助驱式竖缝鱼道结构及其集鱼方法
【专利摘要】本发明公开了一种助驱式竖缝鱼道结构及其集鱼方法。该竖缝鱼道结构包括底板、侧壁，以及多个长隔块、短隔块和助驱平台。长隔块和短隔块将鱼道分成多个池室，长隔块和短隔块之间留有过鱼竖缝。助驱平台由J型板、弧形隔板、出水缝、补水缝和小型造波机组成，弧形隔板外侧布置着拦截网。本发明通过长隔块内布设的摄像头实时监控池室内水流和竖缝处过鱼情况，并将图像同步传输到计算机自动控制系统进行分析，计算机自动控制系统向小型造波机发送指令调控造波机的频率，在池室内形成适宜鱼类洄游的水流和吸引鱼类上溯的水声，显著地提高了传统竖缝鱼道的过鱼效率，能够降低水电水利工程对鱼类洄游的影响，有利于河流的生态保护。
【专利说明】助驱式竖缝鱼道结构及其集鱼方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种鱼道结构，具体的说是一种助驱式竖缝鱼道结构，属于洄游性鱼类过坝保护【技术领域】。
【背景技术】
[0002]水生生物保护是水利水电工程建设项目中需要考虑的重要问题，针对建设水利水电工程可能对鱼类等水生生物生存所需的生境条件、水文情势影响，国家已出台了多项相关条例和法律，用来减轻因建坝而导致的上下游水生动物阻断的危害。为了保护天然渔业资源、保障水生生态系统的连续性和多样性，目前采取的主要修复措施是在水电水利工程中修建鱼道，帮助鱼类洄游。据不完全统计，到20世纪60年代为止，美国、加拿大两国的过鱼建筑物在200座以上，主要采用鱼道，也有少量的机械提升设备；西欧各国有各种过鱼建筑物100座以上；日本约35座；前苏联15座以上。目前，我国建设了数十座过鱼设施，但由于缺乏对鱼道结构、水流流态和洄游鱼类习性及行为的深入研究与认识，加之受经济条件的限制和人们对渔业资源的保护观念和意识淡薄，造成我国过鱼设施的研究与建设较世界发达国家有很大的差距，过鱼效果不太理想，迫切需要一种新型鱼道弥补人类修建拦河建筑物对洄游鱼类造成的生存影响。
[0003]世界上现有鱼道的主要类型有丹尼尔式、溢流堰式、淹没孔口式、竖缝式、组合式、特殊结构式和仿自然式。丹尼尔式鱼道水槽的槽壁和槽底设有阻板和底坎，流量较大，能改善了下游吸引鱼类的条件，但水流紊动剧烈，水位变动的适应性差，只适合游泳能力较强劲的鱼类；溢流堰式鱼道使鱼类从堰顶通过，过流较平稳，但消能不充分，水位变动的适应性差，只适合喜欢在表层洄游和有跳跃习性的鱼类；淹没孔口式鱼道过鱼孔淹没在水下，能适应水位变动的性能较好，但消能不够充分，主要依靠水流扩散来消能，孔口布置在鱼道的中低层，只适合喜欢在底层洄游的大中型鱼类；竖缝式鱼道的水槽大部分被拦截，仅留下一条过鱼竖缝，消能效果较充分，能适应较大水位变幅，能适应较复杂流态的大中型鱼类，但易造成池室内水流的弯折和紊动；组合式鱼道为溢流堰、潜孔及竖缝的组合，能较好发挥各种类型孔口的水力特性，能适应不同习性鱼类，但结构复杂、设计难度大；特殊结构式鱼道用填满刨花的竹篓等固定在混凝土墙上，结构简单，经济，但编筐和竹篓等易腐烂，需经常更新，只适合会爬行、能粘附、善于穿越草丛的鱼类；仿自然式鱼道水流能耗通过浅滩、粗石子或小型瀑布实现，鱼类在池中的休息条件良好，可满足多种鱼类的要求，只适用水头较小，要求有合适的地形。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明所要解决的技术问题是提供一种助驱式竖缝鱼道结构，克服现有竖缝鱼道过鱼竖缝流速无法调节和流量难以控制等技术缺陷，提高鱼道过鱼效果。
