CN104088260A - 多级助驱式生态鱼道设施及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了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。本发明的多级助驱式生态鱼道设施包括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。本发明的鱼道设施及其运行方法具有辅助鱼类通过中、高水头水利枢纽洄游上溯而消耗体能小的优点，设计巧妙、自动化程度高，能够极大地提高鱼道的过鱼效果，有利于保护天然渔业资源、保障河流水生生态系统的连续性和多样性。

Description

多级助驱式生态鱼道设施及其运行方法

技术领域

本发明属于鱼类洄游能力、过鱼设施和水利水电工程生态环境领域，具体涉及一种多级助驱式生态鱼道设施及其运行方法。

背景技术

在世界各地的河流中，人们为了防洪、发电、灌溉、航运和供水等修建了大量的水利水电工程，大坝提高水位、阻断河流，导致自然河流这个开放、连续的系统在能量流动、物质循环及信息传递等方面发生一系列的改变，使生活其中的鱼类生存所需的生境条件、水文情势发生变化，最终对鱼类资源产生影响，如洄游或鱼类其它活动可能被延迟或终止、鱼类下行通过坝体建筑物或水轮机时遭受的伤害、生态景观破碎等。这些影响会导致河流生态环境发生变化、鱼类种群遗传多样性丧失和经济鱼类品质退化，特别是对于需洄游产卵的鱼类几乎带来了灭顶之灾。为了保护天然渔业资源、保障水生生态系统的连续性和多样性，目前采取的主要修复措施是在水电水利工程中修建鱼道，帮助鱼类洄游。

鱼道是闸坝或天然障碍处为鱼类洄游而兴建的一种过鱼建筑物，是降低闸坝对鱼类生存和繁殖干扰的一种生态措施。但由于缺乏对鱼道的结构、水流流态和洄游鱼类的习性和行为的深入了解，导致了大部分鱼道在诱鱼效果和保持过道鱼类体力及延续过道鱼类的发育过程方面有较大的缺陷，同时，传统鱼道也难以满足当地鱼类对流速、流态的要求，这些因素直接导致了我国大多数鱼道建成后运行效果不理想。因此，深入开展鱼道结构和鱼道水力特性研究，深刻剖析水利水电工程建设对鱼类等生物的影响机制并实时采取修复措施，可以弥补拦河建筑物对河流迁移回游鱼类的生态影响，实现生态水利、和谐水利的建设理念，对促进河流生态文明健康发展具有非常重要的现实意义。

世界上现有鱼道的主要类型有丹尼尔式、溢流堰式、淹没孔口式、竖缝式、组合式、特殊结构式和仿自然式。丹尼尔式鱼道水槽的槽壁和槽底设有阻板和底坎，流量较大，能改善下游吸引鱼类的条件，但水流紊动剧烈，水位变动的适应性差，只适合游泳能力较强劲的鱼类；溢流堰式鱼道使鱼类从堰顶通过，过流较平稳，但消能不充分，水位变动的适应性差，只适合喜欢在表层洄游和有跳跃习性的鱼类；淹没孔口式鱼道过鱼孔淹没在水下，能适应水位变动的性能较好，但消能不够充分，主要依靠水流扩散来消能，孔口布置在鱼道的中低层，只适合喜欢在底层洄游的大中型鱼类；竖缝式鱼道的水槽大部分被拦截，仅留下一条过鱼竖缝，消能效果较充分，能适应较大水位变幅，能适应较复杂流态的大中型鱼类，但易造成池室内水流的弯折和紊动；组合式鱼道为溢流堰、潜孔及竖缝的组合，能较好发挥各种类型孔口的水力特性，能适应不同习性鱼类，但结构复杂、设定难度大；特殊结构式鱼道用填满刨花的竹篓等固定在混凝土墙上，结构简单，经济，但编筐和竹篓等易腐烂，需经常更新，只适合会爬行、能粘附、善于穿越草丛的鱼类；仿自然式鱼道水流能耗通过浅滩、粗石子或小型瀑布实现，鱼类在池中的休息条件良好，可满足多种鱼类的要求，只适用水头较小，要求有合适的地形。

