CN110080178B - 一种鱼道设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种鱼道设计方法，包括步骤1，资料收集；步骤2，过鱼目标对象确定；步骤3，过鱼方案确定；步骤4，坝前断面水动力模型建立与流场模拟；步骤5，鱼道总体设计；以及步骤6，最佳隔板间距确定。本发明根据鱼类资源现状确定过鱼目标和过鱼方案，同时，进行水环境现状调查，分析研究区域的水文、水质情况。完成现状分析后，利用EFDC模型模拟坝址处河道的流场，确定当地鱼类所适宜的生活流速范围，进行过鱼通道初步设计，模拟不同设计方案下过鱼通道的流场情况。分析比较不同设计方案下过鱼通道流场的模拟结果，结合研究区域河道流场的模拟结果，确定最佳过鱼通道方案。完成过鱼通道的总体设计，实施适应性设计与管理。
Description
技术领域
本发明涉及水环境生态保护领域、水利工程，特别是一种鱼道设计方法。
背景技术
江河中建造的一系列水工建筑物会对水生生态系统带来一系列不利的影响，其中鱼类生长环境遭到严重破坏。堰、坝等挡水建筑物不仅使得上、下游水文条件改变，还阻断了河流的连续性，造成鱼类不能自由迁徙，影响其觅食及繁衍。
为了减小这种影响必须要采取鱼类保护措施，帮助鱼类恢复正常生存环境。挡水坝、溢流坝等永久性拦河建筑会破坏河道的纵向连续性，破坏了河流的完整性和水生生境，影响陆生和水生的动植物种群，其阻断了鱼类洄游的通道，严重干扰了其生殖和觅食习性，长期以往甚至会导致该流域内部分鱼类的灭绝。因此，开展过鱼工作的研究有利于缓解水工建筑对河流连续性的影响，恢复鱼类和其它水生生物的正常生活环境，使其能自由洄游，最终保护研究区域内鱼类多样性。
现有的鱼类保护措施包括建设过鱼通道；对鱼类进行网捕过坝；设置增殖站，进行增殖放流；根据鱼类特性建设人工鱼巢；放养鱼苗等。这几种鱼类保护措施中，鱼道对维持河道流通性和维护生态系统的健康有更为积极的作用，因此国内外已大力开展鱼道建设的研究。
目前，鱼道的主要类型有池式、隔板式以及仿自然式。其中，隔板式鱼道又分为竖缝式、孔口淹没式、溢流堰式以及组合式。
由于我国开展过鱼设施研究时间短，有关鱼道建设发展还存在如下问题：
(1)观念不正确。很多人认为建设鱼道来保护普通鱼类“不划算”，没有保护水生生物多样性、完整性的意识，导致投入的维护资金不足，影响鱼道良好的运行。
(2)缺乏对鱼类特性的研究、对过鱼设施水力学的研究，基础资料的严重缺失。
(3)同一区域所要保护的鱼类不同时，由于不同鱼类的游泳能力不同，其允许流速也就不同，而过鱼设施难以同时满足不同的允许流速。
(4)缺乏鱼类的生理特征及生活习性的研究。
(5)对过鱼设施建设完后的监管不到位。应实时监控过鱼设施，掌握过鱼设施的运行情况，及时发现问题，解决问题。
为了缓解水工建筑对鱼类生境带来的破坏，我国应加强对过鱼设施设计各方面的研究。找到目前存在的一系列问题的解决方法，进行科学试验及生态调查，学习研究国外的经验方法及成功案例，促进我国过鱼设施研究的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种鱼道设计方法，该鱼道设计方法通过科学试验及生态调查，缓解水工建筑对鱼类生境带来的破坏，促进我国过鱼设施研究的发展。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种鱼道设计方法，包括如下步骤。
步骤1，资料收集：对研究区域信息及工程概况资料进行收集，其中，研究区域信息包括研究区域的地理位置、流域面积、取水枢纽的位置、输水线路、坝高和上下游水位差；工程概况资料包括鱼道建设的工程量及投资金额。
步骤2，过鱼目标对象确定：对研究区域内鱼类资源状况进行调查，结合现有资料对研究区域内河段的鱼类进行全面了解，筛选出研究区域内的鱼类主要物种，再将筛选出的鱼类主要物种，根据优先考虑原则，确定过鱼目标对象。
