Г л а в а 26
Рыбопропускные и лесопропускные сооружения
§ 26-1. НАЗНАЧЕНИЕ РЫБОПРОПУСКНЫХ И РЫБООГРАДИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Возведение гидроузлов на крупных реках изменяет условия рыбного хозяйства в бассейне этих рек. Плотины преграждают пути миграции (периодического передвижения) взрослой проходной рыбы, поднимающейся против течения в верховья рек на нерестилища (места размножения) и препятствуют скату молоди в море1. Образованные гидроузлами водохранилища затопляют места проточных участков рек и пойм, где ранее (до создания водохранилищ) происходило размножение рыб, проводящих икрометание в текучей воде. На участках рек выше гидроузлов изменяются гидрологические и гидробиологические условия рыборазведения: происходят изменения температуры воды, сроков прохождения паводков, переноса и отложения наносов; меняется химический и биологический состав воды и т. д.
Регулирование водохранилищем стока реки ведет к сокращению площади нереста и корма рыбы ниже плотины, в особенности в устьевых участках и дельтах рек, где вследствие срезки водохранилищем пика и объема паводка происходит уменьшение площади затопления поймы, являющейся часто местом нереста полупроходных рыб. Одним из средств, применяемых с целью уменьшения влияния на рыбное хозяйство одного из вышеперечисленных факторов, является устройство в гидроузле рыбопропускных и рыбооградительных сооружений. Рыбопропускные сооружения устраивают для обеспечения пропуска рыбы из нижнего бьефа плотины в верхний бьеф и обратно2. При заборе воды в оросительные, деривационные и подводящие к насосным станциям каналы часто вместе с водой в каналы попадает молодь, которая гибнет, будучи вынесена в мелкие каналы или попав в турбины и насосы.
Для предотвращения попадания молоди в водозаборные сооружения, а также для направления рыбы в рыбопропускные сооружения устанавливают рыбооградительные и рыбонаправляющие устройства в виде сетей, решеток и электрозаградителей.
§ 26-2. РЫБОХОДЫ
Общие положения и расположение в гидроузле. Рыбопропускные сооружения разделяют по условиям работы и конструкции на четыре типа: рыбоходы, рыбные шлюзы, рыбоподъемники и рыбоспуски. Наиболее распрострапенным типом этих сооружений являются рыбоходы. Рыбоход представляет собой лоток, по которому течет вода из верхнего бьефа в нижний; рыба поднимается по этому лотку в обратном направлении: из нижнего бьефа в верхний. Для того чтобы рыба могла плыть в рыбоходе против течения, скорости в нем назначают, в зависимости от породы рыбы, в определенных пределах, менее тех, которые преодолеваются рыбами. В таблице 26—1 приведены примерные величины скоростей, преодолеваемых рыбами, установленные наблюдениями и специальными опытами.
1 С. С. Агалков. Красноярская гидроэлектростанция на р. Енисее. "Гидротехническое строительство" № 3, 1963.
2 опресненных морских заливах; они уходят в реки для зимовки и размножения.
Таблица 26-1
Сохранность проходной и полупроходной рыбы при преодолении разности уровней в реке во многом зависит от успешного действия рыбохода. Важным условием успешной его работы является правильное расположение в составе гидроузла и устройство входа в него. Подходя к гидроузлу, рыба устремляется к тем его сооружениям, где в момент ее подхода имеется течение, способствующее захвату водой большого количества воздуха, необходимого для дыхания рыбы. Такое течение наблюдается при пропуске воды через водосливы и отверстия плотин, а также у отсасывающих труб турбин. При прямолинейном расположении плотины нормально продольной оси реки рыба обычно скапливается у краев плотины, поэтому рыбоходы устраивают в устоях плотины или у торцовой стороны здания гидроэлектростанции. В тех случаях, когда ГЭС и плотина примыкают друг к другу, рыбоходы располагают в месте их примыкания. Входная часть рыбохода должна быть расположена так, чтобы перед ней не было завихрений; вытекающая из нее струя должна быть направлена под небольшим углом к направлению основного потока.
