一种消能通道与过鱼通道独立的新Tesla阀式鱼道

本发明涉及人工鱼道，尤其是涉及一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道。

背景技术：

1、在水资源开发利用过程中，人们修建了越来越多的拦河建筑物，阻断了天然河流的连通性，为确保水利工程建设项目可持续发展，推进水系连通及水美乡村建设，应设置相应的过鱼设施，以减缓拦河工程对河流生态带来的不利影响。常见的过鱼设施包括鱼道、升鱼机、鱼闸与集鱼渔船等，其中后三者的运行维护成本较高，且适用于高水头过鱼河段。而鱼道具有后期维护成本低，对鱼干涉少，工作水头低等特点，常见的鱼道类型有竖缝式和仿自然式鱼道。而竖缝式鱼道的结构和流态单一，一般仅适合特定过鱼对象，仿自然式鱼道构建的流态虽更接近于天然水流，有利于鱼类上溯，但其存在占地面积大，适用水头较低的区域，一般不能超过1％的比降范围，并且现有的鱼道形式，均未将水流消能通道和过鱼通道独立分开，水流靠在过鱼通道内紊流耗散进行消能，水流耗散时会引起池室内水体紊乱，对鱼类上溯造成干扰。

2、tesla阀是一种被动式流体控制装置，由重复的弯道和直道构成，流体从阀门不同端口流入，流动将会呈现完全不同的规律，此现象即被称为tesla阀的单向流通性。当流体反向流入时，被划分为两股，两股流体在导流柱末端相互摩擦碰撞进行消能，致使流体流速大大削弱；当流体正向流入时，流动畅通无阻，流速被提升。tesla阀由于其特殊的结构和控制流动特性在微流体控制、微机电系统等领域得到广泛应用，然而在大尺度上，该阀门也可被应用于鱼道中。

3、keizer对大型tesla阀作为鱼道的可行性进行过相关研究，结果表明大尺度tesla阀在适宜的流量-比降的组合工况下，可作为鱼道。blotnicki j等将大型tesla阀的结构进行了一定改变，将原始tesla阀的倾斜边壁改为顺直边壁进行研究，结果表明该结构存在着池室流速过高、消能效率低下的问题。

4、已有的类似相关发明专利，包括“一种多通消能减阻式生态鱼道(202210130836.8)”和“一种具有消能结构的鱼类洄游通道(202210078202.2)”，前者将一椭圆状结构用作分割水流，而该结构可视作鱼类休息区，从其结构布置图可看出，同现有的鱼道形式一样，其并未将过鱼通道和消能通道独立分开，过鱼通道内的水体紊动仍会对鱼类上溯造成一定影响。后者将回路弧段末端进行延长，从其结构布置图可知，该结构内除休息池室外，常规池室中几乎不存在可供鱼类休息恢复体能的休息区域，不利于鱼类进行上溯。

5、因此，提供了一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，针对现有的问题，通过对原tesla阀进行了一定的结构优化，调整常规池的直/弯道宽度比、镂空导流柱并增加过鱼通道开口端长度等，经过大量的数值模拟研究，使结构具有常规池流速小、流态良好、休息区充足、消能效果好及消能通道与过鱼通道独立工作等特点，如不符合数值比例的要求，则不能达到理想效果。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，包括鱼道，所述鱼道由若干常规池连接，所述常规池分为两种，对称设置的左常规池和右常规池，所述左常规池和所述右常规池依次错位对称设置，所述右常规池的左侧倾斜设置过鱼通道，所述右常规池的右侧倾斜设置有消能直道，所述消能直道连接消能弧道，所述消能直道的起点与所述消能弧道的终点均与所述过鱼通道连接，所述消能直道与消能弧道组成消能通道，相邻的所述常规池中的所述过鱼通道相连；

3、所述过鱼通道、所述消能直道和所述消能弧道之间设置有导流柱，所述导流柱的上端由设置在所述过鱼通道一侧的短边与设置在所述消能直道一侧的长边组成分流夹角，所述长边连接弧线边，所述弧线边设置为所述导流柱的下端，所述短边、所述长边和所述弧线边围成休息区，所述短边与所述弧线边之间的开口设置为所述休息区的出入口，定义所述常规池的入口断面长度为入口特征长度，定义消能弧道的末端截面长度是弧道特征长度，所述弧道特征长度与入口特征长度的比值范围是2.05-2.30；

