一种基于虹吸的水温引流诱鱼装置及方法与流程

本发明涉及水利水电，涉及一种诱鱼装置，具体涉及一种基于虹吸的水温引流诱鱼装置及方法。

背景技术：

1、随着越来越多水利水电工程项目的修建，不可避免的阻隔了鱼类的洄游和上下游鱼类基因的交流，而鱼道被认为是解决这一问题的关键措施。但是，目前各国鱼道的使用远没有达到预期效果，存在的主要问题是有水无鱼，鱼类无法在自然条件下找到鱼道入口，多数鱼道没有鱼通过。原因之一是鱼道进口处的流速同电站泄洪和厂房尾水处的流速相比过小，鱼类不能顺利的找到进口而影响过鱼效果；原因之二是水温是影响鱼类产卵洄游的最大因素，还影响着鱼类本身的生理活动，鱼道取水多为表层水，鱼类无法找到合适的水温信号，从而导致鱼类无法找到鱼道进口。

2、目前，为优化鱼道过鱼效果，鱼道中的诱鱼设施应运而生。主要包括两种：一种是间接措施，即超声波、光电和气体诱鱼，帮助鱼类找到鱼道入口，通过在鱼道内布置诱鱼设备，释放诱鱼信号，达到诱鱼效果。这种方式在一定程度上能起到诱鱼效果，但是鱼类持续上溯效果不佳。另一种为直接措施，即在鱼道进口采用集中补水方式，从鱼类生境条件出发为鱼类营造特定水流条件，通过控制鱼道进口处水流速度，实现诱使鱼类进入鱼道的目的。但是补水系统的水源多来自鱼道或水库表层，没有达到鱼类喜好水温条件，因此诱鱼效果不理想。以上诱鱼系统为人工布置，缺乏对天然鱼类生境需求的考虑，同时鱼类进入鱼道后，沿程方向缺少上溯信号，鱼类持续上溯效果将大打折扣。此外，集运鱼系统也能帮助鱼类越过高坝到达水库，但是建设费用较高，运行及维护的成本较高，受限于集鱼通道深度，难以诱集各种底层鱼类。通过升鱼机和鱼闸等机电设备帮助鱼类通过大坝，而机器的运行需要配备较多的机电设备，且容易出现故障，对于上下游鱼类的基因交流缺少天然生态通道。

3、水库按照水温垂直结构形式来划分，可以分为分层型、混合型和过渡型。在分层型水库中，升温期，库表层水温明显高于中下层水温。国内已建水库，例如二滩、新安江和丰满，都存在水温分层现象。而水温是鱼类生长的刺激性条件，对鱼类的生殖洄游有重要影响。例如：四大家鱼在春季水温回升到18℃以上才开始产卵，低于这一温度则不产卵。中华鲟的产卵温度在18℃-20℃之间(易雨君，王兆印，陆永军，et al.长江中华鲟栖息地适合度模型研究[j].水科学进展，2007，18(4):538-543.)；青石爬鮡产卵需要水温13℃-15℃，产卵时间为3-5月；鲈鲤产卵需要的水温为16.6℃，产卵时间为5-6月；细磷裂腹鱼产卵需要的水温为13-18℃，产卵时间为4-8月(王锐，李嘉.饮水式水电站减水河段的水温、流速及水深变化对鱼类产卵的影响分析[j].四川水力发电，2010，29(2):76-79)。研究发现不同鱼类产卵的时间不同，所需水温也有差异。

4、目前，国内大多数水电站已建成运行，在现有水电站基础上，如何帮助鱼类找到洄游上溯的通道是当今水利水电工程建设需要解决的重要生态环境问题。若能充分利用水库水温分层特性，从鱼类上溯洄游的天然生境出发，实现水温诱鱼，对生态环境保护具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有鱼道诱鱼设施存在的诱鱼效果及鱼类持续上溯效果不佳等问题，本发明的目的旨在提供一种基于虹吸的水温引流诱鱼装置及方法，该装置根据鱼类上溯水温生境、水流生境需求和“分层取水”的理念进行引流诱鱼系统而设计，根据不同鱼类对水温的需求可实现多种鱼类的诱集吸引效果，该装置运行过程中耗能小，后期运行水流可依靠虹吸引力自流，具有良好的生态环保效应，实际应用价值高。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种基于虹吸的水温引流诱鱼装置，包括虹吸单元、控制单元以及测温单元；

3、所述虹吸单元包括横跨并固定于大坝上的虹吸管以及与鱼道连接的消能池，所述虹吸管具有可伸缩的入口段，所述入口段位于水库中且入口端处设置有进水口开关，虹吸管出口端与消能池连通；

