CN112376513A - 一种可变坡度的组装式鱼道及变坡控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变坡度的组装式鱼道，包括设于拦河建筑物中连接上游水域和下游水域的斜坡水渠，斜坡水渠上方布置平行的支撑梁，斜坡水渠内安装有与斜坡水渠间隙配合的鱼道体，该鱼道体包括多个沿斜坡水渠纵长方向布置的池室，相邻池室的相邻面顶部通过铰链相连，各池室各被一个升降装置悬挂，升降装置安装在支撑梁下方，各所述池室面向上游水域和下游水域的一侧均开设供鱼穿梭的过鱼孔，相邻池室相邻面的过鱼孔正相对，鱼道体两端还布置可升降的前提拉式闸门和后提拉式闸门。解决现有技术的鱼道要设置多个进出口应对上游水位变化导致的鱼道枯水问题，及解决现有鱼道沿程水深变化范围过大、难以全程保持适宜过鱼流速的问题。

Description

一种可变坡度的组装式鱼道及变坡控制系统

技术领域

本发明涉及用于鱼类洄游的过鱼设施，尤其涉及一种可变坡度的组装式鱼道及变坡控制系统。

背景技术

大坝、堰、闸及各种拦河建筑物阻碍了鱼类的洄游通道，鱼道作为沟通鱼类上下行洄游的水工建筑物，具有重要的生态保护意义。但一般而言，大坝上下游具有一定的水位变幅，现有鱼道大多采用多进口、多出口的结构设计形式。但有些大坝为日调节水库，一天内就会有大幅的水位变化，频繁调动不同进出口闸门不仅程序复杂、不经济，而且可能对进出口段正在上溯的鱼产生致命影响，如关闭某一高水位出口闸门会导致刚好上溯至这一段的鱼类缺水窒息而亡；因此为解决该问题现有的鱼道大多采用多进口、多出口以适应水位变幅，提供了以下方案：CN110468806A，CN105484213A，CN210597233U，除此之外，鱼道的出口水位与下游水位等高，鱼道的进口水位与上游水位等高，而每个进口、出口一般具有0.5～2m变幅的水位运行范围，如鱼道运行时由于上游水位降低或下游水位升高可能会导致鱼道运行水位沿程水面线逐级升高，流速沿程越流越慢，从而导致鱼类难以找到进口；或如鱼道运行时由于上游水位上升或下游水位降低导致鱼道运行水位沿程水面线逐级降低，流速沿程越流越快，从而导致鱼类上溯疲劳，均不利于鱼类上溯。

发明内容

本发明的目的是一种可变坡度的组装式鱼道，解决现有技术的鱼道要设置多个进出口应对上下游水位变化幅度过大的问题，及解决现有鱼道不能稳定鱼道内沿程水线，从而保持均匀流速的问题。

本发明的技术方案是：一种可变坡度的组装式鱼道，包括：设于拦河建筑物中连接上游水域和下游水域的斜坡水渠，所述斜坡水渠上方布置平行的支撑梁，斜坡水渠内安装有与斜坡水渠间隙配合的鱼道体，该鱼道体包括多个沿斜坡水渠纵长方向布置的池室，相邻池室的相邻面顶部通过铰链相连，各池室各被一个升降装置悬挂，升降装置安装在支撑梁下方，各所述池室面向上游水域和下游水域的一侧均开设供鱼穿梭的过鱼孔，相邻池室相邻面的过鱼孔正相对，所述鱼道体两端还布置可升降的前提拉式闸门和后提拉式闸门；

