本實(shí)用新型涉及一種適應(yīng)水位變動的魚道出口，是一種水工設(shè)施，是一種環(huán)保設(shè)施，是一種保護(hù)魚類生態(tài)的水工設(shè)施。

背景技術(shù)：

諸多水工建筑物的上游水位均非恒定值，往往有一定的變幅，尤其是日調(diào)節(jié)水庫，變幅更大。而豎縫式魚道出口通常布置在水工建筑物上游，因其正常運(yùn)行時(shí)所適應(yīng)的水深變幅相對較小，因此魚道單出口將難以適應(yīng)上游庫區(qū)水位的大變幅變動。目前解決上述問題所采取的措施為在豎縫式魚道上游布置多個(gè)不同高程的出口，且各魚道出口處均需設(shè)置閘門。魚道正常運(yùn)行過程中，需根據(jù)水位變化啟閉不同閘門，以完成不同出口的切換工作。

針對設(shè)置多個(gè)不同高程的豎縫式魚道而言，水工建筑物（尤其是日調(diào)節(jié)水庫）上游水位大變幅、迅速變化將會引起出口閘門的頻繁切換，因而降低了魚道內(nèi)水流流態(tài)的穩(wěn)定性，不利于魚類上溯。另外，多出口豎縫式魚道需要布置多個(gè)閘門與其相應(yīng)自動化控制系統(tǒng)，提高了前期工程建設(shè)投資成本與后期設(shè)備運(yùn)行維修費(fèi)用，增加了魚道建設(shè)與運(yùn)行管理難度。

綜合目前研究成果，為適應(yīng)水工建筑物上游水位大變幅變化，豎縫式魚道需設(shè)置多個(gè)出口，但不同出口之間的切換工作導(dǎo)致魚道運(yùn)行過程過于復(fù)雜，且造成魚道部分運(yùn)行時(shí)段水流流態(tài)的不穩(wěn)定性，影響過魚效率。基于豎縫式魚道適應(yīng)上游庫區(qū)水位大幅度變化問題，簡單高效、低投資成本、少運(yùn)行操作的魚道出口與其設(shè)計(jì)方法成為豎縫式魚道水力特性的關(guān)鍵課題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型提出了一種適應(yīng)水位變動的魚道出口。所述的魚道口通過不同的高差的魚道口，自動的適應(yīng)水位的變化，無需不斷的隨水位進(jìn)行調(diào)節(jié)。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種適應(yīng)水位變動的魚道出口，包括：與由多個(gè)常規(guī)水池串聯(lián)形成的魚道連接的溢流段，所述的溢流段與出游段連接，所述的溢流段由多個(gè)長度與寬度與常規(guī)水池相同的溢流池連接形成，所述的魚道與溢流段之間、溢流段與出游段之間、各個(gè)常規(guī)水池之間、各個(gè)溢流池之間均設(shè)有過魚設(shè)施；所述的出游段的寬度與常規(guī)水池相同，所述的出游段的側(cè)邊墻高度為上游水庫變動水位差、常規(guī)水池最小水深與安全超高之和；所述出游段和溢流段各個(gè)溢流池的底坡與魚道底坡一致；所述溢流池的側(cè)邊墻上設(shè)有溢流口，所述的溢流段的下游第一個(gè)溢流池的溢流口位置在常規(guī)水池中的魚道水深的高度，所述的溢流段的上游第一個(gè)溢流池的溢流口位置略低于水庫水位變動的最高水位，所述溢流段的其他各個(gè)溢流池的溢流口位置在下游第一個(gè)溢流池的溢流口位置與上游第一個(gè)溢流池的溢流口位置之間按魚道底坡的升高等差分布。

進(jìn)一步的，所述的過魚設(shè)施包括：導(dǎo)板和隔板，以及豎縫。

進(jìn)一步的，所述的溢流口為矩形缺口、三角形缺口、圓形缺口中的一種，溢流口上設(shè)有攔魚網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述的溢流段設(shè)置溢流口的側(cè)邊墻外設(shè)有棄水池。

