伯内特河坝的设计与施工

伯内特河坝的设计与施工

伯里特水库是澳大利亚最大的压力混凝土水库之一（rcc），占地3000万米。主要用于甘蔗和柑橘类水果的灌溉,水果是宽湾(WideBay)和伯内特地区农业经济的支柱。大坝RCC量达40万m3,所需的全部骨料在现场开采和轧制,然后通过专门的运输系统浇筑。此外,约10万m3常规混凝土也在现场生产,用于进水口塔、出水口工程、大坝顶部和溢洪道阶梯建筑物的浇筑。该工程由大坝联营体于2003年11月到2005年12月间施工,工程按期完成。1工程实施过程中的环境考虑修建大坝的环境纠缠众多,且性质上是高度政治的,但必须指出的是该工程在设计和施工阶段都非常注重减轻环境影响。大坝所在地区是鸭嘴兽、肺鱼和龟类物种的家园。1.1呼吸的专业化昆士兰肺鱼是一种独特的鱼类,它能用腮呼吸,夏季水中缺氧时靠肺呼吸。据了解,这种鱼已经存在1亿多年,形成了水生脊椎动物和陆生脊椎动物之间独特的“活化石”进化桥梁。由于必须保护肺鱼,“工程规划许可”要求设计小组提出可靠的鱼类双向过坝系统。1.2自动“鱼闸”系统州政府的各环境保护机构、学术研究机关和专门的鱼道和鱼类特性咨询公司开始了漫长的设计过程,以确保满足所有重要的设计标准,使所设计的系统事实上具有预期的性能(尤其是吸引和诱捕鱼群的关键区域)。通过开发全自动的水箱和起重机实现了洄游鱼类向上游洄游,同时采用自动“鱼闸”系统,提供了向下游洄游的通道。在向上翻越大坝(向上游洄游)或向下翻越大坝(向下游洄游)之前,上游和下游的迁移系统均采用受控水流来吸引与诱捕鱼群。鱼道也应具有解决无源集成标志读数和数据库的设计特点,以便可靠地采集鱼运动方式和环境等数据并提出报告。2伯内特河坝控制系统从控制观点来看,伯内特河坝的特点是完全集成的基于PLC(可编程逻辑控制器)的SCADA(监控和数据采集)系统,它监测和控制该设施运行的所有方面,包括鱼道和大坝的环境和灌溉放水系统。这些系统包括:①电力;②水力;③进水口闸门系统;④向下游洄游的鱼道(包括诱鱼和输送水流控制);⑤向上游洄游的鱼道(包括卷扬机,吸引、诱鱼水流控制);⑥大坝建筑物仪表;⑦鱼标志探测和数据库系统;⑧水质分析系统和天气、气候仪表。伯内特河坝控制系统采用先进的技术和系统,以保证高度的健全性和可靠性。其特点为:①分布的处理器;②以太网通信;③用于遥测和控制的厂外集成遥测设施;④完全集成的射频识别标志(鱼标志)读数和数据库系统;⑤完全集成的大坝建筑物仪表(测压管、测斜仪、应变计)。3下推系统的鱼门系统3.1游戏室内部的水流诱鱼向下游洄游的鱼道布置成鱼闸,有1个垂直取向的附在大坝进水口塔上的混凝土捕鱼室,首先将鱼向捕鱼室吸引,然后诱捕在捕鱼室中。利用安装在出水口建筑物阀室内的液压控制的流量控制阀系统和安装在捕鱼室入口的滑动方形或单叶片闸门,形成通过捕鱼室入口的特定水流,以达到诱鱼的目的。整个过程由PLC/SCADA系统控制;一旦诱鱼周期超时,入口滑件(或单)翼闸门关闭(其顶部升高至库水位以上),在捕鱼室和垂直鱼闸管道系统中的水位慢慢下降到大坝下面几乎水平布置管道的内底。此时,自动打开一个直径750mm的水力驱动的刀形闸阀,同时,立即引入受控制的冲洗水流,以保证管道中没有鱼搁浅,将所有的鱼轻轻地冲到大坝的尾水区域。向下游洄游鱼道捕鱼室闸门孔和坝后鱼闸泄水管都装有鱼标志探测天线和闭路电视监测,能检测和记录带有适当标志的鱼和龟通过鱼道的情况。在鱼闸的水流控制系统内设有维护反向冲洗设施,可定期(非自动)清洗(反向冲洗)用来防止鱼和漂浮物进入水流控制管道和阀门系统的出口扩散格栅。3.2鱼道入口鱼流安装了许多液压控制的和电动的流量控制蝴蝶阀,以控制诱鱼水流以及以上讨论的鱼闸系统的内部水位。向上游洄游的鱼道有2个入口。