CN103452077A - 水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，属于水利工程设施领域。该装置包括集鱼挡墙，由两块孔板组成的流量控制栅，消能段，两个出水口，两个鱼道进口，三个鱼道挡墙，隔离网，两个控制闸门等部件。通过调整流量控制栅的两块孔板的相对位置实现对过水流量、流速的控制；鱼道进口设置于两鱼道挡墙之间，在出水口和鱼道进口之间设置控制闸门。本发明实验装置能控制鱼道进口处过水流量、流速；且高效、经济适用、集诱鱼和补水效果为一体；结构简单，操作方便，可靠稳定成本低；通过增加鱼道进口处诱鱼补水流量形成诱鱼水流，诱导鱼类进入鱼道，其诱鱼效果显著，适合于水利工程中推广使用。

Description

水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置

技术领域

本发明涉及水电站鱼道实验装置，特别涉及一种可控制鱼道进口处过水流量、流速、以及集诱鱼效果和补水效果为一体的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，属于水利工程设施领域。

背景技术

水利工程中，过鱼设施是一种人工修建的通道和设施，目的是让鱼类顺利通过其障碍物。鱼道作为过鱼设施的一种，它是在鱼类洄游时供鱼类通过闸、坝的人工水槽。鱼道主要结构组成包括：进口段，槽身段，出口段和辅助设施等。现今鱼道主要分为三个类型：即平面式鱼道；竖缝式鱼道，竖缝式鱼道也称导墙式鱼道；梯级式鱼道，梯级式鱼道也称台阶式鱼道。

在水利工程中，所述几种类型的鱼道是使水生动物区系能够顺利通过妨碍其溯河旅行的障碍物的唯一通路，于是鱼道就成为流水生态改良的关键设施；鱼道的形成和发展体现了人们对修建河道工程引起的水生生态环境问题的重视；因此，鱼道对于恢复鱼类及其他水生物种在河流中的自由通道具有重要的生态意义，经济意义，社会意义和工程意义。

目前，常规鱼道在研究和设计时大多侧重于其内部结构和水流条件等方面。由于缺少对鱼类生活习性和洄游规律等方面的认识，忽略了鱼道进口布置的重要性；导致鱼类进入鱼道困难甚至根本无法进入鱼道，诱鱼效果差等，因此鱼类能否较快地发现和准确进入鱼道进口是鱼道设计的关键因素之一。

发明内容

本发明的目的正是针对现有鱼道及其进口布置中所存在的缺陷和不足，而设计一种能控制鱼道进口处流速、流量；且高效、经济适用的集诱鱼和补水为一体的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置。该实验装置结构简单，操作方便，可靠性稳定且成本低廉；通过增加鱼道进口处诱鱼补水流量并形成诱鱼水流，诱导鱼类进入鱼道，其效果显著，适合于推广使用。

为实现上述本发明的目的，本发明采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

本发明提出的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于该实验装置包括集鱼挡墙，流量控制栅，消能段，第一出水口和第二出水口，第一鱼道进口和第二鱼道进口，第一鱼道挡墙，第二鱼道挡墙和第三鱼道挡墙，隔离网，第一控制闸门和第二控制闸门；所述集鱼挡墙自流量控制栅靠近下游侧并往下游延伸形成，流量控制栅设置在第二出水口上游方向，流量控制栅与其后的消能段衔接，隔离网设置在流量控制栅的下游方向而在第二出水口的上游方向，第一出水口和第二出水口分别与第一鱼道进口和第二鱼道进口相连，在第一出水口和第一鱼道进口之间设置第一控制闸门，在第二出水口和第二鱼道进口之间设置第二控制闸门；第一鱼道进口位于第一鱼道挡墙和第二鱼道挡墙之间，第二鱼道进口位于第二鱼道挡墙和第三鱼道挡墙之间，即在两鱼道挡墙之间则有一鱼道进口。

上述技术方案中，所述流量控制栅采用两块孔板组合形式组成，第一块孔板和第二块孔板分别置于卡槽中；通过调整第一块孔板和第二块孔板的相对位置来实现对过水流量、流速的控制。

上述技术方案中，所述第一块孔板和第二块孔板均由大小相同、间隔均匀的若干横缝竖向排列组成。

上述技术方案中，所述流量控制栅其空隙率通过调节第一块孔板和第二块孔板的相对位置控制在15%-55%。

上述技术方案中，所述第一块孔板和第二块孔板相对位置调整到重合状态时，此时过水流量、流速最大；第一块孔板和第二块孔板相对位置交错排列且相对位置达到最大时，此时过水流量、流速最小。

