一种适用于多目标鱼类的上溯结构的制作方法

1.本发明涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种适用于多目标鱼类的上溯结构。


背景技术：

2.一些水利建筑物阻碍了河流系统的连接，破坏了河流的水生环境。因此，整个鱼类群体的繁殖和觅食受到严重阻碍，导致鱼类种类和数量急剧下降。为了恢复河流的连通性和鱼类的纵向运动，通常建造鱼道。
3.典型的鱼道包括丹尼尔鱼道，池堰鱼道(pwf)，同侧/异侧竖缝式鱼道(vsf)和仿自然鱼道(nlf)。丹尼尔(denil)鱼道是一个直线的矩形水槽，水槽底部的隔板倾斜角度为45
°
，斜率通常为15％-25％，不适合小鱼(小于250-300毫米)。katopodis等(1997)确定了标准和非标准denil鱼道的无量纲流动与相对流动深度之间的关系。mallen-cooper和stuart(2007)观察到，斜率较低(即8.3％)的丹尼尔(denil)鱼道有潜力性通过大范围的鱼类，这意味着该类鱼道的应用可以通过操纵设计参数得到极大的扩展。大多数现有的鱼道针对体型较大的高优先级鱼种，如鲑鱼。因此，游泳能力较弱的鱼类由于水流速度超过鱼类游泳能力而未能有效地上升。考虑到目标是保护生物多样性，有必要考虑整个鱼类群落的游泳能力。尽管鱼道应该允许90％至100％的成年鱼类成功迁徙以减少栖息地细碎化，但部分研究者指出，现有鱼道的平均通道效率仅为41.7％，远低于理想水平。造成鱼道过鱼效果不佳主要有两个原因，分别是鱼道本身的结构设计和鱼道内的环境条件。
4.目前国内鱼道的设计参数(结构尺寸设计、水力条件设计和鱼道内环境影响等)大部分依托于该鱼道所在流域的主要过鱼对象的游泳能力，且国内鱼道类型也多采用竖缝式鱼道，正是由于竖缝式鱼道的研究成熟性，故为广大工程所采用。但竖缝式鱼道也一定的弊端，比如，在同一个鱼道内，适合鱼上溯的路线仅有竖缝处一条路径，未多给鱼类选择路径的可能性，且在不同的过鱼需求工程统一建设想同类型的竖缝式鱼道而造成的过鱼效果不理想也有待考察。如公开号为cn114319261a的专利申请公开了一种带有h形墩和短挡板的竖缝式鱼道，该竖缝式鱼道虽通过改变并添加不同长度的挡板，达到降低池室内流速的效果，并为鱼类的上溯减少了水流的阻力作用，但鱼类在进入池室后并未对鱼类提供多通道上溯至下一池室的选择方案，仍然与传统式异侧/同侧竖缝式鱼道相同，在每个池室单元只提供了侧面长挡板处的单个上溯竖缝，限制了上溯出口的个数；又如公开号为cn114319260a的专利申请公开了一种带有多竖缝和矩形堰的组合式鱼道，该鱼道为鱼类提供多个上溯通道，并为鱼类提供了充分的休息区域，但该新型鱼道矩形堰的存在会导致鱼道内的泥沙堆积，随着泥沙堆积增多，该堰通道将对鱼类上溯效果造成影响，后期也就仅保留了中部l型长挡板与侧面短挡板间的上溯通道。且上述两种新类型的鱼道仅考虑鱼道内部的水力条件的改变(湍动能、流速和紊动强度等)，但影响鱼道过鱼效果也包括环境因素，比如鱼道内水温，该两种新型的鱼道并未从此方面考虑，尤其涉及库区水温分层明显的大型水库，通过鱼道出口(水流进口)或鱼道其他位置控制内部鱼道水温差，故仅保障影响过鱼效果的单方面因素(水力因素和环境因素)远远不够。
5.对于鱼道、鱼闸或升鱼机工程而言，过鱼设施进口区域的集诱鱼效果，也是决定过鱼设施能否发挥其应有作用与效果的关键因素之一。目前国内外已有研究多聚焦于过鱼设施进口水动力学条件，如流速分布与水流流态等。然而，对于大部分高坝工程过鱼设施而言，除水动力学条件外，还需要考虑因库区水温分层导致的温差效应的影响。温差效应对进口附近水动力条件影响甚微，影响区域主要取决于鱼道流量，而岸边水温量值则取决于温差的大小；增大明渠流量将增加上溯鱼类发现鱼道进口的难度；沿冷水区域上溯样本量占总样本的39％，沿温水区域上溯样本量占总样本的61％，由此可知，温水区域对洄游鱼类更具有吸引力；温差效应在一定程度上有利于洄游鱼类发现鱼道进口并在进口区域聚集，与冷水区域相比，温水有效区域鱼进入鱼道进口的尝试率提高了17个百分点。研究成果可为相关人员尝试采用改变水温调整洄游鱼类上溯路线，改善鱼道进口集诱鱼，进而提升鱼道过鱼效果提供一种全新的思路。中国的水库大都属于水温分层型，水库表底层之间的温差甚大，如陈栋为报道的光照水电站水库表底层最大温差约为11℃，李坤报道的糯扎渡水电站则达到13℃。然而，过鱼设施的上游供水系统通常取自水库表层，其水温相对较高，电站进水口取水高程则相对较低，下泄水温较低，即便采用叠梁门分层取水措施，电站尾水水温仍明显低于水库表层水温，由此导致过鱼设施进口出流水温高于环境水温，形成温差效应。