一种引导鱼类上溯的装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种引导鱼类上溯的装置和方法，它包括水动力装置和若干倒T型供水单元组成，所述的倒T型供水单元由主供水管、分支管构成；水泵与若干倒T型供水单元相连，分支管上开有若干喷口，所述喷口上设置有喷嘴，所述倒T型供水单元含有两个及以上的喷嘴，每个单元中喷嘴的喷射方向引出的射线大致相交于一点，该点与任意两个喷嘴的连线与此两个喷嘴之间的连线呈锐角三角形，任一单元的喷嘴各自的淹没射流叠加形成一个叠加射流，若干单元喷嘴的叠加射流首尾相连叠加形成所述射流水流通道。本发明针对喜好动水上溯的鱼类在高坝大库的静止或者低流速区域中无吸引水流诱导上溯的问题，利用管网多喷口射流，引导鱼类上溯，防止因为水利工程建设而使得有上溯产卵习性的鱼类因为水文条件的改变而无法通过水库中的大范围静止或低流速区域。
【专利说明】一种弓I导鱼类上溯的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种引导鱼类上溯的装置和方法，属于水利水电工程环境保护领域。【背景技术】
[0002]随着公众环保意识的提高，鱼道作为减缓鱼类受水利工程阻隔影响的生态补偿措施越来越受到社会各界及环保行政部门的关注。目前所建设的传统鱼道大多数关注鱼道的进口如何高效引鱼，鱼类进入鱼道后能否顺利经过鱼道翻越大坝，鱼类游出鱼道后能否适应上游水库变化的水位，仅着眼于坝址处的鱼类越障问题。而国外学者在1948年、1954年在美国邦纳维尔坝及鬼门峡鱼道进行了试验，证明鱼类在过坝和在水库中洄游会发生延搁。延搁表现在通过平静的大水库可能一度迷失方向。加拿大学者指出鱼类在鱼道进口及在流速不同的鱼道内经过长时间的延搁，已极度疲乏，故上溯到上游的鱼就无力到达繁殖区，即使到达繁殖区也失去了繁殖能力。这表明喜好动水上溯的鱼类既需要动水的引导，也需要有能随时休息的静水区域。
[0003]传统鱼道对此已经有较多的考虑和改进，而在高坝大库的广大静水或低流速区域，此问题还缺少有效的解决办法。另外由于水库群的实际运行情况复杂多变，导致低流速区域的范围经常变动，喜好动水的鱼类即使翻坝成功，还是经常进入到水库中的低流速区域或者静止区域，无法继续上溯。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的在于针对水库中低流速区域或静水区域鱼类无法上溯的问题，提供一种引导鱼类上溯的装置。
[0005]本发明另一目的在于提供一种弓I导鱼类上溯的方法。
[0006]技术方案:本发明中的高坝大库中保证鱼类连续上溯的长距鱼道装置，包括水动力装置和若干倒T型供水单元组成，所述的倒T型供水单元由主供水管、分支管构成；水泵与若干倒T型供水单元相连，分支管上开有若干喷口，所述喷口上设置有喷嘴，所述倒T型供水单元含有两个及以上的喷嘴，每个单元中喷嘴的喷射方向引出的射线大致相交于一点，该点与任意两个喷嘴的连线与此两个喷嘴之间的连线呈锐角三角形，任一单元的喷嘴各自的淹没射流叠加形成一个叠加射流，若干单元喷嘴的叠加射流首尾相连叠加形成所述射流水流通道。利用这些喷嘴形成的射流水流通道，引导喜好动水的鱼类逆着射流水流通道水流流动方向前进，从而避免这些鱼类迷失在水库中的低流速区域或静水区域。
[0007]管网的结构布置形式不限于附图所示的直线分叉形式，还可以采用横断面内喷口环形布置等其它形式，供水单元的组成可以分段，所述主供水管可以采用串联、并联，分叉连接形式，管线可以是曲线和折线。因所述组成管网主供水管与分支管的作用在于为喷嘴供水，所以能实现喷嘴供水的常规手段均可以实现本发明的发明目的。
[0008]管网水流通道上设有流速传感器，所述流速传感器与计算机控制器用信号线连接。所述计算机控制器与所述水动力装置用信号线连接。[0009]本发明一种引导鱼类上溯的方法，按如下步骤进行:
