CN117905030A - 一种竖缝式鱼道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖缝式鱼道，属于鱼道技术领域，能够解决现有鱼道难以适应游泳能力较弱的鱼类的问题。所述竖缝式鱼道包括：底板；第一边墙和第二边墙，垂直设置在底板相对两端，第一边墙、第二边墙和底板形成水流通道；多个竖缝隔档单元，沿水流方向间隔设置在水流通道内，相邻两个竖缝隔档单元之间形成池室；竖缝隔档单元包括固定在第一边墙上的隔板和固定在第二边墙上的挡板；隔板具有凹向挡板的下游凹弧面；挡板具有凹向隔板的上游凹弧面；下游凹弧面的半径大于上游凹弧面的半径；隔板与挡板之间具有竖缝区域；隔板具有凸向挡板的上游凸弧面；挡板具有凸向隔板的下游凸弧面。本发明用于竖缝式鱼道。

Description

一种竖缝式鱼道

技术领域

本发明涉及一种竖缝式鱼道，属于鱼道技术领域。

背景技术

一些水库等水利工程的建设改变了河道原有的水文条件，阻断了鱼类在繁殖期的洄游通道，从而对洄游鱼类的种群繁衍造成威胁。为了恢复洄游鱼类的洄游通道，鱼道的设计和建造将帮助鱼类越过大坝等水工建筑物的阻碍。

鱼道一般由进口、池室、出口以及诱鱼补水系统等部分组成，能够供鱼类上溯洄游通过水坝、水闸等障碍物。在现有的鱼道中，按照鱼道内的结构物类型，主要划分为四种：竖缝式鱼道、丹尼尔式鱼道、池堰式鱼道和组合式鱼道。其中，竖缝式鱼道主要依靠水流扩散来消能，但竖缝处的流速较大，适用于需要一定水深的大、中型鱼类。丹尼尔式鱼道的坡度较大，大多为15％～25％，一般用于通过大、中型鱼类，并且常用于施工期及天然障碍处过鱼。池堰式鱼道过流平稳，适用于喜欢生活在水体表层或喜欢跳跃的鱼类。组合式鱼道是以上3种结构形式的组合，按照主要的过鱼对象来设计，最常用的形式是孔口和堰的组合。

在鱼道设计中，鱼道池室内部的水流条件必须与目标鱼类的游泳行为特性相适应。早期的鱼道大多是由国外设计并建造的，主要是为国外的大马哈鱼等大尺寸的经济鱼类设计，该鱼往往具有很强的游泳能力。这就导致鱼道内部的流速和湍动能值很大，从而使较小的非鲑鱼物种很难通过。因此，降低鱼道内的流速和湍动能值，设计并建造适应于游泳能力相对较弱、体型相对较小的鱼类上溯的新型鱼道是非常重要与紧迫的任务。

发明内容

本发明提供了一种竖缝式鱼道，能够解决现有鱼道难以适应游泳能力较弱的鱼类的问题。

本发明提供了一种竖缝式鱼道，所述竖缝式鱼道包括：

底板；

第一边墙和第二边墙，垂直设置在所述底板相对两端，所述第一边墙、所述第二边墙和所述底板形成水流通道；

多个竖缝隔档单元，沿水流方向间隔设置在所述水流通道内，相邻两个竖缝隔档单元之间形成池室；

所述竖缝隔档单元包括固定在所述第一边墙上的隔板和固定在所述第二边墙上的挡板；所述隔板具有凹向所述挡板的下游凹弧面；所述挡板具有凹向所述隔板的上游凹弧面；所述下游凹弧面的半径大于所述上游凹弧面的半径；所述隔板与所述挡板之间具有竖缝区域；

