伯內(nèi)特河壩的設(shè)計(jì)與施工

伯內(nèi)特河壩的設(shè)計(jì)與施工

伯里特水庫(kù)是澳大利亞最大的壓力混凝土水庫(kù)之一（rcc），占地3000萬(wàn)米。主要用于甘蔗和柑橘類(lèi)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(jì)的支柱。大壩RCC量達(dá)40萬(wàn)m3,所需的全部骨料在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采和軋制,然后通過(guò)專(zhuān)門(mén)的運(yùn)輸系統(tǒng)澆筑。此外,約10萬(wàn)m3常規(guī)混凝土也在現(xiàn)場(chǎng)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(yíng)體于2003年11月到2005年12月間施工,工程按期完成。1工程實(shí)施過(guò)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(jì)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(yú)和龜類(lèi)物種的家園。1.1呼吸的專(zhuān)業(yè)化昆士蘭肺魚(yú)是一種獨(dú)特的魚(yú)類(lèi),它能用腮呼吸,夏季水中缺氧時(shí)靠肺呼吸。據(jù)了解,這種魚(yú)已經(jīng)存在1億多年,形成了水生脊椎動(dòng)物和陸生脊椎動(dòng)物之間獨(dú)特的“活化石”進(jìn)化橋梁。由于必須保護(hù)肺魚(yú),“工程規(guī)劃許可”要求設(shè)計(jì)小組提出可靠的魚(yú)類(lèi)雙向過(guò)壩系統(tǒng)。1.2自動(dòng)“魚(yú)閘”系統(tǒng)州政府的各環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)研究機(jī)關(guān)和專(zhuān)門(mén)的魚(yú)道和魚(yú)類(lèi)特性咨詢(xún)公司開(kāi)始了漫長(zhǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程,以確保滿足所有重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)事實(shí)上具有預(yù)期的性能(尤其是吸引和誘捕魚(yú)群的關(guān)鍵區(qū)域)。通過(guò)開(kāi)發(fā)全自動(dòng)的水箱和起重機(jī)實(shí)現(xiàn)了洄游魚(yú)類(lèi)向上游洄游,同時(shí)采用自動(dòng)“魚(yú)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(lái)吸引與誘捕魚(yú)群。魚(yú)道也應(yīng)具有解決無(wú)源集成標(biāo)志讀數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn),以便可靠地采集魚(yú)運(yùn)動(dòng)方式和環(huán)境等數(shù)據(jù)并提出報(bào)告。2伯內(nèi)特河壩控制系統(tǒng)從控制觀點(diǎn)來(lái)看,伯內(nèi)特河壩的特點(diǎn)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(cè)和控制該設(shè)施運(yùn)行的所有方面,包括魚(yú)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(mén)系統(tǒng);④向下游洄游的魚(yú)道(包括誘魚(yú)和輸送水流控制);⑤向上游洄游的魚(yú)道(包括卷?yè)P(yáng)機(jī),吸引、誘魚(yú)水流控制);⑥大壩建筑物儀表;⑦魚(yú)標(biāo)志探測(cè)和數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)為:①分布的處理器;②以太網(wǎng)通信;③用于遙測(cè)和控制的廠外集成遙測(cè)設(shè)施;④完全集成的射頻識(shí)別標(biāo)志(魚(yú)標(biāo)志)讀數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng);⑤完全集成的大壩建筑物儀表(測(cè)壓管、測(cè)斜儀、應(yīng)變計(jì))。