4、所述长边与所述消能直道的外侧平行，所述弧线边与所述消能弧道设置为同心圆弧，所述过鱼通道与消能直道的通道宽度的比值范围设置为1.15-1.30，所述常规池的长度与所述导流柱的长度比值范围设置为1.50-1.75，所述消能弧道的半径长度与所述弧线边的半径长度比值范围设置为2.10-2.30，所述短边的长度与所述长边的长度比值范围设置为0.40-0.55，所述长边的长度与所述消能直道的长度比值范围设置为0.55-0.70，所述消能弧道的弧度范围设置为155°-170°，所述左常规池的所述过鱼通道的水平角度范围是11°-14°，所述分流夹角的角度范围设置为22°-28°。

5、优选的，所述鱼道设置为两段，所述鱼道的断开处设置有鱼类休息平台。

6、优选的，所述鱼道中设置有六个所述常规池，包括三个所述右常规池和三个所述左常规池。

7、优选的，所述鱼道中设置有三个所述常规池，包括两个所述右常规池和一个所述左常规池。

8、优选的，所述鱼道设置在堤坝上，所述鱼道的上方连接所述堤坝上游，所述鱼道的下方连接所述堤坝下游。

9、因此，本发明采用上述结构的一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，具有以下好处：

10、(1)在本发明中，导流柱进行镂空处理，为鱼类提供了上溯必需的休息区，可满足鱼类充分休息、恢复体能，较原tesla阀鱼道，显著提升了休息区占比，增加了鱼类上溯成功的可能性。

11、(2)在本发明中，通过限制弧道特征长度与下一个常规池的入口特征长度的比例和过鱼通道的宽度与消能直道的宽度比例，可实现过鱼通道与水流消能通道独立工作的特点，水流在流速较大的消能通道中进行能量耗散，鱼类在流速较小的过鱼通道内进行上溯。

12、(3)在本发明中，在保持了消能效率的同时，将过鱼通道的水流紊乱进行了压制，使得常规池中的流态更加良好。

13、(4)本结构的适用比降范围较大，施工占用面积相对较小，在底坡比降(j)为2.5％以下，具有良好的上溯条件和经济性。

14、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，其特征在于：包括鱼道，所述鱼道由若干常规池连接，所述常规池分为两种，对称设置的左常规池和右常规池，所述左常规池和所述右常规池依次错位对称设置，所述右常规池的左侧倾斜设置过鱼通道，所述右常规池的右侧倾斜设置有消能直道，所述消能直道连接消能弧道，所述消能直道的起点与所述消能弧道的终点均与所述过鱼通道连接，所述消能直道与消能弧道组成消能通道，相邻的所述常规池中的所述过鱼通道相连；

2.根据权利要求1所述的一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，其特征在于：所述鱼道设置为两段，所述鱼道的断开处设置有鱼类休息平台。

3.根据权利要求2所述的一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，其特征在于：所述鱼道中设置有六个所述常规池，包括三个所述右常规池和三个所述左常规池。

4.根据权利要求2所述的一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，其特征在于：所述鱼道中设置有三个所述常规池，包括两个所述右常规池和一个所述左常规池。

5.根据权利要求1所述的一种消能通道与过鱼通道独立的新tesla阀式鱼道，其特征在于：所述鱼道设置在堤坝上，所述鱼道的上方连接所述堤坝上游，所述鱼道的下方连接所述堤坝下游。

技术总结
本发明公开了一种消能通道与过鱼通道独立的新Tesla阀式鱼道，涉及人工鱼道技术领域，包括鱼道，所述鱼道由若干常规池连接，所述常规池分为两种，对称设置的左常规池和右常规池，所述左常规池和所述右常规池依次错位对称设置，所述右常规池的左侧倾斜设置过鱼通道，所述右常规池的右侧倾斜设置有消能直道，所述消能直道连接消能弧道，所述消能直道的起点与所述消能弧道的终点均与所述过鱼通道连接，相邻的所述常规池中的所述过鱼通道相连；本发明采用上述结构，针对现有的问题，通过对原Tesla阀进行了一定的结构优化，调整常规池的室直/弯道宽度比、镂空导流柱并增加过鱼通道开口端长度等，使结构具有池室流速小、流态良好、休息区充足等特点。

技术研发人员：张春泽,侯极,胡俊杰,刘杰,周勤,王元玖,谢灵运,米家杉
受保护的技术使用者：重庆交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15