技术领域
[0001] 本
发明属于
水利
水电工程生态环境技术领域，具体涉及一种应用于拦河坝体的生态过鱼设施。
背景技术
[0002] 为了防洪、发电和通航等需要，工程常在江、河中修建挡水
建筑物，对水生
生态系统带来了一系列的负而影响，包括对鱼类自然种群产生的负而效应，例如拦河筑坝会阻断或延滞鱼类的洄游，造成栖息地的丧失或改变，导致鱼类的减少甚至是灭绝。所以，在修建大坝的同时应该建造合理的过鱼设施，以此来保证洄游鱼类的延续。
[0003] 鱼类的洄游是一种有一定方向、一定距离和一定时间的变换栖息场所的运动。这种运动通常是集群的、有规律的、有周期性的，并具有遗传的特性。国内外过鱼设施发展概况在欧洲修建
鱼道的历史约有 300 多年，我国过鱼设施研究至今 50多年的历史，纵观国内外鱼道发展历史，鱼道发展是一个不断试验研究、不断工程实践、不断优化设计、逐渐达到良好过鱼效果的过程。
[0004] 现有鱼道主要包括如下分类体系：（1）水渠式鱼道，如平面式鱼道、导墙式鱼道、阶梯式鱼道等；（2）捞扬式鱼道（升鱼机式鱼道）；（3）闸
门式鱼道；（4）特殊鱼道。现有仍然采用较多的水渠式鱼道（鱼梯）是一种上、下游的斜槽，槽内沿边壁或底壁设置各种形式的加糙部件，以增加水流阻
力，减缓流速，便于鱼类向上溯游。其中，现有鱼闸的运作原理同船闸相同，这种鱼道一般有两个闸室，一个位于坝的上首，另一个位于坝的底部，上、下两端闸门交错启闭进行过鱼，两者由斜井或竖井相连接，每隔一定时间，关闭底部闸室。底部闸室关闭时，闸室内水位上升，闸室中的鱼群可沿斜井往上游，并通过上闸室的溢
水闸游出。鱼闸过鱼省力省时，适用于游泳能力差的鱼类，占地少，但容纳鱼数量大，并可与船闸并用，造价低。其缺点是每个循环周期需要项闸室内蓄水和放水过程，运行效率低，仅适用于过鱼量不多的枢纽，而且需要机动设备多，维修
费用大。
[0005] 现有水渠式鱼道体系，如公开号CN 104088260A的一种多级助驱式生态鱼道设施及其运行方法，涉及过鱼建筑物和水利水电工程生态环境领域，是一种适用于中、高
水头水利枢纽的鱼道建筑物及过鱼控制方法。该方案通过多级助驱式生态鱼道设施，采用了若干级呈台阶状分布的鱼道单元、鱼道助驱系统、仿生态河流系统、鱼道消能系统和诱鱼
监控系统，该鱼道设施在运行时，与计算机自动控制系统配合使用，实现鱼类逐级智能助驱上溯的目的。该方案虽然用于高水头水利枢纽，但水头高水利枢纽实现鱼群洄游需要更多的阶梯和弯道以及占用更大的迂回面积，水头增高与成本成倍数增长，其上溯而消耗体能小仅相对于现有导墙式鱼道而言，高水头水利枢纽仍然对体力若的鱼群不适合。以上方案在建造时还需要针对不同鱼类特性，开展适合鱼类过坝的各种建筑物水力特性的研究，以及开展具有生态友好的过鱼
水轮机等新型机电设备的研究，才能制定鱼道设计、施工、管理的专业规范。需要根据工程河段主要过鱼对象的种类、过鱼季节、生态习性等，结合工程的闸坝型式、运行方式、地形
地貌、河流特点、水流流态、工程区的环境特征等进行科学论证，并据此开展鱼道设计，导致其实现难度大，不易快速实施和操作。
[0006] 从发展的趋势来看，捞扬式鱼道有望成为高坝过鱼的途径，闸门式鱼道被广泛应用于河口大堰及河流中下游通江湖泊出口节制闸。河流中上游地区大部分采用水渠式鱼道特别是阶梯式鱼道。平面式和导墙式鱼道已渐成过去。现有捞扬式鱼道中典型的方式是升鱼机，升鱼机适宜建在高坝上，与其它类型的过鱼设施相比，升鱼机的主要优点在于它们的建设费用低，即实际费用跟大坝的高度无关；总体积小，对上游水位变化的敏感度低。然而
