行力，以及補(bǔ)償機(jī)制的不完善使支流保護(hù)缺乏動力等原因，致使“干流開發(fā)、支流保護(hù)”難以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的有效統(tǒng)一與平衡，水利水電開發(fā)中“干流開發(fā)、支流保護(hù)”的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作實(shí)際執(zhí)行中還存在著一系列的疑問與難題，技術(shù)成熟、保護(hù)效果較好且便于操作、實(shí)施的實(shí)例更是缺乏。

對于已進(jìn)行水利水電工程開發(fā)的但需要進(jìn)行水生生物棲息地保護(hù)的支流，由于其涉及的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會等方面的問題更加復(fù)雜，關(guān)于其合理保護(hù)、修復(fù)、重建及補(bǔ)償?shù)妊芯?，比如拆除已開發(fā)的受保護(hù)支流上的某些已建工程設(shè)施，或建設(shè)一些環(huán)境保護(hù)設(shè)施以改善水質(zhì)、調(diào)節(jié)生態(tài)水文過程、營造適宜棲息地、拉通過魚通道等，以實(shí)現(xiàn)干支流生態(tài)功能可持續(xù)發(fā)展等方面的研究工作尚處于空白階段。

因此，根據(jù)已開發(fā)受保護(hù)支流“干流開發(fā)、支流保護(hù)”水生生物棲息地保護(hù)工作的“拆除已有水利水電設(shè)施”與“新建環(huán)境保護(hù)功能設(shè)施”綜合要求，從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及社會等綜合角度出發(fā)，創(chuàng)新性的開展已開發(fā)受保護(hù)支流上的已建工程措施，如跌水壩、滾水壩、雍水壩、過水壩等壩高20m及以下的低水頭水利水電工程設(shè)施的環(huán)境保護(hù)功能改造，以對受保護(hù)支流進(jìn)行生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能的修復(fù)與重建，拉通受保護(hù)支流水生生物生存活動空間，并營造適宜的水生生物替代生境，實(shí)現(xiàn)干支流生態(tài)功能可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)綠色環(huán)保型水利水電工程，是勢在必行并符合建設(shè)生態(tài)文明需要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：根據(jù)已開發(fā)受保護(hù)支流“干流開發(fā)、支流保護(hù)”水生生物棲息地保護(hù)工作的“拆除已建水利水電設(shè)施”與“新建環(huán)境保護(hù)功能設(shè)施”綜合要求，從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及社會等綜合角度出發(fā)，提供一種低水頭生態(tài)過魚壩改造方法及結(jié)構(gòu)，既能在一定程度上部分拆除已開發(fā)受保護(hù)支流已建的跌水壩、滾水壩、雍水壩、過水壩等壩高20m及以下，壩頂可溢流泄洪的低水頭小型水壩壩體結(jié)構(gòu)，對已開發(fā)受保護(hù)支流予以生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能的修復(fù)，又能充分利用已開發(fā)受保護(hù)支流已建壩高20m及以下低水頭小型水壩的既有生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能價(jià)值，從環(huán)境保護(hù)角度對其進(jìn)行改造，在不完全破壞原壩高20m及以下低水頭小型水壩上下游長期運(yùn)行下已形成的水生生物生境基礎(chǔ)上，拉通受保護(hù)支流水生生物生存活動空間，并營造適宜的水生生物替代生境，避免受保護(hù)支流已建的壩高20m及以下低水頭水利水電工程設(shè)施直接整體爆破拆除的既破壞原低水頭水利水電工程設(shè)施上下游已形成水生生物生境，又形成新的爆破施工生態(tài)環(huán)境破壞與污染，實(shí)現(xiàn)了“干流開發(fā)、支流保護(hù)”環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益的有效統(tǒng)一與平衡。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種低水頭生態(tài)過魚壩改造方法，該方法具體包括以下步驟：

(A)壩體生態(tài)改造

a1、采用微型預(yù)裂爆破及混凝土切割、鑿除方法在壩體上開設(shè)若干間隔布置的缺口通道A，缺口通道A位于臺階下游面的分段為傾斜結(jié)構(gòu)，位于壩頂?shù)姆侄螢樗浇Y(jié)構(gòu)且為壩體高度的1/3-1/2；

a2、采用微型預(yù)裂爆破及混凝土切割、鑿除方法在壩體左岸或右岸或兩岸的壩頂開設(shè)若干缺口通道B，缺口通道B與缺口通道A逐一間隔布置；

(B)枯期過魚通道設(shè)置

b1、以臺階下游面的缺口通道A分段形成的平順結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用鋼筋混凝土對缺口予以加固形成U形的下游枯期過魚通道，該下游枯期過魚通道末端與壩體下游的壩腳深潭相連；

b2、以壩頂?shù)娜笨谕ǖ繟分段的平順結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用鋼筋混凝土對缺口予以加固形成U形的壩頂枯期過魚通道，該壩頂枯期過魚通道與下游枯期過魚通道相連；

