一种整流型池式鱼道和流态控制方法

摘要

本发明涉及一种整流型池式鱼道和流态控制方法，包括：多个连续的阶梯型升高的池室，所述的各个池室之间设置带有上下、左右排列的多个过流孔的整流板。本发明提出适合体型较小，游泳能力较弱鱼种的鱼道，是一种利用整流板的水力学整流和消能原理的池式鱼道，所设置的整流板可以在池室之间产生明显的消能作用，在消能的同时形成明确的水流方向，使鱼类在鱼道中游动是可以按照明确的方向溯流而上，而不会迷失方向，困在鱼道中。所述鱼道降低水利工程建设对鱼类的阻隔影响，提高鱼道过鱼效率,保护或修复河流生态环境。

说明书

技术领域

本发明涉及一种整流型池式鱼道和流态控制方法，是一种鱼道和鱼道的流态控制方法。

背景技术

鱼道有水池式、竖缝式、挡板式、简易式、鱼梯和鱼闸等各种形式，每种鱼道形成不同的水流条件，以适应不同鱼类顺利通过闸坝等挡水建筑物。研究和实验，并且成功案例较多的鱼道为阶梯式或池式鱼道，其目标鱼种为鲑鱼或鳟鱼等游泳能力较强的鲑科鱼类。对于“四大家鱼”、刀鱼、鲈鱼、香鱼、鳗等，其个体较小，克服流速能力小，对复杂流态的适应能力较差则研究的较少。在鱼道设计方面多参照游泳能力较强的鱼种的鱼道设计标准，结果在实际运行中成功的鱼道甚少。总结鱼道建设及运行成功经验与失败教训可知，鱼道是一个鱼类生态习性与水力学等多学科交叉的课题，其中鱼道水力学问题是影响鱼道成功的关键因素之一。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种整流型池式鱼道和流态控制方法。所述的鱼道和流态控制方法从水力学的角度，研究鱼道流态对鱼类游泳行进的影响，充分考虑小型鱼种的特点，是一种适用于建造在低坝上的池式鱼道。

本发明的目的是这样实现的：一种整流型池式鱼道，包括：多个连续的阶梯型升高的池室，所述的各个池室之间设置带有上下、左右排列的多个过流孔的整流板。

进一步的，所述的池室的宽度、长度之间的比例是：1比1.25至1比1.5。高度一般为1.5～2.5m。

进一步的，所述的整流板过流孔是圆形、椭圆形、长方形过流孔中的一种。

进一步的，所述的过流孔的孔径小于过流鱼类的平均横截面。

进一步的，所述的过流孔的轴向长度大于径向长度。

进一步的，所述的过流孔的排列为纵横对齐的矩阵型排列。

进一步的，所述的过流孔的排列为纵排对齐，横排交错的排列。

进一步的，所述的过流孔的排列为横排对齐，纵排交错的排列。

一种使用上述鱼道的流态控制方法，使所述的鱼道中的水流在流过整流板时生成两股水流的流动：一股为在整流隔板上顶以溢流方式的水流流动，一股为通过整流板过流孔过流的水流流动，并使通过整流板过流孔水流的流量大于溢流水流的流量；溢流水流从整流板的上方流出，溢流水流在下一个池室中会产生正反两股竖向旋滚涡流，正反两股竖向旋滚涡流掺入部分空气；从整流板上排列的多个过流孔所流出的水流形成上下、左右相对均匀的水流流束，水流流束对溢流水流股的竖向旋滚涡流产生干扰，可以破坏竖向旋滚，降低竖向旋滚带入水中的空气，由于过流孔水流的流量大于溢流水流，因此，在池室中形成为相对稳定的向下流动的水流流态，为鱼类上溯提供明确的方向。

本发明产生的有益效果是：本发明提出适合体型较小，游动较弱鱼种的鱼道，是一种利用整流板的水力学整流和消能原理的池式鱼道，所设置的整流板可以在池室之间产生明显的消能作用，在消能的同时形成明确的水流方向，使鱼类在鱼道中游动时可以按照明确的方向溯流而上，而不会迷失方向或困在鱼道中。所述鱼道降低水利工程建设对鱼类的阻隔影响，提高鱼道过鱼效率,保护或修复河流生态环境。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述鱼道的结构示意图；