Скорость вытекающей из рыбопропускного сооружения струи должна быть больше скорости основного потока для того, чтобы рыба могла заметить входное отверстие сооружения. Чтобы облегчить рыбе нахождение входа в рыбопропускное сооружение, к его входу подается дополнительный расход воды; это позволяет увеличить скорость вытекающей из входного отверстия струя без увеличения расхода, пропускаемого по рыбоходу. Вода подводится из верхнего бьефа по трубопроводам и выпускается у отверстия через специальные устройства в виде решеток или сеток. Для использования энергии дополнительного расхода воды без снижения мощности ГЭС можно пропускать этот расход через небольшую турбину. Иногда для этой цели воду перекачивают насосной станцией из нижнего бьефа. Обычно в гидроузлах рыба не может подойти к плотине ближе, чем до рисбермы, поскольку скорости па рисберме в средненапорных узлах превосходят допустимые скорости для рыбы. Поэтому на участке длиной 10—15 м ниже рисбермы и следует устраивать входное отверстие рыбопропускного сооружения. Необходимо обеспечить плавный переход от дна реки к входному отверстию рыбохода. Отверстие в вертикальной стенке не должно быть расположено высоко от дна, так как в этих условиях и при отсутствии направляющих плоскостей, поднимающихся от дна к отверстию, рыба может не найти входное отверстие. Так же как и рыбопропускное сооружение, отверстие делают открытым сверху и хорошо освещенным для того, чтобы условия прохода рыбы в отверстии и по сооружению мало отличались от условии реки. Вход в рыбоход представляет собой галерею, имеющую большое количество вплавных отверстий. Эти галереи (коллекторы) устраивают вдоль низового фасада здания ГЭС (поперечные коллекторы) или у берегов (продольные коллекторы) для привлечения рыбы, идущей вдоль границы потока. При низконапорных плотинах, возвышающихся на 1,5—2,5 м над водобоем, и скоростях перелива воды по водосливу, менее предельных, рыба может подниматься через водослив в его переливающейся струе. Конструкция выходных частей рыбохода должна обеспечивать поступление необходимого расхода в рыбоход при колебаниях уровня воды в верхнем бьефе.
Рис. 26—1. Выходное отверстие рыбохода Туломской ГЭС.
Для этого выходные отверстия устраивают на разных отметках или устанавливают в выходной части забральные стенки (перегородки), разделяющие амплитуду колебаний уровней на несколько перепадов, как это сделано в рыбоходе Туломской ГЭС (рис. 26—1) 1.
Конструкция рыбоходов. Рыбоходы позволяют рыбе самостоятельно без помощи механизмов подниматься из нижнего бьефа плотины в верхний. Стенки и дно рыбоходов должны исключать возможность повреждения рыбы при ее следовании в сооружении. Пропускная способность рыбоходов зависит от их расположения, конструкции, режима нижнего бьефа, интенсивности хода рыбы и т. д. По конструкции их разделяют на лотковые, прудковые и лестничные рыбоходы.
В лотковых рыбоходах создают на всем протяжении такие скорости течения, которые позволяют рыбе подниматься против течения из нижнего бьефа в верхний. Конструкция и работа лоткового рыбохода аналогична быстротоку. Лотки большей частью делают прямоугольного сечения, из дерева, камня или бетона. Образование скоростей в рыбоходе порядка 1,5—3 м/сек может быть достигнуто при небольшом уклоне лотка (0,001—0,003). При таком уклоне и преодолевании напора в 10—15 м длина рыбохода получается большой и применение его становится нерациональным. Для уменьшения длины применяют лотки с искусственной шероховатостью или с неполными перегородками. Гладкие лотки применяют при разности бьефов до 3—5 м, а шероховатые — до 7—10 м. Уклон последних колеблется в пределах 0,1—0,2.
1 Г. К. Xарчев. Первый действующий рыбоход в СССР. «Гидротехническое строительство» № 7. 1939.
Усиление шероховатости достигается путем устройства брусков различной формы по дну и бортам лотка (так же как в быстротоках — см. главу 6). Рыбоходы с шероховатостью в виде специальных зубьев (рыбоход Дэниля), примененные на ряде плотин (в том числе на Волховской плотине), работают неудовлетворительно вследствие интенсивных вихревых течений в лотке.
Рис. 26—2. Схемы лотковых рыбоходов с неполными перегородками.
Лотковые рыбоходы с неполными перегородками устраивают для удлинения пути движения воды по сравнению с длиной лотка с целью уменьшения скорости течения воды (рис. 26—2.) Уменьшение скорости течения происходит также за счет образования водоворотных движений при изгибе потока. Хотя участки между перегородками могут служить местами отдыха для рыбы, все же путь ее движения очень извилист, а режим потока бурный. Построенные рыбоходы с неполными перегородками (например, в Швеции в начале XX века) предназначены для пропуска рыб сильных пород (лосося) при высоте подъема от 5 до 13—18 м. Лотки делают шириной 2,5—3 м и глубиной 0,5—1.5 при расстоянии между перегородками в 3—3,5 л и ширине прохода для рыбы в 0,35—0,6 м. Уклоны лотка колеблются от 0,075 до 0,13; расходы воды: 0,36—0,8 м2/сек при скоростях течения 0,8—2,0 м/сек.
