一種無(wú)水資源損耗、無(wú)自由水面的過(guò)魚(yú)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地，是一種無(wú)水資源損耗、無(wú)自由水面的過(guò)魚(yú)系統(tǒng)及方法，為大壩下游魚(yú)類等水生動(dòng)物過(guò)壩洄游的魚(yú)道設(shè)計(jì)提供技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]大壩的建設(shè)不但為人類儲(chǔ)蓄了寶貴的水資源，提供了大量的清潔電力，增強(qiáng)了航運(yùn)能力和抗洪抗旱能力。而且，大壩的建設(shè)卻阻止了大壩下游魚(yú)類等水生動(dòng)物到上游的活動(dòng)，因此而破壞了原有河道中水生動(dòng)物的生存與繁殖體系，打破了原有的系統(tǒng)平衡，因此，大壩的建設(shè)往往需要建設(shè)相應(yīng)的魚(yú)道，以企求維持原有的水生態(tài)平衡或降低大壩工程對(duì)水生態(tài)的破壞。
[0003]魚(yú)道的設(shè)計(jì)主要考慮魚(yú)類的上溯習(xí)性。在閘壩的下游，魚(yú)類常依靠水流的吸引進(jìn)入魚(yú)道。魚(yú)類在魚(yú)道中靠自身力量克服流速溯游至上游。魚(yú)道通常由進(jìn)口、槽身、出口和誘魚(yú)補(bǔ)水系統(tǒng)組成?，F(xiàn)有魚(yú)道的進(jìn)口多布置在水流平穩(wěn)，且有一定水深的岸邊或電站，溢流壩出口附近。常用的槽身橫斷面為矩形，用隔板將水槽上、下游的水位差分成若干個(gè)小的梯級(jí)，板上設(shè)有過(guò)魚(yú)孔，利用水墊、沿程摩阻、水流對(duì)沖和擴(kuò)散等來(lái)消除多余能量?，F(xiàn)有常規(guī)的魚(yú)道，由于其孔形的不同，又可分為堰式、淹沒(méi)孔口式、豎縫式和組合式等。
[0004]魚(yú)道的流速、流態(tài)，須適應(yīng)主要過(guò)壩魚(yú)類的習(xí)性和溯游能力，使上溯魚(yú)類不過(guò)分費(fèi)力即能通過(guò)，以免對(duì)魚(yú)類生理機(jī)能產(chǎn)生不利影響。魚(yú)道的設(shè)計(jì)流速，是指設(shè)計(jì)水頭下隔板過(guò)魚(yú)孔的流速。此流速應(yīng)小于魚(yú)類上溯的游速。各隔板過(guò)魚(yú)孔的流速應(yīng)盡量一致。因此，如何減小魚(yú)道的流速，是魚(yú)道設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方向。此外，還有升魚(yú)機(jī)，通過(guò)機(jī)械將魚(yú)搬運(yùn)到上游水庫(kù)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)和專利檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的魚(yú)道的主要以各種不同種類的明渠為主，如分級(jí)式或迂回式等，或用機(jī)械能做功抬升水位減小水頭差，或通過(guò)加設(shè)阻力模塊減緩流速，或通過(guò)改變魚(yú)道形態(tài)減緩流速。
[0005]經(jīng)檢索，中國(guó)專利號(hào):CN201410331257.5，公開(kāi)(公告)號(hào):CN104088260B，名稱:多級(jí)助驅(qū)式生態(tài)魚(yú)道設(shè)施及其運(yùn)行方法，該發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)為:公開(kāi)了一種多級(jí)助驅(qū)式生態(tài)魚(yú)道設(shè)施及其運(yùn)行方法，涉及過(guò)魚(yú)建筑物和水利水電工程生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，是一種適用于中、高水頭水利樞紐的魚(yú)道建筑物及過(guò)魚(yú)控制方法。