进一步地，各个所述升降装置沿支撑梁等距布置并与池室一一对应。

进一步地，所述鱼道体的两端池室的底部分别安装有沿池室底部朝向前提拉式闸门、后提拉式闸门弹出的弹性闸板，鱼道体两端池室面向斜坡水渠的一侧安装有泡沫条。

进一步地，各所述升降装置位于对应的各池室底部中点的正上方，该鱼道变坡控制系统还包括：

位于所述的鱼道体两端的水位监测装置，用于实时采集斜坡水渠上游和下游两端的水位值Ha、Hb，

用于监测所述液压升降装置的伸缩杆伸出长度Li的测量装置，i为升降装置的编号，自鱼道体的上游端向下游端从小到大依次排序，M-L1为驱动第一个池室升降时的该池室底部中点与斜坡水渠底面的间距，L1为升降装置至第一个池室底部中点的长度，M为斜坡水渠底面与支撑梁的间距，M-Ln为驱动最后一个池室升降时的该池室底部中点与斜坡水渠底面的间距，Ln为升降装置至第n个池室底部中点的长度；

上位机，用于计算鱼道体内上游端和下游端水深La、Lb，同时判断斜坡水渠上游、下游水位值的变化趋势，La＝Ha-(M-L1)，Lb＝Hb-(M-Ln)，上位机根据以下方式调节鱼道体上游端和下游端的升降装置的升降量：

若斜坡水渠上游水位值降低导致，La<Lb，则使鱼道体上游端顶部的升降装置伸长变量ΔL1＝(M-L1)-(Ha-Lb)，第i个升降装置伸长变量ΔLi＝ΔL1*(n-i)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠下游水位值降低导致，La>Lb，则使鱼道体下游端顶部的升降装置伸长变量ΔLn＝(M-Ln)-(Hb-La)，第i个升降装置伸长变量ΔLi＝ΔLn*(i-1)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠上游水位值升高导致，La>Lb，则使鱼道体上游端顶部的升降装置缩短变量ΔL1＝(Ha-Lb)-(M-L1)，第i个液压升降装置缩短变量ΔLi＝ΔL1*(n-i)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠下游水位值升高导致，La<Lb，则使鱼道体下游端顶部的升降装置缩短变量ΔLn＝(Hb-La)-(M-Ln)，第i个升降装置缩短变量ΔLi＝ΔLn*(i-1)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

所述上位机还控制所述前提拉式闸门和后提拉式闸门同步运动，保持前提拉式闸门和后提拉式闸门的上端高度高于所述鱼道底部高度，并且前提拉式闸门稍高于下游鱼道体底板高度，后提拉式闸门稍高于上游鱼道体底板高度。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：所述的本发明是针对鱼道设计中的上下游水位变动工况提出的适应性装置。固定式水渠内放置多个单体可拆卸式池室连接成的一完整的鱼道体，通过提拉设备控制内部鱼道体的上下游运行高程和坡度，实现一定范围内的上下游运行水位变化和坡度变化，固定式水渠上下游分别安装提拉式闸门，用于阻挡鱼道体漏到水渠中的水不外流，实现组装式鱼道体在运行过程中流量达到恒定，不损失。

