CN110607787B - 一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，属于鱼道工程领域。一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，采用旁侧分散补水型式，避免了集鱼渠底部补水可能带来的泥沙淤积问题，特别适用于多泥沙河流上鱼道集鱼系统建设，能够保证其长期稳定运行；避免了集鱼系统垂向尺度的增加，增加了结构的稳定性并利于在电站尾水平台上进行布置；本发明设计中所提出的补水方式和相关措施均较为简单，便于工程施工，通用借鉴性高。

Description

一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法
技术领域
本发明涉及鱼道工程领域，尤其涉及一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法。
背景技术
枢纽大坝建设为我国社会、经济发展带来了巨大效益，但同时也对枢纽上下游鱼类洄游形成阻隔，造成其生境破碎化和栖息环境的变化。随着我国国民经济的持续快速发展，国家对生态保护日益重视，贯彻绿色发展理念，保护水生态环境、实现人与自然的和谐共处已得到社会的普遍共识。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》重点发展的“环境”领域中，明确将“生态脆弱区域生态系统功能的恢复重建”列为优先主题。为实现水电开发与生态环境保护的协调发展，推动形成人与自然和谐发展新格局，修复、保护鱼类的洄游路线已成为水生态领域和水利工程建设的迫切需求。而建设鱼道工程是解决该问题的重要手段和措施。
鱼道进口良好的水力设计是整条鱼道成功运行的关键，与整条河道宽度相比，鱼道进口尺度十分狭小，是名副其实的“针眼工程”。为此，在一些工程中常常通过设置集鱼系统来提升集诱鱼的效率和范围，为鱼类上溯创造更有力的条件。为充分利用电站机组泄流的诱导作用，集鱼系统一般呈长廊形布置在电站机组尾水渠出口附近或尾水管上部，使上溯至坝下的目标鱼类能够通过集鱼系统顺利进入鱼道上溯，已有的类似工程如赣江石虎塘鱼道、湘江长沙鱼道等。同时，为了保证集鱼系统的出流流速，均设置由专门的补水设施(系统)对其进行补水。
以往集鱼系统补水措施通常是采取增大集鱼渠高度，既将集鱼渠进行挖深，在中下部设置拦鱼格栅，通过利用拦鱼栅下部空间进行消能和向上冒水的方式，使补水水流均匀补进集鱼渠中，增大集鱼渠水流流速，提高集诱鱼效率。这一补水措施能够达到预期的补水效果，但仍存在以下两点不足之处亟待改进：
1、集鱼渠中整体水流流速相对不大，泥沙容易通过集鱼渠中下部的格栅孔缝沉落至下部补水消能区域，长期运行将不可避免的造成泥沙淤积(在多沙河流中这些现象将尤为严重)，造成其消能和分散水流的功能下降；
2、在集鱼渠底部设置一定深度的补水消能区域会增加整个集鱼系统建筑物的高度，如果在电站尾水管上部的尾水平台进行布置时，垂向高度的增加将对整体布置，特别是结构稳定带来一定难度。
发明内容
本发明的目的是为了解决在保证补水水流均匀稳定、不对集鱼渠内水流条件造成过大影响的同时，避免集鱼系统内产生泥沙淤积，创新集鱼系统补水设施布置方法，而提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，包括以下步骤；
S1、在集鱼渠侧面并列设置补水渠，补水渠底高程与集鱼渠一致，高度与集鱼渠相同，宽度根据消能和补水要求确定；
S2、自上游水库设置补水管道，通过钢管引水至补水渠，在补水渠内设置水流消能措施；
S3、在补水渠与集鱼渠中间隔墙的中下部开设一排补水孔，采用旁侧分散进水的方式对集鱼渠进行补水；
S4、在补水孔进水端，位于补水渠一侧设置三角形导流墩调整分散水流，保持各补水孔进入集鱼渠的水流均匀和稳定；
S5、在补水孔末端，位于集鱼渠一侧布置格栅网，防止上溯鱼类误入补水渠；
S6、在补水管道上增设补水调节阀，以便在不同水位工况下均能进行适量补水，满足诱鱼需求。
优选地，所述S1中补水渠与集鱼渠底高程、高度保持一致，若布置在电站尾水平台上，则补水渠布置在内侧，集鱼渠布置在外侧；补水渠宽度B根据补水量及实际工程空间决定，较宽的补水渠便于消能和平稳水流，考虑工程建设的经济性，一般取补水渠宽度为1.0m。