[0005]同时，本发明还提供一种助驱式竖缝鱼道集鱼方法。
[0006]技术方案:本发明解决其技术问题所采用的助驱式竖缝鱼道结构，包括底板，侧壁，多个长隔块、短隔块和助驱平台。所述长隔块、短隔块与底板和侧壁固定连接，长隔块、短隔块将鱼道分成若干个池室，每个池室异侧相邻的长隔块和短隔块之间留有过鱼竖缝；所述底板支撑固定侧壁和池室，所述侧壁分布在底板两侧；所述长隔块包含长隔块头部和长隔块主体，长隔块主体设有进水口、第一组挡板、消能栅、第二组挡板和出水口，长隔块头部内部为空心并布设实时监控的摄像头；长隔块主体的进水口位于长隔块主体上游一侧的壁面上，呈凹槽状，槽底至长隔块底部的距离为长隔块高度的2/3，出水口位于长隔块主体下游一侧的壁面上，与长隔块主体等高，呈矩形状，消能栅由第一组挡板和第二组挡板固定在长隔块主体内部，消能栅与长隔块主体上游一侧的侧壁之间有过水、储水通道，第一组挡板和第二组挡板的每块挡板上、下两端均与长隔块主体固定连接；所述助驱平台固定在短隔块上游一侧，并与侧壁相连接，助驱平台包含助驱室、J型板、弧形隔板和小型造波机，助驱室由J型板和弧形隔板围合而成，J形板与底板、侧壁和短隔块上游一侧壁面固定，弧形隔板与底板、侧壁和J形板顶端固定，弧形隔板上设有多个出水缝和一个补水缝，弧形隔板外侧布置着拦截网，小型造波机固定在助驱室内部。
[0007]作为优选，所述长隔块和短隔块之间的过鱼竖缝为“拱-反拱”型，弧形隔板与短隔块头部相连构成过鱼竖缝的一个“拱”型侧面，长隔块头部外表面构成过鱼竖缝的另一个“反拱”型侧面，过鱼竖缝形成渐缩渐扩平顺水流。
[0008]作为优选，所述长隔块和短隔块在底板上成对、交替布置，且长隔块下游一侧的壁面和与之成对的短隔块的立面对称面处在同一平面上。
[0009]作为优选，所述短隔块内部为空心网状结构，能够减轻鱼道的重量，节约建设成本。
[0010]作为优选，所述长隔块头部材料为透明亚克力板。
[0011]作为优选，所述摄像头具有诱鱼效果的LED光源。
[0012]在本发明中，所述小型造波机的出口正对着过鱼竖缝的水流出口，小型造波机由计算机自动控制系统发送的信号控制，计算机自动控制系统接收摄像头传输的实时图像并进行自动分析处理。
[0013]本发明提供的另一技术方案为，所述助驱式竖缝鱼道结构的集鱼方法，包括如下步骤:
[0014]①鱼类洄游季节，在鱼道运行的跌落水声和人为施放诱鱼水草的双重诱导下，洄游鱼类进入下游第一级池室单元寻找上溯入口；
[0015]②摄像头拍摄到鱼群后，将图像实时传输给计算机自动控制系统，计算机自动控制系统通过图像识别技术自动分析池室和过鱼竖缝内鱼群洄游情况，如果在3分钟内无鱼类通过，自动将信号同步发送给小型造波机，小型造波机以低频率开始工作，消煞能量，控制过鱼竖缝流速；如果在5分钟内无鱼类通过过鱼竖缝，计算机自动控制系统自动将加强一级的信号同步发送给小型造波机，小型造波机加强一级频率继续工作，进一步消煞能量，控制过鱼竖缝流速；如果在8分钟内无鱼类通过过鱼竖缝，计算机自动控制系统自动将加强二级的信号同步发送给小型造波机，小型造波机开始以加强二级的频率工作，再进一步消煞能量，控制过鱼竖缝流速；如果在10分钟内无鱼类通过过鱼竖缝，计算机自动控制系统自动将最强级信号同步发送给小型造波机，小型造波机以最强频率开始工作，过鱼竖缝流速达到鱼类上溯的最低流速；
