竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法与流程

1.本发明一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，属于水利水电工程过鱼设施建设领域。


背景技术：

2.鱼道是沟通鱼类洄游路线的一种重要设施，是水利工程生态保护与修复技术的关键内容之一。《水利水电工程鱼道设计导则(sl 609-2013)》规定：主要过鱼季节上游水位变幅较大时，应设置不同位置与高程的多个鱼道出口。联合国粮农组织出版的《fish passes
–
design,dimensions and monitoring》规定，鱼道出口宜设计成竖缝式，若水位变幅超过1m则应设置多个出口。
3.可见竖缝式鱼道是工程中常用的鱼道体型。如图1所示。即隔板过鱼孔为从上到下的一条竖缝，根据竖缝结构复杂程度可分为的一般竖缝式和带导板的竖缝式等，根据竖缝数量可分为有双侧和单侧竖缝式等。竖缝式主要利用水流的扩散和对冲作用进行消能，消能效果比一般孔口式和溢流堰式充分，但其流态复杂。竖缝式鱼道以加拿大弗雷塞河上的鬼门峡(hell’sgate)鱼道最为著名，目前国外这种形式采用较多。我国采用单侧式导竖式的有利民河闸大鱼道、浙江七里垄鱼道、安徽裕溪闸鱼道及广西西江鱼梁鱼道等。
4.一般情况下，设计完整并施工完成的竖缝式鱼道都能完成过鱼的需求。但是出现以下几种情况时会影响其过鱼效果：
5.1)下游地形发生了改变，影响了下游进口水位；
6.2)为了满足防洪、灌溉或者发电需要，预设的过鱼期间的库水位停留时间发生了改变，进而影响有效过鱼时间；
7.3)气候变化引起的来流量变化造成上下游水位与原设计情况不符合；
8.以上三点可以总结为：上下游水头差变大，鱼道实际流速超标；
9.4)由于上下游水流条件改变也就是鱼类栖息地的栖息条件发生改变，造成鱼类种群发生变化，出现了一些需要在较低流速条件下才能过坝的鱼类。第四点可以总结为新的过鱼需求出现，原有鱼道实际流速过高。
10.基于以上这些变化，需要对鱼道进行改建才能满足新条件下的鱼类保护需求。但是在现有技术中对以上各种情况的发生该如何改建鱼道并没有公开的方法和技术，而且也没有资料说明如何进行改建。现有的存在问题的鱼道仍按照原设计条件运行，在运行中由于不能获得原设计的水力学边界条件，因此其过鱼效果大打折扣甚至完全不能满足过鱼需要。


技术实现要素：

11.正是基于以上问题，本发明公开一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，其目的在于：修复由于以上4种情况造成的鱼道过鱼能力下降问题。
12.本发明所述的一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，其中所述的竖缝
式鱼道遵循以下设计流程：
13.(1)调查鱼道需要通过的过鱼种类；
14.(2)根据过鱼种类确定鱼道设计流速；
15.(3)根据大坝基本设计参数和过鱼种类确定鱼道上下游运行水位及设计水头；
16.(4)根据过鱼种类确定鱼道池室尺寸；
17.(5)根据(1)中的过鱼种类和(2)中的设计流速初步取得形成竖缝的隔板型式；
18.(6)根据(2)中的设计流速和(5)中的隔板型式确定每级池室需要消耗的水头差；
19.(7)根据(4)中确定的池室长度和(6)中确定的每级池室需要消耗的水头差确定鱼道坡度；
20.(8)根据(3)、(6)和(7)确定隔板数量和鱼道长度；
21.(9)模型试验或数模计算分析调整隔板型式、池室尺寸和鱼道底坡。
22.根据上述流程建成的鱼道，在其运行过程出现上下游水位发生变化或者出现新的低泳速过鱼种类时，采用本方法进行改建。
23.本发明包括3个主要内容，a)进鱼口向下游延伸；b)出鱼口改建为横向开启闸门；c)池室间增加可自动控制的消能挡板。
24.当原鱼道的缺陷是由于上下游水位发生变化造成的，则需要进行a)，b)项改造。
25.当原鱼道的缺陷是由于出现新的低泳速过鱼种类时，采用c)方法进行改进。
26.当原鱼道同时出现以上两种问题时，同时采用a)，b)和c)方法进行改进。
27.上述的a)进鱼口向下游延伸是指：
28.a1)沿原有底坡将鱼道进鱼口向下游延伸，使其最远端达到现状水面以下1m形成新的进鱼口.