随着我国经济的飞速发展，我国建设水利工程的规模越来越大，坝体越来越高。根据2011-2012年《全国第一次水利普查公报》，目前我国共有水库98002座，大、中型水库共4694座。大坝建设对河流生态系统的影响也越来越严重，中、高水头水利枢纽上行过鱼设施鱼道运行时受上游水位和流量的影响，流速、流态都不稳定，传统的鱼道一般只适用坝高在20～25m以下的低水头水利枢纽，且鱼上溯过程中需要耗费很大能量。虽然鱼闸、升鱼机等过鱼设施已经运用于中、高水头水利枢纽，但是由于鱼闸和升鱼机的运行方式与天然洄游方式差别太大，诱鱼效果并不理想，仍难以满足高坝过鱼的要求，迫切需要一种能适用于高坝的新型鱼道，弥补人类修建拦河建筑物对洄游鱼类造成的生存影响。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多级助驱式生态鱼道设施及其运行方法，攻克现有鱼道难以适用于中、高水头水利枢纽的难题，既可以辅助洄游鱼类及时过坝、提高鱼道的过鱼效果、保护天然渔业资源、保障水生生态系统的连续性和多样性，又可以缩短鱼道长度、减小鱼类上溯过程中的体能消耗、降低对鱼类克流能力和连续跳跃能力的要求、避免对鱼类性腺发育的影响。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的多级助驱式生态鱼道设施，包括若干级呈台阶状分布的鱼道单元、鱼道助驱系统、鱼道消能系统和诱鱼监控系统；

所述鱼道单元包含后横挡板、拱腔室、第一前横挡板、第二前横挡板、鱼道底板、分流底板、分流室、鱼道两翼墙，所述鱼道两翼墙位于鱼道的左右两侧，后横挡板、第一前横挡板、第二前横挡板、鱼道底板、分流底板的左、右两端分别固定连接在鱼道两翼墙上，所述后横挡板下部垂直固定于水平的分流底板后端，后横挡板中部与相邻的上一级鱼道单元的分流底板前端连接，后横挡板上部和上一级鱼道单元的鱼道底板前端相连接，所述第一前横挡板、第二前横挡板分别与鱼道底板垂直连接，所述拱腔室位于后横挡板、第一前横挡板和第二前横挡板之间，所述鱼道底板上方为台阶跌坎，鱼道底板下方为分流室，分流室由分流底板、鱼道底板、第二前横挡板和后横挡板围合而成；

所述鱼道助驱系统包含活塞拱及驱鱼网、循环轨道、升降机和弹射器，所述活塞拱及驱鱼网在升降机的驱动下在拱腔室内上下往复运动，活塞拱及驱鱼网由活塞拱和附着在活塞拱上的驱鱼网组成，所述升降机固定在分流底板上并连接在活塞拱下部，所述弹射器安装在活塞拱和驱鱼网之间，所述循环轨道分段凹嵌在鱼道两翼墙上，且呈齿链皮带状，循环轨道两端装设有驱动齿轮；

所述鱼道消能系统包括双旁通管、吸音板、第一前横挡板和处于运动状态的活塞拱及驱鱼网，所述双旁通管在鱼道两翼墙外侧倾斜30°～45°连接相邻分流室和台阶跌坎，所述吸音板安放在分流底板上；

所述诱鱼监控系统包括集鱼灯、回声探测仪和诱鱼台，所述诱鱼台设置在最下游，与坝后自然水体衔接，所述集鱼灯安放在诱鱼台斜上方高于水面的位置；所述回声探测仪安放在诱鱼台相邻的上一级鱼道单元的鱼道底板。回声探测仪起到监控鱼类功能。

作为优选，还包括仿生态河流系统，所述仿生态河流系统包含诱鱼水草和鱼道底板沙纹，诱鱼水草和鱼道底板沙纹分别安装在鱼道底板上，鱼道底板沙纹为黄色，使得鱼道与天然河床更相近，仿生态河流效果好。

作为优选，活塞拱为拱形结构，两端的拱肩呈楔形，所述驱鱼网也为拱形结构，呈现鱼网状，所述驱鱼网通过弹射器附着在活塞拱上，并可以在弹射器的作用下与活塞拱分离或重新附着。

所述第一前横挡板靠近活塞拱一侧为弓形凸面，另一侧为WES剖面溢流堰，所述第二前横挡板靠近活塞拱一侧为弓形凸面，另一侧为平面，第一前横挡板采用WES剖面溢流堰，使得水流更平顺，同时避免鱼道内水流溶解氧过饱和的产生，保护洄游鱼类的生理健康。其中，WES剖面是美国陆军工程兵团水道试验站的标准剖面，WES剖面溢流堰的堰面较瘦，可节省工程量，堰面压强分布较理想，负压不大，对安全有利(《水力学》赵昕张晓元等编著)。

作为优选，拱腔室由后横挡板的弓形凹面、第一前横挡板弓形凸面、第二前横挡板弓形凸面、鱼道底板和鱼道两翼墙上的楔形拱座围合而成，使得活塞拱可以自由在拱腔室上下移动。

作为优选，所述后横挡板相对于同一鱼道单元位于鱼道底板之上的部分为中间空心、两侧栅格状，位于鱼道底板之下的部分为中间空心，靠近升降机的一侧为栅格状弓形凹面、另一侧为实平面，内部装有多孔调节阀，可以实现流量及时分流调节，内部的多孔调节阀和两侧的栅格使得流过后横挡板水流更均匀，有利于保护活塞拱的稳定性。

