一种去机械化管式鱼道装置的制作方法

本发明属于水利工程技术领域，设计水利工程中的过鱼设施，尤其涉及一种去机械化管式鱼道装置。

背景技术：

兴建水利水电工程施工中，常把完整的河流生态系统分割，这阻隔了溯回鱼类的溯回通道，因而坝下与坝上鱼类基因得不到正常交流，物种活力可能会降低，鱼类分布与栖息环境也会发生变化，这些因素变化都将导致流域生态环境恶化以及河流生态系统片段化效应。过鱼设施作为缓解大坝阻隔效应的鱼类保护措施在国际上采用已有300多年，能够起到恢复鱼类溯回通道和沟通上下游鱼类交流的作用。

现有过鱼设施包括鱼道、升鱼机以及机械化鱼类泵运装置。鱼道即为供鱼类洄游通过水闸或坝的人工水槽，其修建受地形限制，一般需很长的长度才能将沿程流速控制在鱼类克流能力以下，因此鱼道可能长达数公里，而水坝一般修建在高山峡谷地区，布置长距离鱼道难度极大，且投资巨大。鱼类通过长距离鱼道非常耗费体力，可能致使通过效率低下并造成产卵的延迟。

升鱼机又名举鱼机，设计原理与电梯相似，由进鱼槽、竖井、出鱼槽三大主要部分组成。升鱼机一般布置在岸边或大坝中某一位置，采用坝上引水或泵站抽水进行补水诱鱼，由于其补水流量一般低于发电尾水流量，大部分鱼类仍会被发电尾水吸引，沿尾水主流上溯，聚集并滞留在尾水管(洞)附近，造成过鱼设施进口集鱼效率低下，且升鱼机的造价与运行费用昂贵，并需较多管理人员。

机械化鱼类泵运装置按工作原理不同，一般分为三种：叶轮式过鱼系统、压力/真空(p/v)式过鱼系统和喷射式过鱼系统。其中，叶轮式过鱼系统采用高速旋转叶片，具有较高的输送速率，但叶片可能直接冲击鱼体，导致较高的死亡率。p/v型过鱼系统可以降低鱼类死亡率，但其吸入和排出不连续操作并没有充分利用输入功率。射流式过鱼系统具有非旋转部件和连续运行的特点，其综合性能优于前述两种类型，但射流式过鱼系统的压力变化快、剪切流大等特点直接影响到过鱼，可能对鱼造成致命伤害，此外大量的气泡和气穴，也极有可能导致鱼泡病。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的过鱼设施受地形限制、运行成本高、直接伤害鱼体、过鱼效率低等问题，本发明的目的旨在提供一种占地面积小、运行成本低、不伤害鱼体、过鱼效率高的去机械化管式鱼道装置。

本发明提供的去机械化管式鱼道装置，包括用于提供运输鱼的稳定水流的储水机构、用于聚集下游水库鱼的集鱼机构以及用于将集鱼机构中的鱼提升运输至上游水库的运输机构；

所述储水机构包括具有稳定水位的储水箱以及与储水箱连通的第一给水管；

所述集鱼机构包括用于聚集下游水库鱼的集鱼箱、与集鱼箱连通的第二运输管以及通过双通阀门与第一给水管连通的集鱼管，所述集鱼管处设置有用于将集鱼箱中的鱼经第二运输管引诱到集鱼管中的诱鱼设施；

所述运输机构包括与第二运输管、集鱼管通过三通阀门连通的第一运输管，所述第一运输管的出水口对应上游水库且出水口高程大于储水箱中的水位。

上述去机械化管式鱼道装置，所述储水机构还包括用于相储水箱提供稳定水流的补水管，所述储水箱侧部开设有保持水位稳定的溢流槽。在运输鱼的过程中，通过补水管和溢流槽使第一运输管的出水口高程始终保持稳定高于储水箱中的水位。

上述去机械化管式鱼道装置，所述第一给水管的直径d与第一运输管直径d的比值为1.2～2，这样设计，可以不用额外的能量输入，纯粹依靠水的自身重力势能使系统运转，完成鱼类传送，而且在该比例下，所述去机械化管式鱼道装置，显示出最佳的运鱼效果。

