一種適應水位變動的魚道進口和設計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適應水位變動的魚道進口和設計方法，包括：帶有至少一個180°轉(zhuǎn)彎段的豎縫式魚道，豎縫式魚道包括由多個底部傾斜的水池連接而成直段，魚道進口包括一個與至少一個180°轉(zhuǎn)彎段并排的豎縫式進口，與豎縫式進口并排的各個180°轉(zhuǎn)彎段的轉(zhuǎn)彎邊墻的高度為該段的工作水深，轉(zhuǎn)彎邊墻上設有擋水邊墻，擋水邊墻上設有進魚豁口。本發(fā)明采用的豎縫式魚道通過180°轉(zhuǎn)彎段布置成折返式，實現(xiàn)180°轉(zhuǎn)彎段與魚道進口同側(cè)，同時利用180°轉(zhuǎn)彎段底板高程與邊墻墻高的合理設置，使得在攔水建筑物下游水位變化時，魚道內(nèi)水流能自動從相應魚道進口豁口出流或180°轉(zhuǎn)彎段豁口溢流，具有良好的水位變幅自適應性。
【專利說明】一種適應水位變動的魚道進口和設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適應水位變動的魚道進口和設計方法，是一種水工設施和設計方 法，是一種環(huán)保設施和設計方法，是一種保護魚類生態(tài)的水工設施和設計方法。
【背景技術】
[0002] 豎縫式魚道進口通常布置在攔水建筑物下游河岸上，泄水流量變化使得下游水位 非恒定，而水位大變幅導致豎縫式魚道難以布置成單進口。我國攔水建筑物下游水位變幅 通常較大(例如位于西藏自治區(qū)內(nèi)的某水電站下游水位變幅為7m)，但受豎縫式魚道適應水 位變幅能力的限制，需要通過多進口切換方式以適應攔水建筑物下游水位大變幅變動。對 于日調(diào)節(jié)水庫，下游水位迅速升降引起魚道多進口頻繁切換，而進口閘門高頻率啟閉促使 進口分岔段水流紊動，紊流與渦流迫使洄游魚類失去方向感，故多進口切換的水力響應造 成魚類滯留在魚道內(nèi)，影響魚道的過魚效率。同時，魚道進口閘門啟閉需要人工或自動化系 統(tǒng)根據(jù)水位升降信息嚴密控制，增加了豎縫式魚道運行管理難度，提高了前期工程建設投 資成本與后期設備運行維修費用。
[0003] 目前，國外針對多進口切換問題提出了單進口豎縫式魚道分段補水方式，即攔水 建筑物下游水位上升，魚道下游常規(guī)水池水深隨之超過工作水深時，豎縫射流的流速降低 較大，甚至小于洄游魚類的感應流速，而國外采用魚道分段補水的方式增加魚道下游常規(guī) 水池的過流流量，使得豎縫斷面平均流速恢復至合理范圍內(nèi)，實現(xiàn)豎縫式魚道設置單進口 以適應水位大變幅變動，同時避免了多進口閘門切換引起的水流紊亂問題。例如位于巴西 Rondnia州Porto Velho市上游約6公里的Santo Antnio水電站，工程完工后尾水高程 為45. 10~59. 35m，變幅約為14. Om，為了避免修建多個進口，Presidimum島吸引水流系統(tǒng)對 Santo Antnio水電站魚道進行分段補水；Presidimum島吸引水流系統(tǒng)主要由引水管道和 消能體構(gòu)成，引水管道分為左右2支，在魚道不同位置各通過6處消能體將水量補充進魚道 主體，消能體的主要作用是降低水流從引水管道進入魚道主體的能量與流速，使其與魚道 主體內(nèi)的流速基本一致，避免影響魚類上溯。但水位頻繁變化導致相應的補水量并非恒定， 需要安置多個閥門啟閉用以適應補水量變化，繁多閘門的啟閉工況由自動控制系統(tǒng)根據(jù)水 位升降信息嚴格控制，提高了前期工程修建投資成本、后期運行成本與設備運行維修費用， 一定程度上增加了魚道運行管理難度；引水管道內(nèi)的水流流速通常高于魚道主體內(nèi)的流 速，且隨不同閥門啟閉而自適應改變，故需要消能體將引水管道內(nèi)的不同高水流流速衰減 至恒定的魚道主體內(nèi)的流速，提高了管道消能體適應能力的要求，增加了消能體的設計研 宄難度；高水位時，需要對魚道進行大量補水以提高豎縫射流流速，過大補水量造成水資源 浪費與蓄水能量的損失，例如Santo Antnio水電站魚道的最大補水量為52m3/s，而魚道自 身過流流量為l〇m3/s，可見Presidimum島吸引水流系統(tǒng)最大補水量相當于魚道自身過流流 量的5. 2倍。
[0004] 基于泄水流量變化引起攔水建筑物下游水位變動的情況，高進魚效率、小過流流 量、低投資成本、少運行操作的魚道進口成為豎縫式魚道水力特性研宄的關鍵課題之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提出了一種適應水位變動的豎縫式魚道進口的 設計方法 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種適應水位變動的魚道進口，包括：帶有至少一個 180°轉(zhuǎn)彎段的豎縫式魚道，所述豎縫式魚道包括由多個底部傾斜的水池連接而成直段，所 述的各個水池之間由設置在左岸或右岸的隔板以及設置在右岸或左岸與隔板相對錯開的 直段導板隔開，所述的魚道進口包括一個與至少一個180°轉(zhuǎn)彎段并排的豎縫式進口，與豎 縫式進口并排的各個180°轉(zhuǎn)彎段的轉(zhuǎn)彎邊墻的高度為該段的工作水深，所述的轉(zhuǎn)彎邊墻 上設有擋水邊墻，所述的擋水邊墻上設有進魚豁口。