以光照水电站工程为例，7－9月份为主要过鱼期间，库区表层水温达到27～28℃，而叠梁门分层取水下游河道现场监测水温仅为19～21℃，即过鱼设施出流水温与环境水流水温差达8℃。据walberg e和sullivan c m等学者的研究结果，鱼类对于水流水温的敏感程度极高，甚至0.03～0.10℃的水温变化会对鱼类活动产生影响。由此可见，高坝过鱼设施存在的温差效应可能会对洄游鱼类的上溯与聚集产生一定的直接影响。现有研究中，水温对鱼类的影响研究大多围绕生物学指标上开展的分析，且试验方法基本为在静止的水体内提升水温，进而观测鱼类生物学指标的变化。如公开号cn107372281a(一种鱼类实验生物学观测装置及使用方法)，cn112931310a(一种红鳍东方鲀亲鱼促熟的温光调控方法)和cn109526813a(鱼类温度偏好测试实验装置)等，以上专利均亦或在恒温水槽内，通过改变水温，测试某均一水温条件下鱼类的游泳行为，并未将受温度影响下的游泳行为与减少鱼道内的沿程温差效应方法相结合。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是提出一种适用于多目标鱼类的上溯结构，旨在解决上述技术问题。
7.为实现上述目的，本发明提出一种适用于多目标鱼类的上溯结构，包括坝体、以及设置在坝体一侧的鱼道，所述鱼道包括底板、以及设置在底板两侧的边墙，底板与其两侧的边墙组成过流通道，过流通道内沿着水流方向间隔设置有多个t形墩；t形墩包括平行水流方向的t形墩长侧和垂直水流方向的t形墩短侧；t形墩长侧与t形墩短侧互相垂直，且t形墩长侧朝向上游侧；在每个t形墩长侧对应位置处两侧的边墙上设置有侧面短挡板，t形墩长侧延伸至两个侧面短挡板之间的形成的间隔中；沿着上溯方向的两对侧面短挡板之间区域形成一个池室。
8.优选的，所述鱼道的上游段通过岸边引水管道连接至库区上游，用于将库区上游的水引至鱼道的上游段；在坝体上不同高程处设置有多个引水管，多个引水管汇集至下游
引水管，下游引水管连接至下游储水塔，下游储水塔通过下游进水管连接至鱼道的下游段。
9.优选的，所述岸边引水管道的进水端取库区上游低温层、中温层的水流并引至鱼道的上游段。
10.优选的，在库区上游的边坡处设置有边坡储水塔，在边坡储水塔上沿水深垂直方向设有多个进塔口，进塔口设有电磁阀门用于控制进入边坡储水塔的流量；在边坡储水塔的顶部设置有维修口，在维修口处设置有透明观察窗；所述岸边引水管道连接在边坡储水塔上，在岸边引水管道上设置有工作阀门和检修阀门。
11.优选的，下游进水管与鱼道下游段的每个池室之间分别通过下游进水廊道连通。
12.优选的，在边墙内部设置有边墙下泄管道，在边墙上对应每个池室位置处的壁面上设置有出水孔，出水孔连通至边墙下泄管道；下游储水塔通过下游边墙进水廊道连接至鱼道的下游段上的边墙下泄管道。
13.优选的，当坝体高度大于30米时，在鱼道的上游段与岸边引水管道之间设置有上游储水塔；上游储水塔通过上游边墙引水管连接至所述边墙下泄管道；上游储水塔还分别通过上游进水管连通至鱼道上游段的每个池室。
14.优选的，当坝体高度为10米至30米时，岸边引水管道直接引水至所述鱼道的上游段，在岸边引水管道与鱼道上游段的交界部位设有防逃网；所述岸边引水管道为设置在边坡或山体内的取水隧道或涵洞，岸边引水管道在垂直方向上分为上、下两个管道，在上、下两个管道上分别设置有第一取水电磁阀和第二取水电磁阀；上、下两个管道的进水口设置有进水闸门；进水闸门通过钢索连接至启闭机。
15.优选的，侧面短挡板的长度b0与池室宽度b之比为5:44；侧面短挡板的宽度i0与池室宽度b之比为4:44；侧面短挡板至t形墩长侧的垂直距离b
s1
与池室宽度b比为15:44；侧面短挡板至t形墩短侧的水平距离i0’
与池室宽度b比为18:55；一个池室的长度l与池室长度b比为75:55；侧面短挡板至t形墩长侧的垂直距离b
s1
与池室的长度l之比为3:12；t形墩长侧的长度l
t
与池室宽度b之比为70:110；t形墩短侧的长度b
t
与池室宽度b之比为51:110；t形墩处于过流通道底板的正中间，t形墩短侧至边墙的垂直距离b
s2
与池室宽度b之比为29.5:110。
16.优选的，所述引水管包括设置在中温层处的中温层取水引水管和设置在低温层处的低温层取水引水管；在中温层取水引水管和低温层取水引水管的进口端分别设置有进水管闸门；中温层取水引水管通过中温层引水管廊道汇集至下游引水管，低温层取水引水管通过低温层引水管廊道汇集至下游引水管，在中温层引水管廊道、低温层引水管廊道与下游引水管交汇处之间的管路上设置有低中温层分界电动闸门用于调节低、中温层的取水比例；在中温层引水管廊道的出口端设置有中温层出水闸门，在低温层引水管廊道的出口端设置有低温层出水闸门。
17.由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：
18.(1)在本发明中，在过流通道内沿着水流方向间隔设置有多个t形墩，由于t形墩长侧将过流通道内的水流均匀分成了两个方向，在沿着上溯方向的两对侧面短挡板之间形成的池室内，池室以顺水流方向在t形墩之间分上下两个大回流区，在顺水流方向的侧面短挡板后形成一小回流区。因此，相对于传统竖缝式鱼道池室，本发明中鱼道的池室增加至四个大小相对均匀、位置相对比较均匀的回水区，回水区的流速相对较小，在一定程度上大大减
少了池室主流流速。回水区通常作为鱼类的休息区，相比传统式竖缝式鱼道，本发明中的鱼道正式由于两对对称分布的回水区，可为鱼类更能提供更丰富的鱼类休息区域，也有利于为游泳能力较弱的鱼类(比如鳅科鱼类)提供更好的上溯水力条件。相比传统竖缝式鱼道内部达到相同水深的同时，本发明中的鱼道耗水量较少，可在一定程度上为水资源相对缺乏并且有过鱼要求的鱼道节约了鱼道进水量。
19.(2)在本发明中，通过设置t形墩，使得鱼道中形成了两条鱼类通道和四个回流区域，回流区域大小相对均匀，位置分布相对均匀。由于两条鱼类通道的存在，也意味着主流占据了更多的空间，减小了池室内部的沿程流速、湍动能和紊动强度。相比传统竖缝式鱼道，本发明中的鱼道具有最佳的水利性能，即相对适宜的水流条件；有利于整个鱼类群落的通过，特别是对于游泳能力较弱的小型鱼类。从而大大提高了池室的利用率。为鱼类提供更丰富的休息区，有效减少水流速度和湍流。
20.(3)在本发明中，鱼道的上游段通过岸边引水管道连接至库区上游，用于将库区上游的水引至鱼道的上游段；在坝体上不同高程处设置有多个引水管，多个引水管汇集至下游引水管，下游引水管连接至下游储水塔，下游储水塔通过下游进水管连接至鱼道的下游段。通过该结构，考虑到一般的鱼道上游的供水系统从表层取水，在鱼的上溯主要季节会因库区的水层温差进入鱼道内部的水温度偏高，与鱼类进入鱼道进口前的温度差异性较大，短时无法适应鱼道内部的相对较高水温，对鱼类上溯造成一定的温度屏障，在此方面也提出了在不同库区岸边地形、不同坝高条件下的鱼道上游供水系统分层取水方法，避免鱼道内部存在的温差效应可能会对洄游鱼类的上溯与聚集产生的直接影响。
21.(4)与现有技术相比，本发明提供了基于沿程温差效应减缓并适用于多目标鱼类的上溯结构，本发明在传统性的竖缝式鱼道基础上设计出水力条件更优良、结构更适合鱼类上溯洄游的新型组合式鱼道及为减少鱼道上游供水系统进入鱼道内部的温差效应的方法等综合性考虑，以鱼道结构优化设计本身和鱼道内部沿程温度两方面作为出发点支撑本发明。
附图说明
22.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。
23.图1为本发明中鱼道的三维示意图；
24.图2为本发明中鱼道的流态示意图；
25.图3为本发明中鱼道的二维平面示意图；
26.图4为本发明中坝体高度大于30米时的取水方式整体示意图；
27.图5为本发明中坝体高度大于30米时取水方式的放大图；
28.图6为本发明中坝体高度大于30米时岸边引水管道的示意图及横纵向剖面图；
29.图7为本发明中坝体高度大于30米时岸边引水管道的横向剖视图及边坡储水塔的示意图；
30.图8为本发明中坝体高度为10米至30米时的取水方式整体示意图；
31.图9为本发明中坝体高度为10米至30米时岸边引水管道的剖视图；
32.图10为本发明中坝体上不同高程处设置有引水管的示意图、以及大坝前的库区水温分层类型示意图；
33.图11为库区内不同水深的水温测试示意图；
34.图12为本发明中供水方式流程图。
35.附图标号说明：
36.1、侧面短挡板；2、t形墩长侧；3、t形墩短侧；4、侧面；5、边墙；6、底板；7、出水孔；701、边墙下泄管道；8、中温层取水引水管；801、中温层引水管廊道；9、进水管闸门；901、中温层出水闸门；10、低温层取水引水管；1001、低温层引水管廊道；1002、低温层出水闸门；1003、下游引水管；11、低中温层分界电动闸门；12、下游储水塔；1201、下游边墙进水廊道；13、上游储水塔；1301、上游边墙引水管；1302、上游进水管；14、岸边引水管道；1401、进塔口；1402、边坡储水塔；1403、透明观察窗；1501、启闭机；1502、钢索；1503、边坡或山体；1504、第一取水电磁阀；1505、第二取水电磁阀；1506、进水闸门；1507、河床底部；16、下游进水管；1601、下游进水廊道。
具体实施方式
37.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。
38.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。
