CN113089595B - 一种自动扶梯式鱼道 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利水电技术领域，具体涉及一种自动扶梯式鱼道，基于自动扶梯的原理对传统的池式鱼道及槽式鱼道进行结构形式和功能方面的改进，借助于输鱼诱鱼系统，梯路导轨系统，供能系统，实时监控系统的协同作业，帮助鱼类在鱼道中克服流速溯游至上游，具有自动化，可视化，大大提高鱼道的过鱼效率，使得鱼类洄游难，效率低，阻力大的问题得以解决。

Description

一种自动扶梯式鱼道

技术领域

本发明属于水利水电技术领域，具体涉及一种自动扶梯式鱼道。

背景技术

鱼道是在河流中沟通鱼类洄游通道的设施，目前我国的鱼道主要有以下几种布局措施，第一类为鱼闸，鱼闸主要通过让鱼从尾水进入充水的闸室，当闸室的水位和上一水位线向平齐时，关闸传鱼。鱼闸的使用不受水流高度的限制，可以利用水流自身的冲击力进行加水加压传输，所要依靠的外界条件较少。但是采用鱼闸存在容积有限的问题，当鱼类想要大量洄游，不利于寻找入口，当鱼闸堵塞时，鱼类只能被迫退到下游，想要再次使鱼类回到鱼闸入口处进行传送较为困难。同时使用鱼闸可能会出现闸口网栅淤积阻塞，闸门出现故障、失灵等问题。

第二类为建设人工孵化场及产卵槽，这样的方式可以使鱼类在繁衍生存上提供大量的空间条件，人工划分一个专业性的繁殖基地，对于保存鱼类多样性提供便利。但是建设人工孵化场及产卵槽固化了鱼类的流动自由性，不同种类的鱼类同时于存在一个区域，可能会导致生物链不平衡等问题，对于建设鱼道的初衷有些相违背。

第三种为国外拓宽池室，加厚隔板的方法。主要针对降低鱼类紊动旋涡的尺度和提升鱼类克服流速，在已知条件下，进行大量模拟实验，利用池室的水利条件来使鱼类更多的自然跟随鱼群进行洄游。但是针对国内大部分水道不宽，长度不够的问题不能够提供参考。

现有的也有采用动力输送的方式的鱼道，来帮助鱼洄游，其具体为为竖向提升结构，这种结构由于其自身缺陷，用于承载鱼的槽体只能为单侧固定在桁架上，这就造成其横向跨度受到约束，且在提升过程中，竖向高度逐渐提升，当鱼从槽体内翻出时，与水面距离过大，容易致使鱼类死亡。

综上所述，国内外鱼道的建设都存在一定的局限性，全方位、整体性的措施还比较欠缺，对落差较大水位鱼类自然跨输也存在空白。因此，研究一种自动扶梯式鱼道是必要的。

发明内容

针对现有设备存在的缺陷和问题，本发明提供一种自动扶梯式鱼道，鱼类洄游难，效率低，阻力大，针对水利水电工程因拦断河道而对流域生态造成影响,随着国家对生态环境保护的重视,越来越多的水利工程需要建设鱼道，至今,已建的部分鱼道过鱼效果不佳,甚至完全失效,因此,对于创新鱼道，高效鱼道的研究尤显重要。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种自动扶梯式鱼道，包括输鱼诱鱼系统、梯路导轨系统、供能系统和实时监控系统；所述梯路导轨系统包括桁架、导鱼槽、内轨道、外轨道、传动链和动力轮；所述桁架倾斜设置在上游和下游之间，形成连通上游和下游的鱼道框架；所述内轨道和外轨道分别设置在桁架的内圈和外圈，在内轨道的内部还设置有平行设置有防护板；所述导鱼槽包括槽身、连接轴、副轮和隔网；连接轴和副轮对应设置在槽身的对角处，其中连接轴固定在槽身上部，并对应铰接在传动链，传动链嵌套在外轨道内，副轮位于槽身的下部，并作为定位和随动部件嵌套在内轨道内；所述传动链与动力轮传动连接；所述隔网沿横向设置在槽身内，所述输鱼诱鱼系统包括设置在隔网下部的鱼饵和引水墙，所述引水墙为设置在桁架的端部的喇叭状结构，所述鱼饵设置在隔网与槽身的底板之间；所述实时监控系统包括红外扫描单元、控制单元、补偿光源、高清数码相机和上位机，所述红外扫描单元设置在桁架上用于对导鱼槽内鱼的数量进行扫描，获取鱼数量信息和轮廓信息，并将鱼数量信息和轮廓信息作为梯路导轨系统的启动信号输入控制器和上位机，高清数码相机和补偿光源设置在桁架的两侧，用于对过鱼情况进行实时观测记录，从而形成了扶梯式鱼道监控系统；所述供能系统包括水轮机组和溢流坝，将水轮机组安装在溢流坝上，并连接电厂进行水力发电，为自动扶梯式鱼道供电进行鱼类的梯级传输。