[0010]所述水动力装置控制供水流量，水流经所述主供水管、分支管，最终从所述鸭嘴阀喷嘴流出，在静水或者低流速水体中形成一条连续的射流水流通道，水流通道横断面的流速分布特征是中心区域大，沿径向逐步减小至环境水体流速。喜好动水但个体游泳能力有差别的各种鱼类，均可在该水流通道中找到适合自己的水流子通道上溯。装置淹没于水中，与周围环境水体相通，鱼类可以随时选择动水通道上溯，也可以随时离开动水通道而在周围的静水或低流速水体中休息觅食。
[0011]装置可在水库水位的变幅范围内，在不同等级的水库水位下沿岸多层安装，或者采用浮筒悬挂固定安装，保证在不同的水库运行水位下，总有淹没在水中的管网和喷嘴可以形成连续的水流通道。
[0012]管网和喷射形成的动水水流通道都不必一直连续，但连续的水流通道为喜好动水的鱼类提供了更多的随时进入水流通道的上溯机会。
[0013]本发明在建坝前存在较高流速的区域，而建坝后经常变成缓流和静止区域的地方，人工制造稳定的动水通道，在空间和时间上保证动水的持久稳定，以便鱼类能够随时找到动水水流上溯。
[0014]本发明有益效果在于:针对喜好动水上溯的鱼类在高坝大库的静止或者低流速区域中无吸引水流诱导上溯的问题，利用管网多喷口射流，引导鱼类上溯，防止因为水利工程建设而使得有上溯产卵习性的鱼类因为水文条件的改变而无法通过水库中的大范围静止或低流速区域。上溯鱼类可以在通道内，找到自己偏好的水流流速，在相应的子通道内迎流上溯；当需要休息时，可以随时脱离通道，在环境水体中休息觅食，待恢复游泳能力之后，又可以随时进入通道，继续上溯至产卵区。从而达到鱼类保护的目的。
[0015]本发明装置相对独立稳定，抗干扰能力强，由于采用主动的方式控制通道流态和流速分布，吸引水流稳定，引鱼效果良好。喜好动水上溯的鱼类，可以根据自身的游泳能力，找到合适的流速子通道，迎流上溯，适用鱼类范围广；本装置实时监控通道内的水流流速并与主控计算机相连，可灵活调整通道内的流态与流速，提高过鱼效率；本发明装置可以长距离布置，在平静的水库里形成一定流速的通道，从而引导鱼类上溯到达繁殖区；由于采用了弹性橡胶鸭嘴阀，装置管道内无水流时，喷口在周围水体压力和鸭嘴阀橡胶自身的弹力作用下自动闭合，防止环境水体中的泥沙和生物入侵系统管网，系统管道使用寿命长；装置自身体积较小，受水流冲击力小，结构简单稳定，便于沿岸布置，不影响主航道通航；系统的水泵，管道和喷嘴等部件可以在市场上方便购置，管网的水力计算和布置也远比城市网管系统设计简单，设计技术条件成熟；在鱼类洄游的月份，可以开启“通道”，方便鱼类上溯，在平时不用时，可以关闭检修；整个“通道”由各分段组合形成，局部发生故障时不影响其他通道的使用，故障通道也便于及时修理和更换；本装置虽然是为解决高坝大库中静水或低流速区域中喜好动水上溯的鱼类无诱导水流的问题而设计，但在一定条件下，也可以替代部分坝址处传统短距离鱼道，发挥过鱼作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明装置的立体结构示意图；
[0017]图2是本发明装置工作过程中所形成的动水主流流动平面示意图；[0018]图3是本发明装置工作过程中喷嘴射流的侧视图；
[0019]图4是本发明装置工作过程中位于同一竖直面内一组喷嘴射流的正视图；
[0020]图5是本发明装置工作过程中主流某一横断面(即图2中横断面A-A)内水流流速分区示意图；
[0021]图6是本发明装置在水库中的平面布置示意图；
[0022]图7是本发明装置在水库不同运行水位下沿水深布置示意图。
【具体实施方式】
[0023]根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0024]实施例1
[0025]本发明中的一种引导鱼类上溯的装置，包括水动力装置I和若干倒T型供水单元2组成，所述的倒T型供水单元2由主供水管3、分支管4构成；所述水动力装置I与若干倒T型供水单元2相连，所述分支管4上开有若干喷口 5，所述喷口 5上设置有喷嘴6，所述倒T型供水单元2含有两个及以上的喷嘴6，每个单元中喷嘴6的喷射方向引出的射线大致相交于一点，该点与任意两个喷嘴6的连线与此两个喷嘴6之间的连线呈锐角三角形，任一单元的喷嘴6各自的淹没射流叠加形成一个叠加射流，若干单元喷嘴6的叠加射流首尾相连叠加形成所述射流水流通道7，如图3所示。