該發(fā)明的多級(jí)助驅(qū)式生態(tài)魚(yú)道設(shè)施包括若干級(jí)呈臺(tái)階狀分布的魚(yú)道單元、魚(yú)道助驅(qū)系統(tǒng)、仿生態(tài)河流系統(tǒng)、魚(yú)道消能系統(tǒng)和誘魚(yú)監(jiān)控系統(tǒng)，該魚(yú)道設(shè)施在運(yùn)行時(shí)，與計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)配合使用，實(shí)現(xiàn)魚(yú)類逐級(jí)智能助驅(qū)上溯的目的。該發(fā)明主要的不足之處在于:1、需要耗費(fèi)大量的、寶貴水資源；2、每一級(jí)需要做往復(fù)抬升運(yùn)動(dòng)，能耗大；3、無(wú)法消除水流下泄作用對(duì)魚(yú)類洄游產(chǎn)生的阻力影響；4、建設(shè)成本高，且運(yùn)行管理困難。
[0006]中國(guó)專利號(hào):CN201410579860.5，公開(kāi)(公告)號(hào):CN104294803A，名稱:迂回式魚(yú)道，該發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)為:提供了兩種形式的迂回式魚(yú)道。兩種迂回式魚(yú)道均包括邊墻、底板、隔板和導(dǎo)流板，所述邊墻位于底板兩側(cè)，隔板和導(dǎo)流板設(shè)置在邊墻內(nèi)壁上，隔板和導(dǎo)流板將魚(yú)道分隔成若干個(gè)池室，各池室之間相通。其中，第一種形式的魚(yú)道設(shè)置在大壩側(cè)面的山體上，魚(yú)道下游端位于大壩下游河道的水面之下，魚(yú)道上游端位于大壩上游河道的水面之下，魚(yú)道的形狀為螺旋形或類螺旋形；第二種形式的該魚(yú)道由位于大壩下游側(cè)壩體表面的第一部段、位于大壩上游側(cè)壩體表面的第三部段和位于壩體內(nèi)使所述第一部段和第三部段相通的第二部段組成，魚(yú)道下游端位于下游河道的水面之下，魚(yú)道下游端位于下游河道的水面之下，魚(yú)道的形狀為折線形。該發(fā)明主要的不足之處在于:1、仍為明渠流，無(wú)法消除水流下泄作用對(duì)魚(yú)類洄游產(chǎn)生的阻力影響；2、需要耗費(fèi)大量的、寶貴水資源；3、魚(yú)道建設(shè)費(fèi)用高以及建設(shè)用地大。
[0007]中國(guó)專利號(hào):CN201410660867.X，公開(kāi)(公告)號(hào):CN104480913A，名稱:一種交錯(cuò)布置隔塊結(jié)構(gòu)的生態(tài)魚(yú)道，該發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)為:公開(kāi)了一種交錯(cuò)布置隔塊結(jié)構(gòu)的生態(tài)魚(yú)道。該生態(tài)魚(yú)道包括魚(yú)道側(cè)壁、底板和多個(gè)隔塊結(jié)構(gòu)等，隔塊結(jié)構(gòu)由直段隔板和弧段隔板組成，隔塊結(jié)構(gòu)為空心，并在直段隔板和弧段隔板上設(shè)置調(diào)節(jié)流量的過(guò)水縫，隔塊結(jié)構(gòu)設(shè)置在魚(yú)道內(nèi)側(cè)壁上，直段隔板與內(nèi)側(cè)壁斜交，相對(duì)的兩個(gè)隔塊結(jié)構(gòu)的弧段隔板之間形成擴(kuò)展段，相鄰隔塊結(jié)構(gòu)之間間隔一定距離，將魚(yú)道分成多個(gè)池室，池室之間通過(guò)弧段隔板之間的擴(kuò)展段相互連通。魚(yú)道側(cè)壁為第一空腔，內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)板。該生態(tài)魚(yú)道水流自然蜿蜒前行，有效地避免了傳統(tǒng)豎縫魚(yú)道豎縫處水流流速較大的不足，能夠降低水電水利工程對(duì)魚(yú)類洄游的影響，有利于河流的生態(tài)保護(hù)。該發(fā)明主要的不足之處在于:1、仍為明渠流，無(wú)法消除水流下泄作用對(duì)魚(yú)類洄游產(chǎn)生的阻力影響；2、需要耗費(fèi)大量的、寶貴水資源；3、隔塊結(jié)構(gòu)其本身或會(huì)成為魚(yú)類洄游的阻礙；3、該類魚(yú)道建設(shè)維護(hù)費(fèi)用高。