(C)汛期過魚通道設(shè)置

c1、在臺階下游面上設(shè)置若干填墩，填墩高度依次增大且頂端均為傾斜結(jié)構(gòu)；

c2、在填墩頂部設(shè)置傾斜布置的下游汛期過魚通道，填墩頂端開設(shè)與該下游汛期過魚通道相連通的休息池，下游汛期過魚通道低端與下游河床相連；

c3、以壩頂?shù)娜笨谕ǖ繠為基礎(chǔ)，采用鋼筋混凝土對缺口通道B予以加固形成U形的壩頂汛期過魚通道，該壩頂汛期過魚通道與下游汛期過魚通道相連。

所述缺口通道A和缺口通道B的寬度均為1.7-3.3m，缺口通道A的傾斜分段的長度≤30m，傾斜角度為25°-45°。

所述下游枯期過魚通道的坡度為25°-45°，長度≤30m，寬度為1.5-3.0m，深度為0.5-1.5m。

所述休息池的長度為0.5-1m、寬度為1-2m、深度為0.3-0.6m。

所述壩頂枯期過魚通道的深度為0.5-1.5m。

所述下游汛期過魚通道的坡度為25°-45°，長度≤50m，寬度為1.5-3m，深度為0.5-1.5m。

一種低水頭生態(tài)過魚壩改造結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括壩體，壩體分為臺階下游面、壩頂和斜坡上游面，壩體底端為壩體基礎(chǔ)，壩體基礎(chǔ)下游設(shè)有壩腳深潭和下游河床，壩體內(nèi)開設(shè)有若干缺口通道A，缺口通道A內(nèi)設(shè)置有與其相匹配的下游枯期過魚通道和壩頂枯期過魚通道，在壩體左岸或右岸或兩岸的壩頂開設(shè)缺口通道B，缺口通道B內(nèi)設(shè)置有壩頂汛期過魚通道，壩頂汛期過魚通道下游連接有下游汛期過魚通道，該下游汛期過魚通道通過若干設(shè)置在臺階下游面的填墩進(jìn)行支撐。

本發(fā)明的有益效果是：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的低水頭生態(tài)過魚壩改造方法及結(jié)構(gòu)，根據(jù)已開發(fā)受保護(hù)支流“干流開發(fā)、支流保護(hù)”水生生物棲息地保護(hù)工作的“拆除已有水利水電設(shè)施”與“新建環(huán)保功能設(shè)施”綜合要求，既在一定程度上部分拆除已開發(fā)受保護(hù)支流已建的跌水壩、滾水壩、雍水壩、過水壩等壩高20m以下低水頭小型水壩壩體結(jié)構(gòu)，對已開發(fā)受保護(hù)支流予以生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能的修復(fù)，又充分利用已開發(fā)受保護(hù)支流已建壩高20m以下低水頭小型水壩的既有生態(tài)環(huán)境保護(hù)功能價(jià)值，從環(huán)境保護(hù)角度對其進(jìn)行改造，在不完全破壞原壩高20m以下低水頭小型水壩上下游長期運(yùn)行下已形成的水生生物生境基礎(chǔ)上，又拉通受保護(hù)支流水生生物生存活動空間，并營造適宜的水生生物替代生境，達(dá)到了水利水電工程開發(fā)“干流開發(fā)、支流保護(hù)”的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益有效統(tǒng)一與平衡，實(shí)現(xiàn)了干支流生態(tài)功能協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中低水頭生態(tài)過魚壩缺口通道開鑿結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明中低水頭生態(tài)過魚壩的俯視圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是圖2的B-B剖視圖；

圖中：1-臺階下游面；2-壩頂；3-斜坡上游面；4-壩腳深潭；5-下游河床；6-下游枯期過魚通道；7-壩頂枯期過魚通道；8-下游汛期過魚通道；9-壩頂汛期過魚通道；10-休息池；11-壩體基礎(chǔ)；12-缺口通道A；13-缺口通道B；14-鎮(zhèn)墩；15-原水庫水位；16-改造后水庫水位，17-壩體。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，但所要求的保護(hù)范圍并不局限于所述；

