本發(fā)明涉及水利工程中魚道設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有恒定進(jìn)口流速的魚道。

背景技術(shù)：

當(dāng)前魚類生境遭受破壞，漁業(yè)資源日益減少，修建魚道等過魚設(shè)施已成為減緩水利工程不利影響的重要舉措。隨著“生態(tài)水利”建設(shè)口號(hào)的提出以及環(huán)保強(qiáng)制政策的執(zhí)行，我國的魚道建設(shè)再度興起。

魚道的設(shè)計(jì)需要可靠的生物學(xué)信息，能否掌握魚類的上溯習(xí)性或喜好是魚道成敗的關(guān)鍵，而在這些習(xí)性中魚類與水流的關(guān)系無疑是最直接最敏感的。閘壩的下游，魚類被電站尾水等經(jīng)常性水流吸引至尾水區(qū)兩側(cè)，再依靠小范圍魚道出口水流的吸引進(jìn)入魚道，魚道中又需要憑借自身的游泳能力克流上溯。

實(shí)際運(yùn)用中，下游處魚道通常分為水上和水下兩部分。水上部分每一級(jí)魚道的水深和流速相同，而當(dāng)魚道伸入水下后，水深逐漸增大、流速逐漸減小，使得魚道進(jìn)口的流速小于設(shè)計(jì)流速，誘魚效果較差。此外，受發(fā)電機(jī)組的影響，下游水位變動(dòng)也會(huì)引起魚道進(jìn)口流速的相應(yīng)變化，不利于魚類尋找入口。

目前針對(duì)魚道進(jìn)口處流速過小的問題，多采用在進(jìn)口處集中補(bǔ)水的方式增大流速來達(dá)到吸引魚類的目的，但是集中補(bǔ)水的方式很容易造成進(jìn)口處的水流流態(tài)紊流，同樣會(huì)因魚類迷失方向?qū)е螺^差的誘魚效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種改進(jìn)的具有恒定進(jìn)口流速的魚道。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體、以及設(shè)置在水體下游的豎井，所述魚道主體位于下游的開口形成魚道進(jìn)口，位于上游的開口形成魚道出口；所述豎井與所述魚道主體位于下游的一端相接并將所述魚道進(jìn)口包圍，所述豎井內(nèi)部和所述魚道進(jìn)口之間形成一個(gè)水域空間；所述豎井上設(shè)有至少一個(gè)連通所述水域空間和所述豎井外部的進(jìn)魚孔。

優(yōu)選地，所述進(jìn)魚孔的總面積A滿足以下公式：

其中，Q為魚道的下泄流量，μ為流量系數(shù)，μ＝0.60～0.63；g為重力加速度，Z為所述豎井內(nèi)外的水位差，且不為零。

優(yōu)選地，所述進(jìn)魚孔在所述豎井上位于水體的下層、中層和/或上層。

優(yōu)選地，所述魚道主體包括間隔相對(duì)的兩個(gè)側(cè)墻，兩個(gè)所述側(cè)墻之間的通道形成供魚類通過的過魚通道。

優(yōu)選地，所述魚道主體還包括多個(gè)間隔分布在所述過魚通道內(nèi)的隔板；多個(gè)所述隔板將所述過魚通道隔成多個(gè)依次連通的魚池。

優(yōu)選地，多個(gè)所述隔板分別連接在兩個(gè)所述側(cè)墻上，并且兩個(gè)所述側(cè)墻上的所述隔板相對(duì)錯(cuò)開。

優(yōu)選地，所述豎井的頂部水平連接所述側(cè)墻。

優(yōu)選地，所述豎井頂部的高程等于或高于水體下游的最高水位。

優(yōu)選地，所述豎井的底部設(shè)有多個(gè)進(jìn)魚孔；多個(gè)所述進(jìn)魚孔等距分布。

優(yōu)選地，多個(gè)所述進(jìn)魚孔位于同一水平上。

優(yōu)選地，所述豎井的外周呈圓形、橢圓形、多邊形或不規(guī)則的異形。

優(yōu)選地，所述進(jìn)魚孔為圓形孔、拱形孔或多邊形孔。

本發(fā)明的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，通過在魚道進(jìn)口設(shè)置豎井，使其與豎井之間形成一個(gè)水域空間，水位與豎井外部的下游水體水位同漲同落，在下游水位波動(dòng)的情況下保持魚道進(jìn)口范圍水域流速和流態(tài)的穩(wěn)定，簡(jiǎn)單實(shí)用，可幫助魚類找到魚道進(jìn)口。

當(dāng)魚道下泄流量不變的情況下，豎井內(nèi)水域與下游水體具有不變的水位落差，保證魚道進(jìn)口恒定的流速以及穩(wěn)定的流態(tài)，從而持續(xù)有效地吸引魚類進(jìn)入豎井及魚道進(jìn)口，在水利工程魚道建設(shè)領(lǐng)域具有廣闊的運(yùn)用前景。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1所示具有恒定進(jìn)口流速的魚道沿A-A線的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明第五實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明第六實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明第七實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明第八實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1、2所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

魚道主體10位于下游的開口形成魚道進(jìn)口11，位于上游的開口形成魚道出口14。豎井20與魚道主體10位于下游的一端相接并將魚道進(jìn)口11包圍，從而豎井20內(nèi)部與魚道進(jìn)口11之間的空間形成一個(gè)水域空間30。豎井20上設(shè)有至少一個(gè)連通水域空間30和豎井20外部的進(jìn)魚孔21，從而魚道進(jìn)口11、水域空間30和豎井20外部相連通，下游水體可在水域空間30及豎井20外部流通，水域空間30的水位與豎井20外部的下游水體水位同漲同落，兩者之間形成一個(gè)穩(wěn)定的水頭差，在下游水位波動(dòng)的情況下保持魚道進(jìn)口范圍水域流速和流態(tài)的穩(wěn)定。

具體地，魚道主體10可為根據(jù)過魚對(duì)象、地形設(shè)置的任何類型的魚道。本實(shí)施例中，魚道主體10包括間隔相對(duì)的兩個(gè)側(cè)墻12，兩個(gè)側(cè)墻12之間的通道形成供魚類通過的過魚通道。下游、進(jìn)魚孔21、豎井20的水域空間30、魚道進(jìn)口11、過魚通道和魚道出口14依次連通，形成魚類的洄游路線。

魚道主體10還包括多個(gè)間隔分布在過魚通道內(nèi)的隔板13。多個(gè)隔板13將過魚通道隔成多個(gè)依次連通的魚池；魚類沿洄游路線依次通過過魚通道的多個(gè)魚池一級(jí)一級(jí)地游至上游。多個(gè)隔板13分別連接在兩個(gè)側(cè)墻12上，并且兩個(gè)側(cè)墻12上的隔板13相對(duì)錯(cuò)開，以使得多個(gè)魚池依次連通。

另外，隔板13在過魚通道內(nèi)的設(shè)置還對(duì)魚道下泄水流進(jìn)行消能，幫助魚類克流。

在本實(shí)施例中，根據(jù)上游至下游呈從高處至低處的延伸，魚道主體10位于上游的一端到位于下游的一端也呈現(xiàn)至高到低的延伸，使得魚道主體10位于上游的一端的高度高于魚道主體10位于下游的一端的高度。

豎井20在下游連接魚道主體10，其墻體可采用磚砌筑而成，外周形狀不限定，例如可為圓形、橢圓形、多邊形或不規(guī)則的異形等。豎井20頂部的高程等于或高于水體下游的最高水位，避免在水體下游最高水位時(shí)水越過豎井20頂部進(jìn)入水域空間30，打破魚道進(jìn)口11水域流速和流態(tài)的穩(wěn)定。

本實(shí)施例中，豎井20的外周為矩形。豎井20的頂部水平連接魚道主體10的側(cè)墻12，保持與下游水體的水位平行。

豎井20上的進(jìn)魚孔21是豎井20與其外部的下游水體的交換通道，也是魚類從下游進(jìn)入豎井20的入口。

進(jìn)魚孔21的總面積A滿足以下公式：

其中，Q為魚道的下泄流量(即通過魚道出口14進(jìn)入魚道主體10的水流量)；μ為流量系數(shù)，μ＝0.60～0.63；g為重力加速度，Z為豎井20內(nèi)外的水位差，且不為零。收縮系數(shù)ε＝0.63～0.64，流速系數(shù)

當(dāng)進(jìn)魚孔21的總面積確定后，根據(jù)所需的進(jìn)魚孔21數(shù)量n，可得出每一個(gè)進(jìn)魚孔21設(shè)置的面積。

此外，根據(jù)過魚對(duì)象的生態(tài)習(xí)性類型，選擇將進(jìn)魚孔21開設(shè)在豎井20上對(duì)應(yīng)水體的下層、中層和/或上層的位置處。

如圖2所示，在本實(shí)施例中，豎井20的底部設(shè)有多個(gè)進(jìn)魚孔21；從而進(jìn)魚孔21位于水體的下層，適用于生活在水體下層的魚類通過。多個(gè)進(jìn)魚孔21等距分布。進(jìn)一步可優(yōu)選，多個(gè)進(jìn)魚孔21位于同一水平上。

進(jìn)魚孔21的形狀不限定，如可為圓形孔、拱形孔或矩形孔等。

本發(fā)明的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，當(dāng)魚道下泄流量不變的情況下，豎井20水域空間30與豎井20外部的下游水體具有不變的水位落差，從而保證了進(jìn)魚孔21內(nèi)恒定的流速以及穩(wěn)定的流態(tài)，最終在有限范圍的豎井20內(nèi)魚類可以輕松找到魚道進(jìn)口11并順利上溯。

在實(shí)際運(yùn)用中，以魚道下泄流量Q＝0.6m³/s、以四大家魚為過魚對(duì)象為例，根據(jù)四大家魚等多數(shù)魚類的喜愛流速范圍(0.3m/s-0.5m/s)，取0.5m/s作為進(jìn)魚孔21的目標(biāo)值，在豎井20底部設(shè)置10個(gè)尺寸長(zhǎng)×高：40cm×30cm的進(jìn)魚孔21，并沿豎井20底部等距排列，豎井20高度為下游最高水位。如圖2所示，在豎井20內(nèi)的水位高于下游水位情況下，水頭(兩者水位差)為Z，當(dāng)下游水位變動(dòng)時(shí)由于豎井20底部的進(jìn)魚孔21的存在，豎井20內(nèi)的水位也會(huì)產(chǎn)生同樣的升降，始終保持高度為Z的水頭，根據(jù)孔流原理進(jìn)魚孔21處流量?jī)H與Z有關(guān)，因此保證了進(jìn)魚孔21流速和流態(tài)的穩(wěn)定。

運(yùn)行時(shí)，四大家魚在流速的持續(xù)穩(wěn)定吸引下進(jìn)入豎井20，匯聚在范圍相對(duì)較小的豎井20水域空間30中的魚類可以明顯感受到魚道進(jìn)口11處水流，從而成功找到上溯入口，進(jìn)入魚道并洄游至上游。

如圖3所示，本發(fā)明第二實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

本實(shí)施例中，豎井20的外周為圓形。

如圖4所示，本發(fā)明第三實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

本實(shí)施例中，豎井20的外周為大致的橢圓形。

如圖5所示，本發(fā)明第四實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

本實(shí)施例中，豎井20的外周為半圓形。

上述第二至第四實(shí)施例的魚道，魚道主體10的結(jié)構(gòu)設(shè)置、豎井20上進(jìn)魚孔的設(shè)置等均可參閱第一實(shí)施例中相關(guān)所述，在此不再贅述。

如圖6所示，本發(fā)明第五實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

本實(shí)施例中，多個(gè)進(jìn)魚孔21對(duì)應(yīng)水體的中層開設(shè)在豎井20上，適用于生活在水體中層的魚類通過。

如圖7所示，本發(fā)明第六實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

本實(shí)施例中，多個(gè)進(jìn)魚孔21分別對(duì)應(yīng)水體的下層和中層開設(shè)在豎井20上，適用于生活在水體下層和中層的魚類通過。

如圖8所示，本發(fā)明第七實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

本實(shí)施例中，進(jìn)魚孔21在豎井20底部延伸至豎井20的中部，從而位于水體的下層和中層，適用于生活在水體下層和/或中層的魚類通過。

如圖9所示，本發(fā)明第八實(shí)施例的具有恒定進(jìn)口流速的魚道，包括在水體中自下游延伸至上游的魚道主體10、以及設(shè)置在水體下游的豎井20。

本實(shí)施例中，進(jìn)魚孔21設(shè)置在豎井20的中部位置，位于水體的中層，并且進(jìn)魚孔21的底部還延伸至豎井20的下端，使得進(jìn)魚孔21的下端部可位于水體的下層，適用于生活在水體下層和/或中層的魚類通過。

上述第五至第八實(shí)施例的魚道，魚道主體10的結(jié)構(gòu)設(shè)置可參閱第一實(shí)施例中相關(guān)所述，豎井20的外周形狀可參閱第一至第四實(shí)施例中相關(guān)設(shè)置，在此不再贅述。

上述第五至第八實(shí)施例的魚道，進(jìn)魚孔21的數(shù)量及形狀不限定，只要進(jìn)魚孔21的總面積A滿足公式(參考第一實(shí)施例中所述)即可。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。