作为优选，所述驱鱼网两端装有齿轮，驱鱼网的齿轮与循环轨道的齿链皮带互相啮合，使得驱鱼网沿着循环轨道逆时针运动一圈，重新附着在活塞拱上，驱鱼网在循环轨道的齿链皮带啮合驱动下，沿着轨道水平往复运动，将其鱼道单元的鱼全部助推到上一级鱼道单元中，极大地提高了过鱼效率。

在本发明中，所述分流底板与相邻两个后横挡板连接并固定为一个整体，分流底板上铺设有吸音板；所述鱼道底板与第一前横挡板、第二前横挡板及下一级鱼道单元的后横挡板垂直相固定连接，鱼道底板底部布设有黄色的沙纹，每相隔3-5个鱼道单元，在鱼道底板底部布设诱鱼水草。

在本发明中，分流室位于鱼道底板正下方，由分流底板、鱼道底板、第二前横挡板、后横挡板和鱼道两翼墙的一部分组成，分流室与下一级鱼道单元的台阶跌坎之间设有相通的双旁通管；所述双旁通管的旁通管入水口位于分流室内，为顺直管进口，双旁通管的旁通管出水口位于下一级鱼道单元的台阶跌坎内，为弯道出水口。

本发明的多级助驱式生态鱼道设施在运行时，配合使用计算机自动控制系统。所述计算机自动控制系统包括多孔调节阀、升降机、计算机和多普勒超声波明渠流量计，所述多孔调节阀安装在后横挡板内部，所述多普勒超声波明渠流量计安放在上游鱼道口的水面上，所述计算机通过数据线连接回声探测仪、多孔调节阀、升降机和多普勒超声波明渠流量计。

基于上述多级助驱式生态鱼道设施的运行方法，包括以下步骤：

①在鱼类洄游季节，利用多普勒超声波明渠流量计测得上游鱼道口平均流速和水深，通过计算机计算流量，确定鱼道单元的多孔调节阀开度，将指令传给各级鱼道单元的多孔调节阀，将鱼道流量控制在适宜范围内；

②打开集鱼灯，在集鱼灯、诱鱼台和台阶跌落水声的共同诱导作用下鱼类开始上行聚集；

③通过计算机监视回声探测仪，当鱼类产生的声音达到设定的阈值时，由计算机向下游第一级鱼道单元的升降机和循环轨道发出指令，活塞拱及驱鱼网在该升降机驱动下开始缓慢上升，第一级鱼道单元逐渐形成水池，抬高水位、减缓流速，当活塞拱及驱鱼网上升到最大高度时触发弹射器，使驱鱼网从活塞拱上弹射脱离，并进入循环轨道，驱鱼网两端的齿轮在循环轨道表面的齿链皮带啮合作用下沿着循环轨道的上轨道向上游水平移动，助驱进入第一鱼道单元的鱼全部上行；

④当驱鱼网上移到第一前横挡板时，由计算机向下游第二级鱼道单元的升降机发出指令，第二级鱼道单元的活塞拱及驱鱼网在其升降机驱动下开始缓慢上升，第二级鱼道单元逐渐形成水池，抬高水位、减缓流速，当活塞拱及驱鱼网上升到最大高度时触发弹射器，使驱鱼网从活塞拱上弹射脱离，并进入下游第二级鱼道单元的循环轨道，同样地，驱鱼网两端的齿轮在循环轨道表面的齿链皮带啮合作用下沿着循环轨道的上轨道向上游水平移动，助驱进入第二鱼道单元的鱼全部上行；

⑤在执行步骤④的同时，第一级鱼道单元的驱鱼网在两端齿轮驱动作用下，与第一级鱼道单元循环轨道表面的齿链皮带啮合，沿着循环轨道的下轨道返回并附着在活塞拱上，然后第一级鱼道单元的升降机开始下降，恢复到原始状态，完成一个周期；

⑥各级鱼道逐级助驱方式按步骤④、⑤的过程完成，直到完成鱼进入上游

⑦在鱼道逐级向上游助驱的同时，下游第一级鱼道按步骤③运行；如此一级接一级的助驱循环输送，完成整个鱼道的上行过程。

在鱼类洄游季节结束后，由计算机控制关闭回声探测仪、多孔调节阀、升降机和多普勒超声波明渠流量计。

本发明的多级助驱式生态鱼道设施在运行过程中可以逐渐形成临时性水池，抬高水位、减缓流速，辅助鱼类上行。其中，活塞拱及驱鱼网均为拱形结构，荷载的大部分通过拱作用传至鱼道两翼墙维持稳定。所述的活塞拱两端的拱肩为楔型，增加拱肩与拱座的受力面积，同时使得拱肩嵌入拱座，保持活塞拱上下运动的稳定性；所述的驱鱼网为鱼网状结构，减小运行阻力，整体呈现拱形，利用拱形的受力特性增加驱鱼网的稳定性；所述的弹射器兼具弹射分离和重新附着驱鱼网的功能。

