CN110894719A

CN110894719A - 一种隔膜式鱼道

Info

Publication number: CN110894719A
Application number: CN201911164200.XA
Authority: CN
Inventors: 陈铨艺; 胡再国
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-03-20

Abstract

一种隔膜式鱼道涉及鱼道，特别是梯级鱼道对鱼类洄游提供助力的装置。鱼道竖直方向剖面为U字形，即上端开口的中空长方体，鱼道底面坡为0.015‑0.035，在鱼道左侧壁、底面和右侧壁密封地固定多个隔膜，每个隔膜的中心部分能够升降；隔膜中心处于最低位时，各个隔膜将鱼道分割成多个水体，即梯级鱼道；隔膜中心处于最高位时，隔膜与鱼道所围的水体能够与上一个隔膜中心处于最低位所围的水体连成一个水体，即隔膜处于最高位时蓄满水后能够淹没上一个隔膜处于最低位的中心部分。鱼能够在鱼道内栖息；对于比较大的鱼类，也能够按照阶梯鱼道的方式跳跃式上行；能够降低水的流量，从而节约用水，水是用来发电的，从而能够节约能源。

Description

一种隔膜式鱼道

技术领域

本发明涉及鱼道，特别是梯级鱼道对鱼类洄游提供助力的装置。

背景技术

现有的鱼道一般采用消能的方式，存在一定的流速和消能障碍物。梯级鱼道的挡板一般存在竖缝，梯级鱼道的挡板对小型鱼类的洄游带来较大阻碍；梯级鱼道竖缝的水流速度也会对小型鱼类的洄游带来阻碍。

发明内容

为洄游的鱼类提供助力，本发明设计一种隔膜式鱼道（属于梯级鱼道的范畴）。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种隔膜式鱼道，其特征是：鱼道竖直方向剖面为U字形，即上端开口的中空长方体，即鱼道由左侧壁、底面和右侧壁组成；鱼道底面坡为0.015-0.035，即底面与水平面的夹角为1-2度；在鱼道左侧壁、底面和右侧壁密封地固定多个隔膜，每个隔膜的中心部分能够升降；隔膜中心处于最低位时（隔膜呈现圆弧形，中间低），各个隔膜将鱼道分割成多个水体，即梯级鱼道；隔膜中心处于最高位时（两侧呈现圆环形，两侧各有一个低点），隔膜与鱼道所围的水体能够与上一个隔膜中心处于最低位所围的水体连成一个水体，即隔膜处于最高位时蓄满水后能够淹没上一个隔膜处于最低位的中心部分。

隔膜处于最低位时隔膜位置的内侧水位为1米；隔膜处于最高位时隔膜位置的内侧水位为1.8-2.0米；相邻隔膜之间的落差为0.1米，即隔膜内侧的最低水位为1.0米、隔膜外侧的最低水位为0.9米；隔膜外侧的水体处于最高水位1.8-2.0米时，此时隔膜位置的水位为1.7-1.9米，即两个水体连通、隔膜外侧水体比隔膜中心部分高0.7-0.9米，即隔膜处于最高位时蓄满水后能够淹没处于最低位上一个隔膜的中心部分0.7-0.9米，也就同时将上游的7-9个隔膜的水体连通。

隔膜为柔软的非弹性材质，即隔膜拉伸弹性系数无限大；隔膜必须承受的压力F与鱼道的高度h、宽度w之间的关系为0.5ρgh²w，其中ρ为水的密度，g为重力加速度。这其中没有考虑外侧水体的支撑作用，即有所高估（对隔膜选材时的参数计算留有裕量是必要的）；由于压强为ρgh，隔膜外侧压强直接简化为0，即隔膜内外的压强差简化为ρgh，压强ρgh乘以面积dh*w，dh为将隔膜按高度方向等分分隔成dh的区域，区域dh两侧的受力为ρgh*w*dh；然后对h积分，隔膜底部高度h=0；隔膜顶部的高度h=h。

左侧壁、底面和右侧壁的壁厚为0.3米。隔膜能够被闸门替换。

电动机先将最底端隔膜中心抬升到顶部，最底端隔膜是指鱼道下游最后一个隔膜；电动机将隔膜中心处于最低位的隔膜的中心拉伸到顶部，等到水流溢出隔膜，利用水溢出隔膜触发开关使相邻的上游隔膜的中心被电动机拉升到顶部；等到最顶部的隔膜中心拉伸后溢水时，所有电动机断电，隔膜在水的压强作用下隔膜逐渐下降到最低位。

电动机将处于底部的隔膜的中心拉伸到顶部，等到水流溢出隔膜，利用水溢出隔膜触发开关使相邻的上一个隔膜的中心被电动机拉升到顶部；鱼道最底端的隔膜编号为n、最顶部隔膜编号为1，即一共有n个隔膜；在第k（1<k<n）隔膜溢水时，k-1隔膜上升，k+1隔膜的电动机断电，隔膜下降；当第1个隔膜溢水时，第n个隔膜上升，第2个隔膜下降；当第n个隔膜拉伸后顶部溢水时，第n-1个隔膜上升，第1个隔膜下降。