进一步的，所述导鱼槽为直角梯形结构，其斜面设置有开口形成容腔，导鱼槽在向上运行时，其斜面侧朝上。

进一步的，在隔网的底部设置有自封堵结构，所述自封堵结构包括翻板和支撑背板，翻板和支撑背板分别铰接和固定在隔网的底部，支撑背板的端部为向网孔倾斜的斜面。

进一步的，所述内轨道和外轨道均包括上游水平段、下游水平段和提升段，所述引水墙呈喇叭状结构设置在上游水平段和下游水平段的外端，在下游水平段处设置有张力调整器。

进一步的，所述传动链包括外链片、内链片和滚轮，滚轮间隔设置在外链片和内链片上，并嵌套在外轨道内，所述动力轮的外侧圆周设置有轮槽，所述滚轮匹配嵌套在轮槽内，并在动力轮的转动下带动传动链转动，

进一步的，所述传动链的内侧设置有轴座，所述连接轴转动设置在轴座内，且能沿轴座转动。

进一步的，所述鱼饵放置在盒体内，盒体可拆卸的安装在槽身上，在盒体的上部设置有排料口，所述隔网上设置有多个网孔，每个网孔的底部均铰接有翻板，当导鱼槽向下翻转时，翻板由于重力将网孔封堵。

进一步的，供电系统还可以为外部电源供能。

进一步的，所述引水墙处设置有诱鱼灯光。

本发明的有益效果：本发明基于自动扶梯的原理对传统的池式鱼道及槽式鱼道进行结构形式和功能方面的改进，借助于输鱼诱鱼系统，梯路导轨系统，供能系统，实时监控系统的协同作业，帮助鱼类在鱼道中克服流速溯游至上游，具有自动化，可视化，大大提高鱼道的过鱼效率，使得鱼类洄游难，效率低，阻力大的问题得以解决。

具体的利用导鱼槽在下游水平段处进行鱼类的聚集，在聚集过程中，利用诱鱼灯光、鱼饵和导流墙快速的将鱼类汇聚在导鱼槽内，然后利用倾斜设置的桁架、内轨道、外轨道和动力轮实现导鱼槽沿斜面提升，本发明中导鱼槽的对角处设置有连接轴和副轮，通过横跨导鱼槽的上下两端进行稳固，结构稳定，对桁架负担小，输送省力，确保其横向跨度和竖向深度均能满足输送要求，对大体积的鱼类较为适用。

为了避免在提升时鱼翻出损伤，本发明在导鱼槽上行时，在导鱼槽的下部设置有防护板，一旦鱼类从导鱼槽内翻出，便会掉落至防护板上，沿防护板从导鱼槽与防护板之间的间隙逐渐滑落至下游，防护板为倾斜向上结构，鱼类掉落时，落差小，避免鱼类摔伤。

本发明基于自动扶梯的工作原理及鱼道的工作性质，结合远端实时监控系统，设计了自动扶梯式智慧鱼道，针对不同库区的实际情况提出了对应的供能方式，如可设置溢流坝进行水力发电和外部电源供电，可以实现鱼道高效过鱼，绿色环保，因地制宜。

由此，本发明包括了三个部分和四个系统，其中三个部分为下游引水，中部输鱼，上游导流，利用自动扶梯的原理及导鱼槽的设计实现精准诱鱼，高效过鱼，助鱼洄游的工作目的，四个系统为输鱼诱鱼系统、梯路导轨系统、供能系统和实时监控系统，四个系统相互工作，高效配合，解决了鱼类在鱼道中靠自身力量克服流速溯游至上游的难题，提高了过鱼的效率与成功率，具有广阔的应用发展前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为梯路导轨系统的结构示意图。