[0006] 一種上述適應水位變動的魚道進口的設計方法，所述的方法的步驟如下： 計算豎縫式進口底板高程，按下列公式計算： Hinlet= Hmin - hmin 式中，Hinlert--豎縫式進口底板尚程、Hmin--豎縫式進口最低水位、hmin--豎縫式進 口最小水?米； 計算豎縫式進口的最大水深、最小水深按下列公式計算：
【權利要求】
1. 一種適應水位變動的魚道進口，包括：帶有至少一個180°轉(zhuǎn)彎段的豎縫式魚道，所 述豎縫式魚道包括由多個底部傾斜的水池連接而成直段，所述的各個水池之間由設置在左 岸或右岸的隔板以及設置在右岸或左岸與隔板相對錯開的直段導板隔開，其特征在于，所 述的魚道進口包括一個與至少一個180°轉(zhuǎn)彎段并排的豎縫式進口，與豎縫式進口并排的 各個180°轉(zhuǎn)彎段的轉(zhuǎn)彎邊墻的高度為該段的工作水深，所述的轉(zhuǎn)彎邊墻上設有擋水邊墻， 所述的擋水邊墻上設有進魚豁口。
2. -種權利要求1所述適應水位變動的魚道進口的設計方法，所述的方法的步驟如 下： 計算豎縫式進口底板高程，按下列公式計算： Hinlet= Hmin - hmin 式中，Hinlert--豎縫式進口底板尚程、Hmin--豎縫式進口最低水位、hmin--豎縫式進 口最小水?米； 計算豎縫式進口的最大水深、最小水深按下列公式計算： 式中，hmax 豎縫式進口最大水深、hmin
豎縫式進口最小水?米、Utl 豎縫式進口 的豎縫斷面平均流速、Iitl一一魚道設計水深、uf-一過魚對象的感應流速、ub-一過魚對象 的克流流速； 豎縫式進口的水位變幅Dh為： Dh= hmax_hmin 與豎縫式進口相鄰的帶有豁口的180°轉(zhuǎn)彎段的底板高程H1，按以下公式計算： HiHinIet+hmaxh〇 豎縫式進口與相鄰帶有豁口的180°轉(zhuǎn)彎段之間距離L1，按下列公式計算：
式中，i一一魚道設計坡度，其中L1不包括180°轉(zhuǎn)彎段的長度； 豁口底端高程與180°轉(zhuǎn)彎段底板高程之差為魚道設計水深，而豁口寬度b、豁口最大 水深匕^按下列公式計算： ufbhlmax-u〇hmaxB 式中，B-一豎縫進口的斷面寬度，hlmax-一豁口的水位變幅； 其他帶有豁口的180°轉(zhuǎn)彎段的底板高程Hi,按下列公式計算： Hi=Hi-^hlmax 式中，H^1-一相鄰180°轉(zhuǎn)彎段的底板高程； 相鄰180°轉(zhuǎn)彎段的距離1^按下列公式計算： L= ：￡Ξ，Li不包括180°轉(zhuǎn)彎段的長度； 180°轉(zhuǎn)彎段的個數(shù)n，按下列公式計算： Dh+ Cn-Dhlmax^ Hmax-Hmin^ Dh+nh lmax 式中，Hmax--豎縫式進口最尚水位； 豎縫式進口段邊墻、魚道的導板、隔板頂端高程為最高豁口頂端高程與安全超高之和。
3. 根據(jù)權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述的豎縫式進口的寬度為魚道寬 度的 3/20~4/20 倍。
4. 根據(jù)權利要求2所述的設計方法，其特征在于：所述豎縫式進口的底板高程為攔水 建筑物下游最低水位與3/4~5/6倍魚道寬度的差值。
5. 根據(jù)權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述的豎縫式進口與相鄰180°轉(zhuǎn)彎 段之間的魚道長度為2/3~1倍設計水深與魚道坡度的比值。
6. 根據(jù)權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述180°轉(zhuǎn)彎段之間的魚道長度為 9/30~2/5倍設計水深與魚道坡度的比值。
7. 根據(jù)如權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述的擋水邊墻頂端高程為最高 水位與安全超高之和。
8. 根據(jù)權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述的豁口寬度為魚道寬度的3/4~1 倍。
9. 根據(jù)權利要求2所述的設計方法，其特征在于，所述的豎縫式魚道與180°轉(zhuǎn)彎段的 底坡為0。
【文檔編號】E02B8/08GK104452693SQ201410588897
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權日:2014年10月29日
【發(fā)明者】孫雙科, 邊永歡, 鄭鐵剛, 柳海濤, 夏慶福, 姜涵, 呂強 申請人:中國水利水電科學研究院