鱼道与船闸相结合的过鱼设施及方法 |
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| 申请号 | CN201410685677.3 | 申请日 | 2014-11-25 | 公开(公告)号 | CN104480914A | 公开(公告)日 | 2015-04-01 |
| 申请人 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司; | 发明人 | 刘锐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 鱼道 与船闸相结合的过鱼设施及方法，涉及一种用于解决洄游鱼类通过拦河 建筑物 上溯的设施及方法。它包括入口端设置在大坝下游河道中的诱鱼梯道，为内部设有低堰整体向上游方向倾斜向船闸闸室方向延伸的斜坡型通道；诱鱼梯道的出口端连接集鱼池；集鱼池通过连接渠道和转移池相连接；转移池内设置有引 水 支管；转移池被横向隔墙隔成主转移池和副转移池；横向隔墙内有下游闸 门 ；船闸闸室的侧墙中开有流水通道连通转移池和船闸闸室；该流水通道上安装有上游闸门。本发明将鱼道和船闸结合，将鱼道的上游端设置在船闸闸室内，利用船闸来克服大坝上下游 水头 ，实现洄游鱼群过坝；能够明显减少鱼道工程的长度，从而降低投资成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.鱼道与船闸相结合的过鱼设施，包括诱鱼梯道(1)、集鱼池(2)、连接渠道(3)、转移池(5)、引水支管(8)和引水主管(9)，其特征在于：诱鱼梯道(1)的入口端设置在大坝下游河道中；所述的诱鱼梯道(1)内横向设有低堰(2)构成池式鱼道；所述的诱鱼梯道(1)为斜坡型通道，整体向上游方向倾斜，向船闸闸室(13)方向延伸；所述的诱鱼梯道(1)的出口端直接连接集鱼池(2)；所述的集鱼池(2)的另一端和连接渠道(3)的入口端相连；所述的连接渠道(3)的出口端和转移池(5)的入口端相连接；所述的转移池(5)内安装有横向隔墙(6)，所述的横向隔墙(6)内有下游闸门(7)；所述的横向隔墙(6)将转移池(5)分割成上游侧的主转移池(5a)和下游侧的副转移池(5b)，所述的主转移池(5a)的面积大于副转移池(5b)；所述的转移池(5)内安装有至少两条引水支管(8)；至少两条所述的引水支管(8)连接至引水主管(9)；所述的引水主管(9)的引水端设在大坝的上游水域；船闸闸室(13)的侧墙中开有流水通道(12)连通上述转移池(5)和船闸闸室(13)；所述的流水通道(12)内安装有上游闸门(8)。 |
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| 说明书全文 | 鱼道与船闸相结合的过鱼设施及方法技术领域背景技术[0002] 为了防洪、发电、航运、供水等方面的生产生活方面的需求，需要在天然河流河道上修筑拦河大坝。该拦河大坝往往阻断了该天然河流中原生的洄游及半洄游性鱼类的迁移通道。目前情况下，国内外对此采取的补救措施主要为三类：一是修建过鱼设施，主要有鱼道、鱼闸、升鱼机、集运鱼船等；二是在该河道中修建人工模拟产卵场；三是在拦河大坝上游水域中进行人工繁殖放流。 [0003] 现有的鱼类补救措施均具有一定的效果，但也各自存在有弊端。鱼道工程前期投资较大，运行管理成本较高，一般只适用于中、小水头的水利工程。对于高水头的水利工程来说，如果从头到尾修建鱼道，其建筑长度相当长，蜿蜒弯曲比较多，设计存在困难，工程投资也耗费巨大，过鱼效果往往不太理想。鱼闸和升鱼机适用于高水头水利工程，但是其本身结构较复杂、机电设备较多，运行、管理及维护成本同样较高，而且鱼类过坝过程并不连续。