步骤3，过鱼方案确定：根据步骤1收集的研究区域信息及工程概况资料，以及步骤2确定的过鱼目标对象，选择确定过鱼设施及布置方案。
步骤4，坝前断面水动力模型建立与流场模拟：通过了解研究区域内河段的地形、高程及面积资料，建立研究区域内的河道水动力模型；再根据水文站现有的实测径流量确定边界条件，通过EFDC模型模拟坝前断面流场，确定过鱼目标对象的适应流速范围。
步骤5，鱼道总体设计：根据过鱼目标对象的生活习性、繁殖、洄游特征及工程实际情况，确定鱼道结构、规模尺寸。
步骤6，最佳隔板间距确定：建立水动力鱼道模型，根据大坝不同运行水位，确定边界条件，模拟不同隔板间距方案下鱼道的流场，确定鱼道内的最佳隔板间距。
还包括步骤7，鱼道运行监测：鱼道在运行过程中，需进行水流条件测量和过鱼效果监测；其中，水流条件测量包括鱼道进口、汇合池、出口以及不同池室的流速、水深指标；过鱼效果监测的内容包括：过鱼种类、过鱼数量、过鱼规格、鱼类发育情况、昼夜过鱼规律、不同进口进鱼情况、不同工况进鱼情况和坝下鱼类集群及分布。
还包括步骤8，鱼道设计结构适应性调整：根据步骤7的鱼道运行监测结果，对步骤5和步骤6设计的鱼道结构进行适应性调整，从而与鱼道实际流场相一致。
鱼道结构适应性调整的方法为在鱼道进口段和出口段设置调节设施，从而对鱼道中重要地点的流量和流速进行控制。
步骤2中属于优先考虑原则范围内的鱼类包括具有洄游及江湖洄游特性的鱼类，受到保护的鱼类，珍稀、特有、土著或易危鱼类，以及具有经济价值的鱼类。
本发明根据鱼类资源现状确定过鱼目标和过鱼方案，同时，进行水环境现状调查，分析研究区域的水文、水质情况。完成现状分析后，利用EFDC模型模拟坝址处河道的流场，确定当地鱼类所适宜的生活流速范围，进行过鱼通道初步设计，模拟不同设计方案下过鱼通道的流场情况。分析比较不同设计方案下过鱼通道流场的模拟结果，结合研究区域河道流场的模拟结果，确定最佳过鱼通道方案。完成过鱼通道的总体设计，实施适应性设计与管理。
说明书附图
图1显示了引哈济党工程中坝下河道、拟建坝址及过鱼通道的示意图。
图2显示了坝下河道水动力模型网格。
图3显示了方案一的河道模拟流场。
图4显示了方案二的河道模拟流场。
图5显示了方案三的河道模拟流场。
具体实施方式
下面就具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
下面结合引哈济党工程，对本发明进行进一步详细阐述。
一种鱼道设计方法，包括如下步骤。
步骤1，资料收集。
对研究区域信息及工程概况资料进行收集，其中，研究区域信息包括研究区域的地理位置、流域面积、取水枢纽的位置、输水线路、坝高和上下游水位差；工程概况资料包括鱼道建设的工程量及投资金额。
步骤2，过鱼目标对象确定。
对研究区域内鱼类资源状况进行调查，结合现有资料对研究区域内河段的鱼类进行全面了解，筛选出研究区域内的鱼类主要物种，再将筛选出的鱼类主要物种，根据优先考虑原则，确定过鱼目标对象。
上述属于优先考虑原则范围内的鱼类包括具有洄游及江湖洄游特性的鱼类，受到保护的鱼类，珍稀、特有、土著或易危鱼类，以及具有经济价值的鱼类。
在引哈济党工程中，鱼类资源状况的调查主要采用现场调查法与收集资料法，包括渔获物调查、渔业管理部门相关统计资料和地方志等收集整理。
鱼类资源状况调查显示主要为高原鳅属小型鱼类及鲤科小型鱼类，未见保护鱼类及经济鱼类(优选考虑原则)，筛选出的鱼类主要物种为修长高原鳅及叶尔羌高原鳅。
步骤3，过鱼方案确定。
根据步骤1收集的研究区域信息及工程概况资料，以及步骤2确定的过鱼目标对象，选择确定过鱼设施及布置方案。
在引哈济党工程中，根据高原鳅的洄游习性、繁殖季节等，确定主要过鱼季节是3-8月。
高原鳅栖息习性：高原鳅幼鱼平时喜欢生活在静水或者流速较小的水域中，高原鳅成年鱼也喜欢生活在水流速较缓的地方，但是洄游时高原鳅则喜欢在急流水流中直面浪头，以得到充足的食物。