有益效果：本发明的多级助驱式生态鱼道设施及其运行方法，具有以下有益效果：

(1)本发明中的多级助驱方式实现鱼道的连续过鱼，缩短过鱼时间，减小体能消耗，保障鱼类安全，尤其对体质较差或体能消耗过大的鱼类有积极的保护作用，为鱼类后续上行洄游保存了体力，对性腺发育无不良影响，为优质产卵提供了保证；

(2)本发明中的独特鱼道单元结构设定，使得鱼道在运行过程中逐渐形成水池、形成类似天然河流的适宜流态和水动力条件，从而辅助鱼类实现上溯；

(3)本发明中的驱鱼网可以在循环轨道的齿链皮带啮合驱动下，沿着轨道往复运动，将其鱼道单元的鱼全部助推到上一级鱼道单元中，极大地提高了过鱼效率；

(4)本发明中的鱼道底板布设有黄色沙纹、诱鱼水草，双旁通管弯道出口能够在池内形成环流，使得鱼道与天然河床更相近，仿生态河流效果好；

(5)本发明中的后横挡板的特殊设定，可以实现流量及时分流调节，内部的多孔调节阀和两侧的栅格使得流过后横挡板水流更均匀，有利于保护活塞拱的稳定性；

(6)本发明中的第一前横挡板采用WES剖面溢流堰，使得水流更平顺，同时避免鱼道内水流溶解氧过饱和的产生，保护洄游鱼类的生理健康；

(7)本发明中的吸音板可以降低水流声音，减小自然水声对回声探测仪的监测影响，提高回声探测仪的准确性；

(8)本发明自动化程度高，整个鱼道设施运行过程由计算机控制，可以根据监控数据实时调整流量，控制鱼道运行进程，控制鱼道单元工作间隔；

(9)本发明鱼道设施可根据地形、地貌灵活布置，可由升降机调整某段或某级水池的深度；

(10)本发明能够适用于中、高水头大型水利枢纽工程过鱼，弥补了现有鱼道只能适用于低水头过鱼的缺憾，极大地减轻了人类修建拦河建筑物对洄游鱼类造成的生存影响。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1中的鱼道单元结构图；

图4为图1中的活塞拱示意图；

图5为图1中的鱼道两翼墙及拱腔室示意图；

图6为多级助驱式生态鱼道设施运行中的的鱼道单元结构图。

图中：1、拱腔室,2、活塞拱及驱鱼网,3、第一前横挡板，4、循环轨道,5、诱鱼水草，6、鱼道底板,7、鱼道底板沙纹,8、回声探测仪，9、集鱼灯，10、诱鱼台，11、分流底板，12、吸音板，13、分流室，14、旁通管出水口，15、双旁通管，16、旁通管入水口，17、后横挡板，18、多孔调节阀，19、第二前横挡板，20、升降机，21、计算机，22、上游鱼道口，23、多普勒超声波明渠流量计，24、鱼道两翼墙，25、活塞拱，26、拱肩，27、驱鱼网，28、弹射器，29、拱座，30、活塞拱出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图6所示，本发明的多级助驱式生态鱼道设施，包括若干级呈台阶状分布的鱼道单元、鱼道助驱系统、鱼道消能系统和诱鱼监控系统。