[0016]③在小型造波机开始工作的同时，造波形成的雍水从长隔块主体的凹槽状进水口注入长隔块主体过水、储水通道，随着雍水量的增加，雍水通过过水、储水通道进入消能栅，通过消能栅消煞能量的水流从出水口流出进入下游相邻的池室；
[0017]④在小型造波机开始工作的同时，弧形隔板附近水流在出水缝和补水缝之间开始循环，消煞能量；
[0018]⑤当摄像头拍摄到下游第一级池室单元无上溯鱼群时，计算机自动控制系统通过图像识别技术自动分析，将信息发送给小型造波机，关闭小型造波机；
[0019]⑥当摄像头再次拍摄到下游第一级池室单元有上溯鱼群时，重复上述①-⑤步，辅助鱼类上溯。
[0020]本发明与现有技术相比，其诸多有益效果如下:
[0021](I)本发明中的助驱方式能够适应于不同季节、不同洄游能力的鱼类上溯，也增大了鱼类上溯对不同流量的适应性，极大地提高了过鱼效率；
[0022](2)本发明中的小型造波机在造波过程中使得鱼道相邻池室水位落差增加，能够缩短鱼道的建设长度，节约建设成本；
[0023](3)本发明中的消能栅能够吸纳池室雍高水流、消煞水流能量，使得消能过程主要集中在隔块主体内，鱼体远离了湍急的水流，在满足过鱼需求流量的情况下，降低池室和过鱼竖缝的流速，保证了池室内和过鱼竖缝中的鱼类顺利通行；
[0024](4)本发明中的进水口槽底高度决定了池室具有最低水位，弧形隔板上设有出水缝和补水缝使得水流在助驱室内循环，降低了造波机工作过程对水流产生的晃动影响；
[0025](5)本发明中的过鱼竖缝为“拱-反拱”型，使得过鱼竖缝内形成渐缩渐扩平顺水流；克服了传统过鱼竖缝附近水流剧烈折弯的缺陷；
[0026](6)本发明中的J型板能够避免造波机工作过程中水流溶解氧过饱和的产生，保护洄游鱼类的生理健康，保障鱼类安全；
[0027](7)本发明中的助驱方式能够缩短过鱼时间，减小鱼类体能消耗，保障鱼类安全，尤其对体质较差或体能消耗过大的鱼类有积极的保护作用，为鱼类后续上行洄游保存了体力，对性腺发育无不良影响，为优质产卵提供了保证；
[0028](8)本发明中的计算机自动控制系统接收摄像头传输的实时图像并进行自动分析处理，及时发送信号控制小型造波机工作频率，智能化程度高，能够高效控制鱼道运行进程。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明助驱式竖缝鱼道结构示意图；
[0030]图2是本发明的池室平面示意图；
[0031]图3是本发明的长隔块平面示意图；
[0032]图4是本发明的长隔块立体示意图；
[0033]图5是本发明的助驱室及小型造波机平面示意图；
[0034]图6是本发明的助驱室立体图。
[0035]图中:1_底板；2_侧壁；3_池室；4_长隔块；4a_隔块头部；4b_隔块主体；41_消能栅；42_进水口 ；43_第一组挡板；44_第二组挡板；45_出水口 ；5_短隔块；6_助驱平台；61-助驱室；62-J型板；63-弧形隔板；64-出水缝；65_补水缝；66_小型造波机；7_拦截网；8-过鱼竖缝；9_摄像头；10_计算机自动控制系统。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0037]如图1-图6所示，本发明的助驱式竖缝鱼道结构，包括底板1，位于底板I左、右两侧的两个侧壁2，多个长隔块4、短隔块5和助驱平台6。长隔块4、短隔块5与底板I和侧壁2固定连接，长隔块4、短隔块5将鱼道分成若干个池室3，每个池室3异侧相邻的长隔块4和短隔块5之间留有过鱼竖缝8 ;底板I支撑固定侧壁2和池室3。
