隧洞式仿自然鱼道的拦鱼提升设备及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水利工程和环保工程领域，涉及一种用于解决洄游鱼类通过拦河建筑物上溯的过鱼设施，更具体的说是一种新型隧洞式仿自然鱼道的拦鱼提升设备及其使用的方法。
【背景技术】
[0002]洄游是鱼类因生理要求、遗传和外界环境因素等影响，引起周期性的定向往返移动。洄游是鱼类在系统发生过程中形成的一种特征，是鱼类对环境的一种长期适应，它能使种群获得更有利的生存条件，更好地繁衍后代。而现今，人类为了能获得水能，在天然河流上修筑拦河大坝，阻断了鱼类的洄游通道，严重破坏了河流内的自然生态环境。人类为了补救对河流造成的破坏，在建设拦河大坝时设计建设了多种过鱼设施，帮助洄游鱼群过坝。鱼道属于过鱼设施中最常用的一种。
[0003]在修有鱼道的拦河大坝的下游河段，洄游鱼群通过鱼道进口流出的诱鱼水流找到鱼道进口，通过鱼道进口游入鱼道主体，最终游向鱼道出口，游入上游河段，完成翻过拦河大坝向上游洄游。
[0004]随着我国水电建设向河道上游推进，往往会遇到在河床狭窄、河道两岸山体高陡等地形上选取坝址的情况。在这种情况下，河床往往会被泄洪建筑物所占据，导致鱼道难以布置。一般情况下，按照鱼道布置的要求，在地形陡峭及河床狭窄区域，鱼道只能布置在电站厂房旁边的高陡的山体上。在现有技术中，建设上述地形中的鱼道时，采用的明挖的方式，需要深切开挖山体，在鱼道两侧会形成高陡的开挖边坡。为了保证开挖边坡的稳定，保证鱼道的安全运行，边坡需要加固支护。由此，在河床狭窄、河道两岸山体高陡的地形中修建鱼道，不仅开挖工程量大，边坡加固支护的设计和施工技术难度高，整个工程的造价昂贵，而且在修建此种鱼道的同时，山体深切开挖，导致水土流失，破坏了山上陆生动植物的原始生态环境。
[0005]为克服上述缺点及不足，设计了一种隧洞式仿自然鱼道，可以保证洄游鱼群回溯至上游附近。但是，由于某些工程上游过鱼水位变幅大导致普通鱼道出口布置方案难以适应如此大的水位变幅；同时由于上下游水位差大使得隧洞式仿自然鱼道的主体过长，洄游鱼群在鱼道主体内需花费大量时间才能游溯至上游水域中。为加快鱼类洄游过坝并适应上游较大的过鱼水位变幅，设计了与隧洞式仿自然鱼道相配合的专用转运及提升设备，保证洄游鱼群快速翻越拦河大坝进入上游水域。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种隧洞式仿自然鱼道的拦鱼提升设备，设置在隧洞式仿自然鱼道的鱼道主体和鱼道出口之间的鱼道出口段内，鱼道出口段的两侧为出口段侧墙，两个出口段侧墙之间沿逆水流方向依次设置有:下游移动拦鱼电栅、提升转运设备、集鱼厢、上游固定拦鱼电栅、挡水胸墙和出口闸门；两个出口段侧墙之间的上游水深h;在挡水胸墙和提升转运设备之间的鱼道出口段的底板上还设置有消力池；鱼道出口内设置有叠梁门。
[0007]上述技术方案中，所述的隧洞式仿自然鱼道的鱼道主体设置在电站厂房旁边的山体内部、连接下游河床和上游水库水域;鱼道主体的鱼道进口设置在电站厂房的下游河床内；鱼道主体的鱼道出口设置在电站厂房的上游水库内；鱼道主体由位于两侧的侧壁、位于底部的底板和位于顶部的顶拱组成;鱼道主体内设置有多个收缩段将鱼道主体间隔为多个鱼道池室;每一个收缩段上的过鱼竖缝连通相邻的两个鱼道池室。
[0008]上述技术方案中，所述的出口闸门设置在挡水胸墙的上游一侧，出口闸门的顶端设置在挡水胸墙底端以上，出口闸门为平板门结构。