本发明的有益效果是：由于鱼道的水流具备一定的速度，即水流具备一定的动能，鱼道的设计都是照顾大多数洄游鱼类（即体力较好的鱼类），对于比较小（体力较小）的洄游鱼类就会带来比较大的麻烦；本发明的阶梯鱼道，鱼能够在鱼道内栖息，等待相邻隔膜提升将两个隔膜之间的水体连成一体，从而减小鱼类洄游的阻力；对于比较大的鱼类，也能够按照阶梯鱼道的方式跳跃式上行；本发明采用隔膜替代阶梯鱼道的水泥隔板，相对于水泥隔板能够降低厚度，从而减小洄游鱼跳跃的宽度；本发明能够降低水的流量，从而节约用水，水是用来发电的，水能也是一种能量，从而能够节约能源。

附图说明

图1是鱼道示意图；图2是开关控制原理图；图3是开关触发装置、隔膜和鱼道关系图（其中水位为水平方向、鱼道为向上游倾斜向上）；图4是常闭开关和常开开关示意图；

其中，1、鱼道；2、开关装置；3、隔膜；4、电动机；5、开关触发装置；6、滑槽；7、弹簧。

具体实施方式

假设鱼道一共有n个隔膜，形成n个水体，初始时刻所有隔膜由于重力下降。称最上游的隔膜为第1个隔膜，第1个隔膜上方的水体为第1个水体。最下游水体的水位淹没第n个隔膜处于最低位时的中心0.3米左右，当第n个水体，即倒数第1个水体检测到一定数量的鱼，将第n个隔膜，即最后1个隔膜升起到隔膜中心点和鱼道边缘等高并静止。水在第n个隔膜和第n-1个隔膜（此时还未升起）之间的水体积累。当水漫出第n个隔膜时（此时第n-1个隔膜和第n个隔膜之间的水体将高于第n-1个隔膜中心部分的高度，使两个水体处于连通状态，有利于鱼的洄游），升起第n-1个隔膜。同理水逐渐积累。当水漫出第n-1个隔膜，即倒数第2个隔膜时，升起第n-2个隔膜同时降下第n个隔膜。以此类推直到第1个隔膜被升起之后开始被水漫过，升起第n个隔膜，即最后一个隔膜，同时降下第2个隔膜。当水漫出第n个隔膜时，升起第n-1个隔膜，即倒数第2个隔膜时候，降下第1个隔膜；即第1个隔膜的相邻上游隔膜为第n个隔膜；第n个隔膜的相邻下游隔膜为第1个隔膜。形成循环。

开关装置2可以用于电动机的电源开关。隔膜3为较软质无弹性的塑料。电动机4可以拉动并升起隔膜。开关装置2可以位于隔膜的外侧（图1）采用溢水作为控制信号；开关装置2也可以位于隔膜内侧（图中没有画出），采用浮力作为控制力量。

实现隔膜的升降，能够采用程序控制；或者采用隔膜顶部溢水的力量或者水升高的浮力作用触发开关进行控制；即控制方法有多种，本发明的下面的实施控制的方法仅仅是其中一种实例。

由于我们采用电路实现，“下降”表示按下“停止”开关（断开电源），“升起”表示按下“开始”开关（接通电源），因此即使隔膜原本是下降的，也可以“下降”，即按下“停止”开关。

电路图如图2，采用继电器构成。KM是继电器线圈，KM1是继电器的常开触点。也可以根据继电器的工作原理，设计KM为通电带磁性的装置，KM1为可以被KM吸引的常开开关。

当SQ1动作，电路导通，KM带电而使得KM1闭合，电动机工作。隔膜下降后，SQ1回到常开状态。当SQ2动作，电路开路，线圈KM断电而使得KM1断开，电动机停止工作。隔膜下降后，SQ2回到常闭状态。也就是说，SQ1动作，电动机工作，SQ2动作，电动机关闭。当电动机停止时只动作SQ2，电动机没有反应。当电动机工作时只动作SQ1，电动机仍然保持工作状态。并且电路的设计使得电路的导通和关断分别只需要开关的一瞬间导通和关断即可。

对应鱼道上的结构如图3所示。开关触发装置5在滑槽6里面滑动，开关触发装置5为浮漂（受浮力上浮的物体）。滑槽6位于隔膜上游一侧，水位上涨产生的浮力促使开关触发装置5上浮并顶开常闭开关SQ2使下游一侧的隔膜断电、然后隔膜在水体的推力作用下降（然后开关触发装置5下降，触发相邻下游隔膜下降的常闭开关SQ2和触发相邻上游隔膜上升的常开开关SQ1在各自的弹簧作用下恢复，常闭开关SQ2在弹簧的作用下使动触头接触定触头、常开开关SQ1在弹簧的作用下使动触头离开定触头），同时水位上涨产生的浮力促使开关触发装置5上浮并闭合常开开关SQ1促使隔膜上游一侧的相邻隔膜上升。每个隔膜上游处的开关装置2中的开关触发装置5都有两个触头，上游触头上方有上游相邻隔膜的SQ1开关，下游触头上方有下游相邻隔膜的SQ2开关。如图3所示虚线表示水位。当水开始漫过隔膜3之前，开关触发装置5由于浮力上升到一定高度使开关触发装置5的上游侧触头接触上游相邻隔膜的电动机的SQ1，升起上游处相邻的隔膜，同时开关触发装置5的下游触头接触下游相邻隔膜的电动机的SQ2，关闭下游处相邻的隔膜。每个隔膜上游处的开关装置2中的开关触发装置5都有两个触头，上游触头上方有上游相邻隔膜的SQ1开关，下游触头下方有下游相邻隔膜的SQ2开关，当水漫过隔膜，可以同时升起上游相邻的隔膜和降下下游相邻的一个隔膜。以此类推。通过上游来水的大小控制隔膜上升的速度。