集鱼船适用于有航运条件的河流，其运行成本也较高，而且存在有噪音、水环境污染等问题。河道内人工模拟产卵场、以及拦河建筑上游水域人工繁殖放流，这两项方案经过实践证明有一定的效果，但效果不明显，而且往往导致该区域内鱼类种群多样性下降。 [0004] 有通航要求的江河上如果建有拦河工程，船闸是该工程的一个重要组成部分，同时也是大坝上下游水体交换的重要通道。一般来说，大坝上的船闸在运行过程中，通过充水、泄水这两种手段来改变船闸闸室内水位的高低；交替开关上下游的人字门来实现船舶进出船闸闸室，从而完成船只过坝。但是，在上述船只过坝的过程中，船舶为低速航行。依据船舶操纵性的要求，在低航速的情况下，船舶宜在静水中航行。换句话说，船舶过坝的过程中，船闸闸室内以及上、下游引航道内的水流可以认为是“静水”。另一方面，为了满足船舶停靠的系缆力要求，船闸闸室灌泄水时，对水流流速也有限制。 [0005] 由于船舶停泊以及进出船闸的水流条件要求较高。现有设计中，一般情况下，在船闸上、下游引航道中要修建隔流堤，从而将引航道与河道主流隔开，以形成缓流区；同时往往将下游引航道内水流处理成静水。 [0006] 但是，依据鱼类习性的研究来看，洄游鱼群一般不会驻留在静水或者缓流区等水流缓慢的水域中。因此，洄游鱼群不会进入下游引航道内，或者自发的随着船舶一起过坝。由此看来，一般船闸运行时虽然存在大坝上、下游水体交换，但船闸自然通过的鱼类数量很少。一般也不会将船闸设计作为洄游性鱼类的上溯通道。 发明内容[0008] 本发明的第一目的就是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种鱼道与船闸相结合的过鱼设施，将现有船闸和鱼道相结合成全新的过鱼设施，以及该设施的使用方法。 [0009] 本发明的第二目的在于提供一种一种鱼道与船闸相结合的过鱼设施的过鱼方法。 [0010] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：鱼道与船闸相结合的过鱼设施，包括诱鱼梯道、集鱼池、连接渠道、转移池、引水支管和引水主管，其特征在于：诱鱼梯道的入口端设置在大坝下游河道中；所述的诱鱼梯道内横向设有低堰构成池式鱼道；所述的诱鱼梯道为斜坡型通道，整体向上游方向倾斜，向船闸闸室方向延伸；所述的诱鱼梯道的出口端直接连接集鱼池；所述的集鱼池的另一端和连接渠道的入口端相连；所述的连接渠道的出口端和转移池的入口端相连接；所述的转移池内安装有横向隔墙，所述的横向隔墙内有下游闸门；所述的横向隔墙将转移池分割成上游侧的主转移池和下游侧的副转移池，所述的主转移池的面积大于副转移池；所述的转移池内安装有至少两条引水支管；至少两条所述的引水支管连接至引水主管；所述的引水主管的引水端设在大坝的上游水域；船闸闸室的侧墙中开有流水通道连通上述转移池和船闸闸室；所述的流水通道内安装有上游闸门。 [0011] 在上述技术方案中，所述的副转移池内至少有一支所述的引水支管。 [0013] 在上述技术方案中，所述的引水支管由外层管和内层管两层管道组成；所述的外层管为沿轴向开有连续缺口的圆管；所述的内层管为管壁开有径向贯穿孔的圆管。 [0014] 在上述技术方案中，所述外层管沿轴向开有连续缺口为水流出口，所述的水流出口的弧度小于90°并设置于外层管的底部。 [0015] 在上述技术方案中，所述内层管为中空圆管，所述的内层管的直径大于水流出口的宽度，所述的内层管管壁径向贯穿设有出水孔口；所述的出水孔口沿轴向和径向均匀分布。 [0016] 利用所述的鱼道与船闸相结合的过鱼设施的过鱼方法，依照下列步骤过鱼： [0017] 步骤1：诱鱼梯道内有持续性的水流引诱下游河道的上溯鱼群进入； [0018] 步骤2：当下游闸门关闭时，所述的上溯鱼群上游至集鱼池中聚集； [0019] 当下游闸门开启时，所述的上溯鱼群上游至集鱼池通过连接渠道进入转移池中聚集； [0020] 步骤3：当上行船舶全部进入船闸闸室后，关闭下闸首人字门同时关闭转移池的下游闸门且开启上游闸门，主转移池中的水体和所述的上溯鱼群流入船闸闸室中，所述的上溯鱼群随后通过船闸闸室经过上闸首游入上游河道中； [0021] 步骤4：当船闸闸室内的水位开始高于主转移池内的水位时，关闭转移池的上游闸门同时开启下游闸门，完成一次过鱼过程。 [0022] 在上述技术方案中，在所述步骤1中调节主转移池引水支管阀门、副转移池引水支管阀门和引水主管阀门，保证诱鱼梯道内的水深度不小于1.0米，水流流速不大于0.5米/秒且不小于0.1米/秒。 [0023] 在上述技术方案中，在所述步骤2或3中，当下游闸门关闭时，关闭主转移池引水支管阀门，调节副转移池引水支管阀门和引水主管阀门，保证诱鱼梯道内的水深度不小于1.0米，水流流速不大于0.5米/秒且不小于0.1米/秒。 [0024] 本发明采用上述技术方案，利用船闸闸室作为鱼道工程的出口端，大大减少鱼道工程的长度。本方法与现有技术相比，具有如下优点和显著进步： [0025] (1)此方法中建筑物的总体投资下降显著，但并不影响鱼群洄游； [0026] (2)此方法设置的各个设施均为成熟技术，只需要依据具体河道内鱼类的分布即可设计为最优方案； [0027] (3)此方法得到的鱼道与船闸相结合过鱼设施可以用于单级船闸、多级船闸以及升船机中，适用于各种常见的大坝。 [0029] 图1是鱼道与船闸相结合的过鱼设施的整体结构示意图。 [0030] 图2是图1的俯视结构示意图。 [0031] 图3是A—A线剖视结构示意图。 [0032] 图4是引水支管结构示意图。 [0033] 图5是引水支管的外层管结构示意图。 [0034] 图6是引水支管的内层管示意图。 [0035] 图中1-诱鱼梯道，2-低堰，3-集鱼池，4-连接渠道，5-转移池，5a-主转移池，5b-副转移池，6-横向隔墙，7-下游闸门，8-引水支管，9-引水主管，10a-船闸闸室左侧墙， 10b-船闸闸室右侧墙，11-上游闸门，12-流水通道，13-船闸闸室，14a-主转移池引水支管阀门，14b-副转移池引水支管阀门，15-引水主管阀门，16-上闸首，17-上闸首人字门， 18-下闸首，19-下闸首人字门，20-大坝上游水位，21-大坝下游水位，22-外层管，23-内层管，24-水流出口，25-出水孔口。 具体实施方式[0036] 以下结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。 [0037] 参阅图1、图2和图3可知：鱼道与船闸相结合的过鱼设施，包括诱鱼梯道1、集鱼池2、连接渠道3、转移池5、引水支管8和引水主管9，所述的诱鱼梯道1的入口端设置在大坝下游河道中；所述的诱鱼梯道1内横向设有低堰2构成池式鱼道；所述的诱鱼梯道1为斜坡型通道，整体向上游方向倾斜，向船闸闸室13方向延伸；所述的诱鱼梯道1的出口端直接连接集鱼池2；所述的集鱼池2的另一端和连接渠道3的入口端相连；所述的连接渠道3的出口端和转移池5的入口端相连接；所述的转移池5内安装有横向隔墙6，所述的横向隔墙6内有下游闸门7；所述的横向隔墙6将转移池5分割成上游侧的主转移池5a和下游侧的副转移池5b，所述的主转移池5a的面积大于副转移池5b；所述的转移池5内安装有至少两条引水支管8；至少两条所述的引水支管8连接至引水主管9；所述的引水主管9的引水端设在大坝的上游水域；船闸闸室13的侧墙中开有流水通道12连通上述转移池5和船闸闸室13；所述的流水通道12内安装有上游闸门8。 [0038] 如图1～3所示，在某江河中建筑有电站及大坝。电站出口下游的尾水区的河道中设置有诱鱼梯道1的起始端。所述诱鱼梯道1的入口即进鱼口，宽度为2～5米。诱鱼梯道1为斜坡型通道，整体向上游方向倾斜，向船闸闸室13的方向延伸。所述诱鱼梯道1由混凝土修筑，也可为其它坚固耐用防腐蚀的建筑材料制成。所述诱鱼梯道1为池式鱼道，横截面呈矩形或梯形，底板为平缓的斜坡，倾斜角不超过2度。所述诱鱼梯道1中横向设置有低堰2，将其间隔为多个连续性升高的池室。低堰高度不超过0.5米。两个低堰2中间的池室长度在10～15米之间。 [0039] 诱鱼梯道1除了可以设计为图1～3中所示的池式鱼道外，还可以设计为槽式鱼道、横隔板式鱼道等等。经过初步试验测试，采用池式鱼道的诱鱼效果较好，各级池室同时也可以发挥临时性集鱼的作用。 [0040] 一般的鱼道工程的两端分别在大坝上下游水域中，为了保证低坡度，需要蜿蜒曲折为较长的水路来克服上下游水头差，通常使得该工程量大且投资高。本发明利用船闸和鱼道结合一起来克服该水头差。因此，本发明中诱鱼梯道1的长度相对一般鱼道工程明显缩短，同时也可设计成相对较缓的坡度，有利于鱼类上溯。 [0041] 所述诱鱼梯道1的起始端布置在电站出口下游的尾水区中，原天然河道中鱼群较为集中的位置。诱鱼梯道1内的水流深度、流速可以根据过该河道中洄游性鱼类的种类和其溯游习性来确定。经过生态学统计分析及初步试验，加上本行业经验综合考虑：一般控制该诱鱼梯道1内的水深度不小于1.0米，水流流速不大于0.5米/秒且不小于0.1米/秒。 [0042] 所述诱鱼梯道1的上游末端连接集鱼池3。所述集鱼池3为一个矩形鱼池，其底板的水平高度低于诱鱼梯道1的上游末端的。因此，所述集鱼池3内小环境为水流缓流区，同时水域空间相对较足，利于上溯鱼群的休息和聚集。所述集鱼池3主要功能是提供一个鱼类休息、聚集的水域，使得洄游鱼群相对聚集，达到鱼类连续过坝的目的。因此，集鱼池3的水域面积应当在100平方米以上，其积水水深保持在2米以上。 [0043] 所述集鱼池3的面积大小根据该河道过鱼量、船闸运行条件等因素综合确定。所述河道如果有大量洄游鱼类繁殖，集鱼池3不光可以如图1～3所示的设置为一个较大的鱼池，还可以设置为多级连续式集鱼池。 [0044] 所述集鱼池3通过连接渠道4与转移池5相连接。所述连接渠道4底板的水平高度高于集鱼池3底板的水平高度，也高于转移池5底板的水平高度。连接渠道4的截面可设计为矩形或梯形，其底板宽度为2～5米，水深不少于1米。根据实际地形条件设置转移池5和集鱼池3，并依此来确定连接二者的连接渠道4的设计。 [0045] 转移池5为矩形鱼池，水域面积不少于100平方米，积水水深不少于1.5米，其底板的水平高度接近大坝下游水位21。利用船闸闸室13右侧墙10b(顺着水流方向向下游看，右手边为右侧墙)的外侧作为所述转移池5上游方向的围墙。船闸闸室右侧墙10b中开有流水通道12，所述流水通道12中安装有上游闸门11。所述流水通道12截面为矩形，所述流水通道12顶部的水平高度低于大坝上游水位20；宽度为2米。所述上游闸门11需要抵挡双向水头，而设置有双向止水结构。 [0046] 所述转移池5内横向设置有横向隔墙6。所述横向隔墙6上安装有下游闸门7。所述下游闸门7和横向隔墙6将转移池5分割成主转移池5a和副转移池5b两部分，其中副转移池5b的面积远小于主转移池5a。 [0047] 所述主转移池5a内还可以安装移驱鱼装置，例如移动驱鱼栅等装置。保证所述主转移池5a内的洄游鱼群更有效的向来水方向(即流水通道12方向)上溯。 [0048] 所述转移池5内靠近底板处，安装有若干引水支管8。