图2是传统鱼池形鱼道的水流流态示意图；

图3是本发明的实施例一所述鱼道的水流流态示意图，是图1中A方向的视图；

图4是本发明的实施例六所述纵横对齐的过流孔的排列示意图，是图1中B方向的视图；

图5是本发明的实施例七所述纵排对齐，横排交错的过流孔的排列示意图，是图1中B方向的视图；

图6是本发明的实施例六所述横排对齐，纵排交错的过流孔的排列示意图，是图1中B方向的视图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种整流型池式鱼道，如图1所示。本实施例包括：多个连续的阶梯型升高的池室1，所述的各个池室之间设置带有上下、左右排列的多个过流孔3的整流板2。

本实施例采取的是水池式消能，通过阶梯型的池室消除闸坝所形成的上下游水头差，并通过过流孔流出的水流在水池内降低部分流速水头，同时通过过流孔流出的水流对从整流板顶端溢流出的水流进行干扰，形成平稳的水流。

传统的鱼池形鱼道所产生的水流流态如图2所示。溢流产生的水舌，会产生向前和向后的正反两股竖向旋滚涡流，特别是向前的竖旋滚涡流，到达水面附近时，会产生一个方向与水流主流方向完全相反的流束，严重干扰了溯流而上的鱼类的方向感。现有的池室型鱼道经常发现有死鱼，究其原因，是由于鱼类在鱼道中迷失方向，无法按照正确的溯游方向前行，结果困死在鱼道中。

为免除竖向旋滚涡流，本实施例采取带出整流板的方式，即在各个池室的连接处设置整流板。整流板上设有许多过流孔，这些过流孔主要是为了通过水流，而不是让鱼类通过。过流孔所流出的水流将跌水产生的竖向旋滚涡流产生干扰，破坏竖向旋滚涡的滚动，推动水流向下游运动，如图3所示。过流孔的大小一般小于通过鱼类的身体截面，也就是说设计通过鱼道的鱼类主要不是从过流孔中钻过去，而是通过溢流水流跳跃或游入上一池室。

由于本实施例是主要针对的是体型较小，跳跃能力较差的小型鱼种，因此，本实施例所述的鱼池的宽度、长度和高度均根据小型鱼种设计，以适应“四大家鱼”、刀鱼、鲈鱼、香鱼、鳗等小型鱼种。

整流板上的过流孔可以有多种形式。过流孔的截面形状可以是圆形、椭圆形，或者长方形等，各种形状。过流孔可以是管状的过流孔也可以是网状的过流孔。所述的管状过流孔是指过流孔的轴向长度大于径向长度，形成管状，换句话说就是整流板的厚度较厚，而过流孔的直径小于整流板的厚度，使过流孔成为“管子”。所述的网状过流孔是指过流孔的轴向长度小于径向长度，换句话说就是整流板的厚度较薄，而过流孔的直径大于整流板的厚度，一薄片的整流板上的许多过流孔，是整流板看起来类似于网状。

过流孔在整流板上的排列也可以有多种选择，过流孔可以排列为上下左右对齐排列的矩阵型，也可以横排对齐纵排交错的排列，或者纵排对齐横排交错的排列。

如果过流孔是长孔或椭圆孔，则长孔或椭圆孔截面上的长轴可以竖直也可以水平。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于鱼池的细化。本实施例所述的鱼池的宽度、长度之间的比例是：1比1.25至1比1.5。高度一般为1.5～2.5m。

鱼池的宽度、长度和高度的比例是根据通过闸坝上下游水位差、鱼道流量和鱼种的类型而确定。

实施例三：

本实施例是上述实施例改进，是上述实施例的细化。本实施例所述的整流板过流孔是圆形、椭圆形、长方形过流孔中的一种。

过流孔的选择是根据通过的鱼群种类和鱼道流量等因素而确定的，特别是通过钻孔的方式通过鱼道的小型鱼类。当小型鱼类主要是蟹类时则使用截面形状上长轴水平的椭圆孔或长孔，便于蟹类通过。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于过流孔直径的细化。本实施例所述的过流孔的孔径小于主要过鱼对象的通过尺寸。