本發(fā)明提供的一種低水頭生態(tài)過魚壩改造方法，該方法具體包括以下步驟：

(A)壩體生態(tài)改造

a1、采用微型預(yù)裂爆破及混凝土切割、鑿除方法在壩體上開設(shè)若干間隔布置的缺口通道A，缺口通道A位于臺階下游面的分段為傾斜結(jié)構(gòu)，位于壩頂?shù)姆侄螢樗浇Y(jié)構(gòu)且為壩體高度的1/3-1/2；

a2、采用微型預(yù)裂爆破及混凝土切割、鑿除方法在壩體左岸或右岸或兩岸的壩頂開設(shè)若干缺口通道B，缺口通道B與缺口通道A逐一間隔布置；

(B)枯期過魚通道設(shè)置

b1、以臺階下游面的缺口通道A分段形成的平順結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用鋼筋混凝土對缺口予以加固形成U形的下游枯期過魚通道，該下游枯期過魚通道末端與壩體下游的壩腳深潭相連；

b2、以壩頂?shù)娜笨谕ǖ繟分段的平順結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用鋼筋混凝土對缺口予以加固形成U形的壩頂枯期過魚通道，該壩頂枯期過魚通道與下游枯期過魚通道相連；

(C)汛期過魚通道設(shè)置

c1、在臺階下游面上設(shè)置若干填墩，填墩高度依次增大且頂端均為傾斜結(jié)構(gòu)；

c2、在填墩頂部設(shè)置傾斜布置的下游汛期過魚通道，填墩頂端開設(shè)與該下游汛期過魚通道相連通的休息池，下游汛期過魚通道低端與下游河床相連；

c3、以壩頂?shù)娜笨谕ǖ繠為基礎(chǔ)，采用鋼筋混凝土對缺口通道B予以加固形成U形的壩頂汛期過魚通道，該壩頂汛期過魚通道與下游汛期過魚通道相連。

所述缺口通道A和缺口通道B的寬度均為1.7-3.3m，缺口通道A的傾斜分段的長度≤30m，傾斜角度為25°-45°。

所述下游枯期過魚通道的坡度為25°-45°，長度≤30m，寬度為1.5-3.0m，深度為0.5-1.5m。

所述休息池的長度為0.5-1m、寬度為1-2m、深度為0.3-0.6m。

所述壩頂枯期過魚通道的深度為0.5-1.5m。

所述下游汛期過魚通道的坡度為25°-45°，長度≤50m，寬度為1.5-3m，深度為0.5-1.5m。

實(shí)施例：

(1)工程概況

馬馬崖一級水電站為II等大(2)型工程，為堤壩式開發(fā)，其壩址位于關(guān)嶺縣與興仁縣交界處的北盤江干流，壩址以上控制流域面積16068.0km²，壩址處多年平均流量309.0m³/s；工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，航運(yùn)次之，兼顧保障下游生態(tài)環(huán)境、景觀用水；水庫正常蓄水位585.0m，相應(yīng)庫容1.365億m³，死水位570.0m，調(diào)節(jié)庫容0.732億m³，具有日調(diào)節(jié)性能；電站裝機(jī)容量558MW，保證出力97MW，多年平均發(fā)電量15.92億kW·h；樞紐建筑物包括碾壓混凝重力壩、引水系統(tǒng)、左岸地下廠房和通航建筑物組成。

(2)水生生物棲息地保護(hù)對象

馬馬崖一級水電站工程建設(shè)涉及河段有魚類目9科9亞科35屬48種，其中有《中國瀕危動物紅皮書·魚類》易危魚類：葉結(jié)魚、烏原鯉和長臀鮠等3種，珠江水系特有魚類葉結(jié)魚、烏原鯉、長臀鮠、卷口魚和長尾鮡等5種。葉結(jié)魚、烏原鯉、長臀鮠、卷口魚、長尾鮡等5種魚類在馬馬崖一級水電站壩址上下游均有分布，且具有短距離洄游現(xiàn)象，因此，工程重點(diǎn)將以上魚類作為“干流開發(fā)、支流保護(hù)”水生生物棲息地保護(hù)對象。

(3)庫尾支流西泌河低水頭擋水壩生態(tài)改造情況(如圖1-4所示)

西泌河低水頭擋水壩位于馬馬崖一級水電站庫尾右岸支流—西泌河匯口以上100.0m，擋水壩壩高14.0m，為徑流式，壩頂可溢流泄洪，壩頂高程600.0，壩底高程586.0m。擋水壩壩體外層為60cm厚C20鋼筋混凝土，內(nèi)層為堆石，兩壩肩深入基巖2.5m，基礎(chǔ)為2.0m厚的素混凝土結(jié)構(gòu)；擋水壩上游面為60°順直斜坡，下游面為臺階型跌水坎，每一級臺階高2.0m，共7級臺階，臺階整體坡度為45°；擋水壩壩腳河床高程以下有最長處達(dá)8.0m，最深處達(dá)1.5m的跌水沖刷深潭；擋水壩壩長33.0m，壩頂厚3.0m，壩底厚18.0m；擋水壩庫區(qū)回水11.0km，水庫水位常年在600.0m，水庫最大水深達(dá)13.5m。