现有技术中的升降机仍然存在的
缺陷就是它的运行及维修和管理的费用很高。
发明内容
[0007] 本发明针对目前各类鱼道体系存在的缺陷和问题，尤其是针对现有捞扬式鱼道仍然存在设备构造复杂、建设费用高和运营维护成本高等问题，提供一种适合于高坝的结构简化、动力量需求小和建造维护成本低的生态过鱼设施。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的方案之一是采用一种侧驱动式的生态过鱼设施，在拦河坝体背水侧靠近坝肩的
位置设置有提升通道，提升通道以坝体为主体建立两
侧壁垒，两侧壁垒内围成的半封闭区域内设置诱鱼设备，在提升通道封闭区域靠近坝体一侧的内层设置有封闭的竖井，竖井的底部通过连通通道与上游水域连通，或者通过水
泵向竖井内注水，保持竖井内具有高水位；竖井远离坝体的外侧井壁中设置滑轨系统，该滑轨系统是在井壁内设置有封闭的横移室，横移室内匹配套装有横
滑板，横滑板被驱动机构一控制能够在横移室内左右平移滑动；同时在横移室的内、外侧壁的中部对应位置设置有竖向轨道槽，且在横滑板上设置有斜向滑道槽；位于所述竖井外侧的浅水域中设置独立的鱼池，同时在竖井内套装浮体，浮体和鱼池底部通过
连杆固定在一起，连杆贯穿横移室内、外侧壁的竖向滑动槽，同时贯穿横滑板的斜向滑道槽，在竖井顶部设置有泄水机构，当鱼池被提升至竖井顶部时通过泄水机构将鱼池放水至坝体上游。
[0009] 所述驱动机构是在横移室一侧的
墙壁内设置工作室，在工作室内横向安装有
液压缸，液压缸的伸缩
推杆末端固定连接在横滑板的一侧。
[0010] 本发明解决其技术问题所采用的方案之一是采用一种底驱动式的一种生态过鱼设施，在拦河坝体背水侧靠近坝肩的位置设置有提升通道，提升通道以坝体为主体建立两侧壁垒，两侧壁垒内围成的半封闭区域内设置诱鱼设备，在提升通道封闭区域靠近坝体一侧的内层设置有封闭的竖井，竖井的底部通过连通通道与上游水域连通，或者通过水泵向竖井内注水，保持竖井内具有高水位；在竖井底部设置放水通道，放水通道连通于竖井和半封闭区域的浅水域，并在放水通道口安装有封闭的闸门，通过驱动机构二驱动闸门启闭，位于所述竖井外侧的浅水域中布置有独立的鱼池，当鱼池位于竖井底部一段时期后，驱动机构二控制关闭闸门；竖井远离坝体的外侧井壁中设置滑轨系统，该滑轨系统是在井壁内设置有封闭的横移室，横移室内匹配套装有横滑板；同时在横移室的内、外侧壁的中部对应位置设置有竖向轨道槽，且在横滑板上设置有斜向滑道槽；同时在竖井内套装浮体，浮体和所述的鱼池底部通过连杆固定在一起，连杆贯穿横移室内、外侧壁的竖向滑动槽，同时贯穿横滑板的斜向滑道槽，在竖井顶部设置有泄水机构，当鱼池被提升至竖井顶部时通过泄水机构对鱼池放水。
[0011] 以上两方案中又在连杆位于竖向滑动槽内的部分设置有滑动部件。所述滑道部件为一个
滑轮，滑轮的宽度与横移室的宽度一致，滑轮匹配套装在横移室内、外侧壁的竖向滑动槽内，滑轮的圆周侧面匹配套装于斜向滑道槽中，滑轮的内外端面与横移室内、外侧壁摩擦配合。
[0012] 所述鱼池的内侧壁设置有开口并安装有翻转泄水门，该翻转泄水门的底部铰接在鱼池底部，当鱼池运行至竖向轨道槽顶部时，鱼池的翻转泄水门能够自动向外翻转打开。鱼池除了底部封闭式各侧壁外，还在各侧壁上侧环绕固定有网框。