其中，鱼道单元包含拱腔室1、第一前横挡板3、循环轨道4、鱼道底板6、鱼道底板沙纹7、分流底板11、吸音板12、分流室13、双旁通管15、后横挡板17、多孔调节阀18、第二前横挡板19、升降机20、鱼道两翼墙24、活塞拱25、驱鱼网27、弹射器28、拱座29。拱腔室1由第一前横挡板3、第二前横挡板19、后横挡板17、鱼道两翼墙24上的楔形拱座29和分流底板11围合而成，拱腔室1位于后横挡板17、第一前横挡板3和第二前横挡板19之间。鱼道底板6上方为台阶跌坎，鱼道底板6下方为分流室13，分流室13由分流底板11、鱼道底板6、第二前横挡板19和后横挡板17围合而成。后横挡板17、拱腔室1、第一前横挡板3、第二前横挡板19、鱼道底板6、分流室13、鱼道两翼墙24构成上、下双层结构的台阶跌坎与分流室组合体活。塞拱25、驱鱼网27和弹射器28在鱼道单元非运行状态时结合为整体的活塞拱及驱鱼网2，在鱼道单元初始运行时，活塞拱及驱鱼网2在升降机20驱动下开始上升，当活塞拱25上升到最大高度时，触发弹射器28将驱鱼网27送入循环轨道4，继而驱鱼网27在循环轨道4的齿链皮带驱动下逆时针缓慢运动一周，然后通过弹射器附着到活塞拱25上，接着活塞拱及驱鱼网2在升降机20驱动下开始下降，恢复到原始状态(计算机控制)；升降机20固定在分流底板11上，并连接在活塞拱25下部。循环轨道4分段凹嵌在鱼道两翼墙24上，且呈齿链皮带状，循环轨道4两端有驱动齿轮，整条轨道上装设的齿链皮带与驱鱼网27两端齿轮能够互相啮合。弹射器28安装在活塞拱25和驱鱼网27之间；第一前横挡板3的下缘和第二前横挡板19的上缘都与鱼道底板6垂直相连接固定，鱼道底板6水平布置，后横挡板17下部垂直固定于水平的分流底板11后端，中部和上部分别与相邻的上一级鱼道单元分流底板11前端和鱼道底板6前端相连接。鱼道两翼墙24位于鱼道左右的两侧，并与后横挡板17、第一前横挡板3、第二前横挡板19、鱼道底板6、分流底板11的左、右两端垂直连接固定；双旁通管15在鱼道两翼墙24外侧倾斜30°～45°连接相邻分流室13和台阶跌坎，旁通管入水口16位于分流室13内，均为顺直管进口，旁通管出水口14位于下一级鱼道单元的台阶跌坎内，均为弯道出水口；吸音板12布置在分流底板11上，降低水流声音，减小自然水声对回声探测仪监测效果的影响。

鱼道助驱系统包含活塞拱及驱鱼网2、循环轨道4、升降机20和弹射器28，置于拱腔室1内的活塞拱及驱鱼网2具有活塞拱25和附着在活塞拱25上的驱鱼网27，活塞拱25下方设有升降机20，升降机20固定在分流底板11并连接在活塞拱25下部，活塞拱25在升降机20驱动下在拱腔室1内上下往复运动，弹射器28安装在活塞拱25和驱鱼网27之间，循环轨道4分段凹嵌在鱼道两翼墙24上，且呈齿链皮带状，循环轨道4两端装设有驱动齿轮；鱼道消能系统包括双旁通管15、吸音板12、第一前横挡板3和处于运动状态的活塞拱及驱鱼网2，双旁通管15在鱼道两翼墙24外侧倾斜30°～45°连接相邻分流室13和台阶跌坎，吸音板12安放在分流底板11上；诱鱼监控系统包括集鱼灯9、回声探测仪8和诱鱼台10，诱鱼台10设置在最下游，与坝后自然水体衔接，集鱼灯9安放在诱鱼台10斜上方高于水面的位置，回声探测仪8安放在诱鱼台10相邻的上一级鱼道单元的鱼道底板6。回声探测仪8起到监控鱼类功能。

本发明的多级助驱式生态鱼道设施在运行时，配合使用计算机自动控制系统。计算机自动控制系统包括回声探测仪8、多孔调节阀18、升降机20、计算机21和多普勒超声波明渠流量计23，回声探测仪8安放在诱鱼台10相邻的上一级鱼道单元的鱼道底板6上，多孔调节阀18安装在后横挡板17内部，多普勒超声波明渠流量计23安放在上游鱼道口22的水面上，计算机21通过数据线连接回声探测仪8、多孔调节阀18、升降机20和多普勒超声波明渠流量计23。

在本实施例中，还包括仿生态河流系统，仿生态河流系统包含诱鱼水草5和鱼道底板沙纹7，诱鱼水草5和鱼道底板沙纹7分别安装在鱼道底板6上，使得鱼道与天然河床更相近，仿生态河流效果好；活塞拱25为拱形结构，两端的拱肩26呈楔形，驱鱼网27也为拱形结构，呈现鱼网状，通过弹射器28附着在活塞拱25上，并可以在弹射器28的作用下与活塞拱25分离或重新附着；后横挡板17相对于同一鱼道单元位于鱼道底板6之上的部分为中间空心、两侧栅格状，位于鱼道底板6之下的部分为中间空心，靠近升降机20的一侧为栅格状弓形凹面、另一侧为实平面，内部装有多孔调节阀18，可以实现流量及时分流调节，内部的多孔调节阀18和两侧的栅格使得流过后横挡板17水流更均匀，有利于保护活塞拱25的稳定性；第一前横挡板3靠近活塞拱25一侧为弓形凸面，另一侧为WES剖面溢流堰，第二前横挡板19靠近活塞拱25一侧为弓形凸面，另一侧为平面，第一前横挡板3采用WES剖面溢流堰，使得水流更平顺，同时避免鱼道内水流溶解氧过饱和的产生，保护洄游鱼类的生理健康；拱腔室1由后横挡板17的弓形凹面、第一前横挡板3弓形凸面、第二前横挡板19弓形凸面、鱼道底板6和鱼道两翼墙24围合而成，使得活塞拱25可以自由在拱腔室1上下移动。