進(jìn)一步的，所述的棄水池的長度與溢流段相等，寬度為0.5~1.0倍魚道水深。

進(jìn)一步的，所述的棄水池與集水池通過引流管連接，所述的集水池與魚道進(jìn)口的誘魚噴射口連接。

進(jìn)一步的，所述的引流管，其直徑為0.1~0.5倍魚道水深。

進(jìn)一步的，所述的集水池內(nèi)最大水深低于0.5~1.0倍魚道水深。

進(jìn)一步的，所述的集水池內(nèi)最大水深時(shí)水面高程低于棄水池的最低底面高程，所述集水池底面高程等于或低于溢流段和出游段的底面高程。

本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是：本實(shí)用新型采用在魚道的出口設(shè)置溢流段和出游段的方式，當(dāng)魚道出口水深高于正常水深時(shí)，使不斷變化的上游水庫的水位在流入魚道時(shí)首先按照溢流口高程變化等差下落，以保證水流進(jìn)入魚道后不會增加流量，干擾魚類的游動，同時(shí)形成一個(gè)即便上游水庫水位變化，也能保證魚類能夠順暢進(jìn)入上游水庫的溢流段。溢流段的形狀與魚道相類似，但水深卻是隨上游水庫變化，而不是向魚道那樣逐漸升高，避免了魚類由于上游水庫的水位變化而困在魚道中。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例一所述魚道出口的結(jié)構(gòu)平面示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例以所述魚道出口的結(jié)構(gòu)立面示意圖，是圖1中C-C剖面圖；

圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例三所述魚安裝了攔魚網(wǎng)的道出口結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型的實(shí)施例六所述設(shè)有集水池的魚道出口結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

本實(shí)施例是一種適應(yīng)水位變動的魚道出口，如圖1、2所示。圖1、2中顯示的是本實(shí)施例應(yīng)用在豎縫式魚道中的例子。本實(shí)施例包括：與由多個(gè)常規(guī)水池串聯(lián)形成的魚道1連接的溢流段2，所述的溢流段與出游段3連接，所述的溢流段由多個(gè)長度與寬度與常規(guī)水池相同的溢流池連接形成，所述的魚道與溢流段之間、溢流段與出游段之間、各個(gè)常規(guī)水池之間、各個(gè)溢流池之間均設(shè)有過魚設(shè)施4；所述的出游段的寬度與常規(guī)水池相同，所述的出游段的側(cè)邊墻高度為上游水庫變動水位差、常規(guī)水池最小水深與安全超高之和（圖1中用水平線A表示水庫上游水位變動差的最高水位）。所述出游段和溢流段各個(gè)溢流池的底坡與魚道底坡一致；所述溢流池的側(cè)邊墻上設(shè)有溢流口5，所述的溢流段的下游第一個(gè)溢流池201的溢流口位置在常規(guī)水池中的魚道水深的高度（圖1中用斜線B表示水庫上游水位變動的最低值時(shí)溢流段中各個(gè)溢流池的水位差值狀況所形成的模擬水線），所述的溢流段的上游第一個(gè)溢流池202的溢流口位置略低于水庫水位變動的最高水位，所述溢流段的其他各個(gè)溢流池的溢流口位置在下游第一個(gè)溢流池的溢流口位置與上游第一個(gè)溢流池的溢流口位置之間以魚道底坡的升高等差分布。

本實(shí)施例所述的魚道的類型為多個(gè)常規(guī)水池串聯(lián)而成的魚道。各個(gè)常規(guī)水池之間所設(shè)置的過魚設(shè)置可以是各種形式的過魚設(shè)施，基本要求是過魚設(shè)施即可以過魚也可以過水，上游水池的水流應(yīng)當(dāng)可以從過魚設(shè)施的底邊進(jìn)入下游水池，這類魚道如豎縫式魚道。

本實(shí)施了所述的出游段是與魚道同寬的水槽，其長度可以與魚道的常規(guī)水池同長，或略長，或略短，其底坡與魚道的底坡一致（相同的坡度），其側(cè)邊墻的高度應(yīng)當(dāng)超過上游水庫水位變動差的最高值。

本實(shí)施例的關(guān)鍵在于上游水庫在水位變動差的變化范圍內(nèi)變動時(shí)，魚道內(nèi)的魚類可以順利的進(jìn)入上游庫區(qū)，并且在上游庫區(qū)高水位時(shí)不會有過大的流量進(jìn)入魚道，維持魚道中的正常流量，避免影響魚類的洄游。為此，本實(shí)施例在魚道的出口處設(shè)置了溢流段。