上述去机械化管式鱼道装置，所述集鱼管包括一体化的第二给水管、用于提高水流流速的渐变弯管以及连接管，所述连接管采用透明材质制备而成，所述诱鱼设施设置于连接管处。所述第二给水管的直径和渐变弯管入口端直径与第一给水管直径d相等；所述渐变弯管出口端直径和连接管直径与第一运输管直径d相等。将第二给水管与连接管之间的弯管设计为渐变弯管，以减少此处水流的局部损失过大。所述诱鱼设施为照明设施和/或声波设施。照明设施为诱鱼灯等可吸引鱼群的灯光设备，声波设施为诱鱼声呐等可吸引鱼群的声波设备，也可以采用声光组合式诱鱼设备。进一步地，还可以在所述集鱼管处设置用于放空第一运输管中水流的泄水孔。完成一次鱼类传送后，可以通过泄水孔将第一运输管中的水放空，以便下一次鱼类传送。

上述去机械化管式鱼道装置，所述双通阀门由内部圆柱a及与之配套的外壳a和手柄构成；所述双通阀门圆柱a侧面相对的位置开设有通孔a；双通阀门外壳a内部中空且与内部圆柱a间隙配合；外壳a侧面相对的位置开设有分别与第一给水管和第二给水管连通的接口；手柄穿过外壳a端面的通孔与内部圆柱a端面固连。转动手柄可以带动内部圆柱a转动，实现对第一给水管和集鱼管连通与断开的控制。

上述去机械化管式鱼道装置，所述三通阀门由内部圆柱b及与之配套的外壳b和手柄构成；所述三通阀门圆柱b侧面开设有两个通孔，其中一个是将第二运输管(12)和集鱼管连通的直线形通孔b，另外一个是将第一运输管和集鱼管连通的l形通孔c，通孔b与通孔c相互平行；所述三通阀门外壳b中空且与内部圆柱b间隙配合；外壳b侧面与第一运输管、第二运输管和集鱼管相对位置分别开设有与之连通的接口；手柄b穿过外壳b端面的通孔与内部圆柱b端面固连。转动手柄可以带动内部圆柱b转动，从而实现集鱼管与第二运输管或第一运输管连通的控制。

上述去机械化管式鱼道装置，所述第一给水管和第一运输管均垂直设置。第一给水管和第一运输管均垂直设置可以减少装置所占空间。且第一给水管垂直设置可以增加水流势能，用较少的水量达到运输鱼的效果；第一运输管垂直设置可以实现对鱼的快速运输，减少对鱼的伤害。

上述去机械化管式鱼道装置，所述第一运输管的出口段为弯管道。弯管道更便于鱼类进入上游水库。

本发明去机械化管式鱼道装置的原理是：1)集诱鱼：双通阀门保持关闭，三通阀门处于将第二运输管和集鱼管连通、第一运输管和集鱼管不连通的状态，通过集鱼箱聚集下游水库的鱼，再通过诱鱼设施将鱼经第二运输管汇聚于集鱼管中；2)运输鱼：调节三通阀门，使其处于将第一运输管和集鱼管连通、第二运输管和集鱼管不连通的状态，再调节双通阀门使第一给水管和集鱼管连通，在管道内形成过鱼流速，在水力的作用力，将集鱼管中的鱼经第一运输管全部代入上游水库。储水箱水位一直保持稳定。第一运输管出水口的高程大于储水箱水位，其保证了在双通阀门打开后，水流并不会无休止的一直流动，而只能由于不稳定流作用，一次带走一部分足够的鱼和水，这样可进一步减少对鱼的伤害。

本发明提供的去机械化管式鱼道装置具有以下有益效果：

(1)本发明为去机械化装置，通过水力实现对鱼的运输，可以高效率的采集、运输和放流鱼类，其不含旋转叶片，不具有高速射流，无显著压力变化和流体剪切，可避免对鱼体造成直接损害，不易造成鱼的死亡；

