伯內(nèi)特河壩的設(shè)計與施工

伯內(nèi)特河壩的設(shè)計與施工

伯里特水庫是澳大利亞最大的壓力混凝土水庫之一（rcc），占地3000萬米。主要用于甘蔗和柑橘類水果的灌溉,水果是寬灣(WideBay)和伯內(nèi)特地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的支柱。大壩RCC量達(dá)40萬m3,所需的全部骨料在現(xiàn)場開采和軋制,然后通過專門的運輸系統(tǒng)澆筑。此外,約10萬m3常規(guī)混凝土也在現(xiàn)場生產(chǎn),用于進(jìn)水口塔、出水口工程、大壩頂部和溢洪道階梯建筑物的澆筑。該工程由大壩聯(lián)營體于2003年11月到2005年12月間施工,工程按期完成。1工程實施過程中的環(huán)境考慮修建大壩的環(huán)境糾纏眾多,且性質(zhì)上是高度政治的,但必須指出的是該工程在設(shè)計和施工階段都非常注重減輕環(huán)境影響。大壩所在地區(qū)是鴨嘴獸、肺魚和龜類物種的家園。1.1呼吸的專業(yè)化昆士蘭肺魚是一種獨特的魚類,它能用腮呼吸,夏季水中缺氧時靠肺呼吸。據(jù)了解,這種魚已經(jīng)存在1億多年,形成了水生脊椎動物和陸生脊椎動物之間獨特的“活化石”進(jìn)化橋梁。由于必須保護(hù)肺魚,“工程規(guī)劃許可”要求設(shè)計小組提出可靠的魚類雙向過壩系統(tǒng)。1.2自動“魚閘”系統(tǒng)州政府的各環(huán)境保護(hù)機構(gòu)、學(xué)術(shù)研究機關(guān)和專門的魚道和魚類特性咨詢公司開始了漫長的設(shè)計過程,以確保滿足所有重要的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),使所設(shè)計的系統(tǒng)事實上具有預(yù)期的性能(尤其是吸引和誘捕魚群的關(guān)鍵區(qū)域)。通過開發(fā)全自動的水箱和起重機實現(xiàn)了洄游魚類向上游洄游,同時采用自動“魚閘”系統(tǒng),提供了向下游洄游的通道。在向上翻越大壩(向上游洄游)或向下翻越大壩(向下游洄游)之前,上游和下游的遷移系統(tǒng)均采用受控水流來吸引與誘捕魚群。魚道也應(yīng)具有解決無源集成標(biāo)志讀數(shù)和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計特點,以便可靠地采集魚運動方式和環(huán)境等數(shù)據(jù)并提出報告。2伯內(nèi)特河壩控制系統(tǒng)從控制觀點來看,伯內(nèi)特河壩的特點是完全集成的基于PLC(可編程邏輯控制器)的SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng),它監(jiān)測和控制該設(shè)施運行的所有方面,包括魚道和大壩的環(huán)境和灌溉放水系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括:①電力;②水力;③進(jìn)水口閘門系統(tǒng);④向下游洄游的魚道(包括誘魚和輸送水流控制);⑤向上游洄游的魚道(包括卷揚機,吸引、誘魚水流控制);⑥大壩建筑物儀表;⑦魚標(biāo)志探測和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);⑧水質(zhì)分析系統(tǒng)和天氣、氣候儀表。伯內(nèi)特河壩控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)和系統(tǒng),以保證高度的健全性和可靠性。其特點為:①分布的處理器;②以太網(wǎng)通信;③用于遙測和控制的廠外集成遙測設(shè)施;④完全集成的射頻識別標(biāo)志(魚標(biāo)志)讀數(shù)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng);⑤完全集成的大壩建筑物儀表(測壓管、測斜儀、應(yīng)變計)。3下推系統(tǒng)的魚門系統(tǒng)3.1游戲室內(nèi)部的水流誘魚向下游洄游的魚道布置成魚閘,有1個垂直取向的附在大壩進(jìn)水口塔上的混凝土捕魚室,首先將魚向捕魚室吸引,然后誘捕在捕魚室中。利用安裝在出水口建筑物閥室內(nèi)的液壓控制的流量控制閥系統(tǒng)和安裝在捕魚室入口的滑動方形或單葉片閘門,形成通過捕魚室入口的特定水流,以達(dá)到誘魚的目的。整個過程由PLC/SCADA系統(tǒng)控制;一旦誘魚周期超時,入口滑件(或單)翼閘門關(guān)閉(其頂部升高至庫水位以上),在捕魚室和垂直魚閘管道系統(tǒng)中的水位慢慢下降到大壩下面幾乎水平布置管道的內(nèi)底。此時,自動打開一個直徑750mm的水力驅(qū)動的刀形閘閥,同時,立即引入受控制的沖洗水流,以保證管道中沒有魚擱淺,將所有的魚輕輕地沖到大壩的尾水區(qū)域。向下游洄游魚道捕魚室閘門孔和壩后魚閘泄水管都裝有魚標(biāo)志探測天線和閉路電視監(jiān)測,能檢測和記錄帶有適當(dāng)標(biāo)志的魚和龜通過魚道的情況。