29.a2)在原有进鱼口和新进鱼口之间增加隔板，隔板型式与原鱼道设计隔板一致，若下游延伸距离小于12个隔板总距离，则新增加隔板的间距为原设计间距的0.85倍；
30.a3)若下游延伸距离大于12个隔板总距离，则新增隔板仍采用原设计间距。
31.b)出鱼口改建为横向开启闸门是指：
32.由于气候变化，水库正常蓄水位无法达到设计鱼道时的保证率水位，此时需要将鱼道出口高程降低，在出口高程修改后，同时将平板门改为顶推门。
33.上述的顶推门包括：翼门，门板，连接主轴，固定主轴，顶推组件，顶推杆导槽。
34.上述的翼门宽度为竖缝式鱼道窄隔板宽度，上述的门板宽度为竖缝式鱼道宽隔板宽度；
35.上述的门板与鱼道上游第一块隔板的宽隔板在同一侧，翼门与第一块隔板的窄隔板在同一侧；
36.上述的门板下游侧设置挑流板，
37.上述的挑流板迎水面为圆弧凹面，圆弧半径为鱼道宽度；
38.挑流板间距为1/8鱼道宽度；
39.挑流板顺水流长度为1/8鱼道宽度；
40.挑流板迎水面宽度为1/8鱼道宽度；
41.竖直方向高度为1/8鱼道设计水深；
42.经发明人实验检验，以上尺寸可以使得拉萨裂腹鱼在鱼道出口处停留更短的时
间，平均减少了拉萨列腹鱼通过时间2.5小时。
43.经发明人实验检验，以上尺寸可以使得拉萨裂腹鱼在鱼道出口处停留更短的时间，平均减少了拉萨列腹鱼通过时间2.5小时。
44.c)池室间增加自动控制的消能挡板。
45.由于在设计阶段不能考虑所有的过鱼对象，一般是按照鱼类的受威胁程度选在被保护鱼类。在鱼道运行一段时间以后，发现原来不需要过坝的鱼类，变得需要过坝了，这时需要对鱼道进行c)类修改。
46.其修改目的是增加鱼道的消能梯级，使得竖缝处流速减小，易于游泳能力弱的鱼类通过；同时还要兼顾原过鱼对象在池内不受到池内水流的干扰。
47.因此本发明提出了一种能够自动控制的消能挡板，在面临不同过鱼对象时调节消能挡板的角度，使得鱼类能迅速寻找到上行通路。
48.上述的自动控制的消能挡板包括：挡板纵向支撑框，挡板横向支撑框，水流调整板；
49.上述的挡板纵向支撑框固定在鱼道隔板上；
50.上述的挡板纵向支撑框和挡板横向支撑框通过螺纹升降轴固定在一起；
51.上述的水流调整板占挡板横向支撑框长度50％～65％；
52.上述的水流调整板为多个百叶窗叶，百叶窗叶最大张角为37
°
，百叶窗单叶高度为35cm，通过转轴固定在挡板横向支撑框上；
53.上述的水流调整板在高度方向上的最底部设置一个近似s型管；
54.上述的螺纹升降轴上采用无线控制伺服电机推动冠状齿轮升降；
55.上述的百叶窗叶截面曲线为多条直线和多条曲线相互连接；
56.上述的多条曲线包括：圆弧曲线和椭圆曲线；
57.当鱼道池室内的流速超过设计值时，以上挡板纵向支撑框从鱼道上部降入水中，挡板横向支撑框开始挡水。由于水流流速的作用，水流调整板的百叶窗被水流局部顶起。水流在百叶窗的作用下改变流速方向。不同的流速将百叶窗顶起的角度不同。发明人在现场观察发现：当流速较大时百叶窗被顶起的较高，流速方向向下发生改变的程度较低，当流速较小时百叶窗被顶起的高度较低，流速方向向下发生改变的程度较高。当流速方向向下改变程度较低时，会吸引体型较大的拉萨裸裂尻和裂腹鱼靠近并通过百叶窗。当流速方向向下改变程度较高时，会吸引体型较小的会吸引体型较小的拉萨裸裂尻和裂腹鱼靠近并通过百叶窗。
58.本发明的有益效果在于：