[0013] 另外，又在竖向轨道槽的顶部设置有向迎水面一侧倾斜的斜向滑道槽，且斜向滑道槽的末端被封闭。
[0014] 还可以在所述连通通道内安装有
截止阀，用于控制竖井与上游水域的连通程度，从而可以改变竖井内的水位高度。
[0015] 进一步地，分别在鱼池内的底部和内侧壁布置诱鱼设备。以及在竖井与其外侧的浅水域之间开设有透水孔用于透水形成高水位诱鱼水流，而且位于半封闭区域内的浅水域的水位高度高于坝体下游水域的水位高度，形成从半封闭区域向坝体下游流动的鱼道进口诱鱼水流。
[0016] 进一步地，又在坝体顶面或接近顶面的坝体内设置倾斜至坝体上游一侧的水滑道，鱼池运行至最高位后，鱼池的出口与水滑道相通。
[0017] 以上方案中，在横移室内的底层铺设轨道，并在横滑板底部安装有轨道轮，轨道轮匹配安装于底轨上。对液压缸的驱动控制通过设置
定时器控制，或者在鱼池内安装有检测鱼群数量的
传感器，利用
控制器或电脑系统根据鱼池内鱼群数量变化而控制，或者手动控制液压缸工作。
[0018] 进一步地，可以将浮体设置为竖向的柱状结构，且浮体与竖井内壁形状匹配且靠近，利用竖井内壁对浮体形成约束，防止浮体翻转；在浮体的上端和下端安装有滑轮，滑轮沿竖井内壁滑动用以减少浮体与竖井内壁可能形成的摩擦阻力。
[0019] 本发明的有益效果：1.本发明的两方案中都采用了竖井的结构，利用竖井的高水位对其中的浮体提供足够的
浮力。进一步通过浮体与鱼池连接使其组成整体，当浮体升降时，能够带动鱼池升降，或者至少减少鱼池的提升阻力。当通过设计合适的浮体体积并计算浮体浮力与整体重力接近时，只需要很少的提升驱动力即可实现驱动，从而能够实现小动力驱动的效果。
[0020] 2.由于设置了在横移室的内、外侧壁的中部对应位置设置有竖向轨道槽，连杆贯穿横移室内、外侧壁的竖向滑动槽，连杆位于竖向滑动槽内的部分设置有滑动部件。从而利用连杆和竖向轨道槽的约束作用，能够保证浮体和鱼池的整体能够平稳升降，不会出现偏斜情况。
[0021] 3.本发明各方案中在横滑板上设置有斜向滑道槽，且使连杆同时贯穿横滑板的斜向滑道槽，从而横滑板能够密封竖向轨道槽，使竖井内
水体不能快速沿竖向轨道槽向下排泄，保证水位恒定。其中本发明方案一中当横滑板横向移动时，横滑板能够驱动连杆升降运动，由于浮体和鱼池的组合体受到竖井的浮力作用，浮力与重力接近，所以横滑板的左右移动力度较小。本发明方案二中控制浮体的浮力略大于浮体和鱼池组合重力，从而在控制闸门闭合时，竖井内的水位开始上升，进而通过浮体驱动鱼池上升，置顶并排放鱼池后，通过控制开启闸门使竖井水位迅速下降，确保鱼池回位至底层。该方案中，从竖井排放出的水流会形成入口诱鱼水流，能够刺激和引诱鱼群进入半封闭区域。
[0022] 4.本发明通过在坝体上设置半封闭通道并设置诱鱼设备和由于水流使鱼群进入半封闭区域的鱼道内，利用浮体作为驱动鱼池升降的动力，通过控制浮体和鱼池的组合体实现升降输送，避免了传统鱼道需要爬
楼梯的弊端，很好的解决了鱼类从下游到达上游的问题，相对于现有各类鱼道体系该方案能够实现快速升降控制，具有高效过鱼和显著节能的优点，鱼类的洄游不消耗鱼体力，而与升鱼机相比，其结构简单可靠，更可实现循环高效过鱼，利用天然水体的
