CN111945653A - 一种中小型生态堰坝及其调控鱼类水流生境的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中小型生态堰坝及其调控鱼类水流生境的方法，堰坝包括坝体、闸门、门库、导轨和智能控制系统，将生物迁徙通道与调控闸门功能相结合，有效保障堰坝上下游两侧水体的连通性，同时达到鱼类栖息生境连通的效果。调控闸门呈阶梯式布置于生物迁徙通道及门库处，采用横向启闭的方式控制河道水流的下泄量，且闸门上开设多个透水孔，以减缓水流对闸坝的冲击作用。门库设置于坝体内部，其尺寸大小恰适于各自对应闸门的安置，在门库底端设有导轨用于引导闸门的横向移动。智能控制系统可精确测定出堰坝上下游两侧的水位及流量并对其作出相应的计算处理，智能化调控闸门的开闭组合方式与开度大小，有效保证河道的行洪能力。

Description

一种中小型生态堰坝及其调控鱼类水流生境的方法

技术领域

本发明属于水利、渔业及农业的技术领域，具体涉及一种中小型生态堰坝及其调控鱼类水流生境的方法。

背景技术

为了满足人民日益增长的生活水平和工农业快速生产发展的需要，自新中国成立以来，我国建设了一系列的堰坝工程，尤其是在山丘区中小河流中，为当地流域地区带来了显著的经济和社会效益。但是传统堰坝建设时主要以防洪、蓄水、灌溉为目的，没有综合考虑其对河道生态环境造成的以下几方面的负面影响：

1.水动力条件的改变。传统堰坝的建设改变了河流水势，阻隔了原有的河道径流，会抬高堰坝上游水位，产生静水区，造成下游水流的流量与流速都大大降低。在洪水期又会出现水流溢堰现象，且由于上下游水位差较大，过堰水流以高速冲击到下游，易产生河道冲刷、河岸崩塌等问题。

2.加剧河道水质的恶化。堰坝阻断了河流上下游的连通，致使堰坝上下游水流流速减小，水流流动性减弱，大大降低水气接触面积，水体中的氧浓度有所削减，导致水体中的营养物质和污染物得不到及时有效的稀释和扩散，极易加剧河道水质的恶化。

3.截断生物迁徙通道。由于河流生态系统被堰坝隔绝起来，原有的水文规律和水动力条件发生改变，堰坝上下游水生生物栖息地发生破碎化，尤其是截断了生物上下游自由洄游、迁徙的通道，导致生物群落的连通性减弱，种群规模缩减，进而降低生物的多样性。

发明内容

本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种中小型生态堰坝及其调控鱼类水流生境的方法，根据堰坝上下游水位及流量智能控制多级闸门的开闭形式及其开度大小，从而调蓄水流的下泄量，对改善传统堰坝给河道带来的水动力条件改变、水质恶化、生物迁徙通道的截断等负面影响具有积极意义。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

一种中小型生态堰坝，包括可切断河道上下游水流连通的坝体，还包括门库、调控闸门、导轨和智能控制系统；

所述坝体中开设有可启闭的闸门口，所述闸门口设置于生物迁徙通道处，所述闸门口处设置有调控闸门；所述坝体内部自闸门口沿坝体长度方向布置有用于安装和容纳调控闸门的门库，所述门库底部设置有导轨，用于与调控闸门底部滑动连接；

还包括驱动机构，所述驱动机构与调控闸门连接，用于驱动调控闸门沿导轨方向移动，开启或关闭调控闸门；

所述智能控制系统与驱动机构连接，用于根据堰坝上、下游水位与流量的分析，对调控闸门的开闭状态和开度大小做出相应的调控。

在一些实施例中，所述调控闸门包括第一道闸门、第二道闸门、第三道闸门，第一道闸门、第二道闸门、第三道闸门呈阶梯式布置于坝体生物迁徙通道处，且均采用横向启闭方式。

进一步的，第一道闸门底部与堰底高程相平，顶高程与河道枯水位相等；第二道闸门底高程为枯水位，顶高程为正常水位；第三道闸门底高程为正常水位，顶高程为设计水位。

在一些实施例中，所述调控闸门上开设有均匀开设多个透水孔。

在一些实施例中，所述门库包括第一门库、第二门库、第三门库，尺寸与位置分别对应于第一道闸门、第二道闸门、第三道闸门。

在一些实施例中，所述第一门库、第二门库、第三门库的底端处个设置有一个导轨，导轨沿沿坝体长度方向布置，用于支撑和引导调控闸门在门库内做往复的横向直线运动。

在一些实施例中，所述驱动机构包括电机、螺杆，所述螺杆与调控闸门连接，电机的动力输出轴与螺杆一端连接，用于带动螺杆与调控闸门沿导轨方向伸缩移动。

在一些实施例中，所述智能控制系统包括智能决策处理装置，用于接收堰坝上下游水位及流量信息；

根据堰坝上下游水位及流量信息，以及预存的设计流量、设计水位及下游基本生态流量与鱼类生长基本需求水位，进行分析、计算得到调控闸门的调节量，发出指令控制调整调控闸门的开闭状态、开度大小。