為達(dá)到上述兩個(gè)目的，本實(shí)施例在溢流段設(shè)置了與魚道中常規(guī)水池長度、寬度和底坡相同的溢流池，整個(gè)溢流段由多個(gè)溢流池串聯(lián)形成，溢流池之間也設(shè)置與常規(guī)水池之間相同的過魚設(shè)置，如導(dǎo)板、隔板和豎縫。溢流池的個(gè)數(shù)根據(jù)上游水庫的水位變動差和魚道底坡，以及常規(guī)水池的長度等參數(shù)而定。

例如：常規(guī)水池的長度l與寬度B分別為2.5m與2.0m，水庫上游水位變幅為DH=3.0m，魚道正常水深為h_z=2.0m，其適應(yīng)的水深變化范圍為1.5~2.5m即：魚道的常規(guī)水池的水深范圍是：最小水深為h_min=1.5m；最大水深為h_max=2.5m。所述豎縫式魚道采用2%的底坡（tgα=2%，其中α為魚道底坡的坡角，如圖2所示）。

因魚道出口最低水深為h_min=1.5m，故出游段最大水深為h_max+DH= 4.5m。常規(guī)水池中的正常水深為h_z=2.0m，溢流池個(gè)數(shù)為20，溢流口高程差Dh為：

Dh=(ΔH+h_min+nltgα-h_z)/n=0.175m

溢流段的長度L=nl=20×2.5=50m。

為使魚類在上游庫區(qū)的水位變動時(shí)，可以順利的游出魚道進(jìn)入上游庫區(qū)，溢流段中的各個(gè)溢流池的深度不同，但溢流池的池底在同一水平線上，這樣，不論上游水庫水位在什么位置，只要在水位差變動范圍之內(nèi)，游出魚道的魚類就可以通過溢流池的過魚設(shè)置進(jìn)入上游庫區(qū)，而不會由于水位下降而被阻擋在魚道中，無法游出魚道。

如上所述的例子中，當(dāng)魚道上游第一個(gè)常規(guī)水池底板高程設(shè)為0，則溢流段上游第一個(gè)溢流池的最高水位為：

h₁=ΔH+h_min+nltgα-Dh=3+1.5+1-0.175=5.325m

溢流段下游第一個(gè)溢流池的最高水位為：

h₂₀=ΔH+h_min+nltgα-20Dh=5.5-3.5=2.0m

為解決上游庫區(qū)水位變化而產(chǎn)生的魚道流量變化的問題，本實(shí)施例在溢流池的側(cè)壁上設(shè)置了溢流口。溢流口在溢流池側(cè)壁上的高度根據(jù)溢流池的位置而定，即為溢流池的最高水位。

溢流段上游第一個(gè)溢流池的溢流口高度為略低于上游水庫最高水位。按照上述例子，溢流段上游第一個(gè)溢流池的溢流口高度h₁是：

h₁=DH +h_min+nltgα-Dh =5.325m。

溢流段下游第一個(gè)溢流池的溢流口的高度與魚道上游第一個(gè)常規(guī)水池的水位等高或略高。按照上述例子，溢流段下游第一個(gè)溢流池的溢流口的高度h₂₀為：

H₂₀= h_z= 2.0m。

其他各溢流池的溢流口在上述倆者之間等差排布。也就是：

h_i=ΔH+h_min+nltgα-iDh

當(dāng)上游水庫的水位變化時(shí)，總有一個(gè)溢流口可以將溢流池中高于該溢流口的水溢流掉，由于溢流口是按照魚道的坡度等差排列，不論上游水庫的水位多高，只要在變化范圍內(nèi)，進(jìn)入魚道常規(guī)水池的流量按照魚道升高的差值增加，就可以使溢流段進(jìn)入魚道的流量穩(wěn)定在一個(gè)水平上。

