一种低水头生态过鱼坝改造方法及结构与流程

本发明涉及一种低水头生态过鱼坝改造方法及结构，属于属于水利水电工程环境保护技术领域。

背景技术：

“干流开发、支流保护”是我国水利水电开发中生态环境保护的一个新思路,是按照“避让、减缓、补偿与重建”的次序统一规划水利水电开发中的干支流整体生态环境保护工作，支流保护的实质是以支流生境替代干流生境，补偿性保护干流开发中受到影响的水生生物，并且在干流与支流间平衡发展与保护，支流生境替代作为补偿性保护措施，以其保护有效性、技术可行性、经济合理性、环境和社会可接受等优势，能对河流干支流的生态系统多样性进行有效维持，实现水利水电工程开发与环境保护的双赢。

支流保护是对干流开发项目造成的各种不利生态环境影响进行补偿的最有效措施，对某些在干流开发中受到影响的珍稀、特有水生生物而言，支流保护可能是对其进行就地保护以及为人工增殖放流的鱼苗提供适宜生境的最可行、最有效的途径。但从提出支流保护的概念到其具体实施，由于缺乏行政支持且没有执行力，以及补偿机制的不完善使支流保护缺乏动力等原因，致使“干流开发、支流保护”难以实现环境效益、经济效益、社会效益的有效统一与平衡，水利水电开发中“干流开发、支流保护”的生态环境保护工作实际执行中还存在着一系列的疑问与难题，技术成熟、保护效果较好且便于操作、实施的实例更是缺乏。

对于已进行水利水电工程开发的但需要进行水生生物栖息地保护的支流，由于其涉及的环境、经济、社会等方面的问题更加复杂，关于其合理保护、修复、重建及补偿等研究，比如拆除已开发的受保护支流上的某些已建工程设施，或建设一些环境保护设施以改善水质、调节生态水文过程、营造适宜栖息地、拉通过鱼通道等，以实现干支流生态功能可持续发展等方面的研究工作尚处于空白阶段。

因此，根据已开发受保护支流“干流开发、支流保护”水生生物栖息地保护工作的“拆除已有水利水电设施”与“新建环境保护功能设施”综合要求，从环境、经济及社会等综合角度出发，创新性的开展已开发受保护支流上的已建工程措施，如跌水坝、滚水坝、雍水坝、过水坝等坝高20m及以下的低水头水利水电工程设施的环境保护功能改造，以对受保护支流进行生态环境保护功能的修复与重建，拉通受保护支流水生生物生存活动空间，并营造适宜的水生生物替代生境，实现干支流生态功能可持续发展，建设绿色环保型水利水电工程，是势在必行并符合建设生态文明需要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于：根据已开发受保护支流“干流开发、支流保护”水生生物栖息地保护工作的“拆除已建水利水电设施”与“新建环境保护功能设施”综合要求，从环境、经济及社会等综合角度出发，提供一种低水头生态过鱼坝改造方法及结构，既能在一定程度上部分拆除已开发受保护支流已建的跌水坝、滚水坝、雍水坝、过水坝等坝高20m及以下，坝顶可溢流泄洪的低水头小型水坝坝体结构，对已开发受保护支流予以生态环境保护功能的修复，又能充分利用已开发受保护支流已建坝高20m及以下低水头小型水坝的既有生态环境保护功能价值，从环境保护角度对其进行改造，在不完全破坏原坝高20m及以下低水头小型水坝上下游长期运行下已形成的水生生物生境基础上，拉通受保护支流水生生物生存活动空间，并营造适宜的水生生物替代生境，避免受保护支流已建的坝高20m及以下低水头水利水电工程设施直接整体爆破拆除的既破坏原低水头水利水电工程设施上下游已形成水生生物生境，又形成新的爆破施工生态环境破坏与污染，实现了“干流开发、支流保护”环境效益、经济效益、社会效益的有效统一与平衡。