其中至少有一支引水支管8安装在副转移池5b中。每个引水支管8在转移池5内设置为：横向平行排布且尽量平均的布满所述转移池5底板，纵向延伸至靠近对面侧墙。在主转移池5a的引水支管8上有上引水支管阀门14a；副转移池5b中的引水支管8上有下引水支管阀门14b。各个引水支管 8横贯转移池5的一端侧墙伸至墙外并汇总至引水主管9中。所述引水主管9设置在转移池5外，沿船闸闸室13外侧向上游方向延伸，其引水端设在大坝的上游水域中。 [0049] 引水支管8和引水主管9组成的引水管道系统。其中，引水主管9的进水口设置在大坝的上游，入口端设置有引水主管阀门15控制其水流流量。通过引水主管9从大坝上游自流引水，经过引水支管8导入至转移池5中，消能后形成诱鱼水流，通过连接渠道4和集鱼池3后进入诱鱼梯道1中。所述诱鱼水流的流量和流速根据鱼群的习性、鱼道内过鱼规模等因素综合确定；且可以由引水主管阀门15来调控。副转移池5b内至少设置一根引水支管8，其上安装引水支管阀门14b。保证转移池5下游闸门7关闭时，所述处引水支管8的水流持续性，继续形成诱鱼水流，保证持续性诱鱼。主转移池5a内设置有引水支管8，其上安装引水支管阀门14a。 [0050] 如图4～6所示，引水支管8由外层管22和内层管23组成。外层管22为沿轴向开有连续缺口的圆管，其横截面为类似字母“C”的形状。所述缺口即为水流出口24，其弧度小于90°。安装时，所述水流出口24位于外层管22的底部，靠近转移池5的底板。 [0051] 内层管23安装在外层管22的内部，二者纵向中心线重合。内层管23的直径大于水流出口24的宽度。内层管23的管壁沿径向贯穿有出水孔口25。所述出水孔口25沿轴向均匀分布，每隔10厘米一个孔；沿径向平均分布，每圆周为2～3个孔。 [0052] 根据上述结构，外层管22可以发挥消能作用。从内层管23的出水孔口25流出来的射流，经过外层管22的管壁阻挡、消能后，从外层管22底部的水流出口24中流出，形成诱鱼水流。 [0053] 另外，所述引水支管8还可以使用普通的带孔圆管，即设置为底部沿管线布置孔洞出水的圆管，从所述孔洞出来的射流，利用转移池5底板阻挡消能，形成诱鱼水流。经过初步试验测试和经验，采用图4～6所示的两层夹管方案的消能效果比较好，水流比较稳定。 [0054] 另外，在船闸闸室13中流水通道12的下游侧附近，再安装一个或多个驱鱼装置，以便于进一步有效的驱使船闸闸室13内的上溯鱼群全部上游，从上闸首人字门17中游出至上游水域。 [0055] 本发明鱼道与船闸相结合的过鱼设施的过鱼原理为： [0056] 假定某上溯鱼群M能够循着引诱水流，向来水方向迅速无碍的在本发明的设施中上游。 [0057] 上溯鱼群M沿诱鱼梯道1的入口端进入所述鱼道内。所述上溯鱼群M沿所述诱鱼梯道1上游至集鱼池3中，聚集休憩。 [0058] 如果下游闸门7处于关闭状态，上溯鱼群M也可以聚集在副转移池5b中。如果下游闸门7处于开启状态，所述上溯鱼群M经由连接渠道4通过下游闸门7，进入至主转移池5a中。 [0059] 如果上游闸门11处于关闭状态，所述上溯鱼群M在主转移池5a中等待。如果上游闸门11处于开启状态，所述上溯鱼群M通过流水通道12进入船闸闸室13中。随后，所述上溯鱼群M随着船舶一并向上游通行、过坝进入上游水域中。 [0060] 在上述过程中，对于实际的操作来说，在主转移池5a中加设驱鱼装置，可以有效的将上溯鱼群引导迁移至流水通道12中。同样的船闸闸室13中加设驱鱼装置，可以有效的将上溯鱼群引导迁移通过上闸首人字门17，过坝进入上游水域。 [0061] 本发明鱼道与船闸相结合的过鱼设施的使用方法为： [0062] 调节引水主管阀门15以及主转移池引水支管阀门14a和副转移池引水支管阀门14b，保证诱鱼梯道1内的水流人工设置至近似自然河流中水流的流速，同时保证一定的水深。