在本实施例中，驱鱼网27两端装有齿轮，驱鱼网27的齿轮与循环轨道4的齿链皮带互相啮合，使得驱鱼网27沿着循环轨道4逆时针运动一圈，重新附着在活塞拱25上，驱鱼网27在循环轨道4的齿链皮带啮合驱动下，沿着轨道往复运动，将其鱼道单元的鱼全部助推到上一级鱼道单元中，极大地提高了过鱼效率。

在本实施例中，分流底板11与相邻两个后横挡板17连接并固定为一个整体，分流底板11上铺设有吸音板12；鱼道底板6与第一前横挡板3、第二前横挡板19及下一级鱼道单元的后横挡板17垂直相固定连接，鱼道底板6底部布设有黄色的沙纹，每相隔3-5个鱼道单元，在鱼道底板6底部布设诱鱼水草5。

在本实施例中，分流室13位于鱼道底板6正下方，由分流底板11、鱼道底板6、第二前横挡板19、后横挡板17和鱼道两翼墙24的一部分组成，分流室13与下一级鱼道单元的台阶跌坎之间设有相通的双旁通管15；双旁通管15的旁通管入水口16位于分流室13内，为顺直管进口，双旁通管15的旁通管出水口14位于下一级鱼道单元的台阶跌坎内，为弯道出水口。鱼道两翼墙24两侧设有拱座29，拱座29设有导向槽，活塞拱25可以沿导向槽上下移动，鱼道两翼墙24之间设有活塞拱出口30。

一种基于上述多级助驱式生态鱼道设施的运行方法，通过计算机控制多级助驱生态鱼道单元运行状态、接力输送洄游鱼类，实现洄游鱼类的过坝上溯，本实施例中运行方法包括以下步骤：

①在鱼类洄游季节，通过研究不同洄游鱼类的克流能力、生理习性和行为特点，预先设定计算机控制系统21的参数，由计算机控制多级助驱式生态鱼道各级水池单元的多孔调节阀18开度和升降机20的运行状况。具体是利用多普勒超声波明渠流量计23测得上游鱼道口22平均流速和水深，根据预先设定的参数，通过计算机21计算分流流量，确定鱼道单元的多孔调节阀18开度，将指令传给各级鱼道单元的多孔调节阀18，将鱼道流量控制在适宜范围内；

②打开集鱼灯9，在集鱼灯9、诱鱼台10和台阶跌落水声的共同诱导作用下鱼类开始上行聚集；

③通过计算机21监视回声探测仪8，当鱼类产生的声音达到设定的阈值时，由计算机21向下游第一级鱼道单元的升降机20和循环轨道4发出指令，活塞拱及驱鱼网2在该升降机20驱动下开始缓慢上升，第一级鱼道单元逐渐形成水池，抬高水位、减缓流速，当活塞拱及驱鱼网2上升到最大高度时触发弹射器28，使驱鱼网27从活塞拱25上弹射脱离，并进入循环轨道4，驱鱼网27两端的齿轮在循环轨道4表面的齿链皮带啮合作用下沿着循环轨道4的上轨道向上游移动，助驱进入第一鱼道单元的鱼全部上行；

④当驱鱼网27上移到第一前横挡板3时，由计算机21向下游第二级鱼道单元的升降机20发出指令，第二级鱼道单元的活塞拱及驱鱼网2在其升降机20驱动下开始缓慢上升，第二级鱼道单元逐渐形成水池，抬高水位、减缓流速，当活塞拱及驱鱼网2上升到最大高度时触发弹射器28，使驱鱼网27从活塞拱25上弹射脱离，并进入下游第二级鱼道单元的循环轨道4，同样地，驱鱼网27两端的齿轮在循环轨道4表面的齿链皮带啮合作用下沿着循环轨道4的上轨道向上游移动，助驱进入第二鱼道单元的鱼全部上行；

⑤在执行步骤④的同时，第一级鱼道单元的驱鱼网27在两端齿轮驱动作用下，与第一级鱼道单元循环轨道4表面的齿链皮带啮合，沿着循环轨道4的下轨道返回并附着在活塞拱25上，然后第一级鱼道单元的升降机20开始下降，恢复到原始状态，完成一个周期；