所述隔板具有凸向所述挡板的上游凸弧面；所述挡板具有凸向所述隔板的下游凸弧面。

可选的，所述上游凸弧面与所述下游凹弧面的半径相等。

可选的，所述下游凸弧面和所述上游凹弧面的半径相等。

可选的，所述下游凹弧面与所述上游凹弧面均为半圆形结构。

可选的，所述下游凹弧面与所述上游凹弧面的圆心的连线垂直于所述第一边墙。

可选的， 所述下游凹弧面的半径为所述上游凹弧面的半径的2倍。

可选的，所述竖缝区域的宽度为0.2m~0.3m。

可选的，所述池室的长宽比为1.25:1。

可选的，所述隔板靠近所述第一边墙的端部厚度为所述下游凹弧面的半径的2倍与所述隔板的尾端厚度之和；

所述挡板靠近所述第二边墙的端部厚度为所述上游凹弧面的半径的2倍与所述挡板的尾端厚度之和。

可选的，所述底板的纵向坡度为1%~10%。

本发明能产生的有益效果包括：

（1）本发明提供的竖缝式鱼道，通过在第一边墙和第二边墙上分别设置隔板和挡板，利用隔板的下游凹弧面和挡板的上游凹弧面之间形成的竖缝区域，可以使水流从上一级池室旋转流向下一级池室，从而在竖缝处形成不对称的流场，进而在旋转水流内侧形成流速较小的通道，可供游泳能力较弱的鱼类上溯通过。

（2）本发明提供的竖缝式鱼道，通过设置半圆形的隔板和挡板结构，半圆形的隔板和挡板可以使通过竖缝的水流旋转流向下级池室，从而达到更充分消除水流所携带能量的作用，最大程度的降低池室内的流速和湍动能，为鱼类的上溯减少水流的阻力作用。同时，半圆形隔板和挡板形成的竖缝可以减小过流流量系数，在同一工作水深下减少下泄水流，节省出来的水流可以用于发电。并且半圆形隔板和挡板又可以作为挡水结构，在挡板后侧会形成以低流速为主要特征的回流区域，该区域可以为上溯的鱼类提供短暂的休息，从而增加鱼道的过鱼效率。本发明提供的新型竖缝式鱼道可广泛应用在湖泊、大坝及城市景观等行业。

附图说明

图1为本发明实施例提供的竖缝式鱼道平面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的鱼道池室结构示意图；

图3为本发明实施例提供的竖缝式鱼道三维结构示意图。

附图标记：

1、隔板；2、挡板；3、底板；4、第一边墙；5、第二边墙。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种竖缝式鱼道，如图1至图3所示，所述竖缝式鱼道包括：

底板3；

第一边墙4和第二边墙5，垂直设置在底板3相对两端，第一边墙4、第二边墙5和底板3形成水流通道；

多个竖缝隔档单元，沿水流方向间隔设置在水流通道内，相邻两个竖缝隔档单元之间形成池室；

竖缝隔档单元包括固定在第一边墙4上的隔板1和固定在第二边墙5上的挡板2；隔板1具有凹向挡板2的下游凹弧面；挡板2具有凹向隔板1的上游凹弧面；下游凹弧面的半径大于上游凹弧面的半径；隔板1与挡板2之间具有竖缝区域。其中，第一边墙4与底板3、第二边墙5与底板3，第一边墙4与隔板1、第二边墙5与挡板2之间均固定连接，并且第一边墙4、第二边墙5、隔板1和挡板2的高度均为H；在该水流通道内设置多个竖缝隔档单元，形成鱼道，且鱼道内的水深不超过H。

进一步的，隔板1具有凸向挡板2的上游凸弧面；上游凸弧面与下游凹弧面的半径相等。

挡板2具有凸向隔板1的下游凸弧面，下游凸弧面和上游凹弧面的半径相等。

在实际应用中，下游凹弧面与上游凹弧面均为半圆形结构。

参考图1至图3所示，大半圆形的隔板1和小半圆形的挡板2分别垂直设于第一边墙4和第二边墙5上；沿X方向（即水流方向），相邻的大半圆形的隔板1将鱼道分成多个池室，每个池室包括底板3、第一边墙4、第二边墙5、两个大半圆形的隔板1和两个小半圆形的挡板2。