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种低水头生态过鱼坝改造方法，该方法具体包括以下步骤：

(A)坝体生态改造

a1、采用微型预裂爆破及混凝土切割、凿除方法在坝体上开设若干间隔布置的缺口通道A，缺口通道A位于台阶下游面的分段为倾斜结构，位于坝顶的分段为水平结构且为坝体高度的1/3-1/2；

a2、采用微型预裂爆破及混凝土切割、凿除方法在坝体左岸或右岸或两岸的坝顶开设若干缺口通道B，缺口通道B与缺口通道A逐一间隔布置；

(B)枯期过鱼通道设置

b1、以台阶下游面的缺口通道A分段形成的平顺结构为基础，采用钢筋混凝土对缺口予以加固形成U形的下游枯期过鱼通道，该下游枯期过鱼通道末端与坝体下游的坝脚深潭相连；

b2、以坝顶的缺口通道A分段的平顺结构为基础，采用钢筋混凝土对缺口予以加固形成U形的坝顶枯期过鱼通道，该坝顶枯期过鱼通道与下游枯期过鱼通道相连；

(C)汛期过鱼通道设置

c1、在台阶下游面上设置若干填墩，填墩高度依次增大且顶端均为倾斜结构；

c2、在填墩顶部设置倾斜布置的下游汛期过鱼通道，填墩顶端开设与该下游汛期过鱼通道相连通的休息池，下游汛期过鱼通道低端与下游河床相连；

c3、以坝顶的缺口通道B为基础，采用钢筋混凝土对缺口通道B予以加固形成U形的坝顶汛期过鱼通道，该坝顶汛期过鱼通道与下游汛期过鱼通道相连。

所述缺口通道A和缺口通道B的宽度均为1.7-3.3m，缺口通道A的倾斜分段的长度≤30m，倾斜角度为25°-45°。

所述下游枯期过鱼通道的坡度为25°-45°，长度≤30m，宽度为1.5-3.0m，深度为0.5-1.5m。

所述休息池的长度为0.5-1m、宽度为1-2m、深度为0.3-0.6m。

所述坝顶枯期过鱼通道的深度为0.5-1.5m。

所述下游汛期过鱼通道的坡度为25°-45°，长度≤50m，宽度为1.5-3m，深度为0.5-1.5m。

一种低水头生态过鱼坝改造结构，该结构包括坝体，坝体分为台阶下游面、坝顶和斜坡上游面，坝体底端为坝体基础，坝体基础下游设有坝脚深潭和下游河床，坝体内开设有若干缺口通道A，缺口通道A内设置有与其相匹配的下游枯期过鱼通道和坝顶枯期过鱼通道，在坝体左岸或右岸或两岸的坝顶开设缺口通道B，缺口通道B内设置有坝顶汛期过鱼通道，坝顶汛期过鱼通道下游连接有下游汛期过鱼通道，该下游汛期过鱼通道通过若干设置在台阶下游面的填墩进行支撑。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的低水头生态过鱼坝改造方法及结构，根据已开发受保护支流“干流开发、支流保护”水生生物栖息地保护工作的“拆除已有水利水电设施”与“新建环保功能设施”综合要求，既在一定程度上部分拆除已开发受保护支流已建的跌水坝、滚水坝、雍水坝、过水坝等坝高20m以下低水头小型水坝坝体结构，对已开发受保护支流予以生态环境保护功能的修复，又充分利用已开发受保护支流已建坝高20m以下低水头小型水坝的既有生态环境保护功能价值，从环境保护角度对其进行改造，在不完全破坏原坝高20m以下低水头小型水坝上下游长期运行下已形成的水生生物生境基础上，又拉通受保护支流水生生物生存活动空间，并营造适宜的水生生物替代生境，达到了水利水电工程开发“干流开发、支流保护”的环境效益、经济效益、社会效益有效统一与平衡，实现了干支流生态功能协调可持续发展。

附图说明

图1是本发明中低水头生态过鱼坝缺口通道开凿结构图；

图2是本发明中低水头生态过鱼坝的俯视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图中：1-台阶下游面；2-坝顶；3-斜坡上游面；4-坝脚深潭；5-下游河床；6-下游枯期过鱼通道；7-坝顶枯期过鱼通道；8-下游汛期过鱼通道；9-坝顶汛期过鱼通道；10-休息池；11-坝体基础；12-缺口通道A；13-缺口通道B；14-镇墩；15-原水库水位；16-改造后水库水位，17-坝体。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；