3下推系統(tǒng)的魚(yú)門(mén)系統(tǒng)3.1游戲室內(nèi)部的水流誘魚(yú)向下游洄游的魚(yú)道布置成魚(yú)閘,有1個(gè)垂直取向的附在大壩進(jìn)水口塔上的混凝土捕魚(yú)室,首先將魚(yú)向捕魚(yú)室吸引,然后誘捕在捕魚(yú)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(yú)室入口的滑動(dòng)方形或單葉片閘門(mén),形成通過(guò)捕魚(yú)室入口的特定水流,以達(dá)到誘魚(yú)的目的。整個(gè)過(guò)程由PLC/SCADA系統(tǒng)控制;一旦誘魚(yú)周期超時(shí),入口滑件(或單)翼閘門(mén)關(guān)閉(其頂部升高至庫(kù)水位以上),在捕魚(yú)室和垂直魚(yú)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(shí),自動(dòng)打開(kāi)一個(gè)直徑750mm的水力驅(qū)動(dòng)的刀形閘閥,同時(shí),立即引入受控制的沖洗水流,以保證管道中沒(méi)有魚(yú)擱淺,將所有的魚(yú)輕輕地沖到大壩的尾水區(qū)域。向下游洄游魚(yú)道捕魚(yú)室閘門(mén)孔和壩后魚(yú)閘泄水管都裝有魚(yú)標(biāo)志探測(cè)天線和閉路電視監(jiān)測(cè),能檢測(cè)和記錄帶有適當(dāng)標(biāo)志的魚(yú)和龜通過(guò)魚(yú)道的情況。在魚(yú)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(dòng))清洗(反向沖洗)用來(lái)防止魚(yú)和漂浮物進(jìn)入水流控制管道和閥門(mén)系統(tǒng)的出口擴(kuò)散格柵。3.2魚(yú)道入口魚(yú)流安裝了許多液壓控制的和電動(dòng)的流量控制蝴蝶閥,以控制誘魚(yú)水流以及以上討論的魚(yú)閘系統(tǒng)的內(nèi)部水位。向上游洄游的魚(yú)道有2個(gè)入口。用這些閘門(mén)控制在每個(gè)入口(一個(gè)靠近溢洪道,另一個(gè)靠近尾水堰)處通過(guò)一系列擴(kuò)散器排放的誘魚(yú)水流。3.2.1漏水的出口線向上游洄游魚(yú)道的主要誘魚(yú)水流系統(tǒng)包括安裝在向上游洄游魚(yú)道捕魚(yú)室后墻上的一系列擴(kuò)散器(上部、中部和下部)。該系統(tǒng)通過(guò)這3個(gè)擴(kuò)散器泄水,以吸引魚(yú)類(lèi)通過(guò)進(jìn)口槽進(jìn)入漏斗捕魚(yú)室和漏斗。這種泄水只在運(yùn)行周期的捕魚(yú)階段才泄放,此時(shí),該漏斗已經(jīng)定位,且覆蓋進(jìn)口槽的滑動(dòng)方形葉片閘門(mén)已經(jīng)打開(kāi)。與向下游洄游魚(yú)道的水流控制系統(tǒng)一樣,向上游洄游魚(yú)道的誘魚(yú)水流的控制機(jī)制受大壩的PLC/SCADA系統(tǒng)控制。一旦運(yùn)行人員輸入流量,該系統(tǒng)將自動(dòng)使這些流量保持不變(與水庫(kù)水頭無(wú)關(guān)),水流的開(kāi)關(guān)和/或調(diào)節(jié)以與向上游洄游魚(yú)道的運(yùn)輸周期相匹配。3.2.2擴(kuò)散器的滑動(dòng)形葉片門(mén)通過(guò)一個(gè)直徑600mm的液壓控制的流量控制閥和一個(gè)直徑600mm的電動(dòng)蝴蝶閥(用于高尾水運(yùn)行時(shí)期)向上游洄游魚(yú)道提供補(bǔ)充誘魚(yú)水流,該水流流入位于向上游洄游魚(yú)道的捕魚(yú)室滑動(dòng)方形葉片閘門(mén)進(jìn)口的緊前方的兩個(gè)擴(kuò)散器。通過(guò)直徑600mm的液壓控制的流量控制閥和相應(yīng)擴(kuò)散器的補(bǔ)充誘魚(yú)水流與主要誘魚(yú)水流流量一并由控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)(只有當(dāng)誘捕與運(yùn)輸漏斗處于誘捕室內(nèi)且滑動(dòng)方形葉片閘門(mén)在其打開(kāi)即被降下的位置時(shí)才啟動(dòng)),以維持相當(dāng)穩(wěn)定的大約0.8m/s的速度通過(guò)魚(yú)道入口槽。