59.1，本发明提出了一种竖缝式鱼道改造的方法；
60.2，本发明提出了一种鱼道出口的改造设计方法和新的体型；
61.3，本发明提出了一种鱼道入口的改造方法；
62.4，本发明提出了一种动隔板的设计方法和体型；
63.5，以上方法和体型对鱼类通过效率提高具有重要作用。
附图说明
64.图1现有技术中的鱼道布置示意图；
65.图2进鱼口向下游延伸布置示意图；
66.图3出鱼口改建为横向开启闸门示意图；
67.图4挑流板形状示意图；
68.图5池室间增加自动控制的消能挡板示意图；
69.图6自动控制的消能挡板完全打开示意图；
70.图7同时采用b),c)方法修改的鱼道。
具体实施方式
71.现结合附图对本发明作进一步说明。
72.实施例1
73.某鱼道运行一段时间后，由于下游冲刷严重，下游河底高程降低，进而造成下游水位降低，
74.鱼道下游进口水位不能满足原设计要求；需要进行a)，b)项改造；
75.以上原鱼道的基本设计遵循以下流程：
76.(1)调查鱼道需要通过的过鱼种类；
77.(2)根据过鱼种类确定鱼道设计流速；
78.(3)根据大坝基本设计参数和过鱼种类确定鱼道上下游运行水位及设计水头；
79.(4)根据过鱼种类确定鱼道池室尺寸；
80.(5)根据(1)中的过鱼种类和(2)中的设计流速初步取得形成竖缝的隔板型式；
81.(6)根据(2)中的设计流速和(5)中的隔板型式确定每级池室需要消耗的水头差；
82.(7)根据(4)中确定的池室长度和(6)中确定的每级池室需要消耗的水头差确定鱼道坡度；
83.(8)根据(3)、(6)和(7)确定隔板数量和鱼道长度；
84.(9)模型试验或数模计算分析调整隔板型式、池室尺寸和鱼道底坡。
85.根据上述流程建成的鱼道，在其运行过程出现下游水位下降，采用本方法进行改建。
86.本实施例进行a)进鱼口向下游延伸的改造；
87.上述的a)进鱼口向下游延伸是指：
88.a1)沿原有底坡将鱼道进鱼口向下游延伸45m，使其最远端达到现状水面以下1m形成新的进鱼口。
89.a2)在原有进鱼口和新进鱼口之间增加隔板，隔板型式与原鱼道设计隔板一致，原设计隔板间距为4.5m，延伸45m也就是延伸距离为原设计10个隔板间距，小于12个隔板总距离54m，因此新增加隔板的间距为原设计间距的0.85倍，新增的隔板间距为4.5
×
0.85＝3.825m，共需要45
÷
3.825＝11.76≈12个隔板，此时将鱼道长度延伸到第12个隔板位置，即总长度延伸到45.9m。
90.以上鱼道的最终修改型式为：从现有鱼道进口，向下游延伸45.9m，最远端达到现状水面以下1.2m，在45.9m范围内增加12块隔板，隔板形状与原隔板一致。
91.实施例2
92.某水库，由于气候变化，水库正常蓄水位无法达到设计鱼道时的保证率水位
42.3m，造成鱼道中没有来流。此时需要将鱼道出口高程降低，在出口高程修改后，同时将平板门改为顶推门。鱼道原设计底坡i＝2％，出口高程降低5m则需要将上游25m长鱼道内的隔板清除。清除后此25m内底坡为0，将平板门改为顶推门。
93.上述的顶推门包括：翼门11，门板12，连接主轴13，固定主轴14，顶推组件15，顶推杆导槽16。
94.上述的翼门11宽度为竖缝式鱼道窄隔板宽度，上述的门板12宽度为竖缝式鱼道宽隔板宽度；
95.上述的门板12与鱼道上游第一块隔板的宽隔板在同一侧，翼门11与第一块隔板的窄隔板在同一侧；
96.上述的门板12下游侧设置多个挑流板121，
97.上述的挑流板121迎水面为圆弧凹面，圆弧半径为鱼道宽度，在本实施例中鱼道宽度为2m；
98.挑流板间距为1/8鱼道宽度，本实施例中为25cm；
99.挑流板顺水流长度为1/8鱼道宽度，本实施例中为25cm；
100.挑流板迎水面宽度为1/8鱼道宽度，本实施例中为25cm；
101.竖直方向高度为1/8鱼道设计水深，本实施例中设计水深为1.6m，则其垂向高度为0.2m；
102.经发明人实验检验，以上尺寸可以使得拉萨裂腹鱼在鱼道出口处停留更短的时间，平均减少了拉萨列腹鱼通过时间2.5小时。
103.修改以后的鱼道满足上游水位需要。
104.实施例3
105.某鱼道，在设计阶段异齿裂腹鱼不是设计过鱼对象，但建成以后，发现异齿裂腹鱼数量受到严重影响需要过坝保护，这时需要对鱼道进行c)类修改。
106.其修改目的是增加鱼道的消能梯级，使得竖缝处流速减小，易于游泳能力弱的鱼类通过；同时还要兼顾原过鱼对象在池内不受到池内水流的干扰。
107.因此实施例提出了一种能够自动控制的消能挡板，在面临不同过鱼对象时调节消能挡板的角度，使得鱼类能迅速寻找到上行通路。
108.上述的自动控制的消能挡板包括：挡板纵向支撑框21，挡板横向支撑框22，水流调整板23；
109.上述的挡板纵向支撑框21固定在鱼道隔板上；
110.上述的挡板纵向支撑框21和挡板横向支撑框22通过螺纹升降轴24固定在一起；
111.上述的水流调整板23占挡板横向支撑框22长度50％～65％；
112.上述的水流调整板23为多个百叶窗叶，百叶窗叶最大张角为37
°
，百叶窗单叶高度为35cm，通过转轴固定在挡板横向支撑框22上；
113.上述的水流调整板23在高度方向上的最底部设置一个近似s型管；
114.上述的螺纹升降轴24上采用无线控制伺服电机241推动冠状齿轮升降；
115.上述的百叶窗叶截面曲线为多条直线和多条曲线相互连接；
116.上述的多条曲线包括：圆弧曲线和椭圆曲线；
117.上述的椭圆曲线为头部顶水曲线，方程为
118.上侧连接直线段；
119.下侧顺次连接以下线段：
120.圆弧曲线半径7，圆心角66
°
；圆弧曲线半径5，圆心角90
°
；圆弧曲线半径16，圆心角33
°
；圆弧曲线半径8，圆心角47
°
；直线段；
121.当需要降低鱼道池室内的流速时，伺服电机241推动冠状齿轮，使得螺纹升降轴24下降，挡板横向支撑框22落入鱼道底部开始挡水。

技术特征：
1.一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，其特征在于：所述的竖缝式鱼道遵循以下设计流程：(1)调查鱼道需要通过的过鱼种类；(2)根据过鱼种类确定鱼道设计流速；(3)根据大坝基本设计参数和过鱼种类确定鱼道上下游运行水位及设计水头；(4)根据过鱼种类确定鱼道池室尺寸；(5)根据(1)中的过鱼种类和(2)中的设计流速初步取得形成竖缝的隔板型式；(6)根据(2)中的设计流速和(5)中的隔板型式确定每级池室需要消耗的水头差；(7)根据(4)中确定的池室长度和(6)中确定的每级池室需要消耗的水头差确定鱼道坡度；(8)根据(3)、(6)和(7)确定隔板数量和鱼道长度；(9)模型试验或数模计算分析调整隔板型式、池室尺寸和鱼道底坡；所述的方法包括以下3个主要内容：a)进鱼口向下游延伸；b)出鱼口改建为横向开启闸门；c)池室间增加可自动控制的消能挡板；当原鱼道的缺陷是由于上下游水位发生变化造成的，则需要进行a)进鱼口向下游延伸，b)出鱼口改建为横向开启闸门两项改造；当原鱼道的缺陷是由于出现新的低泳速过鱼种类时，采用c)池室间增加自动控制的消能挡板方法进行改进；当原鱼道同时出现以上两种问题时，同时采用a)，b)和c)方法进行改进。