CN106759167A - 一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道 - Google Patents

Abstract

一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，包括边墙、边坡、池室、主隔墩、中高隔墩、中低隔墩、底部条状墩、卵石或块石。通过在鱼道内部设置不同种类的阻水设施，并使各种设施之间在高度、宽度及前后形成交错，从而一方面达到仿自然鱼道内水流蜿蜒曲折的特性，另一方面实现对流场的“纵向分区、横向分层”，分层分区的满足不同游泳能力过鱼种群的洄游需要。本发明解决了受现场条件限制且对环境保护要求较高，需要在鱼类资源丰富河段建设断面窄深型仿自然鱼道的条件下，各种洄游鱼类游泳能力差异较大的，很难兼顾的难题，为仿自然鱼道建设提供了新方法和新思路。

Description

一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道

技术领域

本发明涉及水利水电、水生态工程技术领域，具体是一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道。

背景技术

河道中修建闸坝等建筑物后，鱼类的栖息地环境被改变，鱼类活动受到影响,随着人们环境保护意识的逐渐增强，如何能有效保证鱼类的生存繁衍，协调好大坝建设与生态环境之间的关系，成为水生态领域和水利工程的迫切需求。鱼道是提高河流连通性，降低对生态环境影响的重要手段。

传统的鱼道型式主要有池堰式、池孔式、丹尼尔式、竖孔式或称作池板式，作为保护河流渔业资源的工程措施，此类鱼道设施曾经得到了大量应用，但是通过多年的实际运行，效果不一。传统的鱼道一般是按照水工水力学的要求，按照一定的流速、水深等指标进行结构设计，采用浆砌石或混凝土作为建筑材料建造，即使流态结构符合鱼类的需求，但环境还是与自然环境相差甚远，导致生态完整性较差，过鱼效果不佳，甚至导致有些鱼道被废弃。

我国目前仍处于水利水电工程建设的高峰时期，环境保护问题受到来自社会各方面的高度重视，过鱼设施已成为工程环境影响评价的主要内容之一，许多在建或待建的水利水电工程都已着手开展针对过鱼设施的设计与研究工作，有些河流已在开展河道生态修复措施的研究。作为鱼道技术的重要组成部分之一，仿自然型鱼道对于我国的鱼道建设、改善河道生态环境和河道生态修复，具有重要的参考应用价值。仿自然鱼道是在传统鱼道基础上通过结构型式和断面形式的生态优化达到修复河流廊道的目的，近年来逐渐得到推广和应用。

仿自然鱼道是从生态学观点出发，结合鱼类习性、水力特性、生态保护以及天然河道内的水流特征等来进行设计规划。修建的鱼道尽量接近天然河道的水流特性，符合鱼类的洄游习惯，一般适用于水头较低的河流。常见的仿自然鱼道河道底部一般采用砂、砾石和卵石等形成起伏的粗糙底坡，通道岸坡采用土、木材、植被和岩石等形成曲面化边坡，通过用天然材料制作的生态石笼、条石或岩埂等形成收缩卡口控制水流，并形成深潭～浅滩的形状，尽可能模仿坡度变化丰富的天然河流或溪流，使通道具有“蜿蜒曲折、滩潭相间、主急侧缓、有深有浅”的特点。仿自然过鱼通道具有部分的生态恢复功能，它补偿了由于蓄水而丧失的部分流水环境，通道底部及岸坡的天然材料经过通道内水流的冲刷和水体营养物质输移后，石块间隙被沙和水生生物填满，并开始出现新的底栖群落和浮游群落，成为可供鱼类栖息、洄游和繁殖的场所。因此，仿自然鱼道不仅可以实现传统鱼道对于鱼类迁移的需要，还可以有效地维护生态的连续性和完整性，具有较强的生态效应，已逐渐成为鱼道建设的新趋势。