进一步的，所述智能控制系统还包括信号传输器和闸门启闭控制装置，信号传输器和闸门启闭控制装置分别与智能决策处理装置连接，

所述的信号传输器设在堰顶处，用于监测堰前来流水位、流量信息，并传送给智能决策处理装置；

所述的闸门启闭控制装置包括信号接收器、开度调控机组，信号接收器用于接收智能决策处理装置发出的指令，并通过开度调控机组来控制驱动机构工作，实现调控闸门的开闭状态与开度大小。

第二方面，本发明还提供利用上述的中小型生态堰坝智能多级调控鱼类水流生境的方法，包括：

步骤1）通过信号传输器精准测定出堰坝上下游水位及流量；

步骤2）将水位和流量数据传送至智能决策处理装置；

步骤3）智能决策处理装置根据堰坝上游水位、流量与设计流量、设计水位的大小关系，以及堰坝下游流量、水位是否满足基本生态流量与鱼类生长基本需求水位，进行分析、计算得到调控闸门的调节量，发出指令对开闭状态和开度大小做出相应的调控，以满足防洪安全以及上下游鱼类水流生境安全的要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1．安全效益。本发明在保证蓄水、灌溉功能时，又能根据堰前来流水位控制闸门的开度，有效满足行洪要求，保证防洪安全。另外，在传统堰坝的基础上增设多道闸门设施，不会对堰坝的结构组成和运行产生阻碍。

2．生态效益。此生态堰坝除了可以达到防洪蓄水灌溉的目的外，还能维持河道的一定水位，并自动调节水位，以满足鱼类生存的水流条件，为水生生物提供良好的栖息环境；且闸门的设置增加了河道上下游的连通，为水生动物提供了一个很好的迁徙途径，保护了河流生物的多样性。

3．环境效益。水流过闸时会不断发生收缩、扩散、回流，使水体产生强烈的紊动，有利于增加空气的掺入，提高水体的氧浓度，削减污染，是提高河流净化水质能力的一个有效途径。

4．经济效益。该生态型堰坝可天府欧智能化调控闸门的开闭调蓄上下游的流量与水位，节省了大量的管理耗资，并且为河流下游地区提供了充分的水资源，推动渔业和农业的发展，达到很好的经济效益。

附图说明

图1为本发明中小型生态堰坝的纵断面布置图；

图2为本发明的控制系统的连接图；

图3为本发明中小型生态堰坝的整体结构布置立体图；

图4为本发明的闸门布置立体图；

其中，1—坝体；2—生物迁徙通道；3—调控闸门，第一道闸门3a、第二道闸门3b、第三道闸门3c；4—透水孔；5—门库；6—导轨；7—信号传输器；8—智能决策处理装置；9—信号接收器；10—开度调控机组；11—电机；12—推拉制动器；13—螺杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1至图4所示，为一种中小型生态堰坝，包括坝体1、调控闸门3、门库5、导轨6和智能控制系统，所述坝体1中开设有可启闭的闸门口，所述闸门口设置于生物迁徙通道2处，所述闸门口处设置有调控闸门3；所述坝体内部自闸门口至少一侧沿坝体长度方向布置有用于安装和容纳调控闸门的门库5，所述门库底部设置有导轨6，用于与调控闸门底部滑动连接；

还包括驱动机构，所述驱动机构与调控闸门连接，用于驱动调控闸门沿导轨方向移动，开启或关闭调控闸门；

所述智能控制系统与驱动机构连接，用于根据堰坝上、下游水位与流量的分析，对调控闸门的开闭状态和开度大小做出相应的调控。

各组成具体结构如下：

1.堰坝坝体1（见图1，图3，图4）

该堰坝适用于中小型河道建设中，坝体材料主要为钢筋混凝土，其修建程序符合国家工程施工相关标准，构件组合机理满足一定的规范要求。此种堰坝的强度要求及水位抬高虽远不如大型闸坝，但行洪能力较强，在河道建设中扮演着一个极其重要的角色。

