CN114319262A - 一种具有消能结构的鱼类洄游通道 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水利水电工程与环保技术领域，公开了一种鱼类洄游通道，主要包括上游鱼道口、过鱼通道、下游鱼道口和休息池，所述过鱼通道由数个分离主‑回路基本单元组合连接而成。本发明的鱼类洄游通道利用分离主‑回路基本单元的结构设计从主路中分离出回路，并依靠回路实现对主路消能的目的；同时，该结构使主路形成多种流速区域，为鱼类洄游提供了休息区与上溯区。本发明减弱了水利工程中各种建筑对原河流生态的影响，有助于建立和谐的水生态环境，消能效果好，显著降低了鱼类洄游通道内的流体速度，降低了鱼类的上溯耗能及洄游的难度。同时，该结构无需人为控制通道开关，具有结构简单的特点，便于施工以及后期的运行与维护。
Description
技术领域
本发明涉及水利技术领域，尤其涉及一种新型的具有消能结构的鱼类洄游通道结构。
背景技术
水力发电是我国清洁电能的重要来源，目前，我国主要河流的水 能资源已经得到充分开发。但是，与之相应的生态问题也日益凸显。 在水电工程引起的诸多生态问题中，鱼类洄游受阻是典型的水生态问 题。水利水电工程中所建设的水工建筑不仅阻碍了河道，也阻碍了洄 游性鱼类生殖繁衍的通道，甚至可能导致部分种类鱼类灭绝，严重危 及了生物物种的多样性。
鱼道，是鱼类洄游通道的简称，其作用在于协助洄游性鱼类通过迁徙中的障碍，如堰、船闸、泵站、急流等，是解决人造水工建筑阻碍鱼类洄游问题的重要措施，可以起到保护生态环境的重要作用。在水利水电工程中，常见的过鱼设施包括鱼闸、升鱼机和鱼道等。其中，鱼闸和升鱼机虽然占地面积小，但均存在着诱鱼难和运行费用高等问题。而鱼道在上述两方面中具有明显的优势。鱼道可以分为传统式鱼道和组合式鱼道，其中组合式鱼道较为常见。组合式鱼道发挥了不同鱼道的部分水利特性，但是它存在结构复杂和设计难度大等问题。而传统式鱼道消能效果差，存在流道内鱼类洄游关键位置处流速较高的问题，导致鱼类洄游的难度较大。
发明内容
本发明针对现有的问题，设计了一种具有消能结构的鱼类洄游通道，该鱼道具有无需人工操作、运行费用低、结构简单和消能效果好等优点。本发明将过鱼通道分为主-回路结构，构建了多个流速区域，兼顾了不同体型及不同游泳能力的鱼类通过，降低了水工建筑物对于河流的影响。
本发明所采用的技术方案是：
一种具有消能结构的鱼类洄游通道，包括上游鱼道口、过鱼通道、下游鱼道口和休息池。
所述过鱼通道包括第一过鱼通道和第二过鱼通道，两组过鱼通道呈相反方向设置；每组过鱼通道由多个分离主-回路基本单元串联而成；所述过鱼通道的进口处和出口处分别设置有通道上游和通道下游。
所述第一过鱼通道的通道上游连接到上游鱼道口，第一过鱼通道的通道下游连接至所述休息池；第二过鱼通道的通道上游连接到休息池，第二过鱼通道的通道下游连接至下游鱼道口。
所述分离主-回路基本单元包括主路和回路，所述回路为圆弧形通道，所述主路和回路的进出口为同一进口和同一出口。
本发明的有益效果在于：
本发明采用分离主-回路基本单元的结构作为过鱼通道，与传统鱼道相比，该结构充分利用水流分离与对冲的作用实现消能，回路对水流的加速作用使得最终的消能效果更加显著。本发明可以使鱼道上溯关键位置处流速显著降低，降低了鱼类上溯过程中的能量损耗，有助于鱼类成功洄游。与组合式鱼道相比，本发明无需人工操作、运行费用低，结构简单，另可根据具体场景需要进行整体比例适应，调整分离主-回路基本单元的个数。
附图说明
图1是本发明一种鱼类洄游通道的整体结构立体图；
图2是本发明一种鱼类洄游通道的过鱼通道的示意图；
图3是本发明一种鱼类洄游通道的分离主-回路的基本单元示意图。
附图标记：1、上游鱼道口，2-1、第一过鱼通道，2-2、第二过鱼通道，3、下游鱼道口，4、休息池，5、河流上游，6、河流下游，7、阻水建筑物，8、分离主-回路基本单元，2.1、主路，2.2、回路，2.3、上溯关键位置，2.4、通道上游，2.5、通道下游，2.6、平滑处理，2.7、高速流区域，2.8、低速流区域，8.1、单元进口宽度，8.2、单元进口长，8.3、单元出口长，8.4、圆弧通道，8.5、特征角，8.6、内圆弧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图1、图2和图3所示，本发明公开的具有消能结构的鱼类洄游通道，总体上主要包括上游鱼道口1、第一过鱼通道2-1、第二过鱼通道2-2、下游鱼道口3、休息池4。其特征是采用两组过鱼通道，每组过鱼通道又以多个分离主-回路基本单元8串联连接而成。两组过鱼通道相反方向设置，之间由一个休息池4连接，以供鱼类进行较长时间的集中休息。而具体的鱼道深度以及坡度设置，均可参照特定的目标鱼类以及水工阻拦建筑物的情况而定。
一般来说，第一过鱼通道2-1以及第二过鱼通道2-2所采用的分离主-回路基本单元8的个数越多，其消能效果越好。每个过鱼通道的分离主-回路基本单元8均包括主路2.1、回路2.2。如图2所示，本实施例中每组过鱼通道采用六个分离主-回路基本单元8依次串联而成，每组过鱼通道还包括通道上游2.4和通道下游2.5，设置在过鱼通道的进口和出口处。