为了满足仿自然鱼道自身的结构特点及鱼类对水流条件的需求，采用宽浅型过水断面较为适宜。但随着环境保护意识的提高，且为了降低工程造价或是对于场地有限的电站，在某些鱼类资源丰富的较为狭窄的河道修建水电工程时，也要求建设仿自然的鱼道，鱼道宽度受到整体布置及工程量的限制，形成了窄深形断面。

窄深型断面由于水深较深，断面狭窄，流速、流态等水力学特性受边壁变化影响较大，导致流速纵向和横向分布变化剧烈。如果目标种群单一，游泳能力差别不大，创造洄游条件较也较容易，但是对于在目标洄游鱼类种群较多的河流上建设仿自然的鱼道，要兼顾蜿蜒曲折特性和多种鱼类的洄游流场要求，则难度较高。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，通过对鱼类洄游特性有充分的调研，了解过鱼种群通过时段、个体大小、种群规模、行为学规律和生态需求、环境条件等参数，结合水力学特征分析，本发明提供了一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，可以满足多目标种群鱼类洄游的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，鱼道结构为窄深型，包括边墙、边坡、池室、主隔墩、中高隔墩、中低隔墩、底部条形墩、卵石或块石，两侧边墙和边坡呈左右对称布置，边坡采用可透水材料制作；主隔墩交错布置在边坡两侧，两主隔墩之间形成一个池室，主隔墩的高度超出水面；中高隔墩布置在主隔墩对侧略靠下游侧，高度低于水面，宽度小于主隔墩，迎水面一侧为倒圆角；中低隔墩布置在主隔墩下游侧，高度低于中高隔墩，宽度和中高隔墩相近，迎水及背水侧均倒圆角；底部条形墩位于最底部，布置在主隔墩收缩卡口及池室中。

进一步的，边坡以及各隔墩表面均铺有卵石或块石。

进一步的，鱼道结构的宽深比<5。

进一步的，边坡采用透水较好的钢筋石笼搭建。

进一步的，底部条形墩在主隔墩前后各布置1条，正对主隔墩布置1条，池室内布置3条。

本发明中提供的适应于多目标种群的窄深型仿自然鱼道体型，突破性的采用了对流场“纵向分层，横向分区”的新理念，将窄深型的特点充分利用，不仅允许高流速区的存在，还可以充分利用高流速区分担流量，从而缓解低流速区的压力，保障了不同游泳能力鱼类的洄游需求，通过表、中、底不同的局部结构体型，主隔墩、中高隔墩、中低隔墩、底部条形墩之间的大小、高低、交错等配合，实现了对窄深型仿自然鱼道内流场分层分区，在纵向和横向均形成了高流速区和低流速区，保证各种鱼类通过和休息创造出沿水深和水平方向不同的流场条件，供各种不同需求的鱼类通过，可以很好的解决窄深型断面流速过高等影响。

附图说明

图1是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道的平面结构示意图；

图2是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道的表层平面结构示意图；

图3是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道的中上层平面结构示意图；

图4是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道的中下层平面结构示意图；

图5是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道的底层平面结构示意图；

图6是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道边坡横剖面图；

图7是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道主隔墩横剖面图；

图8是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道中高隔墩横剖面图；

图9是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道中低隔墩横剖面图；

图10是本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道底部条形墩横剖面图。

图中：1—边墙，2—边坡，3—池室，4—主隔墩，5—中高隔墩，6—中低隔墩，7—底部条形墩，8—卵石或块石。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本发明一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道的平面结构示意图，图中以2个完整池室为例，根据实际工程布置确定总池室数量。所述系统包括边墙1、边坡2、池室3、主隔墩4、中高隔墩5、中低隔墩6、底部条形墩7、卵石或块石8，左侧为上游进水侧，右侧为出水侧。

进一步参考图1和图6，鱼道结构为窄深型(宽深比<5)，图示宽深比为5:3(水深3.0m)，为较典型的窄深型断面。两侧边坡采用坡度较大的边坡2，图示为5:1。边坡2可采用透水较好的钢筋石笼搭建，表面铺大小不一的卵石或块石8。