當(dāng)誘捕程序正在進(jìn)行時(shí),滑動(dòng)方形葉片閘門(mén)打開(kāi),漏斗就到位,主要誘魚(yú)水流系統(tǒng)正在運(yùn)行,PLC系統(tǒng)自動(dòng)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(yú)道下安全線路引導(dǎo)伸縮方形葉片閘門(mén)安裝在緊靠出口建筑物的向上游洄游魚(yú)道入口(漏斗捕魚(yú)室)處。其功能是在漏斗過(guò)壩時(shí)防止魚(yú)進(jìn)入捕魚(yú)室,不然,在下一個(gè)誘捕周期開(kāi)始時(shí)魚(yú)群可能被回行的漏斗壓壞。在該周期內(nèi),將閘門(mén)的上端自動(dòng)定位于向上游洄游魚(yú)道引渠水位以下1m(運(yùn)行人員可調(diào))處。閘門(mén)的總有效操作范圍為3.5m,以適應(yīng)正常大壩運(yùn)行時(shí)尾水位的變化范圍。與向下游洄游魚(yú)道方形葉片閘門(mén)一樣,該閘門(mén)包括4節(jié),其中3節(jié)根據(jù)捕魚(yú)室水位和誘捕周期狀態(tài)而上下滑動(dòng)。由安裝在出口建筑物內(nèi)的閥門(mén)室液壓動(dòng)力組件的鋼絲繩液壓絞車(chē)提供動(dòng)力。4.2plc/scad式起重機(jī)為了將誘捕到的魚(yú)向上游運(yùn)輸、翻過(guò)大壩并釋放到水庫(kù),向上游洄游魚(yú)道利用安裝在壩頂頂架中的一臺(tái)移動(dòng)式起重機(jī)。該起重機(jī)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(chē)周期啟動(dòng)和運(yùn)行報(bào)警等等)。將起重機(jī)設(shè)計(jì)成與有關(guān)的誘魚(yú)水系統(tǒng)一道自運(yùn)行。備有手動(dòng)控制和半自動(dòng)的魚(yú)采樣設(shè)施,通過(guò)在控制屏的現(xiàn)場(chǎng)頂架或SCADA人機(jī)接口,供運(yùn)行人員使用。4.3浮子控制的釋放門(mén)該漏斗包括一個(gè)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(yùn)行,捕捉洄游魚(yú)群并將其運(yùn)輸過(guò)壩。漏斗的一個(gè)特點(diǎn)是底部有一個(gè)由浮子控制的釋放門(mén)。在壩前,當(dāng)將漏斗下放到水庫(kù)時(shí),利用一對(duì)浮子將釋放門(mén)的門(mén)栓拉開(kāi)。在壩后,當(dāng)漏斗進(jìn)入捕魚(yú)室時(shí),該門(mén)由另一個(gè)浮子和配重平衡系統(tǒng)關(guān)閉,并重新栓上門(mén)栓,以開(kāi)始誘魚(yú)周期。另一個(gè)特點(diǎn)是在漏斗的兩邊設(shè)有止回閥,在漏斗進(jìn)入誘捕室時(shí)能夠容易淹沒(méi)在水中,此外,在其入口處,有一個(gè)圓錐形的鋼絲網(wǎng)魚(yú)陷阱和海王星活門(mén)(基本上為捕魚(yú)用的針閥)。5無(wú)源集成收發(fā)器系統(tǒng)為了監(jiān)測(cè)具有標(biāo)志的肺魚(yú)(或其他感興趣的魚(yú)和龜)的活動(dòng),在每個(gè)魚(yú)道的入口和出口處安裝一個(gè)無(wú)線電頻率無(wú)源集成收發(fā)器(PIT)標(biāo)志讀出系統(tǒng)。5.1微芯片識(shí)別魚(yú)或龜?shù)姆椒o(wú)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(shí)才激活。掃描器向標(biāo)志中的微芯片發(fā)送一個(gè)低頻信號(hào),激活標(biāo)志中的一個(gè)線圈,線圈為芯片的標(biāo)志提供電源,以便將其獨(dú)特的編碼送回掃描器,從而正確識(shí)別魚(yú)(或龜)。無(wú)源標(biāo)志設(shè)計(jì)成能在所插入魚(yú)的壽命期內(nèi)提供可靠、長(zhǎng)期的識(shí)別手段,用以跟蹤魚(yú)和龜向上、下游方向的運(yùn)動(dòng)