(2)本发明不需要额外输入能量，完全依靠水的自身重力势能使整个系统运作，利用水的惯性将鱼运输至上游水库中，因此只需要在运输鱼的过程中保持储水箱的水位短暂稳定即可，一次性带走鱼群，极大的节约了用水量，因此提高了过鱼用水效率，大大减少了过鱼用水量；

(3)本发明结构简单、易于建造，采用管道过鱼，占地面积小，对地形适应性强，基本不受地形条件限制，易于工程选址和布置。并且不需要长距离的缓坡渠道，无需昂贵的升降设备，降低了工程造价，运行成本低。

附图说明

图1为本发明去机械化管式鱼道装置结构示意图；

图2为诱鱼工况时的装置状态图；

图3为输送鱼时工况时的装置状态图；

图4为双通阀门的示意图，其中，(a)为双通阀主视图，(b)双通阀在第一给水管和第二给水管断开时的状态示意图，(c)为双通阀在第一给水管和第二给水管连通时的状态示意图；

图5双通阀门的外壳及内部图，其中，图(a)和(b)为双通阀门内部整体图及剖面图，图(c)和(d)为双通阀门外壳纵剖面图及横剖面图；

图6三通阀门的示意图，其中，(a)为三通阀主视图，(b)三通阀在连接管与第二运输管连通时的状态示意图，(c)为三通阀在连接管与第一运输管连通时的状态示意图；

图7三通阀门的外壳及内部图，其中，图(a)和(b)为三通阀门内部整体图及剖面图，图(c)和(d)为三通阀门外壳纵剖面图及横剖面图。

附图标记说明：1-储水箱；2-第一给水管；3-双通阀门；3-1-圆柱a；3-2-外壳a；3-3、8-3-手柄；3-4-通孔a；3-5、8-6-螺栓；4-第二给水管；5-渐变弯管；6-连接管；7-泄水孔；8-三通阀门；8-1-圆柱b；8-2-外壳b；8-4-通孔b，8-5-通孔c；9-第一运输管；10-弯管道；11-出口水箱；12-第二运输管；13-集鱼箱；14-补水管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

以下实施例中各管道直径均是指管道内直径。

如图1所示，本实施例中的去机械化管式鱼道装置，包括用于提供运输鱼的稳定水流的储水机构、用于聚集下游水库水的集鱼机构以及用于将集鱼机构中的鱼提升运输至上游水库11的运输机构。

如图1所示，储水机构包括储水箱1、第一给水管2以及补水管14。第一给水管2垂直安装，其上端与储水箱1的底部相连通，用于过水。在运输鱼的过程中通过补水管14向储水箱1提供一股稳定的水流，以使其保持稳定水位。储水箱1尺寸为长3m、宽2m、高0.5m，在0.3m处的侧壁开宽度为0.3m的溢流槽，补水管14补水流量为40l/s。第一给水管2的垂直长度为2.66m，直径(d)为0.2m。储水箱1和第一给水管2是作为一个稳定的水头，提供运输鱼的稳定水流，对于储水箱1的形状尺寸、第一给水管2的尺寸并没有特殊的限制，可以根据地形等实际情况而合理设计，但为了使水产生满足要求的势能，第一给水管2竖直设计更加合理。

如图1所示，集鱼机构包括由左至右依次设置的集鱼箱13、第二运输管12以及集鱼管。集鱼箱13、第二运输管12直接连通，第二运输管12和集鱼管通过三通阀门8连通。集鱼箱13尺寸为长1m、宽1m、高0.5m。集鱼管由一体化的第二给水管4、渐变弯管5和连接管6组成。第二给水管4的垂直长度为0.46m，直径为0.2m。渐变弯管5用于提高水流流速，入口端直径为0.2m，出口端直径0.15m，渐变段垂直高度为0.25m，渐变段水平长度为0.3m。连接管6的水平长度为0.4m，直径为0.15m，采用透明材质制备而成。连接管6处设置有将集鱼箱13中的鱼经第二运输管12引诱到集鱼管中的诱鱼设施，具体的，诱鱼设施设置于连接管处的外部；在优先实现方式中，诱鱼设施可以沿连接管周向均匀布置，以起到较好的诱鱼效果。诱鱼设施为照明设施和/或声波设施。照明设施为诱鱼灯等可吸引鱼群的灯光设备，声波设施为诱鱼声呐等可吸引鱼群的声波设备，也可以采用声光组合式诱鱼设备。为了便于将下游水库中的鱼引诱到集鱼箱13中，集鱼箱13中或集鱼箱周围也可以设置前面所给出的诱鱼设施。