Прудковые рыбоходы состоят из участков, требующих от рыбы значительной затраты усилий, — лотков и участков со слабым течением, на которых рыба может отдыхать (рис. 26—3). Чередование таких участков позволяет рыбе постепенно подниматься из нижнего бьефа в верхний. Прудковый рыбоход обычно состоит из нескольких прудков, соединенных между собой короткими каналами пли лотками. Размеры прудков определяют из условия гашения в них скорости потока, набранной при протекании по лоткам. Уклон и длину соединительных лотков устанавливают, исходя из допускаемых для преодоления рыбой скоростей. Этот тип рыбохода обычно устраивают при наличии подходящих тонографических и геологических условий в берегах реки в обход плотины. Для увеличения шероховатости дно и стенки лотков укрепляют камнем без острых ребер (во избежание ранения рыбы).
В таком виде, напоминающем рыбе природные условия, рекомендуют их устраивать для пропуска лосося и форели при гидроузлах на горных реках с напором до 12—22 м. Уровни воды в смежных прудках разнятся на 0,5—1,6 Глубина воды в соединительных каналах 0,6—0,8 м. Длина прудков 3—5 м.
Рис. 26—5. Продольный разрез и план лестничного рыбохода.
Лестничные рыбоходы являются наиболее распространенным типом рыбоходов, пригодным для различных пород рыб. Этот тин рыбохода представляет собой лоток, в котором устроены несколько ступенчато расположенных бассейнов, отделенных друг от друга перегородками, в которых устроены вплавные отверстия (рис. 26—5). Разность уровней воды между соседними бассейнами при работе рыбохода принимают равной 0,3—0,45 м. За границей построены рыбоходные лестницы, в которых эта разность доходит до 0,6 м. С целью лучшего гашения энергии потока вплавные отверстия устраивают поочередно в шахматном порядке то с правой, то с левой стороны лестницы. Размеры этих отверстий назначают, в зависимости от величины пропускаемой рыбы, шириной от 0,3 м (для мелкой) до 1,5 м (для крупной). Для улучшения гидравлического режима (уменьшения завихрений) у перегородок устанавливают направляющие щитки. Вплавные отверстия в зависимости от условий хода рыбы делают поверхностными (например, для сельдей) или донными (для осетровых рыб). Для уменьшения длины бассейна донные отверстия устраивают в виде коротких отрезков труб (рис. 26—4). Размеры бассейнов назначают в зависимости от пропускаемого по рыбоходу расхода воды, создания в них спокойного гидравлического режима и породы рыбы: длина L — 1,5-6 м, ширина 1,5—5 м и глубина воды в них Н — 0,6-2,0 м. Меньшие величины бассейнов применяют для мелких пресноводных пород, большие — для осетровых и лососевых пород. Лестничные рыбоходы сооружают для подъема рыбы на 20—30 м, по при этом рыбоходы разделяют на отдельные марши (участки) с высотой подъема в 2,5—4 м в каждом.
Между маршами рыбохода для отдыха рыб устраивают бассейны, которые в 1,5—2 раза длиннее лестничных бассейнов. Средний уклон лестничных рыбоходов 0,08—0,1. Примером рыбохода лестничного типа может служить рыбоход Каргалинского гидроузла (рис. 26—5 и 26—6). Рыбоход для лососевых рыб расположен в 65 м от правого устоя плотины. Он состоит из подводящего канала шириной по дну 1 м с двойными откосами, трубы под дорогой и рыбоходной лестницы. Лестница имеет пять секций длиной но 6 м каждая, шириной 3 м со ступенями высотой 0,2 м и вплавными отверстиями сечением 0,7 X 1,05 м. Входной и выходной оголовки рыбоходной лестницы снабжены плоскими металлическими затворами. Разность уровней воды в смежных секциях при нормальном расходе составляет 0,12—0,13 м. Расход рыбохода — 0,8—1,2 м3/сек. Для подачи дополнительного расхода, колеблющегося в пределах 1,6—2,3 м3/сек с целью создания перед входом лестницы скоростей, привлекающих к нему рыб, рядом с рыбоходом устроена железобетонная труба прямоугольного сечения размерами 1х1 м. Скорость течения воды в отводящем канале составляет 0,8—1,15 м/сек.