上述技术方案中，所述集鱼挡墙自流量控制栅靠近下游侧并往下游延伸形成，其延伸长度至第一出水口末端，集鱼挡墙的高度与第一鱼道挡墙、第二鱼道挡墙和第三鱼道挡墙高度相等。

上述技术方案中，所述第一鱼道进口和第二鱼道进口处流速通过流量控制栅控制在0.5～1.0m/s，即能满足鱼道进口处流速要求。

上述技术方案中，所述流量控制栅之后的消能段其原型长度应大于3m，模型长度应大于6cm。

本发明的实验装置中，所述隔离网为网状结构，它在鱼道进口处需要进行补水、开启流量控制栅时，发挥其拦鱼作用。

本发明的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置其基本原理是：利用水电站局部水流落差，引用上游发电下泄水流进行补水诱鱼。为使鱼类能较为容易的找到鱼道的进口并尽量停留于该进口附近，故从流量控制栅靠近下游侧往下游延伸一段挡墙，形成集鱼挡墙。通过流量控制栅和消能段增加补水流量并形成诱鱼水流，与此同时保证补水流速能被鱼类识别，并且低于鱼类冲刺泳速，最终诱导鱼类顺利进入鱼道。为防止体型较小的洄游鱼类从流量控制栅游走，保证进入集鱼挡墙内的鱼只能向鱼道进口游动，故需在消能段前设置隔离网，在打开流量控制栅对鱼道进口进行补水时其隔离网发挥拦鱼作用。

与此同时，本发明采用流量控制栅实现过水流量的可控，其流量控制栅主要是通过两块孔板的相对位置调整来控制过水流量、流速。当流量控制栅的两块孔板处于重合状态时，此时流量控制栅的空隙率最大，其过水流量、流速最大；当流量控制栅通过上下错动两块孔板的位置，使两块孔板相对位置交错排列状态且相对位置达到最大时，两块孔板相互遮掩，此时流量控制栅的空隙率最小，其过水流量、流速也最小。在流量控制栅的下游布设消能段，用于降低鱼道进口处的流速，并使刚从流量控制栅流过的紊乱较为剧烈的水流变得平缓；采用在消能段前设置隔离网来防止体型较小的洄游鱼类通过流量控制栅游走，保证鱼类顺利游入鱼道。其次，还可配合在鱼道诱鱼段设置水泵，自上游抽水后向诱鱼段下游冲水，利用声音和模拟瀑布落水吸引鱼类往鱼道诱鱼段游走并进入鱼道进口；在集鱼挡墙及进口处还可设置集鱼灯，结合鱼道挡墙内侧采用高压气体向水中持续泵气；以及设置电栅驱鱼等辅助诱鱼措施提高其诱鱼效果。

本发明与现有技术相比具有以下的优点及有益技术效果：

1、本发明实验装置为模块化构成，检修维护方便且成本较低，运行简单且减少了实际运行中的频繁操作。

2、本发明实验装置结构新颖，流量控制栅设计为由两块孔板组合组成，单块孔板由均匀的若干横缝组成，通过调整两块孔板相对位置来控制过水流量，流速大小；其结构简单，操作方便。

3、本发明实验装置以满足复杂水流条件下的诱鱼目的为前提，当发电下泄流量减少，进口附近流速较低，而实验装置可以形成局部较高流速的诱鱼水流，当发电机组满发或发电流量较高使得河段普遍高于鱼类冲刺泳速时，类似丁坝的实验装置可以提供一定范围的低流速鱼类休息区，均可达到诱鱼的效果，对因调度而造成频繁的流量变化具有较好的适应性。

4、本发明实验装置就地引用河道水量，利用局部水流落差，上游发电下泄水流进行补水诱鱼，同时可实现控制过水流量；避免采用自库区压力管道引水而产生的消能问题，降低了成本，并且进口流速也满足诱鱼水流流速的要求。

5、本发明实验装置可供各类小型水利工程使用，操作方便，诱鱼效果好。

附图说明

图1本发明水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置俯视平面布置结构示意图；

图2本发明水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置流量控制栅结构示意图，其中（a）为正视图，两块孔板重合状态；（b）为侧视图，两块孔板交错排列状态。

