CN116084354A - 一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统及其调控方法 - Google Patents
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Abstract
一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统及其调控方法，系统包括设置在河道上的坝体、坝前水温分层型水库、以及下游河道，在坝体上设置有引水设施用于将水流引至下游河道；鱼道，该鱼道绕过坝体的并连通水库和下游河道；鱼道块，设置在鱼道的底壁上；引补水系统，连接所述水库和鱼道的补水段，用于从水库中取不同高程的水并引流至鱼道的补水段内；控制系统，与所述引补水系统系统控制连接，用于控制引补水系统的取水高度及补水流量、流速。利用库区水温分层现象，通过引补水控制系统实现过鱼通道精准分层取水和沿程补水，实现过鱼通道温度逐步变化，使通道出水口水温与河道水温接近，高效解决了水温分层型水库大坝鱼道水温与下泄水温差异大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程技术领域，特别是涉及一种过鱼通道，具体为一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统及其调控方法。
背景技术
拦河建筑物将河道分为上下两段，不但阻隔了鱼类通往上游和下游，也阻隔了上游大型漂浮性有机营养物质(如漂木)和船体通往下游。鱼道是帮助鱼类跨过大坝阻隔的连通拦河建筑物上下游的过鱼过水通道。
一些调节性能较好的高坝大库往往出现水温分层现象，在夏季，这种水库库表水温比库底水温高十几度，在冬季，这种水库库表水温比库底水温低。如论文《丰满水库水温的原型观测及分析》指出丰满水库最大垂向温差达到20℃(图1)；由于深层取水影响，5～7月，丰满电站下泄水温比坝址天然水温月平均低10.8℃；10～12月，丰满电站下泄水温比坝址天然水温月平均高7.9℃。鱼道是取库区表层水，而流向大坝下游的水来自取库区底层水的水电站发电尾水，这意味着具有水温分层现象的大坝，其鱼道水温与水电站发电尾水水温(坝下河道水温)存在明显差异。
温度是影响鱼类生活的环境因素之一，鱼类是变温动物,易受外界环境温度的影响，温度是影响鱼类呼吸和排泄等代谢活动最主要的因子(徐革锋等，2014)。鱼类体温与水的温差在0.5℃～1℃，不同品种鱼类的致死温度、临界温度和对温度骤变适应能力不同。虽然鱼适应的水温范围较广，但当鱼穿过不同温度的水体时，会产生应激反映；为了避免应激反应，鱼需要充分的时间来适应这种温度的变化，或者表现出规避行为，这也是有些鱼道诱集鱼效果差的主要原因。
以往鱼道工艺，聚焦于坡度、隔板形式，是从水流流量、流速角度出发，最终目的是为鱼类提供适宜的流速，并未考虑到鱼道进口(鱼道水流出口)与坝下河道存在水温分层现象(即鱼道进口周边与河道存在一条水温分界线)。
在现有技术中，授权公告号为CN111287156B的专利公开一种通过将加热的水注入鱼道实现鱼道进口水温升高0.5℃到1℃的目的，利用极小温差达到引鱼的目的；同样，授权公告号为CN111335276B的专利公开了一种通过加热线圈加热的水注入河道实现鱼道口附近的河道水温升高(0.5℃～1℃)来诱鱼的目的。然而，现有相关技术运行成本高，未考虑到水温分层型的水库大坝，即在夏季，其鱼道水温就比河道水温高很多这一情况，并未解决鱼类从与鱼道水体水温具有明显差异的河道水体穿过进入鱼道时产生的应激反映。
此外，在现有的鱼道结构和鱼道水流消能技术中，主要是通过鱼道内部设置的阻水挡板进行消能，以达到减缓鱼道水流流速目的，这导致鱼道被分隔成一级级池室，无法实现在全断面连通。如公开号为CN217378805U的专利，公开了一种在鱼道内部设置多个垂向隔板的生态型鱼道结构。而在自然河道中，水深有深有浅，为深潭、浅滩相间河道形态，这种深潭、浅滩相间的河流地貌，起到减缓流速的作用。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统及其调控方法，旨在解决上述技术问题。具体为，通过鱼道取库区不同温层的水减弱鱼道水体与河道水体温度差以降低鱼类面对不同温度水体产生的应激反应，从而实现提高鱼道进口诱鱼效率的目的；此外，通过补水水流对冲鱼道水流，实现鱼道无隔板消能，以提高鱼道通过率；同时提出的仿生态鱼道无垂向阻水挡板且具有积水深潭，可以适应鱼道不同流量变化，为鱼类和其他漂浮物体提供有效过坝通道，为鱼类提供适应不同来流流量的藏匿空间。