优选地，所述S1中集鱼渠若存在多个进鱼口，其相应补水渠应分段布置，其中区段可按进鱼口数量等量划分，亦可按多个进鱼口分组划分，通过补水管道为各区段分别补水，以便达到更好的出流效果。
优选地，所述S3中补水孔布置在补水渠与集鱼渠之间的隔墙中下部，孔高h以不超过最低运行水位w时集鱼渠内水深的一半为宜，即：
上式中：h为补水孔高度，w为集鱼系统的最低运行水位，h0为集鱼渠底高程。
优选地，所述补水孔等间隔布置，间隔宽度不宜小于0.3m；所述补水孔宽度采用沿水流方向依次递减或分组依次递减的布置方式，，各组次补水孔变化幅度宜保持一致，且宜处于0.60-0.95之间；所述补水孔总面积A的取值宜大于8倍补水流量值，即：
A≥8Qmax
上式中：A为补水孔总出流面积，Qmax为最大补水流量，对于多区段补水，则以该区段补水孔总面积和补水出流量进行计算。
优选地，S4中三角形导流墩设置在在每一补水孔的顺水流方向下游侧，以便引导水流从各支孔分散出流；导流墩高度与补水渠高度一致，导流墩宽度沿补水水流方向逐渐增加，最后一块导流墩处补水渠内最小过流断面宽度不宜小于0.2倍的补水渠总宽，即
bn≥0.2B
上式中：bn为最后一块导流墩处补水渠内最小断面宽度，B为补水渠总宽，具体宽度布置可根据模型试验结果进行进一步优化。
优选地，所述S5中格栅网设置在补水孔末端，集鱼渠一侧，防止上溯鱼类误入补水渠，格栅孔大小根据主要过鱼季节过鱼对象体型设置，建议格栅孔不大于2cm×2cm，避免体型较小的鱼类钻入补水渠。
优选地，所述S2中水流消能措施布置在补水渠中，对集鱼渠无干扰，其布置原则为：保证补水水流充分消能，补水渠中水流稳定；本发明提出一种便于工程施工的简单消能型式，对于补水量小于1.5m3/s的集鱼系统可取得较好的效果，具体实施过程中可结合试验研究确定是否需要设置消能措施，以及消能措施的型式。
与现有技术相比，本发明提供了一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，具备以下有益效果：
1.本发明采用旁侧分散补水型式，避免了集鱼渠底部补水可能带来的泥沙淤积问题，特别适用于多泥沙河流上鱼道集鱼系统建设，能够保证其长期稳定运行；避免了集鱼系统垂向尺度的增加，增加了结构的稳定性并利于在电站尾水平台上进行布置；本发明设计中所提出的补水方式和相关措施均较为简单，便于工程施工，通用借鉴性高。
附图说明
图1为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的集鱼系统旁侧补水措施平面布置示意图(两区段补水渠布置)；
图2为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的补水孔依次递减或分组依次递减的布置方式平面示意图(不带导流墩)；
图3为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的补水孔依次递减或分组依次递减的布置方式立面示意图(不带导流墩)；
图4为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的导流墩平面俯视示意图；
图5为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的消能措施平面俯视示意图；
图6为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的消能措施立面示意图；
图7为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的实施案例中补水孔及导流墩布置详图；
图8为本发明提出的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法的实施案例中集鱼渠内沿程水流流速分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，包括以下步骤；
S1、在集鱼渠侧面并列设置补水渠，补水渠底高程与集鱼渠一致，高度与集鱼渠相同，宽度根据消能和补水要求确定；