一般所述诱鱼梯道1内水深度不小于1.0米，水流流速不大于0.5米/秒且不小于0.1米/秒。 [0063] 当下游闸门关闭时，上溯鱼群上游至集鱼池中聚集。当下游闸门开启时，上溯鱼群上游至集鱼池后，通过连接渠道进入转移池中特别是主转移池5a中聚集。 [0064] 船舶过船闸的过程中，初始状态时，上闸首16的上闸首人字门17为关闭状态，船闸闸室13内的水位为上游水位20。然后船闸开始泄水，船闸闸室13内的水位降至下游水位21。首先开启下闸首18上的下闸首人字门19，上行船舶进入船闸闸室13中。待所有船舶均进入所述船闸闸室13中后，关闭下闸首人字门19；此时关闭转移池5的下游闸门7并且开启上游闸门11。 [0065] 当下游闸门关闭时，关闭主转移池引水支管阀门，同时调节副转移池引水支管阀门和引水主管阀门。副转移池5b内的引水支管8持续供水保证诱鱼梯道内的水深度不小于1.0米，水流流速不大于0.5米/秒且不小于0.1米/秒。 [0066] 由于初始状态时的船闸闸室13内为下游水位21，低于主转移池5a内的水位，主转移池5a内的上溯鱼群随着水流通过船闸闸室右侧墙10b上的流水通道12，进入船闸闸室13内。 [0067] 如果在主转移池5a中设置有驱鱼装置，应当在关闭下游闸门7及开启上游闸门11的同时启动该驱鱼装置，保证主转移池5a内的上溯鱼群一次性迁移入船闸闸室13中。 [0068] 关闭下闸首人字门19后，开始向船闸闸室13中充水，船闸闸室13内的水位逐渐上升。待船闸闸室13内的水位由大坝下游水位21上升至大坝上游水位20时，开启上闸首16的上闸首人字门17，供船舶通行。在此船舶过坝的过程中，船闸闸室13中上溯鱼群继续上游，和船舶一起穿过上闸首人字门17进入上游水域。 [0069] 上溯鱼群进入船闸闸室13后，船闸闸室13内的水位开始高于主转移池5a内的水位时，关闭转移池5内上游闸门11同时开启下游闸门7。 [0070] 如果在船闸闸室13内安装有驱鱼装置，应当在上溯鱼群进入船闸闸室13后开始启动驱鱼装置，保证全部上溯鱼群随着上行船舶通过上闸首人字门17，进入上游水域。 [0071] 转移池5a或船闸闸室13内如果安装驱鱼装置，具体可以使用移动驱鱼栅或声波驱鱼设备。 [0072] 上述为一次完整的过鱼过程。重复该过程，就可以利用本发明的鱼道与船闸相结合的过鱼设施，达到大量鱼类过坝的目的。 [0073] 除了适用于单级船闸外，本发明还可以用于多级船闸。仅仅区别在于将所述转移池5设置在最低一级船闸的侧墙外，其他设施位置相对不变。同时将各级船闸闸室内安装驱鱼装置，保证上溯鱼群上游迁移过坝。 [0074] 本发明的设施及方法均可以对已建船闸进行改造，可实现船闸过鱼。其工程投资和维护成本均比一般的鱼道工程要明显节省。 [0075] 常见的鱼道设计是直接绕过拦河大坝，人工建设一条新的渠道来连通该河流的上下游水域，模拟原有河道使得鱼群上溯至大坝上游。特别是上下游水位差大的高水头大坝上，鱼道往往设计成蜿蜒曲折的结构来减少其水力坡度便于洄游鱼类通过。这样导致高水头大坝的鱼道全程长度过长，投资高且运营成本高。本发明将鱼道和船闸结合后，将常规鱼道设计的上游出口端从大坝上游水域改成设置在船闸内；然后利用船闸来克服大坝上下游水头，通过船只过坝的过程来将上溯鱼群转移至大坝上游水域，实现洄游鱼群过坝。本发明能够明显的减少鱼道修筑的长度，从而降低投资成本。同时利用现有的船闸结构，运营维护成本也不会增长。 [0076] 其它未详细说明的部分均属于现有技术。 |
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