为实现上述目的，一方面，本发明提出一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，包括设置在河道上的坝体、坝体前形成的水温分层型水库、以及下游河道，在坝体上设置有引水设施用于将水库的水流引至下游河道，还包括：
鱼道，该鱼道绕过坝体的并连通水库和下游河道；
鱼道块，设置在鱼道的底壁上；
引补水系统，连接所述水库和鱼道的补水段，用于从水库中取不同高程的水并引流至鱼道的补水段内；
控制系统，与所述引补水系统系统控制连接，用于控制引补水系统的取水高度及补水流量、流速。
优选的，所述引补水系统包括：
用于取库区不同高程水的第一引水管和第二引水管，
与第一引水管相连的第一蓄水池；
与第二引水管相连的第二蓄水池；
以及包括与第一蓄水池相连的第一补水干管、与第二蓄水池相连第二补水干管；
还包括用于连通所述鱼道补水段和第一补水干管的若干个第一补水支管、以及用于连通所述鱼道补水段和第二引水管的若干第二补水支管；
在鱼道块的顶面设置有管槽，所述第一补水支管、第二补水支管的出水端伸入至管槽内；在第一补水支管的迎水面设有一排第一喷水孔，在第二补水支管的迎水面设有一排第二喷水孔；第一喷水孔和第二喷水孔的喷水方向朝着来流方向倾斜；补水支管被分为有喷水孔段和无喷水孔段。
优选的，所述引水设施的取水口高程位于水库的滞温层；所述鱼道的进水端为鱼道上端，出水端为鱼道下端，鱼道上端连接水库、鱼道下端连接下游河道，所述鱼道上端位于水库的同温层。
优选的，所述鱼道块包括鱼道块下段、浅滩段和反斜坡段；所述鱼道块下段为下游段，浅滩段为中游段，反斜坡段为上游段；鱼道块下段的高程低于浅滩段，反斜坡段的坡比小于1:2。
优选的，在反斜坡段的上游端底面设置有反斜坡段凹台，在鱼道块下段下游端的表面设置有下段凹台；相邻两块鱼道块通过反斜坡段凹台、下段凹台相互耦合连接；相邻两鱼道块的反斜坡段和鱼道块下段形成水深比浅滩段深的深潭，在深潭底部放置有卵砾石和水草。
优选的，在所述鱼道块内设置有藏匿空间，藏匿空间位于浅滩段的底层，在浅滩段上靠近鱼道块下段的立面上设置有进鱼孔连通至所述藏匿空间；在鱼道块内部设置有将藏匿空间与反斜坡段连通的底部过鱼通道。
优选的，所述底部过鱼通道包括连通管道和置于连通管道内部的水流控制结构；连通管道的上游端连接并穿过反斜坡段，下游段连接藏匿空间；所述连通管道内径为R2，上游进水端长轴尺寸为R3；所述水流控制结构包括连接杆、隔板和固定板；隔板、固定板均与连接杆连接形成整体；所述固定板的长轴尺寸为R4，所述隔板直径为R5；所述R5不大于R2，R4不小于R3；在所述隔板和固定板上均设置有过鱼过水孔。
优选的，所述第一蓄水池和第二蓄水池的水面高程均低于水库的水面高程；所述第一蓄水池的放置高程低于第二蓄水池的放置高程，所述第一引水管的进水端接近引水设施的取水口的高程，第二引水管进水端位于水库的温跃层；所述第一蓄水池和第二蓄水池的水面高程高于对应鱼道补水段的水面高程。
优选的，所述控制系统包括：
温度传感器，分别设置在下游河道、鱼道及第一蓄水池和第二蓄水池内，以及分别设置在水库不同水深处；
流速传感器，设置在鱼道内用于沿程监测流速；
流量传感器，分别设置在第一引水管、第二引水管、第一补水干管、第二补水干管、第一补水支管、第二补水支管内；
流量阀，分别设置在第一引水管、第二引水管、第一补水干管、第二补水干管、第一补水支管、第二补水支管上；
升降装置，设置在水库上并分别与第一引水管、第二引水管连接，用于改变第一引水管、第二引水管的取水高程；
数据接收系统，与所述温度传感器、流速传感器、流量传感器连接；
数据分析单元，与所述数据接收系统连接，
控制器，与数据分析单元连接，并分别与流量阀、升降装置控制连接。
基于上述引补水系统和控制系统，本发明所提供的水温、水流调控式仿生态鱼道系统的调控方法，包括以下步骤：