4、所述控制单元包括浮船以及均安装浮船上的控制组件、伸缩组件以及水泵，所述伸缩组件与虹吸管的入口段连接并通过控制入口段伸缩以调整虹吸管取水口高程，所述水泵通过水管与入口段连接；

5、所述测温单元包括垂直设置于浮船下方的温度链ⅰ和水平设置于鱼道中的温度链ⅱ；

6、所述控制组件分别与伸缩组件、温度链ⅰ以及温度链ⅱ连接，以接收温度链ⅰ以及温度链所ⅱ监测的水温数据并根据水温数据控制伸缩组件调整虹吸管取水口高程。

7、本发明提供基于虹吸的水温引流诱鱼装置，由控制组件根据鱼类上溯的水温需求，确定需要引流的水温；然后根据浮船下方连接的温度链ⅰ监测到的水库垂向水温数据确定取水口高程，再通过虹吸管引取库区不同高程的水流进入鱼道，开始阶段借助水泵将水流充满虹吸管，之后水流将依靠虹吸自流进入鱼道。当水库引流水进入鱼道以后，与鱼道内的水流混合，鱼道内的水温将随着库区水流的流入发生变化，鱼道内布设有温度链ⅱ用以实时监测鱼道内的水温，并反馈给控制组件，控制组件根据反馈数据和需要的引流水温数据进行对比，进一步调整取水口位置。该装置可以有效帮助鱼类找到上溯洄游通道，有效缓解大坝阻隔，同时该装置的搭建可在原有大坝的基础上进行构建，对已建设施影响较小，普适性强。

8、上述基于虹吸的水温引流诱鱼装置，控制组件的主要作用为接收测温单元(即温度链ⅰ和温度链ⅱ)所检测的水温数据，并根据水温数据控制伸缩组件调整虹吸管取水口高程。为达到前述目的，控制组件可以采用本领域常用或常规设计的控制设备。在本发明中，所述控制组件优选包括控制模块以及分别与控制模块连接的电源模块、按键模块、显示模块、无线模块以及升降模块，所述电源模块还与无线模块、显示模块、升降模块电连接，所述温度链ⅰ、温度链ⅱ分别与无线模块通信连接。控制模块用于控制和协调各部件的运行，可以采用本领域常用控制芯片或单片机等实现相应作用。电源模块用于给控制模块和无线模块供电。按键模块用于工作人员输入操作指令。显示模块主要用以显示温度链ⅰ、温度链ⅱ监测到的水温数据。显示模块可以采用触摸屏。进一步地，为更好实现装置的自动化运行，优选地，控制组件还与水泵、进水口开关连接。操作人员可以通过触摸屏输入指令控制伸缩组件的升降、水泵的启闭和虹吸管进水口开关的开关。无线模块主要用于实现温度链与控制模块的无线连接。控制模块、电源模块、按键模块、显示模块、无线模块、升降模块均可采用本领域常规器件实现相应功能。

9、上述基于虹吸的水温引流诱鱼装置，虹吸管的入口段采用为可伸缩设置，即通过控制入口段的伸缩即可调整取水口(即入口段的入口端)高程。本发明通过伸缩组件来控制入口段的伸缩。伸缩组件主要通过牵引入口段达到使入口段收缩或伸长的目的。为达到前述引入口段伸缩的目的，伸缩组件可以采用本领域常规设计，如采用机械手实现入口段牵引，将机械手设置于浮船上，机械手的末端与入口段连接，通过机械手的旋转或上下移动达到使入口段伸缩的目的。在本发明中，所述伸缩组件优选包括与控制组件连接的控制装置、一端与控制装置连接的钢丝绳ⅰ以及设置于所述入口段入口端处的承重件ⅰ，钢丝绳ⅰ的另一端与承重件ⅰ连接。所述控制装置用于控制钢丝绳ⅰ的收放，可以采用钢丝绳牵引装置实现钢丝绳ⅰ收放的控制。控制装置与上述升降模块连接。通过控制组件向控制装置发出指令，控制装置精确控制钢丝绳ⅰ的收放长度，钢丝绳ⅰ牵拉承重件ⅰ从而调整承重件ⅰ的升降，在承重件ⅰ的自重作用下入口段伸长或收缩从而达到调整取水口高度的目的。

10、上述基于虹吸的水温引流诱鱼装置，温度链ⅰ用于测试并记录水库垂向温度数据，为进一步保障温度链ⅰ垂向测温精确性，优选地，所述温度链ⅰ的下方设置有承重件ⅱ。通过承重件ⅱ的自重使温度链ⅰ更好的保持垂向状态。所述温度链ⅱ用于测温并记录鱼道内的水温数据，其末端优选设置有承重件ⅲ用以将其水平固定于鱼道中。进一步地，所述温度链ⅰ和温度链ⅱ上的温度传感器设置间隔根据常规设置即可，一般间隔为0.5～2.0m。温度链ⅰ和温度链ⅱ的总长度，也即温度传感器的具体数量根据实际需要设定。此外，鱼道内温度链ⅱ的布设位置可根据鱼道和现场实际情况设置，以能准确反映鱼道水温为主要目标进行布置。