图中，1集鱼挡墙，2流量控制栅，3消能段，4-1第一出水口，4-2第二出水口，5-1第一鱼道进口，5-2第二鱼道进口，6-1第一鱼道挡墙，6-2第二鱼道挡墙，6-3第三鱼道挡墙，7隔离网，8-1第一控制闸门，8-2第二控制闸门，9-1第一孔板，9-2第二孔板，10横缝，11卡槽。

具体实施方式

下面结合附图并用具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

本发明水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其俯视平面结构如图1所示，包括集鱼挡墙1，流量控制栅2，消能段3，第一出水口4-1和第二出水口4-2，第一鱼道进口5-1和第二鱼道进口5-2，第一鱼道挡墙6-1，第二鱼道挡墙6-2和第三鱼道挡墙6-3，隔离网7，第一控制闸门8-1和第二控制闸门8-2。所述流量控制栅2采用两块孔板组合形式组成，第一块孔板9-1和第二块孔板9-2分别置于卡槽11中，两块孔板上分别设置有均匀的横缝10；单块孔板由大小相同、间隔均匀的若干横缝10竖向排列组成；通过在卡槽11中调整两块孔板的相对位置来实现对过水流量、流速的控制；所述集鱼挡墙1与流量控制栅2连接，集鱼挡墙1自流量控制栅2靠近下游侧并往下游延伸形成，其高度等同于第一鱼道挡墙6-1、第二鱼道挡墙6-2和第三鱼道挡墙6-3；流量控制栅2设置在第二出水口4-2上游方向，流量控制栅2与其后的消能段3衔接；隔离网7设置在流量控制栅2的下游方向而在第二出水口4-2的上游方向，主要起拦鱼的作用。第一出水口4-1和第二出水口4-2分别与第一鱼道进口5-1和第二鱼道进口5-2相连，在第一出水口4-1和第一鱼道进口5-1之间设置第一控制闸门8-1，在第二出水口4-2和第二鱼道进口5-2之间设置第二控制闸门8-2；第一鱼道进口5-1位于第一鱼道挡墙6-1和第二鱼道挡墙6-2之间，第二鱼道进口5-2位于第二鱼道挡墙6-2和第三鱼道挡墙6-3之间。

本发明采用往下游延伸一段的集鱼挡墙1使得鱼类能够较为容易的找到鱼道的进口并且尽量停留于进口附近；采用两块孔板组合形式的流量控制栅2进行补水和控制过水流量、流速；采用设置消能段3降低鱼道进口的流速，并将流过流量控制栅2的紊乱剧烈的水流变得平缓；采用在消能段3前设置隔离网7来防止体型较小的洄游鱼类通过流量控制栅2游走，以保证鱼类顺利游入鱼道。

图2流量控制栅结构图，其中（a）为正视图，两块孔板刚好重合的状态，此时流量控制栅2空隙率达到最大；此时过水流量、流速最大；（b）为侧视图，两块孔板交错排列状态且相对位置达到最大，流量控制栅2空隙率最小；此时过水流量、流速最小。实施例

以下为本实施例模型实验中所用参数和条件：

1、所述集鱼挡墙1自流量控制栅2靠近下游侧延伸5m长至第一出水口4-1末端形成，其高度与第一鱼道挡墙6-1、第二鱼道挡墙6-2和第三鱼道挡墙6-3相等。

2、所述流量控制栅2中单块孔板由均匀的若干横缝10竖向排列组成，横缝10原型高度为30cm，第一块孔板9-1和第二块孔板9-2的空隙率均约为55%；本实施例采取两块孔板完全重合状态的控制方式，因此，流量控制栅2的空隙率达到最大55%。

3、所述鱼道进口处铺设鹅卵石，特别是水深方向存在落差的障碍物前应进行底质衔接的鹅卵石铺设。

4、通过集鱼挡墙1和诱鱼措施将鱼诱至进口后尽量停留于进口附近，调整流量控制栅2两块孔板的相对位置进行补水，经过消能段3后形成诱鱼水流，保证补水流速低于鱼类冲刺泳速；最终诱导鱼类进入鱼道进口。

5、所述消能段其模型实验长度为7cm。

6、当水电站发电下泄流量减少时，第一出水口4-1和第二出水口4-2流速降低，实验装置利用流量控制栅2形成局部较高流速的诱鱼水流；当机组满发或发电流量较高使得河段流速普遍高于鱼类冲刺泳速时，该实验装置类似丁坝提供一个低流速的鱼类范围休息区。