根據(jù)環(huán)境保護(hù)部對馬馬崖一級水電站“干流開發(fā)、支流保護(hù)”水生生物棲息地保護(hù)要求，馬馬崖一級水電站實(shí)施了西泌河擋水壩生態(tài)過魚改造工程，地方政府也承諾不在西泌河進(jìn)行水電開發(fā)建設(shè)，以滿足葉結(jié)魚、烏原鯉、長臀鮠、卷口魚、長尾鮡等5種洄游魚類保護(hù)要求。

西泌河擋水壩壩體生態(tài)改造的缺口通道型式為凹型，采取了微型預(yù)裂爆破及混凝土切割、鑿除施工技術(shù)，對其臺階型跌水坎下游面和壩頂進(jìn)行了拆除。壩體下游面缺口拆除1處，布設(shè)在河道中心線位置處，拆除后的坡度為30°，比原臺階型下游面坡度降低了15°，改造后的壩體下游面拆除缺口部分的平順結(jié)構(gòu)長12.0m，凹槽寬度為2.7m。

壩體17的壩頂2缺口拆除2處，第一處布設(shè)在河道中心線位置處，由原來的600.0高程拆除至591.8m高程，拆除后的壩頂2缺口長7.6m，凹槽寬2.7m，其拆除后形成的平順結(jié)構(gòu)與臺階下游面1拆除缺口部分形成的平順結(jié)構(gòu)無坎、無縫搭接；第二處布設(shè)在壩體17右岸，由原來的600.0高程拆除至599.1m高程，拆除后的壩頂2缺口長3.5m，凹槽寬2.7m，其拆除后形成的平順結(jié)構(gòu)與下游汛期過魚通道8搭接。

西泌河擋水壩的枯期過魚通道在壩體下游面和壩頂拆除缺口部分形成的平順結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上建設(shè)，并采取鋼筋混凝土對凹型拆除缺口予以加固改造而成，下游面缺口和壩頂缺口的鋼筋混凝土加固基礎(chǔ)深度分別為0.3m和0.2m。下游枯期過魚通道6底部平順，通道型式為凹型，坡度為30°，長度為12.0m，寬度為2.5m，深度為0.7m，頂端高程592.7m，底端高程586.0m；壩頂枯期過魚通道7底部平順，通道型式為凹型，長度為7.6m，寬度為2.5m，深度為0.7m，頂端高程592.7m，底端高程592.0m。

西泌河擋水壩的汛期過魚通道布設(shè)在壩體右岸，在壩頂2拆除缺口部分形成的平順結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上搭接新建的下游汛期過魚通道8，并采取0.2m厚鋼筋混凝土對壩頂2凹型拆除缺口予以加固改造而成。

下游汛期過魚通道8底部平順，通道型式為凹型，坡度為30°，長度為26.6m，寬度為2.5m，深度為0.7m，頂端高程600.0m，底端高程586.0m。下游汛期過魚通道8底部基礎(chǔ)設(shè)有5處鎮(zhèn)墩14，分別位于底端至頂端的2.0m(布設(shè)在河床上)、7.5m(布設(shè)在河床上)、15.0m(布設(shè)在第一級臺階上)、19.0m(布設(shè)在第三級臺階上)、23.0m(布設(shè)在第五級臺階上)處，5個鎮(zhèn)墩14高度分別為1.5m、4.3m、6.5m、3.5m、2.0m，其中布設(shè)在第一級臺階上帶有休息池10的鎮(zhèn)墩順過魚方向的長度為1.5m、寬度為2.8m，其余鎮(zhèn)墩長度均為1.0m、寬度均為2.8m；設(shè)置矩形結(jié)構(gòu)休息池10一處，布設(shè)在下游汛期過魚通道8底端至頂端的15.0m處，休息池10深0.5m，垂直過魚方向的寬度為1.5m，順過魚方向長度為0.8m。

壩頂汛期過魚通道9底部平順，通道型式為凹型，長度為3.5m，寬度為2.5m，深度為0.7m，頂端高程600.0m，底端高程599.3m。

西泌河擋水壩通過進(jìn)行壩頂2生態(tài)改造與設(shè)置壩頂枯期過魚通道7，降低了壩頂2高程至592.0m，壩高由原來的14.0m降低至6.0m，增加水庫庫區(qū)天然流水河段長度9.0km，占原水庫回水的81.8％，營造更加多的適宜水生生物生存與繁殖的天然河道流水生境，使西泌河擋水壩上下游呈現(xiàn)了“壩下天然急流河道、壩腳深水急流河道、壩前深水緩流河道、庫尾及以上天然急流河道”相間分布的多樣性水生生物棲息環(huán)境，達(dá)到了馬馬崖一級水電站工程開發(fā)“干流開發(fā)、支流保護(hù)”的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益有效統(tǒng)一與平衡，實(shí)現(xiàn)了干支流生態(tài)功能協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。