2.生物迁徙通道2（见图1，图3，图4）

生物迁徙通道2的设计主要考虑生物上溯的习性，结合通道内建设的调控闸门3，可有效保障堰坝上下游两侧水体的连通性，同时达到鱼类栖息生境连通的效果，能够保证生态系统的平衡与生物的多样性。

3.调控闸门3（见图1，图3，图4）

所述调控闸门3包括第一道闸门3a、第二道闸门3b、第三道闸门3c，呈阶梯式布置于坝体生物迁徙通道2内，全部采用横向启闭方式。第一道闸门3a底部与堰底高程相平，顶高程与河道枯水位相等；第二道闸门3b底高程为枯水位，顶高程为正常水位；第三道闸门3c底高程为正常水位，顶高程为设计水位。闸门可根据防洪要求，通过信号传输器7反映的水位变化情况以及闸门启闭控制装置的控制作用，借助导轨6横向移动调整其开度大小，控制水流的下泄量。且三道调控闸门3上呈阵列式均匀开设多个透水孔4，以减缓水流对闸坝的顶托作用，降低闸门的损耗。

4.门库5（见图1，图3，图4）

所述门库5包括第一门库5a、第二门库5b、第三门库5c，开设在堰坝坝体1内部，位于调控闸门3的左侧，其尺寸大小分别适于各自对应闸门的安置。当下游水位不足或上游流量过多时闸门由智能控制系统自动控制开启横向移入门库，相比竖向开启可以有效减少闸门的挡水面积，从而满足更大的防洪要求；相反的条件下，闸门又可由控制系统从门库推出拦蓄水流继续工作。

5.导轨6（见图3，图4）

在门库5的底坑上安装有固定的导轨槽钢基础座，对应的，所述第一门库、第二门库、第三门库的底端处各设置有一个导轨，导轨沿沿坝体长度方向布置，用于支撑和引导调控闸门3在门库内做往复的水平方向直线运动。

6. 智能控制系统（见图1，图2）

所述智能控制系统包括智能决策处理装置8，用于：

接收堰坝上下游水位及流量信息；

根据堰坝上下游水位及流量信息，以及预存的设计流量、设计水位及下游基本生态流量与鱼类生长基本需求水位，进行分析、计算得到调控闸门的调节量，发出指令控制调整调控闸门的开闭状态、开度大小。

进一步的，还包括：还包括信号传输器和闸门启闭控制装置，信号传输器和闸门启闭控制装置分别与智能决策处理装置连接，

所述的信号传输器设在堰顶处，用于监测堰前来流水位、流量信息，并传送给智能决策处理装置；

所述的闸门启闭控制装置包括信号接收器、开度调控机组，信号接收器用于接收智能决策处理装置发出的指令，并通过开度调控机组来控制驱动机构工作，实现调控闸门的开闭状态与开度大小。

信号传输器7：高精度地实时监测堰前来流水位的变化状况，并及时将水位信息反馈给智能决策处理装置，让其作出相应的处理。

闸门启闭控制装置：由信号接收器9、开度调控机组10等结构组成。信号接收器9接收由智能决策处理装置8发来的操控信号，经开度调控机组对闸门作出相对应的启闭操控。

在一些实施例中，智能决策处理装置8：接收到信号传输器7传送过来的水位数据后，将数据保存以供相关研究参考的同时，立即作出相应的计算处理，将调控闸门的开闭组合方式及开度大小操控信息发送给闸门启闭控制装置。

在一些实施例中，所述驱动机构包括电机11、推拉制动器12、螺杆13，所述螺杆与调控闸门连接，电机11的动力输出轴通过与推拉制动器12与螺杆13一端连接，用于带动螺杆与调控闸门沿导轨方向伸缩移动。

6.工作步骤

利用上述的中小型生态堰坝智能多级调控鱼类水流生境的方法，包括：

1）通过信号传输器7测定出堰坝上下游的水位及流量；

2）将水位和流量数据传送至智能决策处理装置8；

3）智能决策处理装置8判别出堰坝上游水位、流量与设计流量、设计水位的大小关系，以及堰坝下游流量、水位是否满足基本生态流量与鱼类生长基本需求水位，根据水位与流量的分析后再通过智能控制系统对第一、二、三道闸门的开闭状态和开度大小做出相应的调控，以满足防洪安全以及上下游鱼类水流生境安全的要求；