过鱼通道比选：由于引哈济党工程，最大坝高12.1m，回水1.4km，该区域仅分布高原鳅1种鱼类，影响相对较小，两岸为台地，不需要鱼闸、升鱼机、集运鱼系统及增殖站。研究区域内土地资源不紧张，综合地理环境及运行、可操纵性来说，鱼道和仿自然通道较好。
结合取水枢纽的布置，鱼道或仿自然通道布置有左岸布置以及右岸布置2种方案。本工程中，右岸边滩发育，过鱼设施布置空间大，有经常性下泄水流，有利于诱鱼，同时进口靠岸布置，一些靠岸上溯的鱼类也较易发现进口，因此推荐采用右岸布置方案。
在鱼道或仿自然通道方案比选时，优选采取列表赋分法。赋分时考虑因素包含过鱼设施的诱鱼、过鱼能力，鱼类能否适应，建设以及维护成本等，比选结果按照各指标赋分依据所得的赋分×指标的权重系数所得分数的总和来比较，经过列表赋分比选及上述分析可知仿自然通道占有一定优势，故推荐采用右岸布置仿自然通道的方案。
步骤4，坝前断面水动力模型建立与流场模拟。
通过了解研究区域内河段的地形、高程及面积资料，建立研究区域内的河道水动力模型；再根据水文站现有的实测径流量确定边界条件，通过EFDC模型模拟坝前断面流场，确定过鱼目标对象的适应流速范围。
环境流体动力学模型，简称EFDC模型，为成熟的现有技术。EFDC的英文全称为Environmental Fluid Dynamics Code，该模型包含了水动力模块、水质预测模块、泥沙输运模块以及污染物运移模块，可以用于模拟各种水域，如：河流、湖泊、水库等的1D、2D和3D物化过程。
EFDC的水动力学方程假设垂直方向上为静压，水平方向坐标系为曲线正交，水质方向利用σ坐标变换，分层是沿着重力的方向。
(1)连续方程：
(2)运动方程：
ρ＝ρ(p,S,T) (1.7)
曲线在正交坐标坐x、y方向的速度分量分别由u、v代表，mx、my是坐标变换因子，H＝h+ζ为总水深，h为河底高程，ζ为水位；f为Coriolis系数；Aν为垂直紊动粘性系数；Qu和Qν为动量源汇项；ρ为扰动密度，一般为温度和盐度等的函数；ρ0为参考密度；p为由密度的变化引起的动水压强；b为浮力；QH为体积源和汇，包括降雨、蒸发、以及可以忽略动量通量的侧向入流和出流的源漏项；Qss和Qsw表示在河床和水体之间的沉积物和水量的净容积通量，其中从河床到水体的方向被定义为正；δ(0)函数表示进入水体底层的通量；Ab和AH为分别为垂直紊动扩散系数和水平紊动扩散系数；x、y和z方向上的湍流热扩散系数分别为
T为水温；ФI为进入水体的太阳短波辐射量；ST为水体与大气之间的热通量。
在引哈济党工程中，坝下河道的示意图及拟建坝址、过鱼通道的示意图见图1，坝下河道水动力模型网格如图2所示，共有4000个网格，长546.2m，宽433.0m，总面积为160769.0m2，高程在3529.0-3544.5m之间。
流场模型边界条件及参数取值：根据大哈尔腾河实测径流资料少的具体情况，在考虑典型年选择的原则条件下，尽可能充分采用哈尔腾水文站实测资料进行分配，因为这样更能反映出大哈尔腾河来水过程的实际情况，大哈尔腾河设计年径流丰水年(P＝25％)；平水年(P＝50％)；枯水年(P＝75％)的年内分配及逐日过程。经查阅、分析确定：采用哈尔腾站实测典型进行分配，1958年为丰水年典型、1959年为平水年典型、1960年为枯水年典型、设计年径流年内分配成果见下表。
大哈尔腾河设计年径流年内分配成果表
高原鳅的洄游时间为每年的3-8月，分别取3-8月的最大(53.20m3/s)、最小(0.59m3/s)以及平均(17.50m3/s)径流作为上游流量，下游水位取3531m，且由于是有杂草和乱石的自然河道，查水力学河道糙率表知糙率取0.035。
河道流场模拟
(1)计算条件
河道模型上游边界为流量，共设3个流量，分别为3-8月大哈尔腾河最大、最小及平均径流量，53.20m3/s、0.59m3/s及17.50m3/s；下游边界为水位，取3531.0m。