势能不产生污染，实现生态鱼水和谐发展。
附图说明
[0023] 图1是本发明应用于拦河坝的
正面示意图。
[0024] 图2是图1中A-A剖面结构示意图。
[0025] 图3是图1中B-B剖面结构示意图。
[0026] 图4是图3的鱼池运行状态示意图。
[0027] 图5是图3的鱼池运行置顶状态示意图。
[0028] 图6是图4中E部放大结构示意图。
[0029] 图7是图5中F部放大结构示意图。
[0030] 图8是鱼池的立体结构示意图。
[0031] 图9是图3中C-C剖面结构示意图。
[0032] 图10是图4中D-D剖面结构示意图。
[0033] 图11是横滑板运行至左右极限位之间任意位置的结构示意图。
[0034] 图中标号：1为拦河坝体，2为坝肩，3为提升通道，4为竖井，5为滑轨系统，51为横移室，511为室顶倾斜段，52为横滑板，53为竖向轨道槽，531为竖轨倾斜段，54为斜向滑道槽，55为上平槽，56为下平槽，57为轨道轮，58为底轨，59为工作室，6为鱼池，61为封闭池，62为网框，63为固定座，64为翻转泄水门，65为
转轴，66为泄水口，67为侧壁，68为
底板，69为圆弧凸起，7为浮体，8为连杆，9为滑动部件，10为液压缸，11为连通通道，12为水滑道。
具体实施方式
[0035] 出于经济建设和国家
能源部署的需要，建设水资源工程是我国今后长期工作目标。鱼类的生存条件由于人类过度捕捞、环境污染等原因已变得相当脆弱。水资源工程的建设势必加重我国鱼类资源生存环境的恶化，在协调水资源开发与鱼类资源保护矛盾中，鱼道建设不失为一种缓解或解决这一问题的工程措施，特别是由于技术进步，一些更有效的生态鱼道的出现，为鱼道的广泛使用开拓了新的空间。
[0036] 鱼道工程应做到技术可行、运行可靠、经济合理、管理维护方便，满足鱼类洄游的要求。下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明。
[0037] 实施例1：采用一种生态过鱼设施，如图1和图2例中在拦河坝体1背水侧靠近坝肩2的位置设置有提升通道3，提升通道以坝体为主体建立两侧壁垒，可以随坝体修建，或者独立于坝体外侧修建。利用提升通道完成对鱼类助驱上溯的目的，鱼类回溯通过在坝体的泄洪通道或放水通道实现。两侧壁垒内围成的半封闭区域内设置诱鱼设备或者通过持续供水形成诱鱼水流。通常是要设计使位于半封闭区域内的浅水域的水位高度高于坝体下游水域的水位高度，形成从半封闭区域向坝体下游流动的鱼道进口诱鱼水流。
[0038] 如图3中在提升通道封闭区域靠近坝体一侧的内层设置有封闭的竖井4，竖井的深度通常要贯穿坝体上下端，竖井的宽度和厚度根据实际设计要求而定，竖井主要用于对浮体提供浮力，达到该目的的设计要求均可。
[0039] 竖井内水位保持的方式之一是在竖井的底部通过连通通道11与上游水域连通，保持竖井内具有高水位。允许从竖井向下游排水以达到诱鱼目的，例如在竖井与其外侧的浅水域之间开设有透水孔用于透水形成高水位诱鱼水流。