S1：布置在水库垂向上的温度传感器、下游河道中的温度传感器对各部位水温进行监测；
S2：将步骤S1中监测数据传输至数据接收系统；
S3：数据分析单元对步骤S2接收到的数据进行分析，掌握水库不同水深对应的水体温度和下游河道的水温分布，找到水库同温层、跃温层和滞温层对应的水位高程，初步给定第一引水管、第二引水管的取水口放置高程，初步给定第一引水管、第二引水管、第一补水干管、第二补水干管、第一补水支管、第二补水支管上的流量阀的流量设定值；
S4：控制器根据数据分析单元的分析结果，通过升降装置将第一引水管、第二引水管的取水口放置在设定位置，通过控制流量阀将第一引水管、第二引水管、第一补水干管、第二补水干管、第一补水支管、第二补水支管的流量控制在设定值；
S5：温度传感器对鱼道沿程水温、下游河道的水温和第一蓄水池、第二蓄水池的引水水温进行监测，流速传感器鱼道内水体流速进行监测，流量传感器对补水流量进行监测；
S6：将步骤S5步中监测数据发送至数据接收系统，数据分析单元对接收数据进行分析；
S7：根据步骤S6的分析结果，判断鱼道沿程流速和水温是否满足设定要求；
S8：根据步骤S7的判断结果，如果不满足，则通过控制器操作升降装置和流量阀，直到满足设定要求。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：
首先，本发明提供的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其效果在于取水库不同高程不同温度的水对鱼道进行沿程补水，通过补水流量控制，实现鱼道水温逐渐变化，使过鱼通道出流水温接近发电尾水水温，有效避免了因为突然升温或突然降温而导致鱼类急性致死的情况，解决了因鱼道水温与河道水温差异大而导致鱼道效果差的问题；
其次，本发明提供的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其效果在于提供了一种深潭、浅滩交替的仿生态鱼道和鱼道模块单元；
第三，本发明提供的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其效果在于鱼道沿程补水水流与鱼道水流相对冲，在鱼道无挡水隔板的情况下实现水流消能和流速控制；
第四，本发明提供的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其效果在于所述鱼道除了是鱼类通往大坝上下游的通道，还是库区漂浮物和船体通往大坝下游的有效通道；
第五，本发明提供的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其效果在于控制系统能实时接收温度传感器阵列和流速传感器阵列传输的数据，并根据数据对引水水温、流量和补水水温、流量进行实时调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明实施例鱼道和大坝、水库、下游河段位置关系以及水温差异示意图；
图2是本发明实施例水库夏季水温垂向分布规律以及取水设施、鱼道上端、引水管取水高程示意图；
图3是本发明平面布置示意图；
图4是本发明鱼道块一种结构以及相邻鱼道块连接示意图；
图5是本发明补水干管、补水支管与鱼道块连接平面示意图；
图6是本发明补水支管、喷水孔与鱼道块连接单位示意图；
图7是本发明引补水系统与通道连接示意图以及温度传感器、流速传感器布置位置示意图；
图8是本发明补水效果和水流对冲消能效果三维示意图；
图9是本发明水温、水流调控方法框架图。
图10是本发明鱼道块第二种结构三维示意图；
图11是本发明鱼道块发挥连通功能和水生生物栖息功能的剖面示意图；
图12是本发明鱼道块第三种结构示意图；
图13是本发明鱼道块第三种结构情况下底部过鱼通道细部结构三维示意图。