进一步参考图2和图7，鱼道内主隔墩4两侧交错布置，两主隔墩4之间构成一个池室3，池室3长度由实际落差要求确定，图示池室3长度为10.0m。主隔墩4高度应略超出水面，图示主隔墩4高度为3.5m，主隔墩4位置形成收缩卡口，主隔墩4后形成低流速区和回流区，便于鱼类休息，主隔墩4宽度由池室落差、收缩卡口流速等综合确定，图示宽度为距边墙内侧2.8m。主隔墩4表面铺贴卵石或块石。

进一步参考图3和图8，在鱼道主隔墩4对面一侧下游侧布置高度略低的中高隔墩5，图示中高隔墩5高度为2.0m(距水面1.0m)，与主隔墩4在平面上前后错开布置有利于降低收缩卡口流速，与主隔墩4形成高差，有利于增加上层分流量，供游泳较强的大型鱼类通过，从而降低中下部流量负担。中高隔墩5上游迎水面为倒角，图3所示倒角圆半径为0.8m，角度为90°。中高隔墩宽度5由该区域流态、收缩卡口流速等综合确定，图示宽度为距边墙内侧1.5m。中高隔墩5表面铺贴卵石或块石。

进一步参考图4和图9，为中低层平面与隔墩体型示意，在鱼道主隔墩4下游侧布置高度较低的中低隔墩6，图示中低隔墩6高度为1.0m(距水面2.0m)，中低隔墩6的主要目的是为了防止主流侵入底部，造成底部流速过高，应根据流态，设置在主流顶冲边墙部位。宽度根据实际底部结构尺寸布置，图示宽度为距离边壁1.5m。中低隔墩表面铺贴卵石或块石。

进一步参考图5和图10，为底层平面与条形隔墩体型示意。底部布置底部条形墩7，隔墩之间形成低流速的连续通道，主要供游泳能力差的幼鱼或小型鱼类通过。底部条形墩7的高度应根据流态及流速确定，图示中底部条形墩7高度为0.55m，在主隔墩4收缩卡口及池室中根据需要交错布置若干条，图5实施例所示分别在主隔墩4前后布置1条，正对主隔墩4布置1条，池室3内布置3条。宽度根据实际底部结构尺寸及鱼类体长等因素确定，图示条形墩宽度为0.5m，鱼类通道尺寸为0.9～1.1m。底部条形墩7头部两侧均倒圆角，表面铺贴卵石或块石。

通过主隔墩4、中高隔墩5、中低隔墩6及底部条形隔墩7在不同高度、不同宽度方向的布置，形成了表层、中层和底部完全不同的流场特征。图示表层(水深2.0～3.0m范围)仅有主隔墩4，最为通畅，可以利用大型鱼类的较强游泳能力为底层分担流量，隔墩大小和宽度以可形成最强游泳能力鱼类洄游连续通道为标准；中高部(图示水深1.0～2.0m范围)有中高隔墩5的存在，高度及宽度的调整，可以改变表层卡口流速使其满足最高游泳能力鱼类通过，同时，可以保证适合该层流场的鱼类洄游。中低部(图示水深0.55～1.0m范围)结构增加了中低隔墩6，该结构的增加可该层流速明显下降，保障游泳能力较弱鱼类通过。对于游泳能力最差的幼鱼，底部条形隔墩7的消能和庇护作用，以及完整的洄游通道可以满足其上行要求。通过纵向和横向不同的布置方式，对流场进行了“纵向分层和横向分区”，使流速分层分区满足各种游泳能力鱼类的要求。