第一给水管2和第二给水管4通过双通阀门3连通。如图2至图5所示，双通阀门3由内部圆柱a3-1及与之配套的外壳a3-2和手柄3-3构成。双通阀门3的圆柱a3-1直径为0.3m，圆柱体侧面相对的位置开设有通孔a3-4。双通阀门3的外壳a3-2与内部圆柱a3-1外型相似，外壳a内部中空且与内部圆柱a3-1间隙配合；外壳a侧面相对的位置开设有分别与第一给水管和第二给水管连通的接口，且接口与第一给水管2和第二给水管4对接位置固定密封连接。手柄穿过外壳a端面的通孔与内部圆柱a端面固连，转动手柄可以带动内部圆柱a转动。将手柄方向设计为与内部圆柱a上的通孔a平行或垂直，同时在外壳a侧面与接口轴线平行和垂直的相应位置分别设置一个螺栓3-5(如图4(a)中的上部和左侧的螺栓)，用于定位手柄的位置，将手柄定位在左边螺栓位置时，对应图2所示诱鱼时的工况图；将手柄定位在上部螺栓位置时，对应图3所示输送鱼时的工况图，这样可以方便控制双通阀门通、断方向。为了对手柄进行固定，可以在螺栓上进一步设置与手柄适配的卡扣。为了下泄水流具有足够的势能，将鱼从下游输送到上游，双通阀相对于集鱼管底部的高度应为0.5～1m，本实施例中为0.71m。

如图1至3所示，运输机构包括垂直设置的第一运输管9，其出口段为弯管道10，弯管道10的出水口对应上游水库。本实施例中上游水库为上游出口水箱11，尺寸为长1m、宽1m、高0.5m，在0.4m处开宽度为0.3m的溢流排水槽，这里开溢流排水槽目的在于防止出口水箱11中水满溢出，同时防止鱼从溢流排水槽中溢出；通过开设溢流排水槽，可以指定水溢出方向并保证鱼留在出口水箱11中。在实际工程中，由于上游水库不存在溢流情况，因此，可以不用考虑设置溢流排水槽。第一运输管9垂直长度为3.7m，直径(d)为0.15m，弯管道10垂直高度为0.3m，弯管道10水平距离为0.6m，直径为0.15m。

第一运输管9与第二运输管12、集鱼管通过三通阀门8连通。如图6-7所示，三通阀门8由内部圆柱b8-1及与之配套的外壳b8-2和手柄8-3构成。三通阀门8的内部圆柱b8-1直径为0.45m，圆柱体侧面开设有两个通孔，其中一个是将第二运输管12和构成集鱼管的连接管6连通的直线形通孔b8-4，另外一个是将第一运输管9和构成集鱼管的连接管6连通的l形通孔c8-5，l形通孔拐角处具有一定弯度，以减少此处水流局部损失过大，且光滑连接可以避免鱼对边壁的碰撞，造成对鱼的伤害过大；通孔b8-4与通孔c8-5相互平行，以保证在连接管6只与第一运输管9或第二运输管12中的一个连通。三通阀门3的外壳b8-2与内部圆柱b8-1外型相似，外壳b8-2内部中空且与内部圆柱b8-1间隙配合；外壳b8-2侧面与第一运输管9、第二运输管12和连接管6相对位置开设有与之分别连通的接口，且接口与第一运输管9、第二运输管12和连接管6对接位置固定密封连接。手柄8-3穿过外壳b8-2端面的通孔与内部圆柱b8-1端面固连，转动手柄8-3可以带动内部圆柱b8-1转动。将手柄8-3方向设计为与内部圆柱b8-1上通孔b8-4/通孔c8-5平行或垂直，同时在外壳b8-2侧面与接口轴线平行和垂直的相应位置分别设置一个螺栓8-6(如图6(a)中的上部和左侧的螺栓)，用于定位手柄8-3的位置，将手柄8-3定位在左边螺栓位置时，对应图2所示诱鱼时的工况图；将手柄8-3定位在上部螺栓位置时，对应图3所示输送鱼时的工况图，这样可以方便控制双通阀门通、断方向。为了对手柄进行固定，可以在螺栓上进一步设置与手柄适配的卡扣。