S2、自上游水库设置补水管道，通过钢管引水至补水渠，在补水渠内设置水流消能措施；
S3、在补水渠与集鱼渠中间隔墙的中下部开设一排补水孔，采用旁侧分散进水的方式对集鱼渠进行补水；
S4、在补水孔进水端，位于补水渠一侧设置三角形导流墩调整分散水流，保持各补水孔进入集鱼渠的水流均匀和稳定；
S5、在补水孔末端，位于集鱼渠一侧布置格栅网，防止上溯鱼类误入补水渠；
S6、在补水管道上增设补水调节阀，以便在不同水位工况下均能进行适量补水，满足诱鱼需求。
进一步，优选地，所述S1中补水渠与集鱼渠底高程、高度保持一致，若布置在电站尾水平台上，则补水渠布置在内侧，集鱼渠布置在外侧；补水渠宽度B根据补水量及实际工程空间决定，较宽的补水渠便于消能和平稳水流，考虑工程建设的经济性，一般取补水渠宽度为1.0m。
进一步，优选地，所述S1中集鱼渠若存在多个进鱼口，其相应补水渠应分段布置，其中区段可按进鱼口数量等量划分，亦可按多个进鱼口分组划分，通过补水管道为各区段分别补水，以便达到更好的出流效果。
进一步，优选地，所述S3中补水孔布置在补水渠与集鱼渠之间的隔墙中下部，孔高h以不超过最低运行水位w时集鱼渠内水深的一半为宜，即：
上式中：h为补水孔高度，w为集鱼系统的最低运行水位，h0为集鱼渠底高程。
进一步，优选地，所述补水孔等间隔布置，间隔宽度不宜小于0.3m；所述补水孔宽度采用沿水流方向依次递减或分组依次递减的布置方式，，各组次补水孔变化幅度宜保持一致，且宜处于0.60-0.95之间；所述补水孔总面积A的取值宜大于8倍补水流量值，即：
A≥8Qmax
上式中：A为补水孔总出流面积，Qmax为最大补水流量，对于多区段补水，则以该区段补水孔总面积和补水出流量进行计算。
进一步，优选地，S4中三角形导流墩设置在在每一补水孔的顺水流方向下游侧，以便引导水流从各支孔分散出流；导流墩高度与补水渠高度一致，导流墩宽度沿补水水流方向逐渐增加，最后一块导流墩处补水渠内最小过流断面宽度不宜小于0.2倍的补水渠总宽，即
bn≥0.2B
上式中：bn为最后一块导流墩处补水渠内最小断面宽度，B为补水渠总宽，具体宽度布置可根据模型试验结果进行进一步优化。
进一步，优选地，所述S5中格栅网设置在补水孔末端，集鱼渠一侧，防止上溯鱼类误入补水渠，格栅孔大小根据主要过鱼季节过鱼对象体型设置，建议格栅孔不大于2cm×2cm，避免体型较小的鱼类钻入补水渠。
进一步，优选地，所述S2中水流消能措施布置在补水渠中，对集鱼渠无干扰，其布置原则为：保证补水水流充分消能，补水渠中水流稳定；本发明提出一种便于工程施工的简单消能型式，对于补水量小于1.5m3/s的集鱼系统可取得较好的效果，具体实施过程中可结合试验研究确定是否需要设置消能措施，以及消能措施的型式。
实施例2：基于实施例1，但有所不同的是：
我国某水利枢纽工程过鱼设施采用仿生态鱼道型式，主要过鱼对象为“四大家鱼”以及赤眼鳟和长吻鮠等鱼类，主要过鱼季节每年4月-7月。该鱼道进口布置在电站尾水附近，利用电站泄流进行诱鱼，在电站尾水平台上规划设置集鱼系统，以便于上溯鱼类通过多进口快速进入鱼道上溯。
该鱼道进口包括一个主进鱼口和集鱼系统两个辅助进鱼口，为了避免集鱼系统长期运行后河道泥沙在补水池中淤积，拟采用本发明中提出的旁侧分散补水措施。按照本发明设计提出的技术方案，各技术参数可确定如下：
S1、补水渠布置：补水渠与集鱼渠底高程、高度保持一致，布置在电站尾水平台内侧，集鱼渠布置在外侧；该鱼道集鱼系统预计补水量在1.0m3/s左右，考虑工程建设的经济性，取1.0m宽度。
由于集鱼系统布置了两个辅助进鱼口，因此可直接采用附图1所示的两区段补水渠布置方案。
S2、补水孔布置：本集鱼系统考虑下游水位变幅，总高度2.5m，下游最低水位时，集鱼渠内水深约2.0m，因此，设置补水孔高度为1.0m；补水孔等间隔布置，间隔宽度取0.5m；补水孔宽度采用沿水流方向分组依次递减，如图7所示，最大补水孔宽度1.20m，最小补水孔宽度0.6m；补水孔总面积A为8.1m2，大于8倍预估1.0m3/s的补水流量值。