所述的溢流段側(cè)邊墻上的溢流口，可以有多種形式，墻上矩形的缺口，如圖1所示，也可以是圓形，或三角形缺口等。溢流口可以設(shè)置一邊的側(cè)邊墻上，也可以在兩邊的側(cè)邊墻上都設(shè)置溢流口。為防止魚類從溢流口跳出魚道，造成死亡，可以在缺口上設(shè)置攔魚網(wǎng)。

由于溢流段的溢流口會溢出大量的水，可以在溢流段設(shè)有溢流口的側(cè)邊墻外設(shè)置棄水池。如果溢流池的兩邊側(cè)邊墻都設(shè)有溢流口，就需要在溢流段的兩側(cè)邊都設(shè)置棄水池，如果只有一邊的側(cè)邊墻上設(shè)置了溢流口，僅需要在設(shè)有溢流口的一邊側(cè)邊墻外設(shè)置棄水池。

在棄水池外還可以設(shè)置集水池，將棄水池中的水集中起來，并用管道引至魚道進(jìn)口，作為引導(dǎo)魚類進(jìn)入魚道的誘魚射流使用。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例二關(guān)于過魚設(shè)施的細(xì)化。本實(shí)施例所述的過魚設(shè)施包括：導(dǎo)板401和隔板403，以及導(dǎo)板和隔板配合形成豎縫402，如圖1所示。

本實(shí)施例所述的魚道使用的是豎縫式魚道，使用隔板和導(dǎo)板形成豎縫，令與和水從其中通過，各個(gè)常規(guī)水池的底部不斷的向上升高，使魚類可以輕松的進(jìn)入上游水庫。

實(shí)施例三：

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)于溢流口的細(xì)化。本實(shí)施例所述的溢流口為矩形缺口、三角形缺口、圓形缺口中的一種，溢流口上設(shè)有攔魚網(wǎng)501，如圖3所示。

所述的矩形溢流口的長度可以與溢流池的長度相同，實(shí)際可以看做是溢流墻短了一截，形成的溢流口。如果是其他形式的溢流口，可以在溢流池的側(cè)邊墻上開挖出各種形狀的溢流口。

由于溢流池中的水位是有溢流口決定的。魚類十分容易從溢流口上跳出溢流池，因此可以在溢流口上設(shè)置攔魚網(wǎng)，放置魚類逃出溢流池，造成魚類死亡。

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)于溢流段的細(xì)化。本實(shí)施例所述的溢流段設(shè)置溢流口的側(cè)邊墻外設(shè)有棄水池6，如圖1所示。

由于溢流段中各個(gè)溢流池中的水被會從溢流口中溢出，因此，可以在設(shè)有溢流口的溢流池外側(cè)設(shè)置棄水池，使溢流口溢出的水不會隨處流動，而是集中到棄水池中。棄水池的長度應(yīng)當(dāng)與溢流段等長或略長一些，其寬度和深度游棄水量而定。棄水池上沿的水平高度應(yīng)當(dāng)?shù)陀谧畹鸵缌鞫蜗掠蔚谝粋€(gè)溢流口的水平高度。

實(shí)施例五：

本實(shí)施例是實(shí)施例四的改進(jìn)，是實(shí)施例四關(guān)于棄水池的細(xì)化。本實(shí)施例所述的棄水池的長度與溢流段相等，寬度為0.5~1.0倍魚道水深。

棄水池的寬度可以安裝魚道的正常水深計(jì)算，也可以按照棄水量進(jìn)行計(jì)算。

實(shí)施例六：

本實(shí)施例上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于棄水池的細(xì)化。本實(shí)施例所述的棄水池與集水池7通過引流管701連接，所述的集水池與魚道進(jìn)口的誘魚噴射口連接，如圖4所示。

所述的引流管、集水池的大小與魚道的水深有一定關(guān)系，以便使溢流池溢出的水流可以順暢的流入水庫下游。集水池的水平高度應(yīng)當(dāng)?shù)陀跅壦氐牡装濉?/p>

實(shí)施例七：

本實(shí)施例是實(shí)施例六的改進(jìn)，是實(shí)施例六關(guān)于引流管的細(xì)化。本實(shí)施例所述的引流管，其直徑為0.1~0.5倍魚道水深。

實(shí)施例八：

本實(shí)施例是實(shí)施例七的改進(jìn)，是實(shí)施例七關(guān)于集水池的細(xì)化。本實(shí)施例所述的集水池內(nèi)最大水深低于0.5~1.0倍魚道水深。