2.根据权利要求1所述的一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，其特征在于：所述的a)进鱼口向下游延伸是指：a1)沿原有底坡将鱼道进鱼口向下游延伸，使其最远端达到现状水面以下1m形成新的进鱼口；a2)在原有进鱼口和新进鱼口之间增加隔板，隔板型式与原鱼道设计隔板一致，若下游延伸距离小于12个隔板总距离，则新增加隔板的间距为原设计间距的0.85倍；a3)若下游延伸距离大于12个隔板总距离，则新增隔板仍采用原设计间距。3.根据权利要求1所述的一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，其特征在于：所述的b)出鱼口改建为横向开启闸门是指：由于气候变化，水库正常蓄水位无法达到设计鱼道时的保证率水位，此时需要将鱼道出口高程降低，在出口高程修改后，同时将平板门改为顶推门；上述的顶推门包括：翼门，门板，连接主轴，固定主轴，顶推组件，顶推杆导槽。上述的翼门宽度为竖缝式鱼道窄隔板宽度，上述的门板宽度为竖缝式鱼道宽隔板宽度；上述的门板与鱼道上游第一块隔板的宽隔板在同一侧，翼门与第一块隔板的窄隔板在同一侧；上述的门板下游侧设置挑流板，
上述的挑流板迎水面为圆弧凹面，圆弧半径为鱼道宽度；挑流板间距为1/8鱼道宽度；挑流板顺水流长度为1/8鱼道宽度；挑流板迎水面宽度为1/8鱼道宽度；竖直方向高度为1/8鱼道设计水深。4.根据权利要求1所述的一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，其特征在于：所述的c)池室间增加自动控制的消能挡板，是指：在鱼道运行一段时间以后，发现原来不需要过坝的鱼类，变得需要过坝了，这时需要对鱼道进行c)类修改，在池室间增加自动控制的消能挡板。

技术总结
本发明一种竖缝式鱼道改造为动隔板式鱼道的改造方法，包括：a)进鱼口向下游延伸；b)出鱼口改建为横向开启闸门；c)池室间增加可自动控制的消能挡板；当原鱼道的缺陷是由于上下游水位发生变化造成的，则需要进行a)进鱼口向下游延伸，b)出鱼口改建为横向开启闸门两项改造；当原鱼道的缺陷是由于出现新的低泳速过鱼种类时，采用c)池室间增加自动控制的消能挡板方法进行改进；当原鱼道同时出现以上两种问题时，同时采用a)，b)和c)方法进行改进。本发明的有益效果在于：本发明提出了竖缝式鱼道改造的方法；鱼道出口的改造设计方法和新的体型；鱼道入口的改造方法；以上方法和体型对鱼类通过效率提高具有重要作用。效率提高具有重要作用。效率提高具有重要作用。


技术研发人员：姜昊 周天 王宇亮 于晓阳 鲁威志 李鲲 段明 乔晔 黄晋 古聪 耿海鸥
受保护的技术使用者：水电水利规划设计总院 水电水利规划设计总院有限公司 乐山中电建生态环保科技有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/7/12