[0009]上述技术方案中，两个出口段侧墙之间的水深为I米?3米，两个出口段侧墙的间距不少于最长过鱼目标体长的2倍;鱼道主体和叠梁门之间的距离不少于5倍的两个出口段侧墙的间距，叠梁门和挡水胸墙之间相距为I米?5米，出口闸门的高度为至少3米。
[0010]上述技术方案中，所述的消力池为下沉式结构，两侧为挡水胸墙，上游侧为斜坡面，下游侧为竖直面，底面水平;消力池的纵向长度、竖向深度均有泄洪效能计算确定。消力池的上游侧距离出口闸门不少于0.5米，消力池的下游侧距离提升转运设备不少于0.5米。
[0011]上述技术方案中，下游移动拦鱼电栅距离鱼道主体的最小距离为0.5米?1.5米；下游移动拦鱼电栅距离提升转运设备的最小距离为0.5米?1.5米;集鱼厢设置在提升转运设备内部，沿竖直方向移动;所述的集鱼厢的横向宽度大于两个出口段侧墙的间距，且二者相差不超过2米，集鱼厢的纵向长度不少于I米;下游移动拦鱼电栅至集鱼厢的最小距离大于I米，上游固定拦鱼电栅距离集鱼厢大于I米。
[0012]该隧洞式仿自然鱼道的拦鱼提升设备根据上游水位不同的情况，采取如下措施:
[0013]I)当上游水位过低时:
[0014]出口段侧墙之间的上游水深h低于I米时，关闭出口闸门。
[0015]2)当上游水位正常时:
[0016]当出口段侧墙之间的上游水深h为I米?3米时，出口闸门全部开启，叠梁门全开。
[0017]3)当上游水位较高时:
[0018]当出口段侧墙之间的上游水深h大于3米时，首先关闭出口闸门；然后向出口门门槽中放入部分叠梁门，将叠梁门以上的水深调节至I米?3米的范围内；接着可局部开启出口闸门。
[0019]利用该隧洞式仿自然鱼道的拦鱼提升设备帮助鱼群过坝时，当洄游鱼类游出鱼道主体后，经过如下步骤进入上游水库中:
[0020]步骤一:启动上游固定拦鱼电栅和下游移动拦鱼电栅，下游移动拦鱼电栅从下游最远处开始向上游方向移动;洄游鱼类被拦截在上游固定拦鱼电栅和下游移动拦鱼电栅之间；
[0021]步骤二:集鱼厢位于最低点，下游移动拦鱼电栅向上游方向移动至终点，洄游鱼类被驱赶进集鱼厢中；
[0022]步骤三:启动提升转运设备将集鱼厢沿竖直方向向上提升；同时关闭上游固定拦鱼电栅和下游移动拦鱼电栅，并且下游拦鱼电栅向下游方向移动；
[0023]步骤四:当集鱼厢提升至最高点高于出口段侧墙时，提升转运设备将集鱼厢倾斜并将洄游鱼类倾倒入上游水库中；
[0024]步骤五:集鱼厢倾泻完毕后归位并下降；
[0025]步骤六:集鱼厢降至最低点的初始位置，且同时下游移动拦鱼电栅位于下游最远处的初始位置，完成一次过鱼过程。
[0026]上述技术方案中，两个出口段侧墙之间的水流速度为0.5米/秒?1.5米/秒。
[0027]与传统的方法相比，本发明的优点在于:
[0028]其一，拦鱼提升设备设置在隧洞式仿自然鱼道的出口处，相应的配合该鱼道过鱼。使用本发明所设计的拦鱼提升设备，可以充分发挥隧洞式仿自然鱼道的开挖方便，消能明显的特点，保证鱼道的过鱼效果。
[0029]其二，洄游鱼群从隧洞式仿自然鱼道内回溯至上游侧的鱼道出口段时，往往由于上下游过高的水位差及上游较大的水位变幅，无法直接进入上游水域。本发明一方面通过叠梁门、挡水胸墙、出口闸门和消力池控制进入鱼道主体内水流的流量和流速满足要求;另一方面通过固定拦鱼电栅、移动拦鱼电栅及提升转运设备、集鱼厢解决由于上游过鱼水位变幅过大造成出鱼口布置困难、鱼类无法克服较大的水头差或鱼道主体段过长而延缓过