實(shí)施例九：

本實(shí)施例是實(shí)施例八的改進(jìn)，是實(shí)施例八關(guān)于集水池的細(xì)化。本實(shí)施例所述的集水池內(nèi)最大水深時(shí)水面高程低于棄水池的最低底面高程，所述集水池底面高程等于或低于溢流段和出游段的底面高程。

實(shí)施例十：

本實(shí)施例是一種上述實(shí)施例所述自適應(yīng)水位變動的魚道出口的設(shè)計(jì)方法。

本實(shí)施例所述的設(shè)計(jì)方法適應(yīng)于帶有多個(gè)常規(guī)水池串聯(lián)形成的魚道，各個(gè)常規(guī)水池之間設(shè)有過于設(shè)施，如果豎縫式魚道。

所述設(shè)計(jì)方法的已知條件為：上游水庫水位變動的水位差ΔH，常規(guī)水池的長度l、常規(guī)水池的正常運(yùn)行水深h_z、常規(guī)水池的最大水深h_max、常規(guī)水池的最小水深h_min、魚道坡角α、溢流池個(gè)數(shù)n。其中魚道的底坡坡度可以用百分比表示，或比例表示。本實(shí)施例所述方法的具體步驟如下：

計(jì)算出游段側(cè)邊墻高度的步驟：使用公式：

h₀=ΔH+h_min+0.25h_z，

計(jì)算出游段側(cè)邊墻的高度h₀。所述的游出段是一段與上游水庫的水體連接的部分，因此其側(cè)邊墻的高度應(yīng)當(dāng)高于上游水庫變化差的上限。本公式中出游段側(cè)邊墻高度為上游水庫變動水位差ΔH、常規(guī)水池最小水深h_min與安全超高之和，這里安全超高為0.25倍的常規(guī)水池的正常運(yùn)行水深h_z。

計(jì)算溢流口高程差的步驟：用于通過公式：

Dh=(ΔH+h_min+nltgα-h_z)/n

計(jì)算出溢流段各個(gè)溢流池的溢流口之間的高程差Dh。公式可解釋為：各個(gè)溢流口之間高程差為上游水庫最高水位高程、溢流段下游第一個(gè)溢流口高程的差值與溢流池個(gè)數(shù)的比值。為使溢流段中的水位有一定的變化，但不影響魚道中的流量，本實(shí)施例采取了階梯形的水位變化，不論上游水庫的水位如何變化，只要在變化范圍內(nèi)，就可以使魚道中的水流流體保持穩(wěn)定。因此，需要一個(gè)適當(dāng)?shù)牡燃壸兓睿ㄋ桓叱滩睿?，而這個(gè)等級變化差與魚道的坡度有關(guān)，以及常規(guī)水池的長度等參數(shù)有關(guān)，實(shí)際形成一個(gè)與常規(guī)水池差不多的溢流池，其過魚設(shè)施的高度與各個(gè)常規(guī)水池的高程變化相符。

計(jì)算溢流段長度的步驟：用于通過公式：

L=nl

計(jì)算溢流段長度L。通過本步驟可以計(jì)算出整個(gè)溢流段的長度，也就可以確定棄水池的長度。通常情況下棄水池的長度等于或略長于溢流段的長度。

確定溢流段各個(gè)溢流池的水深的步驟：用于使用公式：

h_i=ΔH+h_min -iDh，

計(jì)算溢流段各個(gè)溢流池的池底到溢流口的高度h_i，即為溢流段中各個(gè)溢流池的最大水深深度h_i，其中i為1，2，……，n的正整數(shù)。本步驟中，各個(gè)溢流池的溢流口的高度實(shí)際就是溢流池的水位高度，各個(gè)溢流池的水位高度可以使魚道的各個(gè)常規(guī)水池維持穩(wěn)定的流量，同時(shí)可以使游出魚道的魚類可以順暢的進(jìn)入上游水庫，而不會由于上游水庫的水位變化，被阻止在魚道中而大量死亡。

最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本實(shí)用新型進(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，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案（比如魚道的形式、魚道的長短尺寸等）進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍。