伯內特河壩的設計與施工

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)和伯內特地區農業經濟的支柱。大壩RCC量達40萬m3,所需的全部骨料在現場開采和軋制,然后通過專門的運輸系統澆筑。此外,約10萬m3常規混凝土也在現場生產,用于進水口塔、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境考慮修建大壩的環境糾纏眾多,且性質上是高度政治的,但必須指出的是該工程在設計和施工階段都非常注重減輕環境影響。大壩所在地區是鴨嘴獸、肺魚和龜類物種的家園。1.1呼吸的專業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。據了解,這種魚已經存在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”進化橋梁。由于必須保護肺魚,“工程規劃許可”要求設計小組提出可靠的魚類雙向過壩系統。1.2自動“魚閘”系統州政府的各環境保護機構、學術研究機關和專門的魚道和魚類特性咨詢公司開始了漫長的設計過程,以確保滿足所有重要的設計標準,使所設計的系統事實上具有預期的性能(尤其是吸引和誘捕魚群的關鍵區域)。通過開發全自動的水箱和起重機實現了洄游魚類向上游洄游,同時采用自動“魚閘”系統,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均采用受控水流來吸引與誘捕魚群。魚道也應具有解決無源集成標志讀數和數據庫的設計特點,以便可靠地采集魚運動方式和環境等數據并提出報告。2伯內特河壩控制系統從控制觀點來看,伯內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(監控和數據采集)系統,它監測和控制該設施運行的所有方面,包括魚道和大壩的環境和灌溉放水系統。這些系統包括:①電力;②水力;③進水口閘門系統;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魚標志探測和數據庫系統;⑧水質分析系統和天氣、氣候儀表。伯內特河壩控制系統采用先進的技術和系統,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以太網通信;③用于遙測和控制的廠外集成遙測設施;④完全集成的射頻識別標志(魚標志)讀數和數據庫系統;⑤完全集成的大壩建筑物儀表(測壓管、測斜儀、應變計)。3下推系統的魚門系統3.1游戲室內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的液壓控制的流量控制閥系統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,以達到誘魚的目的。整個過程由PLC/SCADA系統控制;一旦誘魚周期超時,入口滑件(或單)翼閘門關閉(其頂部升高至庫水位以上),在捕魚室和垂直魚閘管道系統中的水位慢慢下降到大壩下面幾乎水平布置管道的內底。此時,自動打開一個直徑750mm的水力驅動的刀形閘閥,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志探測天線和閉路電視監測,能檢測和記錄帶有適當標志的魚和龜通過魚道的情況。在魚閘的水流控制系統內設有維護反向沖洗設施,可定期(非自動)清洗(反向沖洗)用來防止魚和漂浮物進入水流控制管道和閥門系統的出口擴散格柵。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的內部水位。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)。該系統通過這3個擴散器泄水,以吸引魚類通過進口槽進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,該漏斗已經定位,且覆蓋進口槽的滑動方形葉片閘門已經打開。與向下游洄游魚道的水流控制系統一樣,向上游洄游魚道的誘魚水流的控制機制受大壩的PLC/SCADA系統控制。一旦運行人員輸入流量,該系統將自動使這些流量保持不變(與水庫水頭無關),水流的開關和/或調節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自動調節(只有當誘捕與運輸漏斗處于誘捕室內且滑動方形葉片閘門在其打開即被降下的位置時才啟動),以維持相當穩定的大約0.8m/s的速度通過魚道入口槽。當誘捕程序正在進行時,滑動方形葉片閘門打開,漏斗就到位,主要誘魚水流系統正在運行,PLC系統自動調節水流控制閥,以減少該系統的流量。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,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)處。閘門的總有效操作范圍為3.5m,以適應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,其中3節根據捕魚室水位和誘捕周期狀態而上下滑動。由安裝在出口建筑物內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,且與大壩的PLC/SCADA系統接口,幫助傳送控制數據(上游與下游水位、絞車周期啟動和運行報警等等)。將起重機設計成與有關的誘魚水系統一道自運行。備有手動控制和半自動的魚采樣設施,通過在控制屏的現場頂架或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,當漏斗進入捕魚室時,該門由另一個浮子和配重平衡系統關閉,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有止回閥,在漏斗進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無源集成收發器系統為了監測具有標志的肺魚(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器(PIT)標志讀出系統。5.1微芯片識別魚或龜的方法無源集成收發器不帶電池,因此只有在用掃描器讀微芯片時才激活。掃描器向標志中的微芯片發送一個低頻信號,激活標志中的一個線圈,線圈為芯片的標志提供電源,以便將其獨特的編碼送回掃描器,從而正確識別魚(或龜)。無源標志設計成能在所插入魚的壽命期內提供可靠、長期的識別手段,用以跟蹤魚和龜向上、下游方向的運動