39.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。
40.结合附图所示，一种适用于多目标鱼类的上溯结构，包括坝体、以及设置在坝体一侧的鱼道，所述鱼道包括底板6、以及设置在底板6两侧的边墙5，底板6与其两侧的边墙5组成过流通道，同时该过流通道也构成了鱼类的上溯通道。
41.结合图1所示，在过流通道内沿着水流方向间隔设置有多个t形墩；t形墩包括平行水流方向的t形墩长侧2和垂直水流方向的t形墩短侧3；t形墩长侧2与t形墩短侧3互相垂直，且t形墩长侧2朝向上游侧；在每个t形墩长侧2对应位置处两侧的边墙5上设置有侧面短挡板1，t形墩长侧2延伸至两个侧面短挡板1之间的形成的间隔中；沿着上溯方向的两对侧面短挡板1之间区域形成一个池室。t形墩长侧2将过流通道内的水流均匀分成了两个方向。为便于施工和维修通道内部，t形墩采用预制板结构，在施工期间可将事先预制好的t形墩嵌进底板6，t形墩的底部与底板6用螺栓连接固定。
42.结合图2所示，侧面短挡板1介于t形墩长侧2对应位置处，在每个池室中，以顺水流方向在t形墩之间分上下两个大回流区，在顺水流方向的侧面短挡板1后形成一小回流区。
43.结合图3所示，在本实施例中，鱼道的具体尺寸要求如下：
44.侧面短挡板1的长度b0与池室宽度b之比为5:44；
45.侧面短挡板1的宽度i0与池室宽度b之比为4:44；
46.侧面短挡板1至t形墩长侧2的垂直距离b
s1
与池室宽度b比为15:44；
47.侧面短挡板1至t形墩短侧3的水平距离i0’
与池室宽度b比为18:55；
48.一个池室的长度l与池室长度b比为75:55；
49.侧面短挡板1至t形墩长侧2的垂直距离b
s1
与池室的长度l之比为3:12；
50.t形墩长侧2的长度l
t
与池室宽度b之比为70:110；
51.t形墩短侧3的长度b
t
与池室宽度b之比为51:110；
52.t形墩处于过流通道底板6的正中间，t形墩短侧3至边墙5的垂直距离b
s2
与池室宽度b之比为29.5:110。
53.进一步地，t形墩长侧2与t形墩短侧3相互垂直相接，除去t形墩短侧3的厚度i0的剩余长度b1与t形墩短侧3的长度b
t
之比为0.41:1.02；t形墩长侧2与侧面短挡板1的水平距离d0与t形墩长侧2的长度l
t
之比为0.48:1.40；t形墩长侧2的长度l
t
与t形墩短侧3的长度b
t
之比为1.40:1.02；侧面短挡板1至t形墩短侧3的长度i0’
与t形墩长侧2的长度l
t
之比为0.72:1.40。
54.t形墩短侧3的宽度i0与t形墩长侧2的长度l
t
之比为1:7，t形墩的厚度i0与侧面短挡板1的i0相等。侧面短挡板1至t形墩短侧3的长度i0’
与池室长度l之比为0.72:3.00，t形墩短侧3的宽度i0与池室长度l之比为0.2:3.0。
55.在本实施例中，针对鱼道的上游段和鱼道的下游段，分别提供了相应的供水系统。具体地如下：
56.结合图4、图8所示，所述鱼道的上游段通过岸边引水管道14连接至库区上游，用于将库区上游的水引至鱼道的上游段；在坝体上不同高程处设置有多个引水管，多个引水管汇集至下游引水管1003，下游引水管1003连接至下游储水塔12，下游储水塔12通过下游进水管16连接至鱼道的下游段。所述岸边引水管道14的进水端取库区上游低温层、中温层的水流并引至鱼道的上游段。
57.结合图6、图7所示，在库区上游的边坡处设置有边坡储水塔1402，在边坡储水塔1402上沿水深垂直方向设有多个进塔口1401，设置多个进塔口1401的目的在于提高储水塔的进水效率及不同水温层的水进入。进塔口1401设有电磁阀门用于控制进入边坡储水塔1402的流量；在边坡储水塔1402的顶部设置有维修口，在维修口处设置有透明观察窗1403；所述岸边引水管道14连接在边坡储水塔1402上，在岸边引水管道14上设置有工作阀门1404和检修阀门1405。设置透明观察窗1403，便于观察水位的情况。当库区水位低于正常蓄水位时，维修口便于维修人员进入对边坡储水塔1402进行维修。
58.结合图4、图8所示，在鱼道的下游段供水系统中，所述引水管包括设置在中温层处的中温层取水引水管8和设置在低温层处的低温层取水引水管10；在中温层取水引水管8和低温层取水引水管10的进口端分别设置有进水管闸门9；中温层取水引水管8通过中温层引水管廊道801汇集至下游引水管1003，低温层取水引水管10通过低温层引水管廊道1001汇