当前隔膜的常闭开关SQ2位于上游一侧的隔膜内侧，当前隔膜的常开开关SQ1和常开触点KM1位于下游一侧隔膜的内侧。虽然，当前隔膜上升，顶开了下游一侧隔膜的常闭开关SQ2，导致下游一侧的隔膜下降，也导致当前隔膜的常开开关SQ1恢复到打开状态，但是当前隔膜的常开触点KM1还是处于闭合状态（当前隔膜的常开触点KM1与当前隔膜的常闭开关SQ2串联），因此，当前隔膜将维持到上游隔膜顶开当前隔膜的常闭开关SQ2。

常闭开关SQ2依靠弹簧7压住实现连通；常开开关SQ1依靠弹簧7顶开实现断开。

Claims

1.一种隔膜式鱼道，其特征是：鱼道竖直方向剖面为U字形，即上端开口的中空长方体，即鱼道由左侧壁、底面和右侧壁组成；鱼道底面坡度为0.015-0.035，即底面与水平面的夹角为1-2度；在鱼道左侧壁、底面和右侧壁密封地固定多个隔膜，每个隔膜的中心部分能够升降；隔膜中心处于最低位时，各个隔膜将鱼道分割成多个水体，即梯级鱼道；隔膜中心处于最高位时，隔膜与鱼道所围的水体能够与上一个隔膜中心处于最低位所围的水体连成一个水体，即隔膜处于最高位时蓄满水后能够淹没上一个隔膜处于最低位的中心部分。

2.根据权利要求1所述的一种隔膜式鱼道，其特征是：隔膜处于最低位时隔膜位置的内侧水位为1米；隔膜处于最高位时隔膜位置的内侧水位为1.8-2.0米；隔膜内侧是指靠近鱼道上游的一侧、隔板外侧是指靠近鱼道下游的一侧，上一个隔膜指的是上游的一个隔膜;相邻隔膜之间的落差为0.1米，即隔膜内侧的最低水位为1.0米、隔膜外侧的最低水位为0.9米；隔膜外侧的水体处于最高水位1.8-2.0米时，此时隔膜位置的水位为1.7-1.9米，即两个水体连通、隔膜外侧水体比隔膜中心部分高0.7-0.9米，即隔膜处于最高位时蓄满水后能够淹没处于最低位上一个隔膜的中心部分0.7-0.9米。

3.根据权利要求1所述的一种隔膜式鱼道，其特征是：隔膜为柔软的非弹性材质，即隔膜拉伸弹性系数无限大；隔膜必须承受的压力F与鱼道的高度h、宽度w之间的关系为0.5ρgh²w，其中ρ为水的密度，g为重力加速度。

4.根据权利要求1所述的一种隔膜式鱼道，其特征是：左侧壁、底面和右侧壁的壁厚为0.3米。

5.根据权利要求1所述的一种隔膜式鱼道，其特征是：隔膜能够被闸门替换。

6.根据权利要求1-3所述的一种隔膜式鱼道的使用方法，其特征是：电动机先将最底端隔膜中心抬升到顶部，最底端隔膜是指鱼道下游最后一个隔膜；电动机将隔膜中心处于最低位的隔膜的中心拉伸到顶部，等到水流溢出隔膜，利用水溢出隔膜触发开关使相邻的上游隔膜的中心被电动机拉升到顶部；等到最顶部的隔膜中心拉伸后溢水时，所有电动机断电，隔膜在水的压强作用下隔膜逐渐下降到最低位。

7.根据权利要求1-3所述的一种隔膜式鱼道的使用方法，其特征是：电动机将处于底部的隔膜的中心拉伸到顶部，等到水流溢出隔膜，利用水溢出隔膜触发开关使相邻的上一个隔膜的中心被电动机拉升到顶部；鱼道最底端的隔膜编号为n、最顶部隔膜编号为1，即一共有n个隔膜；在第k（1<k<n）隔膜溢水时，k-1隔膜上升，k+1隔膜的电动机断电，隔膜下降；当第1个隔膜溢水时，第n个隔膜上升，第2个隔膜下降；当第n个隔膜拉伸后顶部溢水时，第n-1个隔膜上升，第1个隔膜下降。