小型水库渔业防逃设施建设管理及防洪影响浅析.pdf

DOI:10.20011/ki.JHWR.202304009郎金慧（滁州市水利局，安徽滁州239600）摘要：设置小型水库防逃设施是提高渔业经济效益的一项重要措施，但是防逃设施设置不规范将影响水库泄洪能力。为了规范小型水库渔业防逃设施建设与管理，分析了防逃设施建设对水库防洪的影响，研究防逃设施建设的合理范围，探讨小型水库渔业防逃设施运行管理要求。结果表明，考虑过流能力和最大过网流速设计的小型水库渔业防逃设施既能满足渔业生产要求，又能满足水库防洪要求。小型水库渔业防逃设施运行管理应明确责任、完善制度。关键词：小型水库；防逃设施；防洪影响；拦鱼网中图分类号：TV62.1；S957文献标识码：A文章编号：1673-4688（2023）04-0044-05作者简介：郎金慧（1974），女，高级工程师，主要从事水利工程建设与管理工作。E-mail:收稿日期：2023-07-21小型水库渔业防逃设施建设管理及防洪影响浅析Analysis?of?construction?and?management?of?fishery?escape?prevention?facilities?in?small?reservoirs?and?impact?on?flood?preventionLANG Jinhui（Chuzhou Water Resources Burea,Chuzhou 239600,China）Abstract:?Installing escape prevention facilities in small reservoirs is an essential measure to enhancethe economic benefits of fisheries.However,improperly designed escape prevention facilities can havea negative impact on the flood discharge capacity of the reservoir.In order to standardize the con-struction and management of fishery escape prevention facilities in small reservoirs,this study ana-lyzed the impact of escape prevention facility construction on reservoir flood prevention.It also ex-amined the reasonable scope of escape prevention facility construction and explored the operationaland management requirements for fishery escape prevention facilities in small reservoirs.The resultsindicated that small reservoir fishery escape prevention facilities designed with consideration forflow capacity and maximum net flow velocity could simultaneously meet the demands of fisheries produc-tion and reservoir flood prevention.The operation and management of these fishery escape preventionfacilities in small reservoirs should include clearly defined responsibilities and the stablishment ofcomprehensive protocols and systems.Key?words:?small reservoirs;anti escape facilities;flood control impact;fishing nets0引言防逃设施是水库渔业生产的基本建设工程之一1，其防逃效果直接影响到渔业的经济效益和社会效益。因此，不断改进防逃设施的设计与应用，已成为国内外有关部门重要的科研课题之一2-4。