在魚閘的水流控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有維護(hù)反向沖洗設(shè)施,可定期(非自動)清洗(反向沖洗)用來防止魚和漂浮物進(jìn)入水流控制管道和閥門系統(tǒng)的出口擴散格柵。3.2魚道入口魚流安裝了許多液壓控制的和電動的流量控制蝴蝶閥,以控制誘魚水流以及以上討論的魚閘系統(tǒng)的內(nèi)部水位。向上游洄游的魚道有2個入口。用這些閘門控制在每個入口(一個靠近溢洪道,另一個靠近尾水堰)處通過一系列擴散器排放的誘魚水流。3.2.1漏水的出口線向上游洄游魚道的主要誘魚水流系統(tǒng)包括安裝在向上游洄游魚道捕魚室后墻上的一系列擴散器(上部、中部和下部)。該系統(tǒng)通過這3個擴散器泄水,以吸引魚類通過進(jìn)口槽進(jìn)入漏斗捕魚室和漏斗。這種泄水只在運行周期的捕魚階段才泄放,此時,該漏斗已經(jīng)定位,且覆蓋進(jìn)口槽的滑動方形葉片閘門已經(jīng)打開。與向下游洄游魚道的水流控制系統(tǒng)一樣,向上游洄游魚道的誘魚水流的控制機制受大壩的PLC/SCADA系統(tǒng)控制。一旦運行人員輸入流量,該系統(tǒng)將自動使這些流量保持不變(與水庫水頭無關(guān)),水流的開關(guān)和/或調(diào)節(jié)以與向上游洄游魚道的運輸周期相匹配。3.2.2擴散器的滑動形葉片門通過一個直徑600mm的液壓控制的流量控制閥和一個直徑600mm的電動蝴蝶閥(用于高尾水運行時期)向上游洄游魚道提供補充誘魚水流,該水流流入位于向上游洄游魚道的捕魚室滑動方形葉片閘門進(jìn)口的緊前方的兩個擴散器。通過直徑600mm的液壓控制的流量控制閥和相應(yīng)擴散器的補充誘魚水流與主要誘魚水流流量一并由控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)(只有當(dāng)誘捕與運輸漏斗處于誘捕室內(nèi)且滑動方形葉片閘門在其打開即被降下的位置時才啟動),以維持相當(dāng)穩(wěn)定的大約0.8m/s的速度通過魚道入口槽。當(dāng)誘捕程序正在進(jìn)行時,滑動方形葉片閘門打開,漏斗就到位,主要誘魚水流系統(tǒng)正在運行,PLC系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)水流控制閥,以減少該系統(tǒng)的流量。4游泳道的重量和丟失4.1游魚道下安全線路引導(dǎo)伸縮方形葉片閘門安裝在緊靠出口建筑物的向上游洄游魚道入口(漏斗捕魚室)處。其功能是在漏斗過壩時防止魚進(jìn)入捕魚室,不然,在下一個誘捕周期開始時魚群可能被回行的漏斗壓壞。在該周期內(nèi),將閘門的上端自動定位于向上游洄游魚道引渠水位以下1m(運行人員可調(diào))處。閘門的總有效操作范圍為3.5m,以適應(yīng)正常大壩運行時尾水位的變化范圍。與向下游洄游魚道方形葉片閘門一樣,該閘門包括4節(jié),其中3節(jié)根據(jù)捕魚室水位和誘捕周期狀態(tài)而上下滑動。由安裝在出口建筑物內(nèi)的閥門室液壓動力組件的鋼絲繩液壓絞車提供動力。4.2plc/scad式起重機為了將誘捕到的魚向上游運輸、翻過大壩并釋放到水庫,向上游洄游魚道利用安裝在壩頂頂架中的一臺移動式起重機。該起重機有自己的PLC控制系統(tǒng),且與大壩的PLC/SCADA系統(tǒng)接口,幫助傳送控制數(shù)據(jù)(上游與下游水位、絞車周期啟動和運行報警等等)。將起重機設(shè)計成與有關(guān)的誘魚水系統(tǒng)一道自運行。備有手動控制和半自動的魚采樣設(shè)施,通過在控制屏的現(xiàn)場頂架或SCADA人機接口,供運行人員使用。4.3浮子控制的釋放門該漏斗包括一個用低碳鋼制成的漏斗。在壩后混凝土的斜坡上安裝有軌道,漏斗在軌道上運行,捕捉洄游魚群并將其運輸過壩。漏斗的一個特點是底部有一個由浮子控制的釋放門。在壩前,當(dāng)將漏斗下放到水庫時,利用一對浮子將釋放門的門栓拉開。在壩后,當(dāng)漏斗進(jìn)入捕魚室時,該門由另一個浮子和配重平衡系統(tǒng)關(guān)閉,并重新栓上門栓,以開始誘魚周期。另一個特點是在漏斗的兩邊設(shè)有止回閥,在漏斗進(jìn)入誘捕室時能夠容易淹沒在水中,此外,在其入口處,有一個圓錐形的鋼絲網(wǎng)魚陷阱和海王星活門(基本上為捕魚用的針閥)。5無源集成收發(fā)器系統(tǒng)為了監(jiān)測具有標(biāo)志的肺魚(或其他感興趣的魚和龜)的活動,在每個魚道的入口和出口處安裝一個無線電頻率無源集成收發(fā)器(PIT)標(biāo)志讀出系統(tǒng)。5.1微芯片識別魚或龜?shù)姆椒o源集成收發(fā)器不帶電池,因此只有在用掃描器讀微芯片時才激活。掃描器向標(biāo)志中的微芯片發(fā)送一個低頻信號,激活標(biāo)志中的一個線圈,線圈為芯片的標(biāo)志提供電源,以便將其獨特的編碼送回掃描器,從而正確識別魚(或龜)。無源標(biāo)志設(shè)計成能在所插入魚的壽命期內(nèi)提供可靠、長期的識別手段,用以跟蹤魚和龜向上、下游方向的運動