⑥各级鱼道逐级助驱方式按步骤④、⑤的过程完成，直到完成鱼进入上游

⑦在鱼道逐级向上游助驱的同时，下游第一级鱼道按第③步运行；如此一级接一级的助驱循环输送，完成整个鱼道的上行过程。

在鱼类洄游季节结束后，由计算机21关闭回声探测仪8、多孔调节阀18、升降机20和多普勒超声波明渠流量计23。

本发明的多级助驱式生态鱼道设施及其运行方法适合于中、高水头大型水利枢纽工程过鱼，弥补了现有鱼道只能适用于低水头过鱼的缺憾，极大地减轻了人类修建拦河建筑物对洄游鱼类造成的生存影响。多级助驱方式实现鱼道的连续过鱼，缩短过鱼时间，减小体能消耗，保障鱼类安全，尤其对体质较差或体能消耗过大的鱼类有积极的保护作用，为鱼类后续上行洄游保存了体力，对性腺发育无不良影响，为优质产卵提供了保证。鱼道在运行过程中逐渐形成水池、形成类似天然河流的适宜流态和水动力条件，鱼道底板布设有黄色沙纹、诱鱼水草，双旁通管弯道出口能够在池内形成环流，使得鱼道与天然河床更相近，仿生态河流效果好。整个鱼道系统的运作可实现计算机全程自动控制，可靠度高，计算机可根据监控观察和数据分析实时调整流量，控制鱼道运行进程，自行调整鱼道控制系统的循环工作间隔，提高诱鱼效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：包括若干级呈台阶状分布的鱼道单元、鱼道助驱系统、鱼道消能系统和诱鱼监控系统，

所述鱼道单元包含后横挡板(17)、拱腔室(1)、第一前横挡板(3)、第二前横挡板(19)、鱼道底板(6)、分流底板(11)、分流室(13)、鱼道两翼墙(24)，所述鱼道两翼墙(24)位于鱼道的左右两侧，所述后横挡板(17)、第一前横挡板(3)、第二前横挡板(19)、鱼道底板(6)、分流底板(11)的左、右两端分别固定连接在鱼道两翼墙(24)上，所述后横挡板(17)下部垂直固定于水平的分流底板(11)后端，后横挡板(17)中部与相邻的上一级鱼道单元的分流底板(11)前端连接，后横挡板(17)上部和上一级鱼道单元的鱼道底板(6)前端相连接，所述第一前横挡板(3)、第二前横挡板(19)分别与鱼道底板(6)垂直连接，所述拱腔室(1)位于后横挡板(17)、第一前横挡板(3)和第二前横挡板(19)之间，所述鱼道底板(6)上方为台阶跌坎，所述鱼道底板(6)下方为分流室(13)，分流室(13)由分流底板(11)、鱼道底板(6)、第二前横挡板(19)和后横挡板(17)围合而成；

所述鱼道助驱系统包含活塞拱及驱鱼网(2)、循环轨道(4)、升降机(20)和弹射器(28)，所述活塞拱及驱鱼网(2)在升降机(20)的驱动下在拱腔室(1)内上下往复运动，活塞拱及驱鱼网(2)由活塞拱(25)和附着在活塞拱(25)上的驱鱼网(27)组成，所述升降机(20)固定在分流底板(11)上并连接在活塞拱(25)下部，所述弹射器(28)安装在活塞拱(25)和驱鱼网(27)之间，所述循环轨道(4)分段凹嵌在鱼道两翼墙(24)上，且呈齿链皮带状，循环轨道(4)两端装设有驱动齿轮；

所述鱼道消能系统包括双旁通管(15)、吸音板(12)、第一前横挡板(3)和处于运动状态的活塞拱(25)及驱鱼网(27)，所述双旁通管(15)在鱼道两翼墙(24)外侧倾斜30°～45°连接相邻分流室(13)和台阶跌坎，所述吸音板(12)安放在分流底板(11)上；

所述诱鱼监控系统包括集鱼灯(9)、回声探测仪(8)和诱鱼台(10)，所述诱鱼台(10)设置在最下游，与坝后自然水体衔接，所述集鱼灯(9)安放在诱鱼台(10)斜上方高于水面的位置；所述回声探测仪(8)安放在诱鱼台(10)相邻的上一级鱼道单元的鱼道底板(6)。

2.根据权利要求1所述的多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：还包括仿生态河流系统，所述仿生态河流系统包含诱鱼水草(5)和鱼道底板沙纹(7)，诱鱼水草(5)和鱼道底板沙纹(7)分别安装在鱼道底板(6)上。