图3为输鱼诱鱼系统的结构示意图。

图4为导鱼槽的结构示意图。

图5为导鱼槽的内部结构示意图。

图6为盒体和隔网的结构示意图。

图7为图6的另一种状态图。

图8为传动链的结构示意图。

图中的标号为：1为溢流坝，2为水轮机组，3为桁架，4为外轨道，5为内轨道，6为导鱼槽，7为槽身，8为连接轴，9为副轮，10为盒体，11为隔网，12为翻板，13为支撑背板，14为动力轮，15为滚轮，16为溢洪道，17为电厂，18为尾水管道，19为下游导水墙，20为上游导水墙,21为防护板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：本实施例旨在提供一种自动扶梯式鱼道主要用于水利水电领域，当前随着我国经济的迅猛发展以及人们生活水平的大幅提高，工程建设的安全性和经济性不再是唯一要求，生态环境的保护也逐渐受到关注，要求做到开发与保护并举，以实现人与自然和谐相处。鱼道作为水利水电开发建设中的一项生态补偿措施，具有非常重要的作用。

针对现有鱼道的缺陷，本实施例提供了一种自动扶梯式鱼道，具体包括输鱼诱鱼系统、梯路导轨系统、供能系统和实时监控系统；借助于输鱼诱鱼系统，梯路导轨系统，供能系统，实时监控系统的协同作业，帮助鱼类在鱼道中克服流速溯游至上游，提高鱼道的过鱼效率。

如图1-8中所示，梯路导轨系统包括桁架4、导鱼槽6、内轨道5、外轨道4、传动链和动力轮14；具体如图1中所示，将桁架倾斜设置在上游和下游之间，形成连通上游和下游的鱼道框架，其在具体使用时可以为金属或者混凝土结构，所述内轨道5和外轨道4分别设置在桁架的内圈和外圈，两轨道均为闭合环形轨道，其中内轨道5为随动限位轨道，外轨道4为驱动轨道，在内轨道5的下部还设置有平行设置有防护板21，防护板21用于承接从导鱼槽内掉落的水和鱼，并为鱼提供下滑通道，便与其进入下游，其结构平行于内轨道，且位于导鱼槽的下部，以缩短掉落高度，保证了鱼类的安全。

如图2-6中所示，导鱼槽6包括槽身7、连接轴8、副轮9和隔网11；连接轴8和副轮9对应设置在槽身7的对角处，其中连接轴8固定在槽身7上部，并对应铰接在传动链，传动链嵌套在外轨道4内，副轮9位于槽身7的下部，并作为定位和随动部件嵌套在内轨道内；所述传动链与动力轮14传动连接；所述隔网沿横向设置在槽身内。

本实施例中所述导鱼槽7为直角梯形结构，其斜面设置有开口形成容腔，导鱼槽7在向上运行时，其斜面侧朝上；所述内轨道和外轨道均包括上游水平段、下游水平段和提升段，所述引水墙呈喇叭状结构设置在上游水平段和下游水平段的外端，在下游水平段处设置有张力调整器，导鱼槽在下游水平段处为水平状态，后端大，前端小，这样的结构便于鱼类从前端进入，当运行时，向上倾斜，导鱼槽下部大，上端小，以增加每次输送容量，使导鱼槽沿内轨道和外轨道向上运行，导鱼槽主要用于蓄水存鱼，其在上游水平段和下游水平段均处于水平状态，向上时为槽口向上，在自动扶梯的上分支导鱼槽保持水平,而在下分支的导鱼槽可以倒挂。

导鱼槽宽度B:主要由过鱼量和过鱼对象的大小决定，依据实际规模大小取2~4m；鱼池长度L:与水流的消能效果及鱼类的休息条件有关，初设时取(1.2-1.5)B，鱼体大,取大值;鱼体小,取小值；鱼池深度H:主要依过鱼习性而定。底层鱼和体形大的成鱼要求水深大一些。依据国内外常见鱼道过程规模设计为1.5~-2.5m。

为了提高输鱼效率，输鱼诱鱼系统包括设置在隔网11下部的鱼饵和引水墙，所述引水墙呈喇叭状结构，并设置在桁架的端部，如图3中所示，在桁架的上游设置有上游引水墙20，在桁架的下游设置有下游引水墙19，鱼饵设置在隔网与槽身的底板之间，自动扶梯式鱼道在其下部转向导轨前安置了引水墙，便于将下游的水引入鱼道。同时在扶梯工作期间，每个安置在其上的导鱼槽经过下游水面时，安置在其内部的鱼饵料也会吸引鱼群靠近鱼道系统，从而达到引鱼入槽的作用。

当导鱼槽运输至上游水面，移经上转向部时，导鱼槽倒置将内部鱼与下游运输的水汇入上游库区，而鱼饵料由于有金属隔网的隔挡不至于随鱼入水。在其上转向部前亦安置导流墙，以引导鱼类游入上游库区，达到助鱼洄游的设计目的。