附图标号说明：T-水温；F-鱼；W-漂木；B-小船；C-卵砾石；G-水生植物；S-泥沙；R-表示尺寸的符号；h-高差；n-坡度；11-坝体；12-水库；13-引水设施；14-下游河道；20-鱼道；21-鱼道上端；22-鱼道下端；30-鱼道块；31-鱼道块下段；32-浅滩段；33-反斜坡段；311-下段凹台；321-管槽；331-反斜坡段凹台；34-藏匿空间；35-底部过鱼通道；351-连通管道；352-水流控制结构；3521-连接杆；3522-隔板；3523-固定板；41-第一引补水系统；42-第二引补水系统；411-第一引水管；421-第二引水管；412-第一蓄水池；422-第二蓄水池；413-第一补水干管；423-第二补水干管；414-第一补水支管；424-第二补水支管；415-第一喷水孔；425-第二喷水孔；51-温度传感器；52-流速传感器；53-流量传感器；54-流量阀；55-升降装置；56-数据接收系统；57-数据分析单元；58-控制器。
此外，图中箭头表示水流运动方向或物体结构进入方向，倒三角形表示水位。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例1
一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，包括坝体11、位于坝体11上游的水温分层型水库12、以及下游河道14，在坝体11上设置有引水设施13用于将水流引至下游河道14，还包括：
鱼道20，该鱼道20绕过坝体11的并连通水库12和下游河道14；
鱼道块30，设置在鱼道20的内部；
引补水系统，连接所述水库12和鱼道20的补水段，用于从水库12中取不同高程的水并引流至鱼道20的补水段内；
控制系统，与所述引补水系统系统控制连接，用于控制引补水系统的取水高度及补水流量、流速。
具体地，如图1和图3所示，一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，包括坝体11、坝体11前形成的水温分层型水库12、以及下游河道14，在坝体11内设置有引水设施13用于将水库12水流引至下游河道14；如图2所示，水库12具有水温分层现象，在夏季水库表层水温度明显高于水库底层水，从表层到底层依次为同温层、温跃层和滞温层；在冬季，所述水库12表层水温度低于水库底层水(并未用图表示)；所述大坝引水设施13的取水口高程位于水库滞温层，引水库底层水，对应的水温为T4，所述大坝引水设施13所引的水流流向下游河道14，对应的下游河段水温也为T4。
如图1和图3所示，所述鱼道20的进水端为鱼道上端21，出水端为鱼道下端22，鱼道上端21连接水库12、鱼道下端22连接下游河道14，所述鱼道上端21位于水库12的同温层；鱼道上端21引水库12的表层水，对应的水温为T1，并从鱼道下端22流出进入下游河道14。大坝引水设施13所引的水流流向下游河道14的流量Q4明显大于鱼道20的引水流量Q1，即从鱼道20流入下游河道14的水流基本不会改变下游河道整体水温，而鱼道20的鱼道下端22作为鱼类上溯通道进口或者作为鱼类下行通道出口，这意味着库区12的鱼类想通过鱼道20进入下游河道14或者下游河道14的鱼类想通过鱼道20进入库区12必选穿过温度差异大的两种水温水域。
如图3和图7所示，鱼道块30置于鱼道20的底壁上。单个鱼道块30包括鱼道块下段31、浅滩段32和反斜坡段33。鱼道块下段31为鱼道块30的下游段，浅滩段32为鱼道块30的中游段，反斜坡段33为鱼道块30的上游段；鱼道块下段31高程低于浅滩段32，两者之间高差为h；反斜坡段33的坡比小于1:2。在鱼道块30的顶面设置有管槽321，具体地，管槽321设置在浅滩段32的顶面上用于插入引补水系统的补水支管。
如图4所示，在反斜坡段33的上游端底面设置有反斜坡段凹台331，在鱼道块下段31下游端的表面设置有下段凹台311；相邻两块鱼道块30通过反斜坡段凹台331、下段凹台311相互耦合连接；相邻两鱼道块30的反斜坡段33和鱼道块下段31形成水深比浅滩段32水深深的深潭，在深潭底部放置有卵砾石和水草；反斜坡段凹台331和下段凹台311耦合连接是为了使相邻鱼道块30相互受力，以保持整体稳定；也可通过如角钢固定、锚杆、螺栓等方式进行固定。
如图3所示，所述引补水系统包括用于取库区不同高程水的第一引水管411和第二引水管421；与第一引水管411相连的第一蓄水池412；与第二引水管421相连的第二蓄水池422；以及包括与第一蓄水池412相连的第一补水干管413、与第二蓄水池422相连第二补水干管423；还包括用于连通所述鱼道20补水段和第一补水干管413的若干个第一补水支管414、以及用于连通所述鱼道20补水段和第二引水管423的若干第二补水支管424。所述第一补水支管414、第二补水支管424的出水端伸入至管槽321内。