3.根据权利要求1所述的多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：所述活塞拱(25)为拱形结构，两端的拱肩(26)呈楔形；所述驱鱼网(27)也为拱形结构，呈现鱼网状，所述驱鱼网(27)通过弹射器(28)附着在活塞拱(25)上，并在弹射器(28)的作用下与活塞拱(25)分离或重新附着。

4.根据权利要求3所述的多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：所述后横挡板(17)相对于同一鱼道单元位于鱼道底板(6)之上的部分为中间空心、两侧栅格状，位于鱼道底板(6)之下的部分为中间空心，靠近升降机(20)的一侧为栅格状弓形凹面、另一侧为实平面，内部装有多孔调节阀(18)。

5.根据权利要求1所述的多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：所述第一前横挡板(3)靠近活塞拱(25)一侧为弓形凸面，另一侧为WES剖面溢流堰，所述第二前横挡板(19)靠近活塞拱(25)一侧为弓形凸面，另一侧为平面。

6.根据权利要求1所述的多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：所述拱腔室(1)由后横挡板(17)的弓形凹面、第一前横挡板(3)弓形凸面、第二前横挡板(19)弓形凸面、鱼道底板(6)和鱼道两翼墙(24)上的楔形拱座(29)围合而成。

7.根据权利要求1所述的多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：所述驱鱼网(27)两端装有齿轮，驱鱼网(27)的齿轮与循环轨道(4)的齿链皮带互相啮合。

8.根据权利要求1至7任一项所述的多级助驱式生态鱼道设施，其特征在于：还包括计算机自动控制系统，所述计算机自动控制系统包含多孔调节阀(18)、升降机(20)、计算机(21)和多普勒超声波明渠流量计(23)，所述多孔调节阀(18)安装在后横挡板(17)内部，所述多普勒超声波明渠流量计(23)安放在上游鱼道口(22)的水面上，所述计算机(21)通过数据线连接回声探测仪(8)、多孔调节阀(18)、升降机(20)和多普勒超声波明渠流量计(23)。

9.一种基于权利要求8所述多级助驱式生态鱼道设施的运行方法，其特征在于包括以下步骤：

①在鱼类洄游季节，利用多普勒超声波明渠流量计(23)测得上游鱼道口(22)平均流速和水深，通过计算机(21)计算流量，然后确定鱼道单元的多孔调节阀(18)的开度，将指令传给各级鱼道单元的多孔调节阀(18)，将鱼道流量控制在适宜范围内；

②打开集鱼灯(9)，在集鱼灯(9)、诱鱼台(10)和台阶跌落水声的共同诱导作用下鱼类开始上行聚集；

③通过计算机(21)监视回声探测仪(8)，当鱼类产生的声音达到设定的阈值时，由计算机(21)向下游第一级鱼道单元的升降机(20)和循环轨道(4)发出指令，活塞拱及驱鱼网(2)在该升降机(20)驱动下开始缓慢上升，第一级鱼道单元逐渐形成水池，抬高水位、减缓流速，当活塞拱及驱鱼网(2)上升到最大高度时触发弹射器(28)，使驱鱼网(27)从活塞拱(25)上弹射脱离，并进入循环轨道(4)，驱鱼网(27)两端的齿轮在循环轨道(4)表面的齿链皮带啮合作用下沿着循环轨道(4)的上轨道水平向上游移动，助驱进入第一鱼道单元的鱼全部上行；

④当驱鱼网(27)上移到第一前横挡板(3)时，由计算机(21)向下游第二级鱼道单元的升降机(20)发出指令，第二级鱼道单元的活塞拱及驱鱼网(2)在其升降机(20)驱动下开始缓慢上升，第二级鱼道单元逐渐形成水池，抬高水位、减缓流速，当活塞拱及驱鱼网(2)上升到最大高度时触发弹射器(28)，使驱鱼网(27)从活塞拱(25)上弹射脱离，并进入下游第二级鱼道单元的循环轨道(4)，同样地，驱鱼网(27)两端的齿轮在循环轨道(4)表面的齿链皮带啮合作用下沿着循环轨道(4)的上轨道水平向上游移动，助驱进入第二鱼道单元的鱼全部上行；

⑤在执行步骤④的同时，第一级鱼道单元的驱鱼网(27)在两端齿轮驱动作用下，与第一级鱼道单元循环轨道(4)表面的齿链皮带啮合，沿着循环轨道(4)的下轨道返回并附着在活塞拱(25)上，然后第一级鱼道单元的升降机(20)开始下降，恢复到原始状态，完成一个周期；

⑥各级鱼道逐级助驱方式按步骤④、⑤的过程完成，直到完成鱼进入上游；

⑦在鱼道逐级向上游助驱的同时，下游第一级鱼道按步骤③步运行；如此一级接一级的助驱循环输送，完成整个鱼道的上行过程。