集至下游引水管1003，在中温层引水管廊道801、低温层引水管廊道1001与下游引水管1003交汇处之间的管路上设置有低中温层分界电动闸门11用于调节低、中温层的取水比例；在中温层引水管廊道801的出口端设置有中温层出水闸门901，在低温层引水管廊道1001的出口端设置有低温层出水闸门1002。下游进水管16与鱼道下游段的每个池室之间分别通过下游进水廊道1601连通。利用低中温层分界电动闸门11，可根据鱼道内的水温大小自动调节低中温层各取水比例，两种不同水温的水经过下游引水管1003进入下游储水塔12，下游储水塔12的水温为t
低
～t
中
，进入流量为q
下储水塔总
。
59.进一步地，在边墙5内部设置有边墙下泄管道701，在边墙5上对应每个池室位置处的壁面上设置有出水孔7，出水孔7连通至边墙下泄管道701；下游储水塔12通过下游边墙进水廊道1201连接至鱼道的下游段上的边墙下泄管道701。
60.在本实施例中，为满足鱼道内部的温差减缓效应和防止水的渗漏，下游储水塔12的宽、高分别设置为3m，下游储水塔12的底板厚度为1m，下游储水塔12的边墙厚度为0.50m，材质为隔热保温性的混凝土，为便于下游储水塔12里的水自动流入鱼道内，故下游储水塔12的设计高程要高于鱼道的下游段的高程。下游储水塔12分两种形式流进鱼道内部，一是通过下游进水管16，从上游至下游的倾斜方向依次借助下游进水廊道1601进入鱼道池室内部，每个下游进水廊道1601的流量分别为q
下1
，q
下2
，q
下3
……q下n
；二是通过下游边墙进水廊道1201进入边墙5内预制的边墙下泄管道701内，然后从出水孔7流入相应的池室。
61.在大坝的库区分层水温会因不同蓄水高度洄游明显变化，高坝和低坝的库区水温分层就有很大的区别，根据相关研究，当蓄水高度为10m以上时，库区水温会有明显的分层。在本发明中，按照不同坝高进行分类，低坝的坝高介于10～30m之间；中坝的坝高为30～70m；高坝的坝高为70m以上。
62.结合图4、图5所示，对于中坝、高坝，即当坝体高度大于30米时，在鱼道的上游段供水系统中，鱼道的上游段与岸边引水管道14之间设置有上游储水塔13；上游储水塔13通过上游边墙引水管1301连接至所述边墙下泄管道701；上游储水塔13还分别通过上游进水管1302连通至鱼道上游段的每个池室。
63.优选方案中，在上游供水系统中，也通过上游引水对中和降低鱼道进口的表层水温，通过岸边引水管道14，取库区的t
低
～t
中
水温，进入上游的上游储水塔13，上游储水塔13内的水温亦是t
低
～t
中
，进入流量为q
上储水塔总
，上储水塔13与下游储水塔12材质要求相同。水流在进入上游的储水塔13后，由上游储水塔13的上游边墙引水管1301和上游进水管1302进入鱼道上游内部，进入鱼道内部的方式与鱼道下游段的供水方式相同，通过边墙下泄管道701进入鱼道上游边墙内并从出水孔7流入相应的池室；水流还从上游进水管1302进入鱼道池室内部，每个上游进水管1302的流量分别为q
上1
，q
上2
，q
上3
……
，q
上n
。
64.边墙下泄管道701一直沿程贯穿鱼道边墙内部，下游储水塔12、上游储水塔13分大坝前后分别储水。
65.在鱼道的上游段供水系统中，库区表层高温水t
高
在进入鱼道内部时，受上游储水塔13和下游储水塔12的降温中和影响，在鱼道进口位置处的温度基本降为t
低
～t
中
，从而改变了鱼道内部的温差效应造成对鱼类上溯的影响，提高鱼类过鱼效果。
66.结合图8所示，对于低坝，即坝体高度为10米至30米时，鱼道长度相比于中、高坝较短，鱼道坡度也较缓，且考虑到上下水资源的调度，故仅在鱼道进水口的位置保留一侧边墙
进水，而在下游的边墙进水依旧采用下游储水塔的进水方式。对于低坝，直接通过岸边引水管道14直接引水至所述鱼道的上游段，在岸边引水管道14与鱼道上游段的交界部位设有防逃网；防逃网的主要目的是防止鱼进入岸边引水管道14。
67.与中高坝不同的是，低坝前的库区水温分层相对不太明显，故对进入鱼道内部的低温水需从坝前的上游位置取水，如通过边坡涵洞或短隧道内取水，岸边隧道或涵洞的高程要高于鱼道进水口高程。因此，所述岸边引水管道14为设置在边坡或山体1503内的取水隧道或涵洞，为便于检修和控制进入岸边引水管道14的流量，岸边引水管道14在垂直方向上分为上、下两个管道，在上、下两个管道上分别设置有第一取水电磁阀1504和第二取水电磁阀1505用于控制流量；上、下两个管道的进水口设置有进水闸门1506；进水闸门1506通过钢索1502连接至启闭机1501，可根据不同的引水水温选择调整进水闸门1506高度，进水闸门1506通过启闭机1501的钢索1502调节。
68.为便于检修进水闸门1506，该进水闸门1506采用一闸两页的形式，即进水闸门1506每次升降可选为整页上提，也可选为单页提，进水闸门1506底部与河床底部1507相接。
69.结合图1所示，为本发明中鱼道的三维示意图，