[0040] 竖井远离坝体的外侧井壁中设置滑轨系统5，具体地，该滑轨系统是在井壁内设置有封闭的横移室51如图9-图11所示。横移室51内匹配套装有横滑板52，横滑板52被驱动机构一控制能够在横移室51内左右平移滑动。在本实施例中，驱动机构一是在横移室51一侧的墙壁内设置工作室59，在工作室59内横向安装有液压缸10，液压缸的伸缩推杆末端固定连接在横滑板52的一侧。从而，当液压缸工作时，液压缸的伸缩推杆能够推动横滑板52左右平移，横滑板52运行至最左侧极限位时如图9所示，横滑板52运行至最右侧极限位如图10所示，横滑板52运行至左右极限位之间的任意位置如图11所示。通常需要在横移室51内的底层铺设轨道，如图9中的底轨58，以及在横滑板52底部安装有轨道轮57，轨道轮匹配安装于底轨上，从而易于横滑板52左右移动。对液压缸的驱动控制，可以通过设置定时器控制，也可以利用控制器或电脑系统根据鱼池内鱼群数量变化而控制，例如在鱼池内安装有检测鱼群数量的传感器。也可以人为手动控制液压缸工作。
[0041] 位于所述竖井外侧的浅水域中设置独立的鱼池6，同时在竖井内套装浮体7，浮体7和鱼池6底部通过连杆固定在一起，如图3所示。其中鱼池6的结构如图8所示。图8中所示的鱼池包括四周侧壁的封闭池61，且各侧壁上侧环绕固定有网框62，各侧壁下端有固定座63，所述连杆与固定座的中部固定连接在一起。在鱼池内的底部和内侧壁布置诱鱼设备。而且，位于上游一侧的鱼池的内侧壁设置有开口并安装有翻转泄水门64，为斗状。该翻转泄水门64的底部铰接在鱼池底部，如图5和图7所示，当鱼池运行至竖向轨道槽53顶部时，鱼池的翻转泄水门64能够自动向外翻转打开。而且在坝体顶面或接近顶面的坝体内设置倾泄至坝体上游一侧的水滑道12，鱼池运行至最高位后，鱼池的出口与水滑道相通。
[0042] 同时在横移室51的内、外侧壁的中部对应位置设置有竖向轨道槽53如图3和图6所示，且在横滑板52上设置有斜向滑道槽54如图9所示。连杆贯穿横移室51内、外侧壁的竖向滑动槽，同时贯穿横滑板52的斜向滑道槽54。而且，连杆位于竖向滑动槽内的部分设置有滑动部件9。横滑板52能够密封竖向轨道槽53，使竖井内水体不能快速沿竖向轨道槽53向下排泄，保证水位恒定。例如图6和图7所示，滑道部件可以为一个滑轮，滑轮的宽度与横移室51的宽度一致，滑轮匹配套装在横移室51内、外侧壁的竖向滑动槽内，滑轮的圆周侧面匹配套装于斜向滑道槽54中，滑轮的内外端面与横移室51内、外侧壁摩擦配合。从而，当浮体7受到浮力向上运动时能够带动鱼池一起向上运动，在滑轮和相应滑动的约束作用下，浮体和鱼池两者并不会发生倾斜问题。利用连杆和竖向轨道槽53的约束作用，能够保证浮体和鱼池的整体能够平稳升降，不会出现偏斜情况。其中，斜向滑道槽54上侧设置上平槽55，下侧设置下平槽56，能够对连杆上下极限位置进行
定位，而且能够使横滑板封堵竖向轨道槽53。
[0043] 通常将浮体设置为竖向的柱状结构，且浮体与竖井内壁形状匹配且靠近，利用竖井内壁对浮体形成约束，防止浮体翻转。进一步还可以在浮体的上端和下端安装有滑轮，滑轮沿竖井内壁滑动，可减少浮体与竖井内壁可能形成的摩擦阻力。利用竖井的高水位对其中的浮体提供足够的浮力，进一步通过浮体与鱼池连接使其组成整体（浮池整体），当浮体升降时，能够带动鱼池升降，或者至少减少鱼池的提升阻力。例如，通过设计合适的浮体体积以控制浮体的浮力并计算浮体浮力与浮池整体重力接近或相等时，浮力和重量处于近似平衡状态，此时只需要很少的驱动力即可实现升降运动，从而能够实现小动力驱动的效果。