上游鱼道口1连接至河流上游5，第一过鱼通道2-1的通道上游2.4连接到上游鱼道口1，而其通道下游2.5连接至休息池4；第二过鱼通道2-2的通道上游连接到休息池4，而其通道下游连接至下游鱼道口3，下游鱼道口3连接至河流下游6。
河水从河流上游5进入上游鱼道口1后，接着进入第一过鱼通道2-1的通道上游2.4，而后经过休息池4，继续进入第二过鱼通道2-2，最终经下游鱼道口3再进入河流下游6。河流下游6的鱼类则因为阻水建筑物7的存在，将选择洄游鱼道上溯。鱼类首先由河流下游6进入下游鱼道口3，接着进入第二过鱼通道2-2的通道下游，准备开始上溯行为。根据进入分离主-回路结构的流体规律，可知河水将受到阻碍。如图3所示，分离主-回路基本单元8优化设置了单元进口宽度8.1，单元进口长8.2，单元出口长8.3，圆弧通道8.4，特征角8.5，内圆弧8.6。图中，带箭头的虚线为河水流向，河水进入过鱼通道后，将分别进入主路2.1与回路2.2，进入回路2.2的河水将形成高速水流。高速水流在离开回路2.2时，一部分将进入下一个分离主-回路基本单元8，过程中形成局部高速流区域2.7；另一部分高速水流将与主路2.1的水流相遇，由于水流对冲的作用而产生消能效果，消能区域如图3中的低速流区域2.8。又因为回路2.2对于河水的加速作用，整个回路2.2区域都具有较高流速，使其在主路2.1处的消能效果更好，从而在分离主-回路基本单元8的主路2.1处形成包括局部静水区域在内多种流态的低速流区域2.8，可供鱼类在过鱼通道内的上溯过程中进行短时休息。上溯关键位置2.3类似于一般竖缝式鱼道的开口位置，受高速流区域2.7的影响，上溯关键位置2.3平均流速较高，此时鱼类在过鱼通道内需要考虑的就是通过上溯关键位置2.3。而正是因为过鱼通道由多个分离主-回路基本单元8构成，对于水的消能更是分级明显，上溯关键位置2.3的流速可以得到更好地控制，可以满足鱼类的洄游要求，使鱼具有更好的通过性。同时在过鱼通道内，水流深度也将呈现阶梯式分布，而这将更有利于鱼类的洄游。
进一步地，所述分离主-回路基本单元8的进口宽度8.1、单元进口长8.2、单元出口长8.3、圆弧通道8.4半径的比例为1:1:1:2.353。
进一步地，所述分离主-回路基本单元8的内圆弧8.6，与圆弧通道8.4的半径比例为5.5:23.53。
进一步地，所述分离主-回路基本单元8的特征角8.5优选为48°。
进一步地，所述第一过鱼通道2-1以及第二过鱼通道2-2的通道上游2.4与通道下游2.5同分离主-回路基本单元8的主路之间的水平夹角均为24°。
进一步地，为降低尖角对鱼类造成伤害的风险，对第一过鱼通道2-1以及第二过鱼通道2-2的细节处以及各个转换位置设置圆角，如部分标注示例平滑处理2.6。
在实际施工过程中，所述第一过鱼通道2-1、第二过鱼通道2-2、休息池4底部均铺设鹅卵石，并对洄游通道底部进行适当的加糙处理，因此其底部流速可以得到更好的控制，使其适应一些体型较小的或者游泳能力相对较弱的鱼类通过。
以上所述仅为本发明的一种实施例而已，对其进行了较为详尽的描述，但并不用于限制本发明。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进等，均应该在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种具有消能结构的鱼类洄游通道，包括上游鱼道口、过鱼通道、下游鱼道口和休息池，其特征在于：
所述过鱼通道包括第一过鱼通道和第二过鱼通道，两组过鱼通道呈相反方向设置；每组过鱼通道由多个分离主-回路基本单元串联而成；所述过鱼通道的进口处和出口处分别设置有通道上游和通道下游；
所述第一过鱼通道的通道上游连接到上游鱼道口，第一过鱼通道的通道下游连接至所述休息池；第二过鱼通道的通道上游连接到休息池，第二过鱼通道的通道下游连接至下游鱼道口；
所述分离主-回路基本单元包括主路和回路，所述回路为圆弧形通道，所述主路和回路的进出口为同一进口和同一出口。
2.根据权利要求1所述的一种具有消能结构的鱼类洄游通道，其特征在于：
所述过鱼通道的通道上游和通道下游，与分离主-回路基本单元的主路所形成的水平夹角为24°。
3.根据权利要求1所述的一种具有消能结构的鱼类洄游通道，其特征在于：
每组过鱼通道由六个分离主-回路基本单元串联而成。
4.根据权利要求1所述的一种具有消能结构的鱼类洄游通道，其特征在于：
所述分离主-回路基本单元的进口宽度、单元进口长、单元出口长、圆弧通道半径的比例为1:1:1:2.353。
5.根据权利要求1所述的一种具有消能结构的鱼类洄游通道，其特征在于：
所述分离主-回路基本单元的内圆弧，与圆弧通道的半径比例为5.5:23.53。
6.根据权利要求1所述的一种具有消能结构的鱼类洄游通道，其特征在于：
所述分离主-回路基本单元结构的特征角为48°。
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