本实施例中模型试验装置按照图1结构所示布置连接好各部件，然后分别进行了电站厂房2台机组、3台机组、4台机组与6台机组的放水试验；在4种不同工况下，用流量测速仪测量模型试验的出水口局部区域及鱼道进口处流速分布，且测量流速时流量控制栅2采取两块孔板完全重合的控制方法。

工况1：上游库水位高程554.0m，电站2台机组发电，流量为679.4（m³/s）；

工况2：上游库水位高程554.0m，电站3台机组发电，流量为1105.1（m³/s）；

工况3：上游库水位高程554.0m，电站4台机组发电，流量为1579.8（m³/s）；

工况4：上游库水位高程554.0m，电站6台机组满发，流量为2750.6（m³/s）。

用流量测速仪测量所述鱼道进口处在四种不同工况下的流速，其结果分别为：0.60m/s、0.63m/s、0.62m/s和0.78m/s，均小于1.00m/s，因此即能满足进口诱鱼流速要求。若运行后监测发现洄游鱼类感应流速超过1.00m/s，则只需要通过调节第一孔板9-1和第二孔板9-2的相对位置来调整流量控制栅2的空隙率即可。

Claims (8)

1.一种水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于包括集鱼挡墙（1），流量控制栅（2），消能段（3），第一出水口（4-1）和第二出水口（4-2），第一鱼道进口（5-1）和第二鱼道进口（5-2），第一鱼道挡墙（6-1），第二鱼道挡墙（6-2）和第三鱼道挡墙（6-3），隔离网（7），第一控制闸门（8-1）和第二控制闸门（8-2）；所述集鱼挡墙（1）自流量控制栅（2）靠近下游侧并往下游延伸形成，流量控制栅（2）设置在第二出水口（4-2）的上游方向，流量控制栅（2）与其后的消能段（3）衔接，隔离网（7）设置在流量控制栅（2）的下游方向而在第二出水口（4-2）的上游方向，第一出水口（4-1）和第二出水口（4-2）分别与第一鱼道进口（5-1）和第二鱼道进口（5-2）相连，在第一出水口（4-1）和第一鱼道进口（5-1）之间设置第一控制闸门（8-1），在第二出水口（4-2）和第二鱼道进口（5-2）之间设置第二控制闸门（8-2）；第一鱼道进口（5-1）位于第一鱼道挡墙（6-1）和第二鱼道挡墙（6-2）之间，第二鱼道进口（5-2）位于第二鱼道挡墙（6-2）和第三鱼道挡墙（6-3）之间。

2.根据权利要求1所述的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于所述流量控制栅（2）采用两块孔板组合形式组成，第一块孔板（9-1）和第二块孔板（9-2）分别置于卡槽（11）中；通过调整第一块孔板（9-1）和第二块孔板（9-2）的相对位置来实现对过水流量、流速的控制。

3.根据权利要求2所述的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于所述第一块孔板（9-1）和第二块孔板（9-2）均由大小相同、间隔均匀的若干横缝（10）竖向排列组成。

4.根据权利要求2所述的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于所述流量控制栅（2）其空隙率通过调节第一块孔板（9-1）和第二块孔板（9-2）的相对位置控制在15%-55%。

5.根据权利要求2或3所述的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于所述第一块孔板（9-1）和第二块孔板（9-2）相对位置调整到重合状态时，此时过水流量、流速最大；第一块孔板（9-1）和第二块孔板（9-2）相对位置交错排列且相对位置达到最大时，此时过水流量、流速最小。

6.根据权利要求1所述的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于所述集鱼挡墙（1）自流量控制栅（2）靠近下游侧并往下游延伸形成，其延伸长度至第一出水口（4-1）末端，集鱼挡墙（1）的高度与第一鱼道挡墙（6-1）、第二鱼道挡墙（6-2）和第三鱼道挡墙（6-3）高度相等。

7.根据权利要求1或2所述的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于所述第一鱼道进口（5-1）和第二鱼道进口（5-2）处流速通过流量控制栅（2）控制在0.5～1.0m/s，即能满足鱼道进口处流速要求。

8.根据权利要求1所述的水电站鱼道进口诱鱼补水实验装置，其特征在于所述流量控制栅（2）之后的消能段（3）其原型长度应大于3m，模型长度应大于6cm。

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