(2)计算方案
结合引哈济党工程阶段成果，选取高原鳅洄游3-8月各月最大、平均及最小下泄流量作为模型上游边界条件进行计算，计算方案见下表。
计算方案情况表
| 方案 | 上游流量(m<sup>3</sup>/s) | 下游水位(m) |
| 方案一 | 17.50(平均流量) | 3531.0 |
| 方案二 | 53.20(最大流量) | 3531.0 |
| 方案三 | 0.59(最小流量) | 3531.0 |
三种方案比选
(1)方案一
方案一的河道模拟流场见图3，当上游流量为3-8月的平均流量17.50m3/s时，最大流速0.58m/s出现在河段右部。由模拟结果可知河段右部流速总体较大，最大流速为0.58m/s，平均流速为0.20m/s；河段左部流速总体较小，最大流速为0.34m/s，平均流速为0.05m/s，具体流场情况见下表。
| 方案一 | 河段右部 | 河段左部 |
| 最大流速(m/s) | 0.58 | 0.34 |
| 最小流速(m/s) | 0.00 | 0.00 |
| 平均流速(m/s) | 0.20 | 0.05 |
(2)方案二
方案二的河道模拟流场见图4，当上游流量为3-8月的最大流量53.20m3/s时，最大流速
0.85m/s出现在河段的右部。由模拟结果可知河段右部流速总体较大，最大流速为0.85m/s，平均流速为0.35m/s；河段左部流速总体偏小，最大流速为0.73m/s，平均流速为0.20m/s，具体流场情况见下表。
| 方案二 | 河段右部 | 河段左部 |
| 最大流速(m/s) | 0.85 | 0.73 |
| 最小流速(m/s) | 0.00 | 0.00 |
| 平均流速(m/s) | 0.35 | 0.20 |
(3)方案三
方案三的河道模拟流场见图5，当上游流量为3-8月的最小流量0.59m3/s时，最大流速0.20m/s出现在河段的右部。由模拟结果可知河段左部、右部流速均较小，河段左部平均流速为0.006m/s，河段右部最大流速为0.01m/s，具体流场情况见下表。
| 方案三 | 河段右部 | 河段左部 |
| 最大流速(m/s) | 0.20 | 0.01 |
| 最小流速(m/s) | 0.00 | 0.00 |
| 平均流速(m/s) | 0.01 | 0.006 |
由于缺乏坝址处河道实测流速数据，需进行模型的合理性分析。
模型结果表明：
当上游流量为平均流量17.50m3/s时(方案一)，河段右部最大流速为0.58m/s，，平均流速为0.20m/s，河段左部最大流速为0.34m/s，平均流速为0.05m/s，最大流速出现在个别点处，河段右部的流速均在0.15-0.30m/s左右。
当上游流量为最大流量53.20m3/s时(方案二)，河段右部最大流速为0.85m/s，平均流速为0.35m/s，河段左部最大流速为0.73m/s，平均流速为0.20m/s，最大流速出现在个别点处，河段右部的流速均在0.30-0.40m/s左右。
当上游流量为最小流量0.59m3/s时(方案三)，河段右部流速最大为0.20m/s，平均流速为0.01m/s，河段左部最大流速为0.01m/s，平均流速为0.006m/s，最大流速出现在个别点处，河段整体流速偏小。
以上结果显示：三种方案下河段左部流速均偏小，河段右部流速较大，除了方案三情况下河段左部的平均流速能够达到鱼类洄游的感应流速0.20m/s，其余方案河段左部的平均流速均未达到感应流速，并且考虑到高原鳅洄游时喜欢冲迎浪头，高原鳅洄游路线应靠近河段右部。
三种方案下河段右部的最大流速分别为0.73m/s、0.85m/s及0.20m/s，平均流速为0.20m/s、0.35m/s及0.01m/s，又由陈生熬等、赵希坤等知高原鳅适应流速范围为0.2-0.8m/s，与河段右部模型结果基本吻合，说明模拟结果流速适合高原鳅洄游，本次河道模拟流场模拟与大哈尔腾河实际情况吻合。