[0026]这样通过喷嘴喷射淹没射流在水下产生射流水流通道便可以引导有上溯习性的鱼类顺利穿过水流速较低或者静水区域，到达鱼类的繁殖地。管网和喷射形成的射流水流通道不必一直连续，但空间连续的水流通道为喜好动水的鱼类提供了更多的进入水流通道的上溯机会，因此在构建该鱼类应道装置时，应当合理设置该鱼类引导装置的各部件，使得该射流水流通道7在空间连续。
[0027]此外，为防止环境水体中的泥沙和生物入侵系统管网，可以将喷嘴为鸭嘴阀橡胶喷嘴。该喷嘴在不喷水时通过鸭嘴阀橡胶自身的弹力作用而自动闭合，起到延长系统管网使用寿命的作用。
[0028]此外，进一步的限定喷射方向交点与任意两个喷嘴6的连线与此两喷嘴6之间的连线呈锐角三角形可以使得叠加后的射流水流通道7接近垂直地穿过各喷嘴6之间的空间中，将管路及喷嘴6可能对鱼类上溯造成影响降至最小。并且，只有这样不通过管路和喷嘴6的射流水通道才可以形成如图3所示的射流水流通道截面示意图。该水流通道横断面的流速分布特征是中心区域大，沿径向逐步减小至环境水体流速依次为，水流低流速区域10、水流中流速区域11、水流高流速区域12，如图5所示。这样喜好动水但个体游泳能力有差别的各种鱼类，均可在该射流水流通道7中找到适合自己的水流子通道上溯。
[0029]在本实施例中将位于同一竖直面内分支管4上的四个喷嘴6称为一组喷嘴，四个喷嘴6位置的连线为一矩形，四个喷嘴6喷射方向引出的射线交点在该组喷嘴6所处的竖直平面上的投影位于该组喷嘴6连线形成的矩形中心，如图4所示。这样进一步优化，使得四个喷嘴对称设置，叠加的水流可以很容易得达到射流水流通道的最优化形状，并且四条射流叠加也使得射流的叠加过程更加均匀，扩大了图5所示各区域的面积，增强了适应各种流速鱼类的选择范围增大了各种鱼类的通道宽度。
[0030]该实施例的装置还包括计算机控制器8和流速传感器9，所述的流速传感器9测量射流水流通道7中水的流速并传送至计算机控制器8，所述的计算机控制器8控制水动力装置I的输出流量。
[0031]图6为本发明装置在水库中的平面布置示意图，如图所示的区域分别为静水区域13、库尾自然流水区域14还有本发明中的引导鱼类上溯的装置15和大坝16。
[0032]装置引导鱼类上溯的方法为:开启水动力装置1，向管网供水，水流经主管和分支管道从鸭嘴阀喷射而出，在静水或低流速水体中形成一条连续的射流水流通道7。
[0033]实施例2
[0034]按照实施例1中同样的装置引导鱼类上溯的方法，在鱼类上溯的月份，开启装置中的水动力装置1，向管网供水，水流经主管和分支管道从鸭嘴阀喷射而出，在静水或低流速水体中形成一条连续的射流水流通道7形成如附图2中所示的沿管网中心轴线的稳定连续动水水流，流速传感器9测量流速，将信号传递回计算机控制器8，控制计算机根据专家库方案，适时调整水动力装置I供水流量，直至流速传感器9监测到合理流速数值，系统进入相对稳定运行状态。多喷口鸭嘴阀射流形成沿管网中心的高速主流，在主流的卷吸作用下，带动周围环境流体流动，在主流横断面内形成如附图5所示的不同流速分区，即沿管线主流中心形成类似“同心圆柱面”的在径向存在流速梯度的水流子通道，喜好动水上溯的鱼类，不管是什么种类的鱼，还是同类但个体游泳能力存在差异的鱼，都可以在该装置产生的动水总通道中找到适合自己的水流子通道，并在持续的动水吸引下不断上溯；当需要休息时，可以随时在管网的任何位置脱离动水通道，在周围静止或者低流速区域水体中休息觅食，待游泳能力恢复之后，可继续进入通道，迎流上溯。
[0035]在非鱼类上溯月份或者检修期间，水动力装置I关闭，管道内无动水压力，此时鸭嘴阀橡胶喷口在自身材料的弹力作用和环境水体的压力作用下，自动闭合，防止环境水体中的泥沙和生物入侵系统管网。
