一種整流型池式魚道和流態(tài)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種整流型池式魚道和流態(tài)控制方法，包括：多個(gè)連續(xù)的階梯型升高的池室，所述的各個(gè)池室之間設(shè)置帶有上下、左右排列的多個(gè)過流孔的整流板。本發(fā)明提出適合體型較小，游泳能力較弱魚種的魚道，是一種利用整流板的水力學(xué)整流和消能原理的池式魚道，所設(shè)置的整流板可以在池室之間產(chǎn)生明顯的消能作用，在消能的同時(shí)形成明確的水流方向，使魚類在魚道中游動(dòng)是可以按照明確的方向溯流而上，而不會(huì)迷失方向，困在魚道中。所述魚道降低水利工程建設(shè)對魚類的阻隔影響，提高魚道過魚效率,保護(hù)或修復(fù)河流生態(tài)環(huán)境。
【專利說明】一種整流型池式魚道和流態(tài)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種整流型池式魚道和流態(tài)控制方法，是一種魚道和魚道的流態(tài)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]魚道有水池式、豎縫式、擋板式、簡易式、魚梯和魚閘等各種形式，每種魚道形成不同的水流條件，以適應(yīng)不同魚類順利通過閘壩等擋水建筑物。研究和實(shí)驗(yàn)，并且成功案例較多的魚道為階梯式或池式魚道，其目標(biāo)魚種為鮭魚或鱒魚等游泳能力較強(qiáng)的鮭科魚類。對于“四大家魚”、刀魚、鱸魚、香魚、鰻等，其個(gè)體較小，克服流速能力小，對復(fù)雜流態(tài)的適應(yīng)能力較差則研究的較少。在魚道設(shè)計(jì)方面多參照游泳能力較強(qiáng)的魚種的魚道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果在實(shí)際運(yùn)行中成功的魚道甚少?？偨Y(jié)魚道建設(shè)及運(yùn)行成功經(jīng)驗(yàn)與失敗教訓(xùn)可知，魚道是一個(gè)魚類生態(tài)習(xí)性與水力學(xué)等多學(xué)科交叉的課題，其中魚道水力學(xué)問題是影響魚道成功的關(guān)鍵因素之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種整流型池式魚道和流態(tài)控制方法。所述的魚道和流態(tài)控制方法從水力學(xué)的角度，研究魚道流態(tài)對魚類游泳行進(jìn)的影響，充分考慮小型魚種的特點(diǎn)，是一種適用于建造在低壩上的池式魚道。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種整流型池式魚道，包括:多個(gè)連續(xù)的階梯型升高的池室，所述的各個(gè)池室之間設(shè)置帶有上下、左右排列的多個(gè)過流孔的整流板。
[0005]進(jìn)一步的，所述的池室的寬度、長度之間的比例是:1比1.25至I比1.5。高度一般為1.5?2.5mο
[0006]進(jìn)一步的，所述的整流板過流孔是圓形、橢圓形、長方形過流孔中的一種。
[0007]進(jìn)一步的，所述的過流孔的孔徑小于過流魚類的平均橫截面。
[0008]進(jìn)一步的，所述的過流孔的軸向長度大于徑向長度。
[0009]進(jìn)一步的，所述的過流孔的排列為縱橫對齊的矩陣型排列。
[0010]進(jìn)一步的，所述的過流孔的排列為縱排對齊，橫排交錯(cuò)的排列。
[0011]進(jìn)一步的，所述的過流孔的排列為橫排對齊，縱排交錯(cuò)的排列。
[0012]一種使用上述魚道的流態(tài)控制方法，使所述的魚道中的水流在流過整流板時(shí)生成兩股水流的流動(dòng):一股為在整流隔板上頂以溢流方式的水流流動(dòng)，一股為通過整流板過流孔過流的水流流動(dòng)，并使通過整流板過流孔水流的流量大于溢流水流的流量；溢流水流從整流板的上方流出，溢流水流在下一個(gè)池室中會(huì)產(chǎn)生正反兩股豎向旋滾渦流，正反兩股豎向旋滾渦流摻入部分空氣；從整流板上排列的多個(gè)過流孔所流出的水流形成上下、左右相對均勻的水流流束，水流流束對溢流水流股的豎向旋滾渦流產(chǎn)生干擾，可以破壞豎向旋滾，降低豎向旋滾帶入水中的空氣，由于過流孔水流的流量大于溢流水流，因此，在池室中形成為相對穩(wěn)定的向下流動(dòng)的水流流態(tài)，為魚類上溯提供明確的方向。[0013]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明提出適合體型較小，游動(dòng)較弱魚種的魚道，是一種利用整流板的水力學(xué)整流和消能原理的池式魚道，所設(shè)置的整流板可以在池室之間產(chǎn)生明顯的消能作用，在消能的同時(shí)形成明確的水流方向，使魚類在魚道中游動(dòng)時(shí)可以按照明確的方向溯流而上，而不會(huì)迷失方向或困在魚道中。所述魚道降低水利工程建設(shè)對魚類的阻隔影響，提高魚道過魚效率，保護(hù)或修復(fù)河流生態(tài)環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所述魚道的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是傳統(tǒng)魚池形魚道的水流流態(tài)示意圖；
圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一所述魚道的水流流態(tài)示意圖，是圖1中A方向的視圖；
圖4是本發(fā)明的實(shí)施例六所述縱橫對齊的過流孔的排列示意圖，是圖1中B方向的視
圖；
圖5是本發(fā)明的實(shí)施例七所述縱排對齊，橫排交錯(cuò)的過流孔的排列示意圖，是圖1中B方向的視圖；
圖6是本發(fā)明的實(shí)施例六所述橫排對齊，縱排交錯(cuò)的過流孔的排列示意圖，是圖1中B方向的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例一:
本實(shí)施例是一種整流型池式魚道，如圖1所示。本實(shí)施例包括:多個(gè)連續(xù)的階梯型升高的池室1，所述的各個(gè)池室之間設(shè)置帶有上下、左右排列的多個(gè)過流孔3的整流板2。
[0017]本實(shí)施例采取的是水池式消能，通過階梯型的池室消除閘壩所形成的上下游水頭差，并通過過流孔流出的水流在水池內(nèi)降低部分流速水頭，同時(shí)通過過流孔流出的水流對從整流板頂端溢流出的水流進(jìn)行干擾，形成平穩(wěn)的水流。
[0018]傳統(tǒng)的魚池形魚道所產(chǎn)生的水流流態(tài)如圖2所示。溢流產(chǎn)生的水舌，會(huì)產(chǎn)生向前和向后的正反兩股豎向旋滾渦流，特別是向前的豎旋滾渦流，到達(dá)水面附近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與水流主流方向完全相反的流束，嚴(yán)重干擾了溯流而上的魚類的方向感?，F(xiàn)有的池室型魚道經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有死魚，究其原因，是由于魚類在魚道中迷失方向，無法按照正確的溯游方向前行，結(jié)果困死在魚道中。
[0019]為免除豎向旋滾渦流，本實(shí)施例采取帶出整流板的方式，即在各個(gè)池室的連接處設(shè)置整流板。整流板上設(shè)有許多過流孔，這些過流孔主要是為了通過水流，而不是讓魚類通過。過流孔所流出的水流將跌水產(chǎn)生的豎向旋滾渦流產(chǎn)生干擾，破壞豎向旋滾渦的滾動(dòng)，推動(dòng)水流向下游運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。過流孔的大小一般小于通過魚類的身體截面，也就是說設(shè)計(jì)通過魚道的魚類主要不是從過流孔中鉆過去，而是通過溢流水流跳躍或游入上一池室。
[0020]由于本實(shí)施例是主要針對的是體型較小，跳躍能力較差的小型魚種，因此，本實(shí)施例所述的魚池的寬度、長度和高度均根據(jù)小型魚種設(shè)計(jì)，以適應(yīng)“四大家魚”、刀魚、鱸魚、香魚、鰻等小型魚種。
[0021]整流板上的過流孔可以有多種形式。過流孔的截面形狀可以是圓形、橢圓形，或者長方形等，各種形狀。過流孔可以是管狀的過流孔也可以是網(wǎng)狀的過流孔。所述的管狀過流孔是指過流孔的軸向長度大于徑向長度，形成管狀，換句話說就是整流板的厚度較厚，而過流孔的直徑小于整流板的厚度，使過流孔成為“管子”。所述的網(wǎng)狀過流孔是指過流孔的軸向長度小于徑向長度，換句話說就是整流板的厚度較薄，而過流孔的直徑大于整流板的厚度，一薄片的整流板上的許多過流孔，是整流板看起來類似于網(wǎng)狀。
[0022]過流孔在整流板上的排列也可以有多種選擇，過流孔可以排列為上下左右對齊排列的矩陣型，也可以橫排對齊縱排交錯(cuò)的排列，或者縱排對齊橫排交錯(cuò)的排列。
[0023]如果過流孔是長孔或橢圓孔，則長孔或橢圓孔截面上的長軸可以豎直也可以水平。
[0024]實(shí)施例二:
本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于魚池的細(xì)化。本實(shí)施例所述的魚池的寬度、長度之間的比例是:1比1.25至I比1.5。高度一般為1.5?2.5m。
[0025]魚池的寬度、長度和高度的比例是根據(jù)通過閘壩上下游水位差、魚道流量和魚種的類型而確定。
[0026]實(shí)施例三:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例改進(jìn)，是上述實(shí)施例的細(xì)化。本實(shí)施例所述的整流板過流孔是圓形、橢圓形、長方形過流孔中的一種。
[0027]過流孔的選擇是根據(jù)通過的魚群種類和魚道流量等因素而確定的，特別是通過鉆孔的方式通過魚道的小型魚類。當(dāng)小型魚類主要是蟹類時(shí)則使用截面形狀上長軸水平的橢圓孔或長孔，便于蟹類通過。
[0028]實(shí)施例四:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于過流孔直徑的細(xì)化。本實(shí)施例所述的過流孔的孔徑小于主要過魚對象的通過尺寸。
[0029]所述的主要過魚對象是魚道所處的河流中的珍稀特有魚類，以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的洄游性、半洄游性魚類。而主要過魚對象的通過尺寸是指主要洄游魚種在魚道所處位置的大小時(shí)所能通過的網(wǎng)孔的大小。過流孔的孔徑是指過流孔不能夠通過主要過魚對象的截面尺寸。河流中的魚類根據(jù)地域不同，魚群的種類也不同，各個(gè)河段中洄游魚群的大小也在不斷的變化。魚道設(shè)計(jì)時(shí)，不可能照顧所有魚種的大小，只能關(guān)注主要種群，同時(shí)盡可能照顧其他種群。因此，必須根據(jù)魚道所處位置的魚類生長狀態(tài)確定主要過魚對象、主要過魚對象的通過尺寸和過流孔的孔徑。
[0030]實(shí)施例五:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于過流孔的細(xì)化。本實(shí)施例所述的過流孔的軸向長度大于徑向長度。
[0031]本實(shí)施例是一種所謂管狀過流孔，如圖3所示。整流板的厚度大于過流孔的孔徑，形成過流孔如同管子，管子對于平穩(wěn)水流有十分良好的作用，特別是密集排列的細(xì)長管子，可以產(chǎn)生十分穩(wěn)定的水流。
[0032]實(shí)施例六:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于過流孔排列的細(xì)化。本實(shí)施例所述的過流孔的排列為縱橫對齊的矩陣型排列。[0033]圖4所示的是一種圓孔縱橫對齊排列過流孔。
[0034]實(shí)施例七:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于過流孔排列的細(xì)化。本實(shí)施例所述的過流孔的排列為縱排對齊，橫排交錯(cuò)的排列。
[0035]圖5所示的是一種圓孔縱排對齊，橫排交錯(cuò)的過流孔。
[0036]實(shí)施例八:
本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于過流孔排列的細(xì)化。本實(shí)施例所述的過流孔的排列為橫排對齊，縱排交錯(cuò)的排列。
[0037]圖6所示的是一種圓孔橫排對齊，縱排交錯(cuò)的過流孔。
[0038]實(shí)施例九:
本實(shí)施例是一種使用上述魚道的魚道過流方法。所述方法包括:使所述的魚道中的水流在流過整流板時(shí)生成兩股水流的流動(dòng):一股為在整流隔板上頂以溢流方式的水流流動(dòng)，一股為通過整流板過流孔過流的水流流動(dòng)，并使通過整流板過流孔水流的流量大于溢流水流的流量；溢流水流從整流板的上方流出，溢流水流在下一個(gè)池室中會(huì)產(chǎn)生正反兩股豎向旋滾渦流，正反兩股豎向旋滾渦流摻入部分空氣；從整流板上排列的多個(gè)過流孔所流出的水流形成上下、左右相對均勻的水流流束，水流流束對溢流水流股的豎向旋滾渦流產(chǎn)生干擾，可以破壞豎向旋滾，降低豎向旋滾帶入水中的空氣，由于過流孔水流的流量大于溢流水流，因此，在池室中形成為相對穩(wěn)定的向下流動(dòng)的水流流態(tài)，為魚類上溯提供明確的方向。
[0039]魚道水力學(xué)主要包括三個(gè)關(guān)鍵問題:第一，魚道入口附近的水流流態(tài)和流速分布；第二，魚道內(nèi)部流量、流速、水深和流態(tài)的控制；第三，魚道出口附近的流態(tài)及流速分布。其中，魚道內(nèi)部水流條件的控制是在水力學(xué)意義上的消能問題，即通過采取不同消能方式在預(yù)定的魚道長度內(nèi)消除閘壩上下游水頭差，同時(shí)形成適合上溯魚類身體特征、游泳能力、跳躍速度以及行為特征所需的水流條件。