结合图如图2所示，在本实施例中，第一引水管411进水端接近大坝引水设施13的取水口的高程，引水水温为T3；第二引水管421进水端位于库区温跃层，引水水温为T2；
如图3所示，所述第一引水管411出水端和第一蓄水池412相连，第二引水管421出水端与第二蓄水池422相连；第一蓄水池412和第二蓄水池422水面高程低于水库12水面高程，以达到利用水流重力实现引水管水流自流进蓄水池的目的；第一蓄水池412放置高程低于第二蓄水池422，因为第一蓄水池412引的水体水温为T3，第二蓄水池422引的水体水温为T2，而T2更接近鱼道上端21水体水温T1，先用将温度为T2的水体注入温度为T1水体，实现温度逐步改变，然后再将温度为T3的水体注入已经注入温度为T2的水体的通道，如此操作更容易实现温度逐渐变化；第一蓄水池412和第二蓄水池422的水面高程高于对应鱼道20补水段的水面高程，以实现在水自流情况下向鱼道20补水；如图7所示，第一补水干管413进水端与第一蓄水池412相连，第二补水干管423进水端与第二蓄水池422相连；第一补水支管414、第二补水支管424分别临鱼道20不同补水段的沿线布置，第一补水支管414的进水端与第一补水干管413相连，第二补水支管424的进水端与第二补水干管423相连，第一补水支管414和第二补水支管424的出水端均伸入鱼道20内部并插入鱼道块30的管槽321中；插入管槽321内的补水支管迎水面均设置有一排喷水孔，具体地，在第一补水支管414的迎水面设有一排第一喷水孔415，在第二补水支管424的迎水面设有一排第二喷水孔425。结合图8所示，插入管槽321内的补水支管被分为有喷水孔段和无喷水孔段，考虑到鱼类穿过喷水孔上方时受到喷射水流影响，因此喷水并未在整个管槽中形成，给鱼类预留有上溯通道。
如图8所示，第一喷水孔415和第二喷水孔425的喷水方向朝着来流方向倾斜。即第一喷水孔415和第二喷水孔425流出的水流成一定角度与浅滩段32上部来流进行对冲，以降低鱼道20水流流速；第一喷水孔415、第二喷水孔425能够使温度为T2、T3补水水流与鱼道20内的水流掺混，改变鱼道20中水体的温度，由于第一补水支管414、第二补水支管424分别沿程布置，可以沿程改变鱼道20中水体的温度，使得鱼道20的水温从鱼道上端21的T1的逐渐变为与下游河道14接近的水温(下游河道14的水温为T4)。
如图7和如图9所示，所述控制系统包括：温度传感器51，分别设置在下游河道14、鱼道20及第一蓄水池412和第二蓄水池413内，以及分别设置在水库12不同水深处；流速传感器52，设置在鱼道20内用于沿程监测流速；流量传感器53，分别设置在第一引水管411、第二引水管421、第一补水干管413、第二补水干管423、第一补水支管414、第二补水支管424内；流量阀54，分别设置在第一引水管411、第二引水管421、第一补水干管413、第二补水干管423、第一补水支管414、第二补水支管424上；升降装置55，设置在水库12上并分别与第一引水管411、第二引水管421连接，用于改变第一引水管411、第二引水管421的取水高程；数据接收系统56，与所述温度传感器51、流速传感器52、流量传感器53连接；数据分析单元57，与所述数据接收系统56连接，控制器58，与数据分析单元57连接，并分别与流量阀54、升降装置55控制连接。
具体地，温度传感器51用于监测水库12不同水深处水温、下游河段14水温、鱼道20沿程水温、第一蓄水池412、第二蓄水池422的水温，流速传感器52用于监测鱼道20的沿程流速，具体监测浅滩段32流速，流量传感器53用于监测各个引水管、补水干管和补水支管流量的，流量阀54用于控制各个引水管、补水干管和补水支管流量，升降装置55用于改变各个引水管的取水高程。数据接收系统56用于接收温度传感器51、流速传感器52和流量传感器53传输过来的数据，数据分析单元57用于分析补水流量、补水水温与鱼道20内水流水温和水流流速相关关系的，控制器58通过对流量阀54和升降装置55发出指令并改变流量阀54的开启、升降装置55的运行，以实现引水流量、补水流量和取水高程的随时变化的。
基于本实施中引补水系统和控制系统，结合图9所示，一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统的调控方法为：
S1：首先在水库12的水深方向布置用于检测不同水层温度的温度链，即多个温度传感器51布设在水库12内，同时用温度传感器51对下游河道14的水温进行监测。
S2：将步骤S1中监测数据传输至数据接收系统56；
S3：数据分析单元57对步骤S2接收到的数据进行分析，掌握水库12不同水深对应的水体温度和下游河道14的水温分布，找到水库12的同温层、跃温层和滞温层对应的水位高程；数据分析单元57根据约束条件，如从鱼道20的下端流入下游河道14的水体水温与下游河道14水温T4温差相差不超过1℃，且鱼道20沿程水温差不超过1℃/m(即通道内每1m水流流程最大温度和最小温度差值不高于1℃)，通过内置的计算方法计算分析，初步给定第一引水管411、第二引水管421的取水口放置高程，初步给定第一引水管411、第二引水管421、第一补水干管413、第二补水干管423、第一补水支管414、第二补水支管424上的流量阀54的流量设定值；
S4：控制器58根据数据分析单元57的分析结果，通过升降装置55将第一引水管411、第二引水管421的取水口放置在设定位置，通过控制流量阀54第一引水管411、第二引水管421、第一补水干管413、第二补水干管423、第一补水支管414、第二补水支管424的流量控制在设定值；
S5：温度传感器51对鱼道20沿程水温、下游河道14水温和第一蓄水池412、第二蓄水池422的引水水温进行监测，流速传感器52鱼道20内水体流速进行监测，流量传感器53对补水流量进行监测；
S6：将步骤S5步中监测数据发送至数据接收系统56，数据分析单元57对接收数据进行分析；数据分析单元57根据约束条件(如在步骤S3中约束条件基础上，要求浅滩段32平均流速不超过鱼类上溯最大游泳速度)得出分析结果；
S7：根据步骤S6分析结果，判断鱼道20沿程流速和水温是否满足设定约束条件；
S8：根据步骤S7判断结果，如果不满足，则通过控制器操作升降装置55和流量阀54，直到取水温度和补水流量满足约束条件。
实施例2
如图10所示，为本发明鱼道块30的第二种结构，除了包含实施例1鱼道块功能外，实施例2中鱼道块30还包括模拟天然河道鱼类藏匿场的藏匿空间34，藏匿空间34位于浅滩段32底层，在浅滩段32上靠近鱼道块下段31的立面上设置有进鱼孔连通至所述藏匿空间34，进鱼孔的宽度为R1；如图11所示，为实施例1和实施例2中鱼道块30发挥的作用，鱼道块30上部不仅是鱼类F上行、下行通道，还是漂浮物(如漂木W)、游船B的下行通道；实施例1和实施例2鱼道块30功能还体现在，营造深潭低流速区，可有效截留卵砾石C和部分泥沙S，为鱼类、水生植物栖息繁殖提供近自然场所；实施例1和实施例2中鱼道块30功能还在于反斜坡段33可有效将进入深潭的部分泥沙冲往下游，避免长期运行后，鱼道20存在的淤积问题；实施例2的效果还在于，提供流速趋于0的藏匿空间，尤其是在丰水期用于鱼类躲避的场所。
实施例3
如图12和图13所示，为鱼道块30的第三种结构，相比实施例2，在鱼道块30的底部增设有底部过鱼通道35，底部过鱼通道35包括连通管道351和置于连通管道351内部的水流控制结构352；连通管道351的上游端连接并穿过反斜坡段33，下游段连接藏匿空间34；连通管道351内径为R2，上游进水端的长轴尺寸为R3；水流控制结构352放置于连通管道351内部，水流控制结构352包括连接杆3521、隔板3522和固定板3523；隔板3522和固定板3523与连接杆3521连接形成整体；固定板3523的长轴尺寸为R4，隔板3522直径为R5；R5不大于R2，R4不小于R3；隔板3522和固定板3523具有过鱼过水孔；实施例3提供的鱼道块除了具有实施例1和实施例2功能外，其特征还表现为，实施例3鱼道块30具有底部过鱼通道35，其设置有阻水作用的隔板3522，起到减小底部过鱼通道35内部流速的目的，为游泳能力弱的小鱼提供了有效上溯通道，其特征还表现在，水流控制结构352可从逆水流方向抽出，便于检查并清理淤积在底部通道内部的泥沙
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，包括设置在河道上的坝体(11)、坝体(11)前形成的水温分层型水库(12)、以及下游河道(14)，在坝体(11)内设置有引水设施(13)用于将水库(12)的水流引至下游河道(14)，其特征在于，还包括：
鱼道(20)，该鱼道(20)绕过坝体(11)的并连通水库(12)和下游河道(14)；
鱼道块(30)，设置在鱼道(20)的底壁上；
引补水系统，连接所述水库(12)和鱼道(20)的补水段，用于从水库(12)中取不同高程的水并引流至鱼道(20)的补水段内；
控制系统，与所述引补水系统系统控制连接，用于控制引补水系统的取水高度及补水流量、流速。
2.如权利要求1所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，所述引补水系统包括：
用于取库区不同高程水的第一引水管(411)和第二引水管(421)；
与第一引水管(411)相连的第一蓄水池(412)；
与第二引水管(421)相连的第二蓄水池(422)；
以及包括与第一蓄水池(412)相连的第一补水干管(413)、与第二蓄水池(422)相连第二补水干管(423)；
还包括用于连通所述鱼道(20)补水段和第一补水干管(413)的若干个第一补水支管(414)、以及用于连通所述鱼道(20)补水段和第二引水管(423)的若干第二补水支管(424)；
在鱼道块(30)的顶面设置有管槽(321)，所述第一补水支管(414)、第二补水支管(424)的出水端伸入至管槽(321)内；在第一补水支管(414)的迎水面设有一排第一喷水孔(415)，在第二补水支管(424)的迎水面设有一排第二喷水孔(425)；第一喷水孔(415)和第二喷水孔(425)的喷水方向朝着来流方向倾斜；补水支管被分为有喷水孔段和无喷水孔段。
3.如权利要求1所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，所述引水设施(13)的取水口高程位于水库(12)的滞温层；
所述鱼道(20)的进水端为鱼道上端(21)，出水端为鱼道下端(22)，鱼道上端(21)连接水库(12)、鱼道下端(22)连接下游河道(14)，所述鱼道上端(21)位于水库(12)的同温层。
4.如权利要求1所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，所述鱼道块(30)包括鱼道块下段(31)、浅滩段(32)和反斜坡段(33)；所述鱼道块下段(31)为下游段，浅滩段(32)为中游段，反斜坡段(33)为上游段；鱼道块下段(31)的高程低于浅滩段(32)，反斜坡段(33)的坡比小于1:2。
5.如权利要求4所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，在反斜坡段(33)的上游端底面设置有反斜坡段凹台(331)，在鱼道块下段(31)下游端的表面设置有下段凹台(311)；相邻两块鱼道块(30)通过反斜坡段凹台(331)、下段凹台(311)相互耦合连接；相邻两鱼道块(30)的反斜坡段(33)和鱼道块下段(31)形成水深比浅滩段(32)深的深潭，在深潭底部放置有卵砾石和水草。
6.如权利要求4所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，在所述鱼道块(30)内设置有藏匿空间(34)，藏匿空间(34)位于浅滩段(32)的底层，在浅滩段(32)上靠近鱼道块下段(31)的立面上设置有进鱼孔连通至所述藏匿空间(34)；在鱼道块(30)内部设置有将藏匿空间(34)与反斜坡段(33)连通的底部过鱼通道(35)。
7.如权利要求6所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，所述底部过鱼通道(35)包括连通管道(351)和置于连通管道(351)内部的水流控制结构(352)；连通管道(351)的上游端连接并穿过反斜坡段(33)，下游段连接藏匿空间(34)；所述连通管道(351)内径为R2，上游进水端长轴尺寸为R3；
所述水流控制结构(352)包括连接杆(3521)、隔板(3522)和固定板(3523)；隔板(3522)、固定板(3523)均与连接杆(3521)连接形成整体；所述固定板(3523)的长轴尺寸为R4，所述隔板(3522)直径为R5；所述R5不大于R2，R4不小于R3；在所述隔板(3522)和固定板(3523)上均设置有过鱼过水孔。
8.如权利要求2所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，所述第一蓄水池(412)和第二蓄水池(422)的水面高程均低于水库(12)的水面高程；
所述第一蓄水池(412)的放置高程低于第二蓄水池(422)的放置高程；所述第一引水管(411)的进水端接近引水设施(13)的取水口的高程，第二引水管(421)进水端位于水库(12)的温跃层；
所述第一蓄水池(412)和第二蓄水池(422)的水面高程高于对应鱼道(20)补水段的水面高程。
9.如权利要求2所述的一种水温、水流调控式仿生态鱼道系统，其特征在于，所述控制系统包括：
温度传感器(51)，分别设置在下游河道(14)、鱼道(20)及第一蓄水池(412)和第二蓄水池(413)内，以及分别设置在水库(12)不同水深处；
流速传感器(52)，设置在鱼道(20)内用于沿程监测流速；
流量传感器(53)，分别设置在第一引水管(411)、第二引水管(421)、第一补水干管(413)、第二补水干管(423)、第一补水支管(414)、第二补水支管(424)内；
流量阀(54)，分别设置在第一引水管(411)、第二引水管(421)、第一补水干管(413)、第二补水干管(423)、第一补水支管(414)、第二补水支管(424)上；
升降装置(55)，设置在水库(12)上并分别与第一引水管(411)、第二引水管(421)连接，用于改变第一引水管(411)、第二引水管(421)的取水高程；
数据接收系统(56)，与所述温度传感器(51)、流速传感器(52)、流量传感器(53)连接；
数据分析单元(57)，与所述数据接收系统(56)连接，
控制器(58)，与数据分析单元(57)连接，并分别与流量阀(54)、升降装置(55)控制连接。
10.一种如权利要求9所述的水温、水流调控式仿生态鱼道系统的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：布置在水库(12)垂向上的温度传感器(51)、下游河道(14)中的温度传感器(51)对各部位水温进行监测；
S2：将步骤S1中监测数据传输至数据接收系统(56)；
S3：数据分析单元(57)对步骤S2接收到的数据进行分析，掌握水库(12)不同水深对应的水体温度和下游河道(14)的水温分布，找到水库(12)同温层、跃温层和滞温层对应的水位高程，初步给定第一引水管(411)、第二引水管(421)的取水口放置高程，初步给定第一引水管(411)、第二引水管(421)、第一补水干管(413)、第二补水干管(423)、第一补水支管(414)、第二补水支管(424)上的流量阀(54)的流量设定值；
S4：控制器(58)根据数据分析单元(57)的分析结果，通过升降装置(55)将第一引水管(411)、第二引水管(421)的取水口放置在设定位置，通过控制流量阀(54)将第一引水管(411)、第二引水管(421)、第一补水干管(413)、第二补水干管(423)、第一补水支管(414)、第二补水支管(424)的流量控制在设定值；
S5：温度传感器(51)对鱼道(20)沿程水温、下游河道(14)的水温和第一蓄水池(412)、第二蓄水池(422)的引水水温进行监测，流速传感器(52)鱼道(20)内水体流速进行监测，流量传感器(53)对补水流量进行监测；
S6：将步骤S5步中监测数据发送至数据接收系统(56)，数据分析单元(57)对接收数据进行分析；
S7：根据步骤S6的分析结果，判断鱼道(20)沿程流速和水温是否满足设定要求；
S8：根据步骤S7的判断结果，如果不满足，则通过控制器(58)操作升降装置(55)和流量阀(54)，直到满足设定要求。
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