70.结合图1所示，为本发明中鱼道的三维示意图，箭头代表水流方向，水流经过中部的t形墩长侧2，水流会分为两股，由于束窄的作用，在t形墩短侧3和侧面短挡板1形成较大的流速区域，并在侧面短挡板1和t形墩短侧3后各形成大小回流区域，具体如图2所示。
71.结合图3所示，为本发明中鱼道的二维平面示意图，具体地，池室宽度b为2.2m；池室长度l为3.0m，侧面短挡板1的长度b0为0.25m，t形墩长侧2的长度l
t
为1.4m，t形墩长侧2与侧面短挡板1的水平距离d0为0.48m，t形墩短侧3至鱼道边墙5的垂直距离b
s2
为0.59m，侧面短挡板1至t形墩短侧3的长度i0’
为0.72m，t形墩短侧3的长度b
t
为1.02m，侧面短挡板1至t形墩长侧2的垂直距离b
s1
为0.75m；侧面短挡板1的宽度i0为0.2m，除去t形墩短侧3的厚度i0的剩余长度b1为0.41m，侧面短挡板1的水平距离d0为0.48m。
72.根据数值模拟研究表明，如表1所示，在流量q为600～1200l/s下，相比传统同侧竖缝式鱼道和异侧竖缝式鱼道，本发明中的带t形墩鱼道的池室平均水深hm相对较高，这就在一定程度上意味着在三种不同形式的鱼道池室达到相同水深，本发明中的鱼道会需要小流量就可满足，这也改变了以往大流量下泄的需求，同时为水资源相对缺乏地区提供了设计参考。
73.相比传统同侧竖缝式鱼道和异侧竖缝式鱼道，在相同流量条件下，本发明中的带t形墩鱼道中的流速和平均湍动能均显得较小，降低了鱼类上溯时的能耗。图2存在的四个回水区，可为鱼类提供了休息场所，更能满足鱼类上溯的水力条件需求，提高鱼道的过鱼效果。
74.表1三种不同鱼道结构型式的水深、流速、最大流速和湍动能值对比表(i＝1.6％)
[0075][0076][0077]
针对本发明所提供的适用于多目标鱼类的上溯结构，温差减缓效应取水方式的具体方式为：
[0078]
由于不同坝高的坝前库区水温会存在不同分层现象，不同的坝高对应的鱼道长度也不同，相比较中、高坝的鱼道长度，低坝的鱼道长度较短些。一般的水库的夏季水温分层一般会呈现出表层水高温层(t
高
)，中层水中温度层(t
中
)和底层水低温度层(t
低
)，下游水温一般是在大坝发电取水时的底层温度层水，在经蜗壳排至下游的过程中的水温变化较小。冬天的水库水温由于冰层的覆盖，会和夏季水温分层呈相逆的趋势，如图10所示(夏季水温分层)。在改善鱼道内温差减缓效应的同时，首先需要对不同坝高类型的库区水温进行调查，依据不同水层的水温监测，按照水面到水底的方向，依次记为t1，t2，t3…
tn，如图11所示，并将该水温的测试过程记为t
测试
单元。
[0079]
在下游，本发明中对于不同坝高取不同水温的相同方式，均是由t
中
和t
低
的中温层取水引水管8和低温层取水引水管10通过坝体内部在流经下游储水塔12，两个不同水温层的引水管道内附有温度传感器，记录并识别两个引水管道内的水温，两个管道内的水温分别记为t
中引水管道
和t
低引水管道
。此时坝体内部引水管道进水流量分别记为q
中温坝引水
和q
低温坝引水
，在流经下游储水塔12的流量记为q
下储水塔总
，温度记为t
下储水塔总
，不同水体的水温在融合后，温度会有变化，后续根据取水温度需要，合适搭配t
中引水管道
和t
低引水管道
的中温层出水闸门901和低温层出水闸门1002的开度，控制引水量。后经下游进水管16引水至鱼道下游各个池室和下游边墙
进水廊道1201。下游进水管16流经鱼道内的各池室的流量分别记为q
下1
、q
下2
、q
下
…
和q
下n
，流经下游边墙进水廊道1201的总流量记为q
边墙廊道
，其中：
[0080]
t
下储水总
＝q
中引水管道％
*t
中引水管道
+q
中引水管道％
*t
低引水管道
ꢀꢀꢀ
(1)
[0081]q下储水总
＝q
中温坝引水
+q
低温坝引水
＝q
下1
+q
下2
+q
下n
+q
边墙廊道
ꢀꢀꢀ
(2)
[0082]
注：q
中引水管道％
、q
中引水管道％
和q
…
％代表中引水管道的取水量百分比系数，下式相同；
[0083]
本发明针对上述的坝体内部不同水温层取水记为q
坝体引水
单元，三种不同类型的坝高在坝体取水方式方面相同。
[0084]
考虑到不同坝高前的库区水深有较大的差异性，本发明针对低坝和高坝的上游取水方式又各不相同。
[0085]
在中高坝的上游，在中高坝中，即即当坝体高度大于30米时，库区前的水深较深，鱼道出口取部分表层高温水(t
表层高温引水
)和鱼道表层高温水的流量(q
表层高温引水
)的同时，又从库区通过岸边引水管道14引t
低
和t
中
的水进上游储水塔13，岸边引水管道14的流量记为q
库区岸边引水管道
，上游储水塔13的水温为t