所述实时监控系统包括红外扫描单元、控制单元、补偿光源、高清数码相机和上位机，所述红外扫描单元设置在桁架上用于对导鱼槽内鱼的数量进行扫描，获取鱼数量信息和轮廓信息，并鱼数量信息和轮廓信息作为梯路导轨系统的启动信号输入控制器和上位机，当鱼类达到一定数量后，控制器接收启动信号，控制动力轮14转动，使导鱼槽向上运行；高清数码相机和补偿光源设置在桁架的两侧，其用于过鱼情况进行实时观测记录，实现实时过鱼情况的可视化，建立起扶梯式鱼道监控系统，能够实现对鱼道通流状况和导鱼设施进行监控、对鱼道生态环境进行监测、对鱼道过鱼情况进行观察和记录,主要包括对鱼道水位、水流速、水流量、水温、水质、过鱼数量、过鱼影像、过鱼种类、过鱼长度、过鱼年龄段等指标的监控。

本实施例中供能系统包括水轮机组2和溢流坝1，将水轮机组2安装在溢流坝1上，并连接电厂17进行水力发电，用于为自动扶梯式鱼道供电进行鱼类的梯级传输；具体如图3所示，在溢洪道16之后安装水轮机组2，并连通电厂17，进行水力发电，用此电来为自动扶梯式鱼道供电进行鱼类的梯级传输。溢洪道16的水量多，落差大，弃水少。水轮发电机组通过收集每一次从溢洪道排出的水流，形成水头，水头通过尾水管道18推动水轮机转动，使水能转化为机械能，带动电厂的发电机发电，再将机械能转换为电能，一次循环供电即可带动自动扶梯式鱼道进行运转，安全经济运行，并还在电厂内安装轮机调速器、自动化操作和保护系统等，防止过高的电压给鱼类带来伤亡，提高效益。

梯路导轨系统的工作原理是当上游开闸放水时，带动水轮机转动，通过齿轮传送至梯路导轨传动齿轮处，系统内部齿轮工作使其内部导轨自下而上运动从而带动导鱼槽副滑轮沿着轨道运行。当导鱼槽运动时，其连接轴会沿着外导轨同步滑动，以达到多槽同步同轨输送运行。

由此本实施例结合实际库区的情况选用合理的自动扶梯供能方式，通过引水墙将下游水和鱼类引入系统中，安置在导鱼槽中的诱饵可将鱼类诱引至导鱼槽中。当系统工作时自动扶梯式鱼道内导轨转动，而安置在导轨上的导鱼槽即可实现将上溯的鱼由下游输送至上游水库的功能，运输至上游时，导鱼槽倒置，将内部水体及鱼类倾倒入上游水域，通过导流墙引导鱼类游入上游库区，基于自动扶梯的工作原理，当一个导鱼槽完成工作后，会继续随着内导轨的移动从上游水面返回至下游水面，全过程通过鱼道监测系统可以对鱼道过鱼种类，鱼道水位、水流量、水温、水质、过鱼数量等情况实时观测，以便及时做出调节。

实施例2：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对传动链的结构进一步说明。

如图8中所示，本实施例中传动链包括外链片、内链片和滚轮15，滚轮15间隔设置在外链片和内链片上，并嵌套在外轨道4内，所述动力轮14的外侧圆周设置有轮槽，所述滚轮15匹配嵌套在轮槽内，并在动力轮的转动下带动传动链转动，传动链的内侧设置有轴座，所述连接轴转动设置在轴座内，且能沿轴座转动。

本实施例中动力轮与电机传动连接实现转动，利用轮槽带动传动链转动，梯路导轨系统为上、下转向导轨和中间直线导轨系统，上、下转向导轨系统端部附有驱使导鱼槽、导鱼槽链条回转的转向壁结构,下部转向壁可移动,配合张力调整器结构来满足导鱼槽链条张力之需要，梯路导轨使导鱼槽按一定的规律运动以防止导鱼槽跑偏,承受导鱼槽连接轴和副轮传递来的梯路载荷，具有光滑、平整、耐磨的工作表面。