在运输鱼的过程中，通过在储水箱侧壁开设的溢流槽，第一运输管9的出水口高程始终高于储水箱1中水位一定高度，即出水口高程与储水箱1中的水位存在高度差△h。本实施例中，第一运输管9顶部相对于集鱼管上部的高度约为4m，此时0＜△h≤0.21m；当第一运输管9顶部相对于集鱼管上部的高度约为8m时，0＜△h≤0.50m，这样保证了在双通阀门3打开后，水流并不会无休止一直流动到上游水库11中，而是只能由于不稳定流的作用，一次只带走一部分足够的鱼和水，这也正是本装置的创新点之一。

此外，集鱼管的连接管6处还设有用于放空第一运输管9中水流的泄水孔7，泄水孔处安装泄水阀，泄水阀一般处于常闭状态。完成一次鱼类传送后，可以通过泄水孔7将第一运输管9中的水放空，以便下一次鱼类传送。

以下对本发明去机械化管式鱼道装置的工作过程做详细的说明，以进一步展示本发明的优点和原理。如图2-3所示，采用上述去机械化管式鱼道装置按照以下步骤将鱼类从集鱼箱13运输到上游出口水箱11：

s1，首先双通阀门处于关闭状态，将三通阀门8接通第二运输管12和集鱼管，启动声波设施和灯光设施在集鱼管的连接管6处进行诱鱼；

s2，待鱼类全部进入集鱼管内部时，调节三通阀门8使集鱼管与第一运输管9管连通，补水管14开始连续不断的为储水箱1补水，至储水箱内水位到达溢流槽位置；

s3，此时开启双通阀门3使第一给水管2与集鱼管连接，水通过强大的势能将鱼类从集鱼管中一次性带入第一运输管9中，最终都从弯管道10被水带出进入上游出口水箱中。

水流不会无休止的流动，待鱼类全部被带出并不出水时，关闭双通阀门停止补水，开启泄水阀将第一运输管9中的水从泄水孔处全部排空后，将三通阀门8调整为第二运输管12与集鱼管连接，进行下一次集运鱼。如果出现一次未输送完全的现象可以打开排水阀门排水后再次打开双通阀门进行运鱼，直至鱼全部被输送到上游出口水箱，后再调节三通阀门8转至第二运输管12和集鱼管连通开始下一次集运鱼准备。

为了验证本实施例提供的去机械化管式鱼道装置的鱼类传输效果，在本实施例中，采用红色锦鲫作为传送试验对象(体长平均为4cm～7.8cm)。设立三个工况：

工况1，集鱼箱13中放鱼10条；

工况2，集鱼箱13中放鱼15条；

工况3，集鱼箱13中放鱼20条。

然后按照上述步骤s1-s3，将红色锦鲫从集鱼箱13输送到上游出口水箱11。结果表明，三个工况下，均可以一次性将鱼全部输送到上游出口水箱。

因此，本实施例中的去机械化管式过鱼装置，可有效地吸引鱼类进入系统，再通过水力实现对鱼的垂直快速运输，可以高效率的采集、运输和放流鱼类；管道内表面光滑，且只是通过水流的惯性作用运输鱼类，不会出现高速射流，可避免对鱼体造成直接损害，保证鱼类存活率。整体而言，本发明结构简单、易于建造，采用管道过鱼，占地面积小，对地形适应性强，基本不受地形条件限制，易于工程选址和布置。并且不需要长距离的缓坡渠道，无需昂贵的升降设备，降低了工程造价，运行成本低，适于在本领域内进行推广。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。