本发明中，由于右岸地势较低且从流场图及流速分析可以看出河流朝右岸流动，且靠近右岸处流速较大，从以上三个不同计算方案模拟出的流场结果可以得出：工程前坝下河道即当地高原鳅能适应的最大流速为0.85m/s，最适宜的流速范围为0.2-0.35m/s。
步骤5，鱼道总体设计：根据过鱼目标对象的生活习性、繁殖、洄游特征及工程实际情况，确定鱼道结构、规模尺寸。
在引哈济党工程中，过鱼设施进口及出口布设如下：
一、仿自然通道进口
(1)应布置在尽量靠近生态泄水闸，同时尽量靠近鱼类的洄游路线。
(2)运行水位及高程：取水枢纽下游水位为3521.00m，此时过鱼设施运行水位为3521.00m，鱼道底高程为3520.00m。
(3)进口结构
采用矩形结构，宽度为2m，顶部高程满足下游防洪要求，进口设对开闸门，可以通过闸门的开度控制进口水流流量，同时闸门兼顾鱼道检修时使用。结合实际情况考虑在仿自然通道进口处修建接底设施，接底设施可采用混凝土浇筑或抛石处理。接底设施坡度控制在1:1.5之内，底部铺设粒径10-30cm的石块以增加糙率并模拟自然底质。
二、仿自然通道出口
(1)出口水位及高程：闸上水位在正常蓄水位3526.20m左右波动，水库死水位为3524.1m，水位变幅较较小，按相关规范只需设置一个出口。过鱼期为每年3-8月，水位基本保持在正常蓄水位，因此取正常蓄水位以下1m，死水位以上1m，即3525.20m作为出口底高程，闸上水位变幅为3526.20-3525.20＝1.0m，设置一个出口即可，避免了因设置多个出口对仿自然通道运行稳定性的影响。因此仿自然通道出口底板高程设置在3525.20m。
(2)出口位置
为了使已经成功上溯的鱼类不会被水流再次带入下游，计划将鱼道出口设置远离厂房进水口处。
(3)出口结构：采用矩形结构，宽度为2m，设有闸门，可以通过闸门的开度控制出口水流流量，同时闸门兼顾鱼道检修时使用。
综合考虑到过鱼目标习性和本工程的特性，仿自然通道结构形式采用交错石块式。在上游水位变幅较小以及穿坝段的局部可组合采用鱼道结构。
上述鱼道的槽身材质优选采用浆砌蛮石，这样既能够保证边坡稳定，节省占地，避免大边坡开挖，同时也可以保证结构稳定，而且可以在鱼道结构的基础上增加边壁及底部糙率，改进消能的效率，进一步降低通道内流速，保证更多种类及规格的鱼类通过。
根据陈生熬等知叶尔羌高原鳅体长最大可达到30cm，又根据李盛青等知仿自然通道的宽度可取过鱼对象最大体长的5倍，坡度一般小于2％。因此，本次设计仿自然通道坡度取1％，断面为矩形，宽为2m，总长为(3525.2-3520.0)×100＝520m；隔板长1m，宽0.5m。
步骤6，最佳隔板间距确定。
建立水动力鱼道模型，根据大坝不同运行水位，确定边界条件，模拟不同隔板间距方案下鱼道的流场，确定鱼道内的最佳隔板间距。
在引哈济党工程中，下游鱼道的进口水位为自然条件下河道下游水位3521.0m。上游水位较稳定，绝大部分时间处在正常蓄水位3526.2m，因此出口设计水位在3526.2m(运行水位)左右，过鱼通道出口底板高程为3525.2m；当枯水期或者极端洪水来临时，关闭仿自然通道挡洪闸门，过鱼设施不过鱼。
在调水期保证原河道调水断面留下不小于1.0m3/s流量的生态水量，以保证调水期取水枢纽下游大哈尔腾河河道不断流。模型上游边界为流量，下游边界为水位。根据水库运行情况分别设置3个不同水位：正常水位3526.2m、高水位3527m和低水位3525.8m，相应设置的上游流量分别为1.0m3/s、1.0m3/s和0.8m3/s。仿自然通道的主要结构通常由大型石块、浆砌蛮石堆积而成或使用胶结材料的块石砌体建造，本次工程采用粗糙的断面不规则的凿石，查水力学各种材料明渠糙率可知糙率取0.03。