11、上述基于虹吸的水温引流诱鱼装置，虹吸管的出口端连接消能池，水流经过消能池后进入鱼道，能减少对鱼的生境影响。所述消能池与鱼道的连接处优选设置有拦鱼栅，拦鱼栅可用以防止鱼类进入消能池内。所述消能池优选与鱼道的末端连接，用以帮助鱼找到持续上溯的水温流。

12、上述基于虹吸的水温引流诱鱼装置，所述虹吸管的入口段采用可伸缩设置以便于调节取水口位置，入口段具体可以采用但不限于可伸缩管道或由可伸缩材质制成的管道。进一步地，虹吸管可以采用本领域常规固定方式固定于大坝上，所述虹吸管通过钢丝绳ⅱ固定于大坝上。进一步地，所述水泵通过水管与入口段的中上部连接。

13、上述基于虹吸的水温引流诱鱼装置，承重件ⅰ、承重件ⅱ、承重件ⅲ可以采用本领域常规使用的承重物。

14、本发明还提供了一种基于虹吸的水温引流诱鱼方法，利用上述基于虹吸的水温引流诱鱼装置进行诱鱼，包括以下步骤：

15、s1、确定取水口高程

16、根据鱼类上溯的水温需求，确定需要引流的水温，控制组件根据温度链ⅰ监测到的水库垂向水温数据确定取水口高程，虹吸管道进水口开关呈关闭状态，控制组件控制伸缩组件调整入口段取水口至相应位置；

17、s2、虹吸引流

18、启动水泵，通过管道向虹吸管内抽水，水流通过虹吸管绕过大坝经消能池进入鱼道，虹吸管道充满水流后，打开进水口开关，关闭水泵，水流依靠虹吸原理自流进入鱼道；

19、s3、调整取水口高程

20、根据温度链ⅱ监测鱼道水温并将水温数据发送至控制组件，控制组件对比接收到的鱼道水温数据与鱼类上溯水温数据，若水温数据差在设定温度差范围内则保持当前取水口高程，若水温数据差超出设定温度差范围，则控制组件根据温度链ⅰ监测到的水库垂向水温数据进一步调整取水口高程，直至水温数据在设定温度差内；

21、s4、重复步骤s3直至一次引流诱鱼结束，关闭虹吸管道进水口开关。

22、与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

23、(1)本发明提供的基于虹吸的水温引流诱鱼装置及方法，根据鱼类产卵的上溯水温需求和水库分层取水原理而设计，利用虹吸原理和水库分层取水原理，在现有水利水电工程建筑的基础上设计出该水温引流诱鱼系统。通过浮船下方设置的温度链监测记录水库垂向水温数据从而确定取水高程，再利用虹吸原理将水库适宜温度水流作为诱鱼水流，诱集徘徊在坝下的鱼类至鱼道内，有效实现水温水流诱鱼，同时为上溯鱼类营造持续上溯的水温水流条件，达到良好的鱼类持续上溯效果。

24、(2)本发明提供的基于虹吸的水温引流诱鱼装置及方法，可根据不同鱼类对水温的需求确定鱼道内具体需要的的引流水温，从而实现多种鱼类的诱集吸引效果。进一步地，鱼道内布置的温度链可实时监测鱼道内的水温，水温数据发送到控制组件从而可进一步调整虹吸取水口位置，缩小鱼道水温与诱鱼水温的差异，进一步保证良好的水温水流条件，从而达到良好的诱鱼效果及鱼类持续上溯效果。

25、(3)本发明提供的基于虹吸的水温引流诱鱼装置及方法，该装置运行过程中耗能小，装置后期运行水流可依靠虹吸引力自流，因此具有较高的生态环保效应，实际应用价值较高，且该装置不受电站主体工程的限制，可在原有大坝的基础上进行构建，普适性强。该装置尤其适合于已建水电站，对原有大坝结构不构成影响，建设成本低，诱鱼效果显著。诱鱼方法步骤简单，易于操作，通过设置控制组件，在实际运行过程中可实现水温诱鱼的自动化操作，运行维护成本较低，是一种经济环保的引流诱鱼装置。该装置有效解决了目前过鱼设施建设成本高、运行费用高及诱鱼效果不显著等问题，进一步有效解决上下游鱼类基因交流、产卵繁殖等生态问题。