徐森林等5-6详细介绍了水库大跨度拦鱼设施的设计与安装方法；尚力阳等7设计了一种全自动循环拦鱼网，并有效应用于南水北调中线总干渠；姚玉程8将新型拦鱼设施应用于水库放水涵洞中；汪长友、王媛等9-10分别报道了闽江水库库湾和高架式取水泵站拦鱼网应用，均起到良好的拦鱼效益。目前研究主要关注Total No.106Aug.2023/No.4总第 106 期2023 年 8 月/第 4 期江淮水利科技Jianghuai Water Resources Science and Technology大、中型水利工程防逃设施建设，对小型水库防逃设施建设管理及防洪影响研究较少。滁州市小型水库众多，大多数具有发展渔业生产的条件，但部分水库渔业生产经济效益还很低，一个重要因素就是缺乏有效的防逃设施。防逃设施的建设位置、形式等直接影响到水库泄洪能力、防洪安全和渔业的经济效益及社会效益。本文以滁州市小型水库为例，分析防逃设施对水库泄洪能力的影响，为小型水库渔业防逃设施建设与管理提供参考。1防逃设施的设计1.1断面的选择及测量防逃设施位置宜选择在水库出水口上游窄口流速满足拦阻鱼类正常游动位置，过网流速低于 0.24m/s（体长 120 mm 鲢鱼标准），最大流速低于 0.50.6 m/s2。在这一流速范围内，有利于人工清除贴附在防逃设施上的漂浮物和成鱼，对防止阻塞、保障泄洪畅通有利。原则上，建设断面距离泄洪设施进水口不小于 15 m3。水面以上地形采用 GPS 进行测量，水面以下采用无人测量船进行测量。1.2防逃设施的设计1.2.1防逃设施防洪标准参照已有大中型水库防逃设施建设标准5，采用水库设计洪水位及下泄流量作为防逃设施防洪标准。1.2.2断面流速计算及断面选择采用试算法计算各断面处平均流速Vi（i=1，2，3），计算公式为Vi=Q/Si。（1）最大流速Vi，max（i=1，2，3）以平均流速的 1.3 倍计算2，即Vi，max=1.3Vi。（2）式中：Q为断面处设计洪水位下泄流量，m3/s；Vi为断面处平均流速，m/s；Si为断面面积，m2；Vi，max为断面处最大流速，m/s。根据拦鱼对象及流速，选取适宜的断面设置防逃设施。1.2.3防逃设施的种类与材料选择防逃设施的种类较多，有竹箔、网箔、拦鱼网、金属拦鱼栅、拦鱼电栅等7。目前，小型水库防逃设施以拦鱼网形式居多。拦鱼网由网身和受力装置两部分组成，网身依靠受力装置固定、垂挂于拦鱼断面上，能适应水深和地貌复杂的地方，抗洪强度大。聚乙烯（PE）网线因具有价格低、耐腐蚀、耐日光等优点，被广泛应用于水库拦鱼网材料。1.3拦鱼网网片规格计算拦鱼网网衣由主网衣、缘网、盖网、敷网四部分组成。主网衣是拦鱼网的主要部分，缘网是为了加强拦鱼网边缘强度而专门用粗线编织的网衣，盖网是安装在拦鱼网上纲的防逃装置，敷网是专门防止鱼类从拦鱼网下纲潜逃的装置。1.3.1主网衣设计网衣的使用形式有两种，即纵目和横目使用，纵目使用目脚受力较均匀，网片强度大。小型水库拦鱼网规格较小，呈现较宽、较浅形态，主网衣采用纵目形式使用，以纵向划分单元进行设计。在拦鱼断面测量图上量取断面长度和断面高度，由此计算断面面积和确定各部分网衣的配布计划。为了改善拦鱼网在水中的受力状况，根据悬索理论11，通常取L/L=0.95，H/H=0.95（L为断面长度，m；L为拦鱼网长度，m；H为断面高度，m；H为拦鱼网高度，m）。1）主网衣网目。每平方米网片目数计算公式为n=1（2a）2u1u2。（3）式中：n为每平方米网片网目数，目；a为网目单脚长度，取 0.05 m；u1为网片水平缩结系数，取 0.6；u2为网片垂直缩结系数，取 0.8。2）主网衣用线量。主网衣用线量计算公式为G=（2a+cd）N500GH。（4）式中：G为网片用线量，kg；a为目脚尺寸，m；c为结节耗线系数，网目为单死节，取c=16；d为网线直径，m，取 1.4410-3m；N为网片网目总目数；GH为网线单位长度的重量，kg/m。1.3.2盖网、敷网网衣设计盖网与敷网均为矩形，盖网长度与主网上纲等长，敷网长度=主拦网底纲长+两边坡边纲长。1.4拦网纲索拦网纲索包括主拦网上缘纲、下缘纲、边缘纲、下纲、纵力纲、边纲、上纲大缆绳、盖网纲、盖网浮子纲、敷网纲、敷纲铅坠纲和浮球绑扎绳等。小型水库拦鱼网规格较小，全部纲索可选用聚乙烯材料。郎金慧小型水库渔业防逃设施建设管理及防洪影响浅析第 4 期451.5网具阻力计算拦鱼网阻力包括网衣阻力、纲索阻力和浮子阻力。1.5.1网衣阻力计算在水流作用下，拦鱼网在水中呈现半圆弧形状。为了计算方便，假定拦鱼网各段网衣与水流方向夹角均为 90。网衣阻力计算公式为R网=180daS网Vmax2。（5）式中：R网为网衣阻力，kg；d为网线直径，mm；a为网目单脚长度，mm；S网为网片缩结后面积，m2；Vmax为断面最大流速，m/s。