过鱼通道采用交错式仿自然通道，通道隔板间距设计2种，分别间隔5m、10m设置隔板。具体模型不同计算方案见下表。
隔板间距为10m时，进、出口流速较大，设计的通道计算方案1-方案3结果见下表。
| 计算方案 | 最大流速(m/s) | 平均流速(m/s) | 平均水深(m) |
| 方案1 | 0.93 | 0.37 | 1.80 |
| 方案2 | 1.00 | 0.39 | 1.00 |
| 方案3 | 0.85 | 0.28 | 0.60 |
由上表可知，水库正常水位运行，流量为1.0m3/s时，仿自然通道的最大流速为1.00m/s，平均流速为0.39m/s；水库高水位运行，流量为1.0m3/s时，仿自然通道的最大流速为0.93m/s，平均流速为0.37m/s；水库低水位运行，流量为0.8m3/s时，仿自然通道的最大流速为0.85m/s，平均流速为0.28m/s。
隔板间距为5m时，进、出口流速较大，设计计算方案4-方案6结果见下表。
| 计算方案 | 最大流速(m/s) | 平均流速(m/s) | 水深(m) |
| 方案4 | 0.75 | 0.25 | 1.80 |
| 方案5 | 0.76 | 0.33 | 1.00 |
| 方案6 | 0.75 | 0.23 | 0.60 |
由上表可知当隔板间距为5m时，水库正常水位运行，流量为1.0m3/s时，仿自然通道的最大流速为0.76m/s，平均流速为0.33m/s；水库高水位运行，流量为1.0m3/s时，仿自然通道的最大流速为0.75m/s，平均流速为0.33m/s；水库低水位运行，流量为0.8m3/s时，仿自然通道的最大流速为0.75m/s，平均流速为0.23m/s。
方案比选
由河道模拟流场模拟结果可知，工程河段高原鳅适应最大流速为0.85m/s，最适宜流速范围为0.2-0.35m/s。设计过鱼通道上游运行水位分别设置3种情况正常水位3526.2m、较高水位3527m和较低水位3525.8m，下游流量分别对应1.0m3/s、1.0m3/s和0.8m3/s，各个方案具体计算结果见下表。
方案1-方案6的流速汇总表
| 方案 | 最大流速(m/s) | 平均流速(m/s) | 水深(m) |
| 1 | 0.93 | 0.37 | 1.80 |
| 2 | 1.00 | 0.39 | 1.00 |
| 3 | 0.85 | 0.28 | 0.60 |
| 4 | 0.75 | 0.25 | 1.80 |
| 5 | 0.76 | 0.33 | 1.00 |
| 6 | 0.75 | 0.23 | 0.60 |
经比较可知，在上游运行水位为正常水位3526.2m时，隔板间距为5m的过鱼通道最大流速为0.76m/s，平均流速为0.33m/s，通道内流速大多在0.2-0.4m/s的范围内；隔板间距为10m的鱼道最大流速为1.00m/s，平均流速为0.39m/s，通道内流速大多在0.35-0.45m/s范围内，坝址处河道模拟右部流速大多在0.2-0.4m/s，对比可知：隔板间距为5m的仿自然通道更加接近河道右部，其流速范围在高原鳅适应流速范围之内，适宜高原鳅洄游、生存，因此选择隔板间距5m进行建设。
步骤7，鱼道运行监测。
鱼道在运行过程中，需进行水流条件测量和过鱼效果监测。
上述水流条件测量包括鱼道进口、汇合池、出口以及不同池室的流速、水深指标等。
过鱼效果监测的内容包括：过鱼种类、过鱼数量、过鱼规格、鱼类发育情况、昼夜过鱼规律、不同进口进鱼情况、不同工况进鱼情况和坝下鱼类集群及分布。
本发明中，优选通过在鱼道进口处附近设置观察室的方式，来统计过鱼种类和过鱼量，分析过鱼效果，讨论优化鱼道方案，提高过鱼成功率。
观察室中主要有摄像机、流速测试仪器、自动计数器等电子设备。由于研究区域气候不适易人类居住，这些电子设备应是自动或能远程遥控的，以便工作人员鱼类生存状况以及及时了解过鱼通道运行情况。观察室内光线不宜过强，并且其窗户要贴半透明膜，以便干扰鱼类。