S3、导流墩布置：本集鱼系统每一区段共设置9个补水孔，根据其具体情况，在前6个补水孔的顺水流方向下游侧设置三角形的导流墩，导流墩高度与补水渠高度一致，为2.5m，导流墩宽度沿补水水流方向逐渐增加，如图7所示，第一块导流墩25cm宽，按逐步递增8cm进行布置，最后一块宽度为65cm，此时补水渠内过流断面35cm，大于0.2倍的补水渠总宽。
S4、拦鱼格栅网布置在补水孔末端(集鱼渠一侧)布置格栅网，格栅孔尺度为1cm×1cm，防止上溯鱼类误入补水渠。
S5、消能措施布置本实施案例中鱼道补水流量相对较小，在补水渠中每一补水区段仅设置一道多孔板墙用于水流消能，多孔板墙布置在补水管下游侧。
采用本发明设计思路进行布置后，通过模型试验和计算模拟对集鱼系统内部水流流态和水流流速指标进行了研究，实测鱼道集鱼系统内部水流顺直，补水段水流出流均匀稳定，流态良好；两个补水区段分别补水1.0m3/s和0.6m3/s时，集鱼渠内整体沿程水流流速分布如图8所示，各补水孔出流平均流速指标则如表1所示；试验实测鱼道两个辅助进鱼口的水流流速均在0.70m/s左右，能够较好的满足诱鱼要求。此外，在下游水位变化时，可通过流量调节阀控制各区段补水流量，达到理想的补水状态。
表1实施案例中各补水孔出流平均流量-流速指标
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1、在集鱼渠侧面并列设置补水渠，补水渠底高程与集鱼渠一致，高度与集鱼渠相同，宽度根据消能和补水要求确定；
集鱼渠存在多个进鱼口，其相应补水渠应分段布置，其中区段按进鱼口数量等量划分，或按多个进鱼口分组划分，通过补水管道为各区段分别补水，以便达到更好的出流效果；
S2、自上游水库设置补水管道，通过钢管引水至补水渠，在补水渠内设置水流消能措施；
S3、在补水渠与集鱼渠中间隔墙的中下部开设一排补水孔，采用旁侧分散进水的方式对集鱼渠进行补水；
补水孔布置在补水渠与集鱼渠之间的隔墙中下部，孔高h不超过最低运行水位w时集鱼渠内水深的一半，即：
上式中：h为补水孔高度，w为集鱼系统的最低运行水位，h0为集鱼渠底高程；
所述补水孔等间隔布置，间隔宽度不小于0.3m；所述补水孔宽度采用沿水流方向依次递减或分组依次递减的布置方式，各组次补水孔变化幅度保持一致，且处于0.60-0.95之间；所述补水孔总面积A的取值大于8倍补水流量值，即：
A≥8Qmax
上式中：A为补水孔总出流面积，Qmax为最大补水流量，对于多区段补水，则以该区段补水孔总面积和补水出流量进行计算；
S4、在补水孔进水端，位于补水渠一侧设置三角形导流墩调整分散水流，保持各补水孔进入集鱼渠的水流均匀和稳定；
三角形导流墩设置在在每一补水孔的顺水流方向下游侧，以便引导水流从各支孔分散出流；导流墩高度与补水渠高度一致，导流墩宽度沿补水水流方向逐渐增加，最后一块导流墩处补水渠内最小过流断面宽度不小于0.2倍的补水渠总宽，即
bn≥0.2B
上式中：bn为最后一块导流墩处补水渠内最小断面宽度，B为补水渠总宽，具体宽度布置根据模型试验结果进行进一步优化；
S5、在补水孔末端，位于集鱼渠一侧布置格栅网，防止上溯鱼类误入补水渠；
S6、在补水管道上增设补水调节阀，以便在不同水位工况下均能进行适量补水，满足诱鱼需求。
2.根据权利要求1所述的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，其特征在于：所述S1中补水渠与集鱼渠底高程、高度保持一致，若布置在电站尾水平台上，则补水渠布置在内侧，集鱼渠布置在外侧；补水渠宽度B根据补水量及实际工程空间决定，宽的补水渠便于消能和平稳水流，考虑工程建设的经济性，取补水渠宽度为1.0m。
3.根据权利要求1所述的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，其特征在于：所述S5中格栅网设置在补水孔末端，集鱼渠一侧，防止上溯鱼类误入补水渠，格栅孔大小根据过鱼季节过鱼对象体型设置，格栅孔不大于2cm×2cm，避免体型较小的鱼类钻入补水渠。
4.根据权利要求1所述的一种鱼道进口集鱼系统旁侧分散补水系统布置方法，其特征在于：所述S2中水流消能措施布置在补水渠中，对集鱼渠无干扰，其布置原则为，保证补水水流充分消能，补水渠中水流稳定。
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