[0040]為到達(dá)上述目的，本實(shí)施例利用階梯排列的魚池的消能作用，部分消除閘壩上下游水頭差所生產(chǎn)的落差能量，同時(shí)利用整流板控制魚道內(nèi)部的水流條件進(jìn)一步消能，實(shí)現(xiàn)水力學(xué)意義上的魚道內(nèi)部消能。
[0041]當(dāng)水流碰到整流隔板時(shí)，將被隔板阻滯(減速)，按照水力學(xué)伯努利能量方程，水流壓力不可避免地將增高，出現(xiàn)橫向壓力坡降。同時(shí)，當(dāng)池室內(nèi)的流速不均勻時(shí)，也同樣出現(xiàn)橫向壓力坡降。在具有較大流速的流束中的壓力增高大于具有較小流速的流束。在此壓力坡降的作用下，流束開始沿隔板散流，即隔板前的水流將從具有較大流速的區(qū)域流向具有較小流速的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)池室內(nèi)的橫斷面中的流速均勻，達(dá)到整流作用，如圖3所示，帶動(dòng)通過過流孔的水流形成穩(wěn)定平流。
[0042]本實(shí)施例的關(guān)鍵在于在水流通過整流板時(shí)生成兩股水流，特別是生成過流水流的流束。溢流水流和過流水流的流量之比可以通過調(diào)整整流板上的過流孔的大小和數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。溢流的作用是上下游兩個(gè)池室的水流保持連續(xù)，使魚類在跳躍或上溯時(shí)產(chǎn)生明確的方向感，并使魚類在跳躍或上溯到上一池室，因此，是十分必要的。
[0043]而整流板過流孔水流的作用則更加重要，其作用則是產(chǎn)生消能和明確的水流流向。
[0044]最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案(比如整流板的形式、魚道的形式，魚道與整流板的比例等)進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種整流型池式魚道，包括:多個(gè)連續(xù)的階梯型升高的池室，其特征在于，所述的各個(gè)池室之間設(shè)置帶有上下、左右排列的多個(gè)過流孔的整流板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚道，其特征在于，所述的池室的寬度、長度之間的比例是:1比1.25至I比1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚道，其特征在于，所述的整流板過流孔是圓形、橢圓形、長方形過流孔中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚道，其特征在于，所述的過流孔的孔徑小于過流魚類的平均橫截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的魚道，其特征在于，所述的過流孔的軸向長度大于徑向長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的魚道，其特征在于，所述的過流孔的排列為縱橫對齊的矩陣型排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的魚道，其特征在于，所述的過流孔的排列為縱排對齊，橫排交錯(cuò)的排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的魚道，其特征在于，所述的過流孔的排列為橫排對齊，縱排交錯(cuò)的排列。
9.一種使用權(quán)利要求1所述魚道的魚道流態(tài)控制方法，其特征在于，使所述的魚道中的水流在流過整流板時(shí)生成兩股水流的流動(dòng):一股為在整流隔板上頂以溢流方式的水流流動(dòng)，一股為通過整流板過流孔過流的水流流動(dòng)，并使通過整流板過流孔水流的流量大于溢流水流的流量；溢流水流從整流板的上方流出，溢流水流在下一個(gè)池室中會(huì)產(chǎn)生正反兩股豎向旋滾渦流，正反兩股豎向旋滾渦流摻入部分空氣；從整流板上排列的多個(gè)過流孔所流出的水流形成上下、左右相對均勻的水流流束，水流流束對溢流水流股的豎向旋滾渦流產(chǎn)生干擾，可以破壞豎向旋滾，降低豎向旋滾帶入水中的空氣，由于過流孔水流的流量大于溢流水流，因此，在池室中形成為相對穩(wěn)定的向下流動(dòng)的水流流態(tài)，為魚類上溯提供明確的方向。
【文檔編號(hào)】E02B8/08GK103806419SQ201410056086
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】白音包力皋, 穆祥鵬, 吳一紅, 王秀英, 許鳳冉, 龔麗, 劉慧 , 郭曉晨, 崔巍, 陳興茹 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院