步骤8，鱼道设计结构适应性调整。
根据步骤7的鱼道运行监测结果，对步骤5和步骤6设计的鱼道结构进行适应性调整，从而与鱼道实际流场相一致。
鱼道结构适应性调整的方法优选为在鱼道进口段和出口段设置调节设施，从而对鱼道中重要地点的流量和流速进行控制。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种鱼道设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，资料收集：对研究区域信息及工程概况资料进行收集，其中，研究区域信息包括研究区域的地理位置、流域面积、取水枢纽的位置、输水线路、坝高和上下游水位差；工程概况资料包括鱼道建设的工程量及投资金额；
步骤2，过鱼目标对象确定：对研究区域内鱼类资源状况进行调查，结合现有资料对研究区域内河段的鱼类进行全面了解，筛选出研究区域内的鱼类主要物种，再将筛选出的鱼类主要物种，根据优先考虑原则，确定过鱼目标对象；
步骤3，过鱼方案确定：根据步骤1收集的研究区域信息及工程概况资料，以及步骤2确定的过鱼目标对象，选择确定过鱼设施及布置方案；过鱼设施及布置方案确定方法，具体为：先根据步骤2确定的过鱼目标对象，确定主要过鱼季节，再结合过鱼目标对象的栖息习性以及地理环境及运行、可操纵性，采取列表赋分法进行过鱼通道比选；最后，结合取水枢纽的布置，确定是左岸布置还是右岸布置；采取列表赋分法进行过鱼通道比选时的赋分考虑因素包含过鱼设施的诱鱼、过鱼能力，鱼类能否适应，建设以及维护成本，比选结果按照各指标赋分依据所得的赋分×指标的权重系数所得分数的总和来比较；
步骤4，坝前断面水动力模型建立与流场模拟：通过了解研究区域内河段的地形、高程及面积资料，建立研究区域内的河道水动力模型；再根据水文站现有的实测径流量确定边界条件，通过EFDC模型模拟坝前断面流场，确定过鱼目标对象的适应流速范围；
河道水动力模型的上游边界为上游流量，下游边界为下游水位；其中，上游流量选择为：在主要过鱼季节水文站现有的实测径流量的最大径流、最小径流和平均径流三种流量方案；然后，对每种方案均采用EFDC模型进行坝前断面流场模拟，得出最大流速、最小流速、平均流速以及三种流速出现的河段部位；然后结合过鱼目标对象洄游的感应流速以及洄游特性，确定一种最佳流量方案以及最适宜的流速范围；
步骤5，鱼道总体设计：根据过鱼目标对象的生活习性、繁殖、洄游特征及工程实际情况，确定鱼道结构、规模尺寸；
步骤6，最佳隔板间距确定：建立水动力鱼道模型，根据大坝不同运行水位，确定边界条件，模拟不同隔板间距方案下鱼道的流场，确定鱼道内的最佳隔板间距；
水动力鱼道模型的上游边界为流量，下游边界为水位, 在保证调水期取水枢纽下游河道不断流情况下，上游流量分别选取为1.0m3/s、1.0m3/s和0.8m3/s；
步骤7，鱼道运行监测：鱼道在运行过程中，需进行水流条件测量和过鱼效果监测；其中，水流条件测量包括鱼道进口、汇合池、出口以及不同池室的流速、水深指标；过鱼效果监测的内容包括：过鱼种类、过鱼数量、过鱼规格、鱼类发育情况、昼夜过鱼规律、不同进口进鱼情况、不同工况进鱼情况和坝下鱼类集群及分布；
步骤8，鱼道设计结构适应性调整：根据步骤7的鱼道运行监测结果，对步骤5和步骤6设计的鱼道结构进行适应性调整，从而与鱼道实际流场相一致；鱼道结构适应性调整的方法为在鱼道进口段和出口段设置调节设施，从而对鱼道中重要地点的流量和流速进行控制。
2.根据权利要求1所述的鱼道设计方法，其特征在于：步骤2中属于优先考虑原则范围内的鱼类包括具有洄游及江湖洄游特性的鱼类，受到保护的鱼类，珍稀、特有、土著或易危鱼类，以及具有经济价值的鱼类。
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