[0008]由此可見(jiàn)，大壩的建設(shè)阻止了魚(yú)類等水上動(dòng)物從大壩下游到大壩上游的洄游，現(xiàn)有的魚(yú)道設(shè)計(jì)太過(guò)傳統(tǒng)，魚(yú)道建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用高，工程建設(shè)用地較廣，不但為過(guò)魚(yú)所用水資源量大，而且往往過(guò)魚(yú)效果不夠理想。對(duì)于高壩而言，其問(wèn)題更為突出，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法甚至無(wú)法滿足過(guò)魚(yú)要求。因此，亟待從現(xiàn)代水利的角度出發(fā)，為大壩下游魚(yú)類等水生動(dòng)物過(guò)壩洄游的魚(yú)道設(shè)計(jì)提出新型概念的魚(yú)道設(shè)計(jì)方法，并達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用、高效環(huán)保等多重功效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是為大壩下游魚(yú)類等水生動(dòng)物過(guò)壩洄游的魚(yú)道設(shè)計(jì)提供一種無(wú)水資源損耗、無(wú)自由水面的過(guò)魚(yú)系統(tǒng)及方法。
[0010]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種無(wú)水資源損耗、無(wú)自由水面的過(guò)魚(yú)系統(tǒng)，包括出魚(yú)隧道、進(jìn)魚(yú)隧道、匯魚(yú)室、出魚(yú)閘、進(jìn)魚(yú)閘、發(fā)聲單元、發(fā)光單元、注料機(jī)、注料管、探魚(yú)雷達(dá)和總控系統(tǒng)，其中:出魚(yú)隧道設(shè)置于大壩中，水庫(kù)水體直接進(jìn)入出魚(yú)隧道；出魚(yú)隧道通過(guò)出魚(yú)閘后連接匯魚(yú)室，匯魚(yú)室的下游端連接進(jìn)魚(yú)閘，然后再連接進(jìn)魚(yú)隧道，進(jìn)魚(yú)隧道連接到下游河道；發(fā)聲單元、發(fā)光單元設(shè)置在匯魚(yú)室、出魚(yú)隧道和進(jìn)魚(yú)隧道內(nèi)；注料管一頭設(shè)置在注料機(jī)上、另外一頭設(shè)置到匯魚(yú)室內(nèi)；出魚(yú)閘和進(jìn)魚(yú)閘的動(dòng)力裝置、發(fā)聲單元、發(fā)光單元、注料機(jī)、探魚(yú)雷達(dá)分別連接到總控系統(tǒng)，由總控系統(tǒng)控制開(kāi)啟關(guān)閉。
[0011]優(yōu)選地，所述出魚(yú)隧道為由鋼筋混凝土建筑或金屬或HDPV、HDPE等非金屬材料做成的過(guò)水過(guò)魚(yú)通道，用于提供通道使魚(yú)從里面出來(lái)。
[0012]優(yōu)選地，所述進(jìn)魚(yú)隧道為由鋼筋混凝土建筑或金屬或HDPE、HDPE等非金屬材料做成的過(guò)水過(guò)魚(yú)通道，用于提供通道使魚(yú)從外面進(jìn)去。
[0013]優(yōu)選地，所述匯魚(yú)室為由混凝土建筑的密閉空間，作為魚(yú)群匯集的場(chǎng)所。
[0014]優(yōu)選地，所述出魚(yú)閘為控制出魚(yú)隧道中水流和過(guò)魚(yú)的水工建筑物，同時(shí)用于整個(gè)過(guò)魚(yú)系統(tǒng)的檢修。
[0015]優(yōu)選地，所述進(jìn)魚(yú)閘為控制進(jìn)魚(yú)隧道中水流和過(guò)魚(yú)的水工建筑物，同時(shí)用于整個(gè)過(guò)魚(yú)系統(tǒng)的檢修。
[0016]優(yōu)選地，所述發(fā)聲單元為能夠發(fā)出吸引魚(yú)類和驅(qū)趕魚(yú)類不同聲音的裝置:當(dāng)發(fā)出魚(yú)類喜歡的聲音時(shí)，吸引下游的魚(yú)類沿進(jìn)魚(yú)隧道進(jìn)入?yún)R魚(yú)室；當(dāng)發(fā)出驚嚇魚(yú)類的聲音時(shí)，驅(qū)趕匯魚(yú)室內(nèi)的魚(yú)類沿出魚(yú)隧道進(jìn)入上游水庫(kù)。
[0017]優(yōu)選地，所述發(fā)光單元為能夠發(fā)出吸引魚(yú)類的燈光裝置:當(dāng)打開(kāi)匯魚(yú)室和進(jìn)魚(yú)隧道內(nèi)發(fā)光單元時(shí)，吸引下游的魚(yú)類沿進(jìn)魚(yú)隧道進(jìn)入?yún)R魚(yú)室；當(dāng)打開(kāi)匯魚(yú)室和出魚(yú)隧道內(nèi)發(fā)光單元時(shí)，吸引匯魚(yú)室的魚(yú)類沿出魚(yú)隧道進(jìn)入水庫(kù)。
[0018]優(yōu)選地，所述注料機(jī)為向匯魚(yú)室提供魚(yú)飼料的裝置，用于使進(jìn)入?yún)R魚(yú)室內(nèi)的魚(yú)類有食物撲捉而停留其中，可以通過(guò)氣體和飼料一起加以輸送。
[0019]優(yōu)選地，所述注料管為輸送魚(yú)飼料的管道，由HDPV或金屬材料制成。
[0020]優(yōu)選地，所述探魚(yú)雷達(dá)為探測(cè)魚(yú)群的裝置。
[0021]優(yōu)選地，所述總控系統(tǒng)為控制門吊、發(fā)聲單元、發(fā)光單元、注料機(jī)、探魚(yú)雷達(dá)運(yùn)行啟閉的系統(tǒng)裝置。
[0022]本發(fā)明基于上述系統(tǒng)，提供一種無(wú)水資源損耗、無(wú)自由水面的過(guò)魚(yú)方法:采用總控系統(tǒng)開(kāi)啟進(jìn)魚(yú)閘、關(guān)閉出魚(yú)閘；開(kāi)啟匯魚(yú)室和進(jìn)魚(yú)隧道內(nèi)的發(fā)聲單元，播放親魚(yú)聲波；開(kāi)啟匯魚(yú)室和進(jìn)魚(yú)隧道內(nèi)的發(fā)光單元，發(fā)射親魚(yú)光線；開(kāi)啟注料機(jī)，加注魚(yú)飼料和空氣到匯魚(yú)室，并在匯魚(yú)室形成回流場(chǎng)；開(kāi)啟探魚(yú)雷達(dá)，觀察匯魚(yú)室內(nèi)的魚(yú)群情況，隨著時(shí)間推移，下游河道的魚(yú)群將被吸引、停留在匯魚(yú)室內(nèi)；
[0023]通過(guò)探魚(yú)雷達(dá)觀測(cè)到匯魚(yú)室內(nèi)的魚(yú)群達(dá)到一定數(shù)量后，關(guān)閉進(jìn)魚(yú)閘，然后慢慢開(kāi)啟出魚(yú)閘，關(guān)閉進(jìn)魚(yú)隧道內(nèi)的發(fā)光單元；開(kāi)啟匯魚(yú)室和出魚(yú)隧道內(nèi)的發(fā)聲單元和發(fā)光單元，播放驅(qū)魚(yú)聲波，匯魚(yú)室內(nèi)的魚(yú)群在出魚(yú)隧道的注水過(guò)程中將被驅(qū)趕到大壩上游水庫(kù)中。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有魚(yú)道設(shè)計(jì)方法的顯著不同在于，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置有壓、無(wú)自由水面的過(guò)魚(yú)隧道、匯魚(yú)室、控制閘、燈光與音樂(lè)吸引、聲波驅(qū)魚(yú)、喂料留魚(yú)、雷達(dá)監(jiān)測(cè)魚(yú)量等措施，在過(guò)魚(yú)過(guò)程中沒(méi)有水流流速，因此，無(wú)論什么魚(yú)類等水生動(dòng)物都能夠游過(guò)，有效地將大壩下游的魚(yú)類等水生動(dòng)物吸引