大半圆形的隔板1以一固定距离设置在池室的第一边墙4的内侧，小半圆形的挡板2以一相同距离设置在池室的第二边墙5的内侧，大半圆形的隔板1和小半圆形的挡板2以一固定距离成对的布置，以形成若干池室。大半圆形的隔板1和小半圆形的挡板2之间留有竖缝区域；同一竖缝隔档单元中的大半圆形的隔板1位于水流方向上游，小半圆形的挡板2位于水流方向下游。

较佳的，在同一竖缝隔档单元中，隔板1的下游凹弧面与挡板2的上游凹弧面的圆心的连线垂直于第一边墙4或第二边墙5。

在本发明实施例中，参考图2所示，底板3的纵向坡度为1%~10%。池室的长宽比（即池室长度L与池室宽度B之比）为1.25:1。隔板1的下游凹弧面的半径R1为挡板2的上游凹弧面的半径R2的2倍。竖缝区域的宽度bs为0.2m~0.3m。竖缝区域的宽度bs与池室宽度B之比为0.15:1。

隔板1靠近第一边墙4的端部厚度L1为下游凹弧面的半径R1的2倍与隔板1的尾端厚度2R0之和；挡板2靠近第二边墙5的端部厚度L2为上游凹弧面的半径R2的2倍与挡板2的尾端厚度2R0之和。其中，R0为隔板1和挡板2的尾端的圆弧半径。隔板1和挡板2的尾端厚度2R0与池室长度L之比为1:25。

隔板1的下游凹弧面偏离第一边墙4的距离与挡板2的上游凹弧面偏离第二边墙5的距离相等，均记为b；本发明实施例对于距离b的具体数值不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。

在本发明一具体实施例中，鱼道的纵向坡度设定为2.5％，水从鱼道上游的水库流入鱼道的第一级池室内，在大半圆形的隔板1的导向作用下，水流流向大半圆形的隔板1和小半圆形的挡板2形成的竖缝区域，之后在小半圆形的挡板2的上游凹弧面导向作用下，水流流向大半圆形的隔板1的下游凹弧面处，最后在该大半圆形隔板1的下游凹弧面和下一级大半圆形隔板1的上游凸弧面的导向下，水流主流在第二级池室内以靠近左侧旋转流向下一级隔板1的竖缝区域，并且在池室右侧形成了较大范围的回流区域；之后由于结构重复，水流在各级隔板1和池室内以相同流态向下游流动。

在该实施例中，池室宽度B＝2.0m；池室长度L＝2.5m；竖缝宽度bs＝0.3m；大半圆形隔板1靠近第一边墙4的端部厚度L1＝1.5m，小半圆形挡板2靠近第二边墙5的端部厚度L2=0.8m；隔板1和挡板2的尾端的圆弧半径R0=0.05m；隔板1的下游凹弧面的半径R1=0.7m，挡板2的上游凹弧面的半径R2=0.35m；隔板1和挡板2的圆弧偏离对应边墙的距离b=0.1m。

水流在池室内流动过程中，在所有池室的右侧区域（即靠近第二边墙5的区域）均会形成小流速回流区，这些回流区域可为上溯鱼类提供短暂的休息场所。同时，半圆形的竖缝通道不仅可以改变池室内水流的流动方向，也可以在竖缝内形成内外不对称的流速带，上溯鱼类可从流速较小的外侧区域通过竖缝，从而节省体力。并且，半圆形的竖缝通道增大了水流的阻力系数，即相同水位下，通过该结构的水流的流量系数较小，在过鱼季节运行时可节省更多通过鱼道下泻的水流。

数值模拟研究表明，本发明带半圆形隔板1和挡板2的新型竖缝式鱼道和传统竖缝式鱼道在工作水深h=1.5m、坡度S＝2.5％、竖缝宽度bs=0.3m、池室宽度B=2m、池室长度L=2.5m的相同参数下，两个鱼道的过流流量、流量系数、竖缝最大流速、池室内时均流速小于0.30m/s和1.00m/s的体积占比的对比结果如表1所示。