调控包括以下两种情况：(1)当堰坝下游流量或水位低于基本生态流量或鱼类生长基本需求水位时，可根据水位监测的特点通过智能控制系统调控第一、二、三道闸门的开闭状态和开度大小，适当增加下游的流量和水位；（2）当堰坝上游流量或水位超过设计流量或设计水位时，可由智能控制系统调控第一、二、三道闸门的开闭状态和开度大小，调蓄水流的下泄量。

4）反复进行上述步骤1）-3）。

本发明可根据堰坝上下游水位及流量智能调控闸门的开闭形式及其开度大小，从而调蓄水流的下泄量以及鱼类生长水位，克服了传统堰坝对河道水动力条件的改变、水质恶化、生物迁徙通道的截断等负面影响，提高水利工程信息化建设水平，具有较强的应用前景。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中小型生态堰坝，包括可切断河道上下游水流连通的坝体，其特征在于，还包括门库、调控闸门、导轨和智能控制系统；

所述坝体中开设有可启闭的闸门口，所述闸门口设置于生物迁徙通道处，所述闸门口处设置有调控闸门；所述坝体内部自闸门口沿坝体长度方向布置有用于安装和容纳调控闸门的门库，所述门库底部设置有导轨，用于与调控闸门底部滑动连接；

还包括驱动机构，所述驱动机构与调控闸门连接，用于驱动调控闸门沿导轨方向移动，开启或关闭调控闸门；

所述智能控制系统与驱动机构连接，用于根据堰坝上、下游水位与流量的分析，对调控闸门的开闭状态和开度大小做出相应的调控。

2.根据权利要求1所述的中小型生态堰坝，其特征在于，所述调控闸门包括第一道闸门、第二道闸门、第三道闸门，第一道闸门、第二道闸门、第三道闸门呈阶梯式布置于坝体生物迁徙通道处，且均采用横向启闭方式。

3.根据权利要求2所述的中小型生态堰坝，其特征在于，第一道闸门底部与堰底高程相平，顶高程与河道枯水位相等；第二道闸门底高程为枯水位，顶高程为正常水位；第三道闸门底高程为正常水位，顶高程为设计水位。

4.根据权利要求1所述的中小型生态堰坝，其特征在于，所述调控闸门上开设有均匀开设多个透水孔。

5.根据权利要求2或3所述的中小型生态堰坝，其特征在于，所述门库包括第一门库、第二门库、第三门库，尺寸与位置分别对应于第一道闸门、第二道闸门、第三道闸门。

6.根据权利要求5所述的中小型生态堰坝，其特征在于，所述第一门库、第二门库、第三门库的底端处各设置有一个导轨，导轨沿沿坝体长度方向布置，用于支撑和引导调控闸门在门库内做往复的横向直线运动。

7.根据权利要求1所述的中小型生态堰坝，其特征在于，所述驱动机构包括电机、螺杆，所述螺杆与调控闸门连接，电机的动力输出轴与螺杆一端连接，用于带动螺杆与调控闸门沿导轨方向伸缩移动。

8.根据权利要求1所述的中小型生态堰坝，其特征在于，所述智能控制系统包括智能决策处理装置，

用于接收堰坝上下游水位及流量信息；

根据堰坝上下游水位及流量信息，以及预存的设计流量、设计水位及下游基本生态流量与鱼类生长基本需求水位，进行分析、计算得到调控闸门的调节量，发出指令控制调整调控闸门的开闭状态、开度大小。

9.根据权利要求8所述的中小型生态堰坝，其特征在于，所述智能控制系统还包括信号传输器和闸门启闭控制装置，信号传输器和闸门启闭控制装置分别与智能决策处理装置连接，

所述的信号传输器设在堰顶处，用于监测堰前来流水位、流量信息，并传送给智能决策处理装置；

所述的闸门启闭控制装置包括信号接收器、开度调控机组，信号接收器用于接收智能决策处理装置发出的指令，并通过开度调控机组来控制驱动机构工作，实现调控闸门的开闭状态与开度大小。

10.利用权利要求1-9任一项所述的中小型生态堰坝智能多级调控鱼类水流生境的方法，包括：

步骤1）通过信号传输器精准测定出堰坝上下游水位及流量；

步骤2）将水位和流量数据传送至智能决策处理装置；

步骤3）智能决策处理装置根据堰坝上游水位、流量与设计流量、设计水位的大小关系，以及堰坝下游流量、水位是否满足基本生态流量与鱼类生长基本需求水位，进行分析、计算得到调控闸门的调节量，发出指令对开闭状态和开度大小做出相应的调控，以满足防洪安全以及上下游鱼类水流生境安全的要求。

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