[0038]其中，长隔块4包含长隔块头部4a和长隔块主体4b,长隔块主体4b设有进水口42、第一组挡板43、消能栅41、第二组挡板44和出水口 45，长隔块头部4a内部为空心并布设实时监控的摄像头9 ;长隔块主体4b的进水口 42位于长隔块主体4b上游一侧的壁面上，呈凹槽状，槽底至长隔块4底部距离的为长隔块4高度的2/3，出水口 45位于长隔块主体4b下游一侧的壁面上，与长隔块主体4b等高，呈矩形状，出水口 45可以设置两个或多个，消能栅41由第一组挡板43和第二组挡板44固定在长隔块主体4b内部，消能栅41与长隔块主体4b上游一侧的侧壁之间有过水、储水通道，第一组挡板43和第二组挡板44的每块挡板上、下两端均与长隔块主体4b固定连接。
[0039]助驱平台6包含助驱室61、J型板62、弧形隔板63和小型造波机66。助驱室61由J型板62和弧形隔板63围合而成，J形板62与底板1、侧壁2和短隔块5上游一侧壁面固定，弧形隔板63与底板1、侧壁2和J形板62顶端固定，弧形隔板63上设有5个出水缝64和一个补水缝65，弧形隔板63外侧布置着拦截网7防止鱼类进入助驱室61受到伤害。小型造波机66固定在助驱室61内部，小型造波机66的出口正对着过鱼竖缝的水流出口。助驱平台6固定在短隔块5上游一侧，并与侧壁2相连接。
[0040]在本实施例中，长隔块4和短隔块5之间的过鱼竖缝8为“拱-反拱”型，弧形隔板63与短隔块5的头部相连构成过鱼竖缝8的一个“拱”型侧面，长隔块头部4a外表面构成过鱼竖缝8的另一个“反拱”型侧面，过鱼竖缝8形成渐缩渐扩平顺水流。长隔块4和短隔块5在底板I上成对、交替布置，且长隔块下游一侧的壁面和与之成对的短隔块的立面对称面处在同一平面上。短隔块5内部为空心网状结构。长隔块头部4a材料为透明亚克力板。
[0041]在本实施例中，摄像头9选用自动旋转高清红外夜视防水摄像头，并具有诱鱼效果的LED光源。
[0042]在本实施例中，小型造波机66的出口正对着过鱼竖缝8的水流出口，小型造波机66由计算机自动控制系统10发送的信号控制，计算机自动控制系统10接收摄像头9传输的实时图像并进行自动分析处理。
[0043]一种基于上述助驱式竖缝鱼道结构的集鱼方法，通过计算机自动控制系统控制竖缝鱼道运行状态，实现洄游鱼类的过坝上溯，本实施例中集鱼方法包括以下步骤:
[0044]①鱼类洄游季节，在鱼道运行的跌落水声和人为施放诱鱼水草的双重诱导下，洄游鱼类进入下游第一级池室3单元寻找上溯入口 ；