所述的主要过鱼对象是鱼道所处的河流中的珍稀特有鱼类，以及经济价值较高的洄游性、半洄游性鱼类。而主要过鱼对象的通过尺寸是指主要洄游鱼种在鱼道所处位置的大小时所能通过的网孔的大小。过流孔的孔径是指过流孔不能够通过主要过鱼对象的截面尺寸。河流中的鱼类根据地域不同，鱼群的种类也不同，各个河段中洄游鱼群的大小也在不断的变化。鱼道设计时，不可能照顾所有鱼种的大小，只能关注主要种群，同时尽可能照顾其他种群。因此，必须根据鱼道所处位置的鱼类生长状态确定主要过鱼对象、主要过鱼对象的通过尺寸和过流孔的孔径。

实施例五：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于过流孔的细化。本实施例所述的过流孔的轴向长度大于径向长度。

本实施例是一种所谓管状过流孔，如图3所示。整流板的厚度大于过流孔的孔径，形成过流孔如同管子，管子对于平稳水流有十分良好的作用，特别是密集排列的细长管子，可以产生十分稳定的水流。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于过流孔排列的细化。本实施例所述的过流孔的排列为纵横对齐的矩阵型排列。

图4所示的是一种圆孔纵横对齐排列过流孔。

实施例七：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于过流孔排列的细化。本实施例所述的过流孔的排列为纵排对齐，横排交错的排列。

图5所示的是一种圆孔纵排对齐，横排交错的过流孔。

实施例八：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于过流孔排列的细化。本实施例所述的过流孔的排列为横排对齐，纵排交错的排列。

图6所示的是一种圆孔横排对齐，纵排交错的过流孔。

实施例九：

本实施例是一种使用上述鱼道的鱼道过流方法。所述方法包括：使所述的鱼道中的水流在流过整流板时生成两股水流的流动：一股为在整流隔板上顶以溢流方式的水流流动，一股为通过整流板过流孔过流的水流流动，并使通过整流板过流孔水流的流量大于溢流水流的流量；溢流水流从整流板的上方流出，溢流水流在下一个池室中会产生正反两股竖向旋滚涡流，正反两股竖向旋滚涡流掺入部分空气；从整流板上排列的多个过流孔所流出的水流形成上下、左右相对均匀的水流流束，水流流束对溢流水流股的竖向旋滚涡流产生干扰，可以破坏竖向旋滚，降低竖向旋滚带入水中的空气，由于过流孔水流的流量大于溢流水流，因此，在池室中形成为相对稳定的向下流动的水流流态，为鱼类上溯提供明确的方向。

鱼道水力学主要包括三个关键问题：第一，鱼道入口附近的水流流态和流速分布；第二，鱼道内部流量、流速、水深和流态的控制；第三，鱼道出口附近的流态及流速分布。其中，鱼道内部水流条件的控制是在水力学意义上的消能问题，即通过采取不同消能方式在预定的鱼道长度内消除闸坝上下游水头差，同时形成适合上溯鱼类身体特征、游泳能力、跳跃速度以及行为特征所需的水流条件。

为到达上述目的，本实施例利用阶梯排列的鱼池的消能作用，部分消除闸坝上下游水头差所生产的落差能量，同时利用整流板控制鱼道内部的水流条件进一步消能，实现水力学意义上的鱼道内部消能。

当水流碰到整流隔板时，将被隔板阻滞(减速)，按照水力学伯努利能量方程，水流压力不可避免地将增高，出现横向压力坡降。同时，当池室内的流速不均匀时，也同样出现横向压力坡降。在具有较大流速的流束中的压力增高大于具有较小流速的流束。在此压力坡降的作用下，流束开始沿隔板散流，即隔板前的水流将从具有较大流速的区域流向具有较小流速的区域，实现池室内的横断面中的流速均匀,达到整流作用，如图3所示，带动通过过流孔的水流形成稳定平流。

本实施例的关键在于在水流通过整流板时生成两股水流，特别是生成过流水流的流束。溢流水流和过流水流的流量之比可以通过调整整流板上的过流孔的大小和数量进行调整。溢流的作用是上下游两个池室的水流保持连续，使鱼类在跳跃或上溯时产生明确的方向感，并使鱼类在跳跃或上溯到上一池室，因此，是十分必要的。

而整流板过流孔水流的作用则更加重要，其作用则是产生消能和明确的水流流向。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如整流板的形式、鱼道的形式，鱼道与整流板的比例等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。