表1两种型式鱼道的水力特性数据对比

结果对比发现，采用本发明带半圆形隔板1和挡板2的新型竖缝式鱼道的流量系数远小于传统的竖缝式鱼道，这意味着在相同的工作水深下，本发明的新型竖缝式鱼道可以节省更多的流量用于发电；另外，本发明的新型竖缝式鱼道竖缝最小流速也明显低于传统的竖缝式鱼道，这是影响鱼类能否上溯成功的最关键的因素；本发明池室内时均流速小于0.3m/s和1.0m/s的体积占比均大于传统的竖缝式鱼道，时均流速小于0.3m/s的区域可以为鱼类上溯提供休息的场所，而时均流速小于1.0m/s，表明本发明池室内部水流大部分均处于较低流速水平。

本发明通过在第一边墙4和第二边墙5上分别设置隔板1和挡板2，利用隔板1的下游凹弧面和挡板2的上游凹弧面之间形成的竖缝区域，可以使水流从上一级池室旋转流向下一级池室，从而在竖缝处形成不对称的流场，进而在旋转水流内侧形成流速较小的通道，可供游泳能力较弱的鱼类上溯通过。

本发明通过设置半圆形的隔板1和挡板2结构，半圆形的隔板1和挡板2可以使通过竖缝的水流旋转流向下级池室，从而达到更充分消除水流所携带能量的作用，最大程度的降低池室内的流速和湍动能，为鱼类的上溯减少水流的阻力作用。同时，半圆形隔板1和挡板2形成的竖缝可以减小过流流量系数，在同一工作水深下减少下泄水流，节省出来的水流可以用于发电。并且半圆形隔板1和挡板2又可以作为挡水结构，在挡板2后侧会形成以低流速为主要特征的回流区域，该区域可以为上溯的鱼类提供短暂的休息，从而增加鱼道的过鱼效率。本发明提供的新型竖缝式鱼道可广泛应用在湖泊、大坝及城市景观等行业。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种竖缝式鱼道，其特征在于，所述竖缝式鱼道包括：

底板；

第一边墙和第二边墙，垂直设置在所述底板相对两端，所述第一边墙、所述第二边墙和所述底板形成水流通道；

多个竖缝隔档单元，沿水流方向间隔设置在所述水流通道内，相邻两个竖缝隔档单元之间形成池室；

所述竖缝隔档单元包括固定在所述第一边墙上的隔板和固定在所述第二边墙上的挡板；所述隔板具有凹向所述挡板的下游凹弧面；所述挡板具有凹向所述隔板的上游凹弧面；所述下游凹弧面的半径大于所述上游凹弧面的半径；所述隔板与所述挡板之间具有竖缝区域；

所述隔板具有凸向所述挡板的上游凸弧面；所述挡板具有凸向所述隔板的下游凸弧面。

2.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述上游凸弧面与所述下游凹弧面的半径相等。

3.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述下游凸弧面和所述上游凹弧面的半径相等。

4.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述下游凹弧面与所述上游凹弧面均为半圆形结构。

5.根据权利要求4所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述下游凹弧面与所述上游凹弧面的圆心的连线垂直于所述第一边墙。

6.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于， 所述下游凹弧面的半径为所述上游凹弧面的半径的2倍。

7.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述竖缝区域的宽度为0.2m~0.3m。

8.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述池室的长宽比为1.25:1。

9.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述隔板靠近所述第一边墙的端部厚度为所述下游凹弧面的半径的2倍与所述隔板的尾端厚度之和；

所述挡板靠近所述第二边墙的端部厚度为所述上游凹弧面的半径的2倍与所述挡板的尾端厚度之和。

10.根据权利要求1所述的竖缝式鱼道，其特征在于，所述底板的纵向坡度为1%~10%。