用这些闸门控制在每个入口(一个靠近溢洪道,另一个靠近尾水堰)处通过一系列扩散器排放的诱鱼水流。3.2.1漏水的出口线向上游洄游鱼道的主要诱鱼水流系统包括安装在向上游洄游鱼道捕鱼室后墙上的一系列扩散器(上部、中部和下部)。该系统通过这3个扩散器泄水,以吸引鱼类通过进口槽进入漏斗捕鱼室和漏斗。这种泄水只在运行周期的捕鱼阶段才泄放,此时,该漏斗已经定位,且覆盖进口槽的滑动方形叶片闸门已经打开。与向下游洄游鱼道的水流控制系统一样,向上游洄游鱼道的诱鱼水流的控制机制受大坝的PLC/SCADA系统控制。一旦运行人员输入流量,该系统将自动使这些流量保持不变(与水库水头无关),水流的开关和/或调节以与向上游洄游鱼道的运输周期相匹配。3.2.2扩散器的滑动形叶片门通过一个直径600mm的液压控制的流量控制阀和一个直径600mm的电动蝴蝶阀(用于高尾水运行时期)向上游洄游鱼道提供补充诱鱼水流,该水流流入位于向上游洄游鱼道的捕鱼室滑动方形叶片闸门进口的紧前方的两个扩散器。通过直径600mm的液压控制的流量控制阀和相应扩散器的补充诱鱼水流与主要诱鱼水流流量一并由控制系统自动调节(只有当诱捕与运输漏斗处于诱捕室内且滑动方形叶片闸门在其打开即被降下的位置时才启动),以维持相当稳定的大约0.8m/s的速度通过鱼道入口槽。当诱捕程序正在进行时,滑动方形叶片闸门打开,漏斗就到位,主要诱鱼水流系统正在运行,PLC系统自动调节水流控制阀,以减少该系统的流量。4游泳道的重量和丢失4.1游鱼道下安全线路引导伸缩方形叶片闸门安装在紧靠出口建筑物的向上游洄游鱼道入口(漏斗捕鱼室)处。其功能是在漏斗过坝时防止鱼进入捕鱼室,不然,在下一个诱捕周期开始时鱼群可能被回行的漏斗压坏。在该周期内,将闸门的上端自动定位于向上游洄游鱼道引渠水位以下1m(运行人员可调)处。闸门的总有效操作范围为3.5m,以适应正常大坝运行时尾水位的变化范围。与向下游洄游鱼道方形叶片闸门一样,该闸门包括4节,其中3节根据捕鱼室水位和诱捕周期状态而上下滑动。由安装在出口建筑物内的阀门室液压动力组件的钢丝绳液压绞车提供动力。4.2plc/scad式起重机为了将诱捕到的鱼向上游运输、翻过大坝并释放到水库,向上游洄游鱼道利用安装在坝顶顶架中的一台移动式起重机。该起重机有自己的PLC控制系统,且与大坝的PLC/SCADA系统接口,帮助传送控制数据(上游与下游水位、绞车周期启动和运行报警等等)。将起重机设计成与有关的诱鱼水系统一道自运行。备有手动控制和半自动的鱼采样设施,通过在控制屏的现场顶架或SCADA人机接口,供运行人员使用。4.3浮子控制的释放门该漏斗包括一个用低碳钢制成的漏斗。在坝后混凝土的斜坡上安装有轨道,漏斗在轨道上运行,捕捉洄游鱼群并将其运输过坝。漏斗的一个特点是底部有一个由浮子控制的释放门。在坝前,当将漏斗下放到水库时,利用一对浮子将释放门的门栓拉开。在坝后,当漏斗进入捕鱼室时,该门由另一个浮子和配重平衡系统关闭,并重新栓上门栓,以开始诱鱼周期。另一个特点是在漏斗的两边设有止回阀,在漏斗进入诱捕室时能够容易淹没在水中,此外,在其入口处,有一个圆锥形的钢丝网鱼陷阱和海王星活门(基本上为捕鱼用的针阀)。5无源集成收发器系统为了监测具有标志的肺鱼(或其他感兴趣的鱼和龟)的活动,在每个鱼道的入口和出口处安装一个无线电频率无源集成收发器(PIT)标志读出系统。5.1微芯片识别鱼或龟的方法无源集成收发器不带电池,因此只有在用扫描器读微芯片时才激活。扫描器向标志中的微芯片发送一个低频信号,激活标志中的一个线圈,线圈为芯片的标志提供电源,以便将其独特的编码送回扫描器,从而正确识别鱼(或龟)。无源标志设计成能在所插入鱼的寿命期内提供可靠、长期的识别手段,用以跟踪鱼和龟向上、下游方向的运动