附图说明

图1为可变坡度的组装式鱼道的调节坡度的一种情况的侧视剖面图；

图2为可变坡度的组装式鱼道去未安装升降装置和支撑梁时的立体结构图；

图3为可变坡度的组装式鱼道的调节坡度的另一种情况的侧视剖面图；

图4为可变坡度的组装式鱼道的下游进口右视图；

图5为图1中A的局部放大图；

图6为图4中前提拉式闸门局部剖去后鱼道体两端与斜坡水渠的装配示意图。

具体实施方式

下面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、完整的描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1a所示是本发明的可变进出口高程、可变坡度鱼道在拦河建筑物10中的截面图，包括一固定斜坡水渠1，上游渠口布置在拦河建筑物10的上游水域8内，下游渠口布置在拦河建筑物10的下游水域9内，斜坡水渠1上方布置平行的支撑梁14，水渠1内置由多个单体可拆卸式池室2通过铰链3连接成的鱼道体，每个池室2各被一个升降装置12悬挂在下方，升降装置12安装在支撑梁14下方，上游渠口的池室和下游渠口的池室由升降装置控制其所在高程，鱼道体中部的其它池室的高程根据上下游渠口池室2高程进行联动调节，用于改变整个鱼道体的坡度，整个升降装置的各处的调节高度可采用中控系统进行控制，例如根据计算出上下游水位工况下的各升降装置的伸缩量，在中控系统中进行设置，在各坡度指令发出后所有升降装置同步调节。各可拆卸式池室2面向上游水域8和下游水域的一侧均开设供鱼穿梭的过鱼孔21，池室2之间的连接部位没有密封，水会通过缝隙漏入斜坡水渠1内，使鱼道体同斜坡水渠1之间的腔体13充满水，减轻了可拆卸式池室的顶抬或提拉重量，便于升降装置12运行。本装置中鱼道体若未设计为由一节一节的池室2组成，整体的鱼道体被提升时，容易发生断裂导致损坏，而整体更换鱼道体工程量大且成本高，本发明的构造使一节一节的池室降低了更换难度和维修成本，且各池室2有铰链3连接，鱼道体上游渠口和下游渠口的池室在受调节精度影响未被同步举升和降低时，较高的池室段可绕铰链转动，避免鱼道体断裂。升降装置12可选用液压装置，或收线轮等，升降装置12的伸缩部121，如活塞杆或钢丝绳的下端与对应的池室2活动连接，升降装置12布置在鱼道体上方，更方便维修和检查。鱼道体一般长度为50～100m，鱼道体上下游的高程变化一般变化幅度不超过2m，因此鱼道体一端升降时，鱼道体沿水平位移的距离不超过5cm，可以忽略不计。

如图2、图3a、图3b所示，由于鱼道体在提升和降低时还会绕铰链3转动，导致池室2之间的缝隙无法完全密封，为了避免池室水体沿程的流量损失，斜坡水渠1的宽度与鱼道体的宽度相配合，使鱼道体与斜坡水渠1间隙配合，鱼道体可沿斜坡水渠1的渠壁上下滑动，并在斜坡水渠1的上下游渠口分别设前提拉式闸门5和后提拉式闸门7，运行时前提拉式闸门5略高于最上游池室底端、后提拉式闸门7略高于最下游池室底端，让斜坡水渠1同池室2底面之间的腔体13中的水不流出斜坡水渠1以外，鱼道体同斜坡水渠之间的水不流动，在运行稳定后使鱼道体的流量和流态稳定。鱼道体的两端池室2的底部分别安装有沿池室底部朝向前提拉式闸门5、后提拉式闸门7弹出的弹性闸板15，如图5-图6，弹性闸板15与池室等宽，弹性闸板15左右两侧嵌于滑道17内，滑道平行于池室两侧边缘，鱼道体两端池室面向斜坡水渠的一侧安装有泡沫条16。由于如图4池室2与斜坡水渠1的横截面轮廓互相间隙配合，这样在鱼道体升降后与前提拉闸门5、后提拉闸门7的间隙变大时，弹性闸板15可弹出封堵该间隙，防止小鱼游到鱼道体与斜坡水渠之间的腔体。

如图1a～图1b，在使用运行时，上游水域8的水位降低，下游水域9的水位不变时，使鱼道体靠近上游渠口的一端降低、鱼道体坡度略减小，能使鱼道体内的各池室沿程水深一致，保持良好的沿程流速、流态，有利于鱼类上溯，防止了鱼道体内枯水，同时鱼道体内沿程运行水深未向下逐级升高，防止了流速沿程向下越流越慢导致的鱼类难以找到进口。

当按如图1b至图1a的过程，上游水域8的水位升高，下游水域9的水位不变时，使鱼道体靠近上游渠口的一端抬高、鱼道体坡度略增大，能使鱼道体内的各池室沿程水深一致，保持良好的沿程流速、流态，有利于鱼类上溯，防止了鱼道体内沿程运行水深向下逐级降低而导致的流速沿程越流越快、鱼类难以进入进口等问题。