实施例3：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对导鱼槽的结构进一步说明。

本实施例如图6-7所示，将鱼饵放置在盒体10内，盒体10可拆卸的安装在槽身7上，在盒体10的上部设置有排料口，排料口可以为均布的孔状结构，所述隔网上设置有多个网孔，每个网孔的底部均铰接有翻板12，翻板12的背面设置有倾斜的支撑背板，当导鱼槽竖直状态下，翻板自由顶触在支撑背板13上，当导鱼槽向下翻转时，翻板由于重力将网孔封堵；所述引水墙处设置有诱鱼灯光，供电系统还可以为外部电源供能。

本实施例中在导鱼槽槽身内，安置了可抽拉装卸的内置隔网，在鱼道正常工作期间，将诱鱼饵料安置其下起到引鱼进槽的作用。同时，内置格网也将鱼类和诱饵分隔开，防止其进食过量影响鱼道的正常功能，当鱼道检测系统检查到隔网下鱼饵减少时，通过抽出内置隔网即可更换新饵料。

从而本实施例通过在隔网的底部设置能自动将网孔封堵的翻板结构，在向上输鱼和蓄水存鱼过程中，使网孔处于打开状态，当向下翻转时，由于还能将网孔封闭，避免鱼饵在翻转过程中从网孔处直接排出，结构新颖，使鱼饵能被充分利用。

Claims (6)

1.一种自动扶梯式鱼道，其特征在于：包括输鱼诱鱼系统、梯路导轨系统、供能系统和实时监控系统；所述梯路导轨系统包括桁架、导鱼槽、内轨道、外轨道、传动链和动力轮；所述桁架倾斜设置在上游和下游之间，形成连通上游和下游的鱼道框架；所述内轨道和外轨道分别设置在桁架的内圈和外圈，在内轨道的内部还平行设置有防护板；所述导鱼槽包括槽身、连接轴、副轮和隔网；连接轴和副轮对应设置在槽身的对角处，其中连接轴固定在槽身上部，并对应铰接在传动链上，所述传动链的内侧设置有轴座，所述连接轴转动设置在轴座内，且能沿轴座转动，传动链嵌套在外轨道内，副轮位于槽身的下部，并作为定位和随动部件嵌套在内轨道内；所述传动链与动力轮传动连接；所述隔网沿横向设置在槽身内，导鱼槽为直角梯形结构，其斜面设置有开口形成容腔，导鱼槽在向上运行时，其斜面侧朝上，所述输鱼诱鱼系统包括设置在隔网下部的鱼饵和引水墙，所述引水墙为设置在桁架的端部的喇叭状结构，所述鱼饵设置在隔网与槽身的底板之间，在隔网的底部设置有自封堵结构，所述自封堵结构包括翻板和支撑背板，翻板和支撑背板分别铰接和固定在隔网的底部，支撑背板的端部为向网孔倾斜的斜面；所述实时监控系统包括红外扫描单元、控制单元、补偿光源、高清数码相机和上位机，所述红外扫描单元设置在桁架上用于对导鱼槽内鱼的数量进行扫描，获取鱼数量信息和轮廓信息，并将鱼数量信息和轮廓信息作为梯路导轨系统的启动信号输入控制器和上位机，高清数码相机和补偿光源设置在桁架的两侧，用于对过鱼情况进行实时观测记录，从而形成了扶梯式鱼道监控系统；所述供能系统包括水轮机组和溢流坝，将水轮机组安装在溢流坝上，并连接电厂进行水力发电，为自动扶梯式鱼道供电进行鱼类的梯级传输。

2.根据权利要求1所述的自动扶梯式鱼道，其特征在于：所述内轨道和外轨道均包括上游水平段、下游水平段和提升段，所述引水墙呈喇叭状结构设置在上游水平段和下游水平段的外端，在下游水平段处设置有张力调整器。

3.根据权利要求1所述的自动扶梯式鱼道，其特征在于：所述传动链包括外链片、内链片和滚轮，滚轮间隔设置在外链片和内链片上，并嵌套在外轨道内，所述动力轮的外侧圆周设置有轮槽，所述滚轮匹配嵌套在轮槽内，并在动力轮的转动下带动传动链转动。

4.根据权利要求1所述的自动扶梯式鱼道，其特征在于：所述鱼饵放置在盒体内，盒体可拆卸的安装在槽身上，在盒体的上部设置有排料口，所述隔网上设置有多个网孔，每个网孔的底部均铰接有翻板，当导鱼槽向下翻转时，翻板由于重力将网孔封堵。

5.根据权利要求1所述的自动扶梯式鱼道，其特征在于：供能系统还可以为外部电源供能。

6.根据权利要求1所述的自动扶梯式鱼道，其特征在于：所述引水墙处设置有诱鱼灯光。

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