本发明提供的一种低水头生态过鱼坝改造方法，该方法具体包括以下步骤：

(A)坝体生态改造

a1、采用微型预裂爆破及混凝土切割、凿除方法在坝体上开设若干间隔布置的缺口通道A，缺口通道A位于台阶下游面的分段为倾斜结构，位于坝顶的分段为水平结构且为坝体高度的1/3-1/2；

a2、采用微型预裂爆破及混凝土切割、凿除方法在坝体左岸或右岸或两岸的坝顶开设若干缺口通道B，缺口通道B与缺口通道A逐一间隔布置；

(B)枯期过鱼通道设置

b1、以台阶下游面的缺口通道A分段形成的平顺结构为基础，采用钢筋混凝土对缺口予以加固形成U形的下游枯期过鱼通道，该下游枯期过鱼通道末端与坝体下游的坝脚深潭相连；

b2、以坝顶的缺口通道A分段的平顺结构为基础，采用钢筋混凝土对缺口予以加固形成U形的坝顶枯期过鱼通道，该坝顶枯期过鱼通道与下游枯期过鱼通道相连；

(C)汛期过鱼通道设置

c1、在台阶下游面上设置若干填墩，填墩高度依次增大且顶端均为倾斜结构；

c2、在填墩顶部设置倾斜布置的下游汛期过鱼通道，填墩顶端开设与该下游汛期过鱼通道相连通的休息池，下游汛期过鱼通道低端与下游河床相连；

c3、以坝顶的缺口通道B为基础，采用钢筋混凝土对缺口通道B予以加固形成U形的坝顶汛期过鱼通道，该坝顶汛期过鱼通道与下游汛期过鱼通道相连。

所述缺口通道A和缺口通道B的宽度均为1.7-3.3m，缺口通道A的倾斜分段的长度≤30m，倾斜角度为25°-45°。

所述下游枯期过鱼通道的坡度为25°-45°，长度≤30m，宽度为1.5-3.0m，深度为0.5-1.5m。

所述休息池的长度为0.5-1m、宽度为1-2m、深度为0.3-0.6m。

所述坝顶枯期过鱼通道的深度为0.5-1.5m。

所述下游汛期过鱼通道的坡度为25°-45°，长度≤50m，宽度为1.5-3m，深度为0.5-1.5m。

实施例：

(1)工程概况

马马崖一级水电站为II等大(2)型工程，为堤坝式开发，其坝址位于关岭县与兴仁县交界处的北盘江干流，坝址以上控制流域面积16068.0km²，坝址处多年平均流量309.0m³/s；工程开发任务以发电为主，航运次之，兼顾保障下游生态环境、景观用水；水库正常蓄水位585.0m，相应库容1.365亿m³，死水位570.0m，调节库容0.732亿m³，具有日调节性能；电站装机容量558MW，保证出力97MW，多年平均发电量15.92亿kW·h；枢纽建筑物包括碾压混凝重力坝、引水系统、左岸地下厂房和通航建筑物组成。

(2)水生生物栖息地保护对象

马马崖一级水电站工程建设涉及河段有鱼类目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种鱼类在马马崖一级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“干流开发、支流保护”水生生物栖息地保护对象。

(3)库尾支流西泌河低水头挡水坝生态改造情况(如图1-4所示)

西泌河低水头挡水坝位于马马崖一级水电站库尾右岸支流—西泌河汇口以上100.0m，挡水坝坝高14.0m，为径流式，坝顶可溢流泄洪，坝顶高程600.0，坝底高程586.0m。挡水坝坝体外层为60cm厚C20钢筋混凝土，内层为堆石，两坝肩深入基岩2.5m，基础为2.0m厚的素混凝土结构；挡水坝上游面为60°顺直斜坡，下游面为台阶型跌水坎，每一级台阶高2.0m，共7级台阶，台阶整体坡度为45°；挡水坝坝脚河床高程以下有最长处达8.0m，最深处达1.5m的跌水冲刷深潭；挡水坝坝长33.0m，坝顶厚3.0m，坝底厚18.0m；挡水坝库区回水11.0km，水库水位常年在600.0m，水库最大水深达13.5m。