[0045]②摄像头9拍摄到鱼群后，将图像实时传输给计算机自动控制系统10，计算机自动控制系统10通过图像识别技术自动分析池室3和过鱼竖缝8内鱼群洄游情况，如果在3分钟内无鱼类通过，自动将信号同步发送给小型造波机66，小型造波机66以低频率开始工作，消煞能量，控制过鱼竖缝8流速；如果在5分钟内无鱼类通过过鱼竖缝8，计算机自动控制系统10自动将加强一级的信号同步发送给小型造波机66，小型造波机66加强一级频率继续工作，进一步消煞能量，控制过鱼竖缝8流速；如果在8分钟内无鱼类通过过鱼竖缝8，计算机自动控制系统10自动将加强二级的信号同步发送给小型造波机66，小型造波机66开始以加强二级的频率工作，再进一步消煞能量，控制过鱼竖缝8流速；如果在10分钟内无鱼类通过过鱼竖缝8，计算机自动控制系统10自动将最强级信号同步发送给小型造波机66，小型造波机66以最强频率开始工作，过鱼竖缝8流速达到鱼类上溯的最低流速；
[0046]③在小型造波机66开始工作的同时，造波形成的雍水从长隔块主体4b的凹槽状进水口 42注入长隔块主体4b过水、储水通道，随着雍水量的增加，雍水通过过水、储水通道进入消能栅41，通过消能栅41消煞能量的水流从出水口 45流出进入下游相邻的池室3 ；
[0047]④在小型造波机66开始工作的同时，弧形隔板63附近水流在出水缝64和补水缝65之间开始循环，消煞能量；
[0048]⑤当摄像头9拍摄到下游第一级池室3单元无上溯鱼群时，计算机自动控制系统10通过图像识别技术自动分析，将信息发送给小型造波机66，关闭小型造波机66 ；
[0049]⑥当摄像头9再次拍摄到下游第一级池室3单元有上溯鱼群时，重复上述①-⑤步，辅助鱼类上溯。
[0050]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.助驱式竖缝鱼道结构，包括底板(1)，侧壁(2)，多个长隔块(4)、短隔块(5)和助驱平台(6)，其特征在于: 所述长隔块(4)、短隔块(5)与底板(I)和侧壁(2)固定连接，长隔块(4)、短隔块(5)将鱼道分成若干个池室(3)，每个池室(3)异侧相邻的长隔块⑷和短隔块(5)之间留有过鱼竖缝⑶； 所述底板(I)支撑固定侧壁(2)和池室(3)，所述侧壁(2)分布在底板(I)两侧； 所述长隔块(4)包含长隔块头部(4a)和长隔块主体(4b)，长隔块主体(4b)设有进水P (42)、第一组挡板(43)、消能栅(41)、第二组挡板(44)和出水口(45)，长隔块头部(4a)内部为空心并布设实时监控的摄像头(9);长隔块主体(4b)的进水口(42)位于长隔块主体(4b)上游一侧的壁面上，呈凹槽状，槽底至长隔块(4)底部的距离为长隔块(4)高度的2/3，出水口(45)位于长隔块主体(4b)下游一侧的壁面上，与长隔块主体(4b)等高，呈矩形状，消能栅(41)由第一组挡板(43)和第二组挡板(44)固定在长隔块主体(4b)内部，消能栅(41)与长隔块主体(4b)上游一侧的侧壁之间有过水、储水通道，第一组挡板(43)和第二组挡板(44)的每块挡板上、下两端均与长隔块主体(4b)固定连接； 所述助驱平台(6)固定在短隔块(5)上游一侧，并与侧壁(2)相连接，助驱平台(6)包含助驱室(61)、J型板(62)、弧形隔板(63)和小型造波机(66)，助驱室(61)由J型板(62)和弧形隔板(63)围合而成，J形板(62)与底板(I)、侧壁(2)和短隔块(5)上游一侧的壁面固定，弧形隔板￠3)与底板(I)、侧壁(2)和J形板￠2)顶端固定，弧形隔板(63)上设有多个出水缝￠4)和一个补水缝(65)，弧形隔板￠3)外侧布置着拦截网(7)，小型造波机(66)固定在助驱室(61)内部。
2.根据权利要求1所述的助驱式竖缝鱼道结构，其特征在于:所述长隔块(4)和短隔块(5)之间的过鱼竖缝⑶为“拱-反拱”型。
3.根据权利要求1所述的助驱式竖缝鱼道结构，其特征在于:所述长隔块(4)和短隔块(5)在底板(I)上成对、交替布置。
4.根据权利要求1所述的助驱式竖缝鱼道结构，其特征在于:所述短隔块(5)内部为空心网状结构。
5.根据权利要求1所述的助驱式竖缝鱼道结构，其特征在于:所述长隔块头部(4a)材料为透明亚克力板。
6.根据权利要求1所述的助驱式竖缝鱼道结构，其特征在于:所述小型造波机(66)的出口正对着过鱼竖缝(8)的水流出口。
7.根据权利要求1所述的助驱式竖缝鱼道结构，其特征在于:所述摄像头(9)具有诱鱼效果的LED光源。
8.根据权利要求1和6所述的助驱式竖缝鱼道结构，其特征在于:所述小型造波机(66)由计算机自动控制系统(10)发送的信号控制，计算机自动控制系统(10)接收摄像头(9)传输的实时图像并进行自动分析处理。
9.一种基于权利要求1-8所述助驱式竖缝鱼道结构的集鱼方法，其特征在于包括以下步骤: ①鱼类洄游季节，在鱼道运行的跌落水声和人为施放诱鱼水草的双重诱导下，洄游鱼类进入下游第一级池室(3)单元寻找上溯入口 ； ②摄像头(9)拍摄到鱼群后，将图像实时传输给计算机自动控制系统(10)，计算机自动控制系统(10)通过图像识别技术自动分析池室(3)和过鱼竖缝⑶内鱼群洄游情况，如果在3分钟内无鱼类通过，自动将信号同步发送给小型造波机(66)，小型造波机￠6)以低频率开始工作，消煞能量，控制过鱼竖缝(8)流速；如果在5分钟内无鱼类通过过鱼竖缝(8)，计算机自动控制系统(10)自动将加强一级的信号同步发送给小型造波机(66)，小型造波机￠6)加强一级频率继续工作，进一步消煞能量，控制过鱼竖缝(8)流速；如果在8分钟内无鱼类通过过鱼竖缝(8)，计算机自动控制系统(10)自动将加强二级的信号同步发送给小型造波机(66)，小型造波机￠6)开始以加强二级的频率工作，再进一步消煞能量，控制过鱼竖缝(8)流速；如果在10分钟内无鱼类通过过鱼竖缝(8)，计算机自动控制系统(10)自动将最强级信号同步发送给小型造波机(66)，小型造波机￠6)以最强频率开始工作，过鱼竖缝(8)流速达到鱼类上溯的最低流速； ③在小型造波机￠6)开始工作的同时，造波形成的雍水从长隔块主体(4b)的凹槽状进水口(42)注入长隔块主体(4b)过水、储水通道，随着雍水量的增加，雍水通过过水、储水通道进入消能栅(41)，通过消能栅(41)消煞能量的水流从出水口(45)流出进入下游相邻的池室⑶； ④在小型造波机￠6)开始工作的同时，弧形隔板￠3)附近水流在出水缝￠4)和补水缝(65)之间开始循环，消煞能量； ⑤当摄像头(9)拍摄到下游第一级池室(3)单元无上溯鱼群时，计算机自动控制系统(10)通过图像识别技术自动分析，将信息发送给小型造波机(66)，关闭小型造波机(66)； ⑥当摄像头(9)再次拍摄到下游第一级池室(3)单元有上溯鱼群时，重复上述①-⑤步，辅助鱼类上溯。
【文档编号】E02B8/08GK104404929SQ201410660532
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】戎贵文, 袁岳, 肖柏青, 向英奇, 陈飞, 舒生茂, 黄育朵, 查兴 申请人:安徽理工大学