实施案例

本发明一种适应于多目标种群的窄深型仿自然鱼道体型在长江中上游某拟建电站鱼道上进行了系统的研究。该电站鱼类资源丰富，鱼道目标鱼类范围较广，大型鱼类流速不超过1.5m/s，小型鱼类流速在0.5m/s以下，且受场地限制，断面为窄深型，且要求建成仿自然鱼道，实现“蜿蜒曲折”的特性。研究过程中比较了很多方案，均很难同时满足底部大型鱼类和小型鱼类的通过要求。特别是底部游泳能力较差的小型鱼类，采用常规的方法无法通过流速较高的卡口部位。最后采用本发明“纵向分层，横向分区”的方法，对流场进行分区分层，一方面使表层可以分担较多流量，另一方面底部采用条形隔墩可为底部鱼类提供了较好的洄游条件，最终使表层流速可以形成1.5m/s以下的连续通道，底部形成了流速均在0.5m/s以下的小流速洄游通道，从而达到了满意的效果。

本发明通过通过主隔墩、中隔墩、及底部条形墩的布置，对窄深型仿自然鱼道流场进行“纵向分层、横向分区”。“纵向分层”是：充分利用水深特点，通过不同的隔墩高度和宽度，将流场沿水深方向按流速分层。根据对鱼类习性的研究，一般游泳能力较强的大型鱼类喜欢生活在表层，而游泳能力最差的幼鱼或小鱼喜欢生活在底层。针对不同的鱼类的通过要求，在不同水深层分别为其创造水流条件，使其能各取所需。比如，为游泳能力强的鱼类其创造适合的流速区间和空间(一般位于上部和中部)，同时可以有效的分担总流量，缓解弱小鱼类通行难度；对于游泳能力差的弱小鱼类，可以利用其体型较小的特征，在底部增加辅助设施，为其创造流速条件。

“横向分区”是：由于窄深型仿自然鱼道断面本身较为狭窄，在断面缩窄时，容易造成流速的横向收缩，从而产生流速集中，使得局部流速超标，即使游泳能力较强的鱼类也有可能无法穿越，同时又受到鱼道流量、水深等要求的限制，很难完全消除高流速区。为了解决这个问题，本发明在纵向分层的基础上，对流场进行横向分区，利用各隔墩的位置、体型、高度及宽度等的不同，制造出高流速区和低流速区，并且通过体型的细化优化，保证低流速区的联通性与足够的宽度，满足鱼类通行要求。在确定结构体型后，在内部过流区域的边壁、底层铺贴不同大小的卵石进行仿自然化，并增加鱼道内部糙率，辅助实现降低流速的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，其特征在于：鱼道结构为窄深型，包括边墙(1)、边坡(2)、池室(3)、主隔墩(4)、中高隔墩(5)、中低隔墩(6)、底部条形墩(7)、卵石或块石(8)；两侧边墙(1)和边坡(2)呈左右对称布置，边坡(2)采用可透水材料制作；主隔墩(4)交错布置在边坡(2)两侧，两主隔墩(4)之间形成一个池室(3)，主隔墩(4)的高度超出水面；中高隔墩(5)布置在主隔墩(4)对侧略靠下游侧，高度低于水面，宽度小于主隔墩(4)，迎水面一侧为倒圆角；中低隔墩(6)布置在主隔墩(4)下游侧，高度低于中高隔墩(5)，宽度和中高隔墩(5)相近，迎水及背水侧均倒圆角；底部条形墩(7)位于最底部，布置在主隔墩(4)收缩卡口及池室(3)中。

2.如权利要求1能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，其特征在于：边坡(2)以及各隔墩表面铺有卵石或块石(8)。

3.如权利要求1能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，其特征在于：鱼道结构的宽深比<5。

4.如权利要求1能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，其特征在于：边坡(2)采用透水较好的钢筋石笼搭建。

5.如权利要求1能适应多目标种群的窄深型仿自然鱼道，其特征在于：底部条形墩(7)在主隔墩(4)前后各布置1条，正对主隔墩(4)布置1条，池室(3)内布置3条。