根据环境保护部对马马崖一级水电站“干流开发、支流保护”水生生物栖息地保护要求，马马崖一级水电站实施了西泌河挡水坝生态过鱼改造工程，地方政府也承诺不在西泌河进行水电开发建设，以满足叶结鱼、乌原鲤、长臀鮠、卷口鱼、长尾鮡等5种洄游鱼类保护要求。

西泌河挡水坝坝体生态改造的缺口通道型式为凹型，采取了微型预裂爆破及混凝土切割、凿除施工技术，对其台阶型跌水坎下游面和坝顶进行了拆除。坝体下游面缺口拆除1处，布设在河道中心线位置处，拆除后的坡度为30°，比原台阶型下游面坡度降低了15°，改造后的坝体下游面拆除缺口部分的平顺结构长12.0m，凹槽宽度为2.7m。

坝体17的坝顶2缺口拆除2处，第一处布设在河道中心线位置处，由原来的600.0高程拆除至591.8m高程，拆除后的坝顶2缺口长7.6m，凹槽宽2.7m，其拆除后形成的平顺结构与台阶下游面1拆除缺口部分形成的平顺结构无坎、无缝搭接；第二处布设在坝体17右岸，由原来的600.0高程拆除至599.1m高程，拆除后的坝顶2缺口长3.5m，凹槽宽2.7m，其拆除后形成的平顺结构与下游汛期过鱼通道8搭接。

西泌河挡水坝的枯期过鱼通道在坝体下游面和坝顶拆除缺口部分形成的平顺结构基础上建设，并采取钢筋混凝土对凹型拆除缺口予以加固改造而成，下游面缺口和坝顶缺口的钢筋混凝土加固基础深度分别为0.3m和0.2m。下游枯期过鱼通道6底部平顺，通道型式为凹型，坡度为30°，长度为12.0m，宽度为2.5m，深度为0.7m，顶端高程592.7m，底端高程586.0m；坝顶枯期过鱼通道7底部平顺，通道型式为凹型，长度为7.6m，宽度为2.5m，深度为0.7m，顶端高程592.7m，底端高程592.0m。

西泌河挡水坝的汛期过鱼通道布设在坝体右岸，在坝顶2拆除缺口部分形成的平顺结构基础上搭接新建的下游汛期过鱼通道8，并采取0.2m厚钢筋混凝土对坝顶2凹型拆除缺口予以加固改造而成。

下游汛期过鱼通道8底部平顺，通道型式为凹型，坡度为30°，长度为26.6m，宽度为2.5m，深度为0.7m，顶端高程600.0m，底端高程586.0m。下游汛期过鱼通道8底部基础设有5处镇墩14，分别位于底端至顶端的2.0m(布设在河床上)、7.5m(布设在河床上)、15.0m(布设在第一级台阶上)、19.0m(布设在第三级台阶上)、23.0m(布设在第五级台阶上)处，5个镇墩14高度分别为1.5m、4.3m、6.5m、3.5m、2.0m，其中布设在第一级台阶上带有休息池10的镇墩顺过鱼方向的长度为1.5m、宽度为2.8m，其余镇墩长度均为1.0m、宽度均为2.8m；设置矩形结构休息池10一处，布设在下游汛期过鱼通道8底端至顶端的15.0m处，休息池10深0.5m，垂直过鱼方向的宽度为1.5m，顺过鱼方向长度为0.8m。

坝顶汛期过鱼通道9底部平顺，通道型式为凹型，长度为3.5m，宽度为2.5m，深度为0.7m，顶端高程600.0m，底端高程599.3m。

西泌河挡水坝通过进行坝顶2生态改造与设置坝顶枯期过鱼通道7，降低了坝顶2高程至592.0m，坝高由原来的14.0m降低至6.0m，增加水库库区天然流水河段长度9.0km，占原水库回水的81.8％，营造更加多的适宜水生生物生存与繁殖的天然河道流水生境，使西泌河挡水坝上下游呈现了“坝下天然急流河道、坝脚深水急流河道、坝前深水缓流河道、库尾及以上天然急流河道”相间分布的多样性水生生物栖息环境，达到了马马崖一级水电站工程开发“干流开发、支流保护”的环境效益、经济效益、社会效益有效统一与平衡，实现了干支流生态功能协调可持续发展。