[0044] 位于在竖井顶部的泄水机构可以在鱼池运行置顶后通过薄板推送鱼池内鱼水排放至上游水域，也可以采用如图7所示的结构，使鱼池被提升至竖井顶部时通过泄水机构将鱼池放水至坝体上游水域。如图7所示，在竖向轨道槽53的顶部设置有向迎水面一侧倾斜的斜向滑道槽54，即形成了竖轨倾斜段531，而且也形成了室顶倾斜段511，且斜向滑道槽54的末端被封闭，从而当连杆运行至斜向滑道槽54位置时，滑轮被引导发生倾斜，从而导致鱼池和浮体倾斜（竖井顶部设置允许浮体倾斜的空间）。倾斜后，鱼池的翻转泄水门64能够自动向外翻转打开，鱼池内鱼水一起沿在坝体顶面设置的水滑道12排放至坝体上游水域。从而能够实现鱼类的洄游不消耗鱼体力，而且结构简单可靠，更可实现循环高效过鱼。
[0045] 实施例2：在实施例1
基础上，在实现竖井内水位保持的方式不同，本实施例是通过水泵向竖井内注水，保持竖井内具有高水位。本实施例可以不设置连通通道11，水泵将上游水抽放至竖井内。
[0046] 实施例3：采用另一种生态过鱼设施，如图1和图2在拦河坝体背水侧靠近坝肩的位置设置有提升通道，提升通道以坝体为主体建立两侧壁垒，两侧壁垒内围成的半封闭区域内设置诱鱼设备。
[0047] 在提升通道封闭区域靠近坝体一侧的内层设置有封闭的竖井，竖井的底部通过连通通道与上游水域连通，保持竖井内具有高水位，在本实施中最好在连通通道内安装有
截止阀。
[0048] 竖井远离坝体的外侧井壁中设置滑轨系统，该滑轨系统是在井壁内设置有封闭的横移室51，横移室51内匹配套装有横滑板52。同时在横移室51的内、外侧壁的中部对应位置设置有竖向轨道槽53，且在横滑板52上设置有斜向滑道槽54。
[0049] 位于竖井外侧的浅水域中设置独立的鱼池，同时在竖井内套装浮体，而且将浮体和鱼池底部通过连杆固定在一起。连杆贯穿横移室51内、外侧壁的竖向滑动槽，同时贯穿横滑板52的斜向滑道槽54。
[0050] 在本实施例中，需要在竖井顶部设置有泄水机构，当鱼池被提升至竖井顶部时通过泄水机构对鱼池放水。例如，在竖井底部设置放水通道并安装有封闭的闸门，该放水通道的放水量较大且均匀。通过驱动机构二驱动闸门启闭，此处的驱动机构二是能够使闸门启闭的机构，例如液压缸或升级
电机等。当鱼池被释放至竖井底部时驱动机构二控制开启闸门。
[0051] 具体地，在将实施例1中的驱动机构一更换为本实施例的驱动机构二后，当闸门封闭放水通道时，由于竖井内空间有限，所以竖井内水位会迅速上升，从而驱动浮体和鱼池一起向上运动置顶，在轨道顶部鱼池倾翻使鱼水倾泄排放至上游水域，此时控制连通通道内的截止阀关闭并控制闸门打开，竖井内的水流很快排泄至下游，排泄过程中会形成诱鱼水流，竖井水位下降后，即鱼池被释放至竖井底部时，在等待一定时间后，驱动机构二再控制关闭闸门，依次循环，最终实现鱼池的升降运动和向上游倾泄鱼水的目的。可见，在本实施例中，通过闸门控制竖井内水位高度，通过竖井内水浮力驱动浮体和鱼池一起升降运动。该过程的过鱼效率虽然略低于实施例1，但也具有实施例1各种优点。可以看出，仅通过控制闸门启闭的方式明显具有节能特点。
[0052] 实施例4：在实施例1基础上，通过水泵向竖井内注水，用于控制竖井内水位高度，由于竖井内空间很有限，即使不设置连通通道和截止阀，也能够通过水泵使竖井内的水位快速提升。在控制浮体和鱼池升降时，当闸门开启是关闭水泵，当闸门关闭是开启水泵，从而实现对竖井内水位的快速调节控制，达到实现鱼池的升降运动和向上游倾泄鱼水的目的。