当按如图3b至图3a的过程，下游水域9的水位升高，上游水域8的水位不变时，使鱼道体靠近下游渠口的一端抬高、鱼道体坡度略减小，能使鱼道体内的各池室沿程水深一致，保持良好的沿程流速、流态有利于鱼类上溯，防止了鱼道体内沿程运行水深向下逐级升高而导致的流速沿程越流越慢、鱼类难以找到进口等问题。

当按如图3a至图3b的过程，下游水域9的水位降低，上游水域8的水位不变时，使鱼道体靠近下游渠口的一端降低，鱼道体坡度略增大，能使鱼道体内的各池室沿程水深一致，保持良好的沿程流速、流态有利于鱼类上溯，防止了鱼道体内沿程运行水深向下逐级降低，鱼类难以进入进口的问题。

以上过程中，前提拉式闸门5和后提拉式闸门7同步运动，保持前提拉式闸门5和后提拉式闸门7的高度，同时鱼道上部的升降装置同步运动，让斜坡水渠1同池室2底面之间的腔体13之间的水在运行稳定后不流动，如图3a，下游水域9水位升高后，鱼道体靠近下游水域9的一端被升降装置提高，前提拉式闸门5也要相应提高至高于鱼道体底部且不高于过鱼孔21底部，阻挡腔体13内的水流大量漏到下游水域9。当然后提拉式闸门7不高于斜坡水渠上游水域8，如图1b中，上游水域8的水位降低后，后提拉式闸门7也要相应降低，不能阻挡上游水域8的水进入鱼道。

基于上述组装式鱼道的变坡控制系统，各所述升降装置位于对应的各池室底部中点的正上方，该鱼道变坡控制系统还包括：位于所述的鱼道体两端的水位监测装置，用于实时采集斜坡水渠上游和下游两端的水位值Ha、Hb；

用于监测所述液压升降装置的伸缩杆伸出长度Li的测量装置，i为升降装置的编号，自鱼道体的上游端向下游端从小到大依次排序，M-L1为驱动第一个池室升降时的该池室底部中点与斜坡水渠底面的间距，L1为升降装置至第一个池室底部中点的长度，M为斜坡水渠底面与支撑梁的间距，M-Ln为驱动最后一个池室升降时的该池室底部中点与斜坡水渠底面的间距，Ln为升降装置至第一个池室底部中点的长度。

上位机，上位机用于计算鱼道体内上游端和下游端水深La、Lb，同时判断斜坡水渠上游、下游水位值的变化趋势，La＝Ha-(M-L1)，Lb＝Hb-(M-Ln)，上位机根据以下方式调节鱼道体上游端和下游端的升降装置的升降量：

若斜坡水渠上游水位值降低导致，La<Lb，则使鱼道体上游端顶部的升降装置伸长变量ΔL1＝(M-L1)-(Ha-Lb)，第i个升降装置伸长变量ΔLi＝ΔL1*(n-i)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠下游水位值降低导致，La>Lb，则使鱼道体下游端顶部的升降装置伸长变量ΔLn＝(M-Ln)-(Hb-La)，第i个升降装置伸长变量ΔLi＝ΔLn*(i-1)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠上游水位值升高导致，La>Lb，则使鱼道体上游端顶部的升降装置缩短变量ΔL1＝(Ha-Lb)-(M-L1)，第i个液压升降装置缩短变量ΔLi＝ΔL1*(n-i)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠下游水位值升高导致，La<Lb，则使鱼道体下游端顶部的升降装置缩短变量ΔLn＝(Hb-La)-(M-Ln)，第i个升降装置缩短变量ΔLi＝ΔLn*(i-1)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