1.5.2纲索阻力计算纲索阻力计算公式为R纲=k0L绳dVmax2。（6）式中：R纲为纲绳阻力，kg；L绳为纲绳长度，m；d为纲索直径，m；Vmax为断面最大流速，m/s；k0为阻力系数，取k0=70。1.5.3浮子阻力计算1）拦鱼网在水中重量计算。拦鱼网在水中重量G水计算公式为G水=G1q1+G2q2。（7）式中：G1为网衣总重量，kg；G2为纲索总重量，kg；q1为网衣材料沉降率，聚乙烯取q1=-0.0526，但水中粘附泥沙等悬浮物后，比重增大，沉降率亦增大，取q1=0.28；q2为纲索材料沉降率，取q2=0.282。2）浮力和沉降力计算。浮力和沉降力可用悬索力学模拟法进行计算，横坐标为拦鱼网在水中重量与网具在水中阻力的比值，纵坐标为拦鱼网处断面水深与拦鱼网高度的比值，由曲线图查得Q浮/R和Q沉/R值11，其中Q浮为浮力，Q沉为沉降力，R为网具在水中的阻力。3）浮子阻力计算。拦鱼网采用的聚乙烯泡沫塑料球形浮子，在水中阻力计算公式为R浮=K1S纵V2。（8）式中：R浮为浮子阻力，kg；S纵为泡沫浮球纵向断面积，m2；K1为泡沫浮球阻力系数，当球形浮子直径为0.010.30 m，水流速为 0.11.0 m/s 时，K1=25。1.5.4网具总阻力计算水库无大型污染物，小型污染物也较小，可忽略污染物阻力，则拦鱼网网具总阻力R总=R网+R纲+R浮。1.6上、下纲受力计算根据悬索理论，当垂度较小时，悬点的两个张力可分别用下式计算：T0=Q阻L8f，（9）T=T02+(Q阻2)2姨。（10）式中：T0为水平张力，kg；T为切线张力，kg；Q阻为拦鱼网总阻力的 1/2，kg；L为断面长度，m；f为垂度，m。根据拦鱼网受力实际情况，下纲受力较之上纲受力小些。为了简化计算，取用上、下纲受力相同。1.7岸墩受力计算上、下纲均固定于岸墩上，但上纲张力方向与下纲张力方向不同。测得上、下纲间夹角为，两个张力的合力计算公式为T合=TO2(1+cos)姨。（11）2工程应用2.1工程概况滁州市某小型水库属长江流域滁河水系，是一座以灌溉为主，结合防洪的重点小（1）型水库。水库集水面积 2.8 km2，兴利水位 36.60 m（吴淞高程系，下同），设计洪水位 37.50 m，下泄流量为 23.4 m3/s。枢纽工程由土坝、溢洪道、放水涵洞等组成。溢洪道位于大坝左侧，为型折线形实用堰，堰顶高程为36.6 m，净宽 14.0 m。2.2拦鱼网设计2.2.1断面选取及网线规格、材料选择水库溢洪道进口处开阔、库岸平直，防逃设施两端连接溢洪道进口岸墩上，为了分析不同位置拦鱼网效果，设置中部距离溢洪道进口 15，25，35 m 共 3个断面。经测量，断面处设计洪水位以下断面面积分别为 61.4，215.7，481.5 m2。采用式（1）和式（2）计算，断面处最大流速分别为 0.495，0.140，0.063 m/s。结合拦鱼对象、流速及经济性，选取距离溢洪道进口 25 m 处断面为拦鱼网设置断面。水域断面见图 1，主网衣结构见图 2。采用式（3）和式（4）计算，每平方米网片目数为208.33 目，主网衣总网目数为 19233 目，用线量为3.98 kg。江淮水利科技2023 年46选用聚乙烯网线规格为 0.23/36，直径为 1.44mm，断裂强力为 27.6 kg，单位重量为 0.84g/m。上、下纲采用直径 12 mm 聚乙烯缆绳，断裂强力为 120kg，线密度 87 g/m。纵力纲、盖网纲、敷网纲采用直径8 mm 聚乙烯缆绳，断裂强力为 53 kg，线密度 40 g/m。2.2.2拦鱼网受力计算主拦网浮子采用 0.12 m0.25 m、浮力 2.8 kg 的泡沫浮球。拦网上纲长 45.33 m，平均每间隔 2 m 绑扎1 个，浮子总量为 22 个，浮力 61.6 kg。沉子采用水泥砖，水泥砖块吸水后在空气中重 2.5 kg/块，在水中重量 0.8 kg/块2。底纲和边纲长 45.96 m，每间隔 1 m 绑扎 1 块水泥砖，共绑扎 45 块，沉降力为 36.0 kg。采用式（5）、式（6）和式（8）计算网衣阻力为52.15 kg，纲索阻力为 9.63 kg，浮子阻力为 0.26 kg，则网具总阻力为 62.04 kg。采用式（9）和式（10）计算上、下纲受力均为47.57 kg，小于缆绳的断裂强力 120 kg，则上下纲所选材料的强度是满足要求的。上、下纲均固定于岸墩上，但上纲张力方向与下纲张力方向不同。测得上、下纲间夹角为 8，则两个张力的合力采用式（11）计算值为 90.4 kg。