上游储水塔
。上游储水塔13将水分为两种方式进入鱼道内部，一是通过上游边墙引水管1301进入鱼道上游边墙，此时将其进入的流量和水温分别记为q
上游边墙引水管
和t
上游边墙引水管
(t
上游储水塔
)，二是通过上游进水管1302依次通过进入鱼道池室内部，每个上游进水管1302进入鱼道池室内部的流量分别记为q
上1
，q
上2
，q
上3
……q上n
；由于引水管道长度较短，此处架设在上游储水塔的温度t
上游储水塔
与进入上游边墙(701)内的温度和上游进水管(1302)的温度均相等。
[0086]
t
鱼道上游混合
＝q
鱼道出口表层％
*t
鱼道出口表层
+q
上游边墙引水管％
*t
上游边墙引水管
+q
上游进水廊道％
*t
上游进水廊道
ꢀꢀꢀ
(3)
[0087]q鱼道上游混合
＝q
表层高温引水
+q
上游边墙引水管
+q
上游进水廊道
ꢀꢀꢀ
(4)
[0088]
本发明针对上述的中高坝上游不同水温层取水记为q
中高坝上游引水
单元
[0089]
在鱼道进口内的水温，是上下游不同取水流量和取水温度决定，故在决定鱼道出水口的水温时，可根据上下游的水温流量和水温温度灵活调节，其中鱼道出水口总流量q
鱼道出水口
和鱼道出水口最终温度t
鱼道出水口
可由下式计算：
[0090]q鱼道出水口
＝q
下储水总
+q
鱼道上游混合
ꢀꢀꢀ
(5)
[0091]
t
鱼道出水口
＝q
下储水总％
*t
下储水总
+t
鱼道上游混合
*q
鱼道上游混合％
ꢀꢀꢀ
(6)
[0092]
针对低坝，即坝体高度为10米至30米，在坝体的上游，通过库区上游边坡闸门取水控制进入鱼道上游内的水温。对于低坝，鱼道长度相比鱼高坝较短，考虑到上下水资源的调度，故仅在鱼道进水口的位置保留一侧边墙进水，而在下游的边墙进水依旧采用下游储水塔的进水方式。在通过岸边引水管道14进入鱼道内部，总流量计为q
岸上引水
，和鱼道的交界部位设有防逃网，防逃网的主要目的是防止鱼进入岸边引水管道14。所述岸边引水管道14为设置在边坡或山体1503内的取水隧道或涵洞，其可根据第一取水电磁阀1504和第二取水电磁阀1505的开度控制两种温度的水进入鱼道上游内部的流量q
库区岸边-中温
和q
库区岸边-低温
，
[0093]
其中：
[0094]q鱼道上游混合
＝q
表层高温引水
+q
岸边库区引水
ꢀꢀꢀ
(7)
[0095]
t
鱼道上游混合
＝q
表层高温引水％
*t
表层高温引水
+q
岸边库区引水％
*t
岸边库区引水
ꢀꢀꢀ
(8)
[0096]
t
鱼道出水口
＝q
下储水总％
*t
下储水总
+t
鱼道上游混合
*q
鱼道上游混合％
ꢀꢀꢀ
(9)
[0097]
本发明针对上述的低坝上游不同水温层取水记为q
低坝上游引水
单元。
[0098]
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。

技术特征：
1.一种适用于多目标鱼类的上溯结构，包括坝体、以及设置在坝体一侧的鱼道，所述鱼道包括底板(6)、以及设置在底板(6)两侧的边墙(5)，底板(6)与其两侧的边墙(5)组成过流通道，其特征在于：过流通道内沿着水流方向间隔设置有多个t形墩；t形墩包括平行水流方向的t形墩长侧(2)和垂直水流方向的t形墩短侧(3)；t形墩长侧(2)与t形墩短侧(3)互相垂直，且t形墩长侧(2)朝向上游侧；在每个t形墩长侧(2)对应位置处两侧的边墙(5)上设置有侧面短挡板(1)，t形墩长侧(2)延伸至两个侧面短挡板(1)之间的形成的间隔中；沿着上溯方向的两对侧面短挡板(1)之间区域形成一个池室。2.如权利要求1所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：所述鱼道的上游段通过岸边引水管道(14)连接至库区上游，用于将库区上游的水引至鱼道的上游段；在坝体上不同高程处设置有多个引水管，多个引水管汇集至下游引水管(1003)，下游引水管(1003)连接至下游储水塔(12)，下游储水塔(12)通过下游进水管(16)连接至鱼道的下游段。3.如权利要求2所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：所述岸边引水管道(14)的进水端取库区上游低温层、中温层的水流并引至鱼道的上游段。4.如权利要求3所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：在库区上游的边坡处设置有边坡储水塔(1402)，在边坡储水塔(1402)上沿水深垂直方向设有多个进塔口(1401)，进塔口(1401)设有电磁阀门用于控制进入边坡储水塔(1402)的流量；在边坡储水塔(1402)的顶部设置有维修口，在维修口处设置有透明观察窗(1403)；所述岸边引水管道(14)连接在边坡储水塔(1402)上，在岸边引水管道(14)上设置有工作阀门(1404)和检修阀门(1405)。