[0036]实施例3
[0037]对于水位变幅较大的水库，可以在水位涨落范围内，设置多条长距鱼道装置，如图7所示，低水位时，可以开启A通道；中水位时，A、B两条通道可选，高水位时，A、B、C三条通道可选；各水位下，各通道的工作方法与实施例2相同，装置设置与实施例1相同。如附图7所示的河道水库断面，其中引导鱼类上溯装置15被支架17固定，该支架是一种通常设置，用来固定本发明的引导鱼类上溯装置。
[0038]实施例4
[0039]本发明装置可沿岸通过支架固定于水中，也可以选择浮筒悬挂固定的方式，这样当遇到实施例4中水库水位变幅较大的情况，浮筒悬挂固定的方式只需要一条通道，但管网材料需要柔性管材或者有柔性的接头，工作方法与实施例2相同，装置设置与实施例1相同。
[0040]实施例5
[0041]附图1所示的管道和管嘴的个数和分布不限制于图中所示，各种变化形式的目的是在水库中形成连续的多通道动水水流，工作方法与实施例2相同，装置设置与实施例1相同。[0042]如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
【权利要求】
1.一种引导鱼类上溯的装置，其特征在于，包括水动力装置(I)和若干倒T型供水单元(2)组成，所述的倒T型供水单元(2)由主供水管(3)、分支管(4)构成；所述水动力装置(I)与若干倒T型供水单元(2)相连，所述分支管(4)上开有若干喷口(5)，所述喷口(5)上设置有喷嘴(6)，所述倒T型供水单元(2)含有两个及以上的喷嘴(6)，每个单元中喷嘴(6)的喷射方向引出的射线大致相交于一点，该点与任意两个喷嘴(6)的连线与此两个喷嘴(6)之间的连线呈锐角三角形，任一单元的喷嘴(6)各自的淹没射流叠加形成一个叠加射流，若干单元喷嘴出)的叠加射流首尾相连叠加形成所述射流水流通道(7)。
2.根据权利要求1所述的一种引导鱼类上溯的装置，其特征在于，所述的射流水流通道(7)空间连续。
3.根据权利要求1所述的一种引导鱼类上溯的装置，其特征在于，所述的喷嘴(6)为鸭嘴阀橡胶喷嘴。
4.根据权利要求1所述的一种引导鱼类上溯的装置，其特征在于，在同一竖直面上，所述两根分支管(4)上的四个喷嘴(6)为一组喷嘴，四个喷嘴(6)位置的连线为一矩形，四个喷嘴(6)喷射方向引出的射线交点在该组喷嘴(6)所处的竖直平面上的投影位于该组喷嘴(6)连线形成的矩形中心。
5.根据权利要求1所述的一种引导鱼类上溯的装置，其特征在于，该装置还包括计算机控制器(8)和流速传感器(9)，所述的流速传感器(9)测量射流水流通道(7)中水的流速并传送至计算机控制器(8)，所述的计算机控制器(8)控制水动力装置(I)的输出流量。
6.利用权利要求1-5所述一种引导鱼类上溯的方法，其特征在于，在不同等级的水库下沿岸多层安装或采用浮筒悬挂固定安装所述装置，开启水动力装置(I)，水流经过主供水管(3)、分支管(4)，最终从喷嘴(6)喷出，在静水或低流速水体中形成一条连续的射流水流通道(7);所述水流通道横断面的流``速分布特征是中心区域大，沿径向逐步减小至环境水体流速，喜好动水但个体游泳能力有差别的各种鱼类，均可在该水流通道中找到适合自己的水流子通道上溯；装置淹没于水中，与周围环境水体相通，鱼类随时选择动水通道上溯，或随时离开动水通道而在周围的静水或低流速水体中休息觅食。
7.根据权利要求6所述的一种引导鱼类上溯的方法，其特征在于，开启水动力装置(I)后，流速传感器(9)将测得的流速数据传送至计算机控制器(8)，计算机控制器(8)根据该流速数据控制水动力装置(I)，调整水动力装置(I)的输出流量。
【文档编号】E02B1/00GK103669277SQ201310613366
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】戴会超, 高柱, 谭均军, 尹章昭, 唐梦君, 高勇 申请人:河海大学, 中国长江三峡集团公司