2.2.3岸墩设计岸墩采用长 0.5 m、宽 0.5 m、高 0.8 m 的长方体 C30 混凝土重力墩，墩体埋入地下 0.6 m，高出地面 0.2 m，墩体中央预埋一根壁厚 5 mm、直径 0.1 m的镀锌管作为系纲柱。水库拦鱼网处水较浅，采用打桩式安装。库区内系纲柱采用厚 5 mm、直径 0.1 m 的镀锌管，埋入网基泥土深 1.01.5 m，桩距 810m，桩顶高程不低于水库设计洪水位。3防洪影响分析及运行管理建议3.1拦鱼网过流能力计算按 E.A.扎马林公式12近似计算所能通过的最大流量Qmax为Qmax=2.66（upb）3/2L，（12）式中：u为孔口流量系数，对矩形拦鱼网，当网目高度与宽度比值小于 4 时取 0.49，大于 4 时取 0.59；p为面积系数，取 0.94；b为最大溢流水深，取 2.27 m；L为断面长度，m。计算最大过流量为 116 m3/s，大于溢洪道最大下泄流量，防逃设施的设置对溢洪安全无影响。3.2过网流速校核根据溢洪道设计水位时下泄流量Q计算过网最大流速为Vmax=Q/（pbL），（13）计算过网最大流速为 0.27 m/s，小于 0.5 m/s，满足人工清淤流速要求2。3.3运行管理建议为加强小型水库安全管理，确保防逃设施工程安全运行，保障人民群众生命财产安全，充分发挥工程效益，应加强防逃设施运行管理。1）规范管理。原则上小型水库不允许设置防逃设施。确需设置的，经论证后明确水库不允许建设范围，可在不允许建设范围之外设置稳固的防逃设施（建设断面距离泄洪设施进水口不小于 15 m），并通过有关部门审批后方可实施。在汛期和多雨季节来临之前，提前做好清网工作。在水位达到设计水位时立即拆除拦鱼网，确保水库泄洪通畅。汛期严禁非生产性船只和设备进入网拦水域，将生产和管理风险降到最低限度，保证水库防洪安全和库区渔业生产顺利进行。2）明确责任主体，落实安全责任。进一步明确各责任主体的安全管理责任，将责任落实到人，加强人员管理和经费筹措。3）完善巡视巡查制度。建立巡查制度，明确责、权、利关系，调动各方积极性，充分发挥生产和经营管理人员的能动性。日常检查拦鱼网，密切监视网面变化及漂浮物情况，出现问题及时处理，将安全管理的日常工作落到实处。4结论1）考虑过流能力和最大过网流速设计的小型水库渔业防逃设施既能满足渔业生产要求，又能满足图 1水域断面示意图Fig.?1?Schematic?diagram?of?water?section8.903.88 6.005.0017.001.992.272.496.081.515.0117.019.124.17图 2主网衣结构示意图Fig.?2?Schematic?diagram?of?the?main?mesh?structure9.894.32 6.675.5618.892.212.522.766.751.685.5618.8910.134.63郎金慧小型水库渔业防逃设施建设管理及防洪影响浅析第 4 期47彩色插图索引DOI:10.20011/ki.JHWR.202304001 一文彩色插图后插 1DOI:10.20011/ki.JHWR.202304004 一文彩色插图后插 2DOI:10.20011/ki.JHWR.202304007 一文彩色插图后插 2?水库防洪要求。2）小型水库渔业防逃设施运行管理应规范，明确责任、完善制度。参考文献：1 中华人民共和国水利部.水库工程管理设计规范：SL 1062017S.北京：中国水利水电出版社，2017.2 汪长友.福建省溪源水库拦鱼网的设计与安装J.渔业致富指南，2015（7）：46-50.3 李长安.安康电站水库拦鱼网工程设计的探讨J.水利渔业，1989（1）：36-41.4 叶江滨.福建省长汀县陂下水库拦鱼网设计J.集美大学学报(自然科学版)，1988（1）：19-27.5 徐森林.水库大跨度拦鱼设施的设计与安装（一）J.水利渔业，1987（2）：52-54.6 徐森林，余邦涵，裴满意.多功能大跨度拦鱼网设施的设计与应用J.水利渔业，1989（5）：43-46.7 尚力阳，于鹏辉，陈赫朋，等.输水干渠全自动循环拦鱼网的设计与应用J.人民黄河，2021，43（S1）：128-129，132.8 姚玉程.新型拦鱼设施在水库放水涵洞中的应用J.陕西水利，2015（1）：95-97.9 汪长友，江怀生.闽江水库库湾拦鱼网的设计与安装J.水利渔业，2002，22（2）：23-25.10 王媛，郑培钢，储剑锋，等.拦鱼网在高架式取水泵站中的应用J.上海建设科技，2021（5）：8-10.11 徐森林.水库大跨度拦鱼设施的设计与安装（二）J.水利渔业，1987（3）：52-55.12 周应祺，许柳雄.渔具力学：修订版M.北京：科学出版社，2017.江淮水利科技2023 年48