5.如权利要求2所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：下游进水管(16)与鱼道下游段的每个池室之间分别通过下游进水廊道(1601)连通。6.如权利要求2所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：在边墙(5)内部设置有边墙下泄管道(701)，在边墙(5)上对应每个池室位置处的壁面上设置有出水孔(7)，出水孔(7)连通至边墙下泄管道(701)；下游储水塔(12)通过下游边墙进水廊道(1201)连接至鱼道的下游段上的边墙下泄管道(701)。7.如权利要求6所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：当坝体高度大于30米时，在鱼道的上游段与岸边引水管道(14)之间设置有上游储水塔(13)；上游储水塔(13)通过上游边墙引水管(1301)连接至所述边墙下泄管道(701)；上游储水塔(13)还分别通过上游进水管(1302)连通至鱼道上游段的每个池室。8.如权利要求6所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：当坝体高度为10米至30米时，岸边引水管道(14)直接引水至所述鱼道的上游段，在岸边引水管道(14)与鱼道上游段的交界部位设有防逃网；所述岸边引水管道(14)为设置在边坡或山体(1503)内的取水隧道或涵洞，岸边引水管道(14)在垂直方向上分为上、下两个管道，在上、下两个管道上分别设置有第一取水电磁阀(1504)和第二取水电磁阀(1505)；上、下两个管道的进水口设置有进水闸门(1506)；进水闸门(1506)通过钢索(1502)连接至启闭机(1501)。9.如权利要求1所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：侧面短挡板(1)的长度b0与池室宽度b之比为5:44；侧面短挡板(1)的宽度i0与池室宽度b之比为4:44；
侧面短挡板(1)至t形墩长侧(2)的垂直距离b
s1
与池室宽度b比为15:44；侧面短挡板(1)至t形墩短侧(3)的水平距离i0’
与池室宽度b比为18:55；一个池室的长度l与池室长度b比为75:55；侧面短挡板(1)至t形墩长侧(2)的垂直距离b
s1
与池室的长度l之比为3:12；t形墩长侧(2)的长度l
t
与池室宽度b之比为70:110；t形墩短侧(3)的长度b
t
与池室宽度b之比为51:110；t形墩处于过流通道底板(6)的正中间，t形墩短侧(3)至边墙(5)的垂直距离b
s2
与池室宽度b之比为29.5:110。10.如权利要求2所述的一种适用于多目标鱼类的上溯结构，其特征在于：所述引水管包括设置在中温层处的中温层取水引水管(8)和设置在低温层处的低温层取水引水管(10)；在中温层取水引水管(8)和低温层取水引水管(10)的进口端分别设置有进水管闸门(9)；中温层取水引水管(8)通过中温层引水管廊道(801)汇集至下游引水管(1003)，低温层取水引水管(10)通过低温层引水管廊道(1001)汇集至下游引水管(1003)，在中温层引水管廊道(801)、低温层引水管廊道(1001)与下游引水管(1003)交汇处之间的管路上设置有低中温层分界电动闸门(11)用于调节低、中温层的取水比例；在中温层引水管廊道(801)的出口端设置有中温层出水闸门(901)，在低温层引水管廊道(1001)的出口端设置有低温层出水闸门(1002)。

技术总结
一种适用于多目标鱼类的上溯结构，包括坝体、以及设置在坝体一侧的鱼道，鱼道包括底板、以及设置在底板两侧的边墙，底板与其两侧的边墙组成过流通道，过流通道内沿着水流方向间隔设置有多个T形墩；T形墩包括平行水流方向的T形墩长侧和垂直水流方向的T形墩短侧；T形墩长侧与T形墩短侧互相垂直，且T形墩长侧朝向上游侧；在每个T形墩长侧对应位置处两侧的边墙上设置有侧面短挡板，T形墩长侧延伸至两个侧面短挡板之间的形成的间隔中；沿着上溯方向的两对侧面短挡板之间区域形成一个池室。池室以顺水流方向在T形墩之间分上下两个大回流区，在侧面短挡板后形成一小回流区，回水区的流速相对较小，在一定程度上大大减少了池室主流流速。速。速。


技术研发人员：王永猛 王猛 金志军 陈凡 常理 董庆煊 马卫忠 杨延东 杨柳 赵再兴
受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/7