所述上位机还控制所述前提拉式闸门和后提拉式闸门同步运动，保持前提拉式闸门和后提拉式闸门的上端高度高于所述鱼道底部高度，并且前提拉式闸门稍高于下游鱼道体底板高度，后提拉式闸门稍高于上游鱼道体底板高度。

Claims (4)

1.一种可变坡度的组装式鱼道，包括：设于拦河建筑物中连接上游水域和下游水域的斜坡水渠，其特征在于，所述斜坡水渠上方布置平行的支撑梁，斜坡水渠内安装有与斜坡水渠间隙配合的鱼道体，该鱼道体包括多个沿斜坡水渠纵长方向布置的池室，相邻池室的相邻面顶部通过铰链相连，各池室各被一个升降装置悬挂，升降装置安装在支撑梁下方，各所述池室面向上游水域和下游水域的一侧均开设供鱼穿梭的过鱼孔，相邻池室相邻面的过鱼孔正相对，所述鱼道体两端还布置可升降的前提拉式闸门和后提拉式闸门。

2.根据权利要求1所述的可变坡度的组装式鱼道，其特征在于，各个所述升降装置沿支撑梁等距布置并与池室一一对应。

3.根据权利要求1所述的可变坡度的组装式鱼道，其特征在于，所述鱼道体两端池室的底部分别安装有沿池室底部朝向前提拉式闸门、后提拉式闸门弹出的弹性闸板，鱼道体两端池室面向斜坡水渠的一侧安装有泡沫条。

4.基于权利要求2所述的可变坡度的组装式鱼道的变坡控制系统，其特征在于，各所述升降装置位于对应的各池室底部中点的正上方，该鱼道变坡控制系统还包括：

位于所述的鱼道体两端的水位监测装置，用于实时采集斜坡水渠上游和下游两端的水位值Ha、Hb，

用于监测所述液压升降装置的伸缩杆伸出长度Li的测量装置，i为升降装置的编号，自鱼道体的上游端向下游端从小到大依次排序，M-L1为驱动第一个池室升降时的该池室底部中点与斜坡水渠底面的间距，L1为升降装置至第一个池室底部中点的长度，M为斜坡水渠底面与支撑梁的间距，M-Ln为驱动最后一个池室升降时的该池室底部中点与斜坡水渠底面的间距，Ln为升降装置至第n个池室底部中点的长度；

上位机，用于计算鱼道体内上游端和下游端水深La、Lb，同时判断斜坡水渠上游、下游水位值的变化趋势，La＝Ha-(M-L1)，Lb＝Hb-(M-Ln)，上位机根据以下方式调节鱼道体上游端和下游端的升降装置的升降量：

若斜坡水渠上游水位值降低导致，La<Lb，则使鱼道体上游端顶部的升降装置伸长变量ΔL1＝(M-L1)-(Ha-Lb)，第i个升降装置伸长变量ΔLi＝ΔL1*(n-i)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠下游水位值降低导致，La>Lb，则使鱼道体下游端顶部的升降装置伸长变量ΔLn＝(M-Ln)-(Hb-La)，第i个升降装置伸长变量ΔLi＝ΔLn*(i-1)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠上游水位值升高导致，La>Lb，则使鱼道体上游端顶部的升降装置缩短变量ΔL1＝(Ha-Lb)-(M-L1)，第i个液压升降装置缩短变量ΔLi＝ΔL1*(n-i)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

若斜坡水渠下游水位值升高导致，La<Lb，则使鱼道体下游端顶部的升降装置缩短变量ΔLn＝(Hb-La)-(M-Ln)，第i个升降装置缩短变量ΔLi＝ΔLn*(i-1)/(n-1)，使鱼道体内上游端和下游端水位值调节至相近；

所述上位机还控制所述前提拉式闸门和后提拉式闸门同步运动，保持前提拉式闸门和后提拉式闸门的上端高度高于所述鱼道底部高度，并且前提拉式闸门稍高于下游鱼道体底板高度，后提拉式闸门稍高于上游鱼道体底板高度。

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