一种利用充水浮体闸门适应上游水位变化的鱼道的制作方法

本发明一种利用充水浮体闸门适应上游水位变化的鱼道，用于水利水电工程过鱼设施建设，属于水利工程领域。

背景技术：

1、鱼道是沟通鱼类洄游路线的一种重要设施，在低水头水利枢纽上沟通鱼类洄游路线中，具有不可替代的重要地位，是水利工程生态保护与修复技术的关键内容之一。《水利水电工程鱼道设计导则(sl 609-2013)》规定：主要过鱼季节上游水位变幅较大时，应设置不同位置与高程的多个鱼道出口。联合国粮农组织出版的《fish passes–design,dimensions and monitoring》规定，鱼道出口宜设计成竖缝式，若水位变幅超过1m则应设置多个出口。我国水库众多，一些水库受电站日调节影响，水库水位变幅达10多米，如此巨大的水位变幅给鱼道出口的设计带来巨大的困难。若依据常规设计，鱼道出口将多达10个以上，无论从设计还是从管理角度，都是非常困难的。采用何种设计才能满足上游水位的变化一直是本领域技术人员探索的方向。

2、本发明的发明人曾公开过cn107034861a“一种能够适应上游大水位变幅的混合型鱼道”。但是由于鱼道中设置了复杂的机械装置，尤其是在鱼道闸室段内设置了双向的赶鱼格栅，使得机械过程非常复杂。尤其是洪水期间，鱼道闸室段会有大量的漂浮垃圾停留，造成机械装置运转困难，需要进行人工清理，当垃圾比较多的时候需要每天清理，给维护造成了极大的不便。虽然通过设置烂污栅能部分解决这个问题，但本领域仍希望能找到一种更为方便的适应水位变化的鱼道体型。

3、另外，在传统采用多个出口的鱼道中。鱼道沿着上游水库布置，每个鱼道出口间距都在100-200m，10个出口的鱼道上游需要预留1000-2000m的库岸空间。这样的库岸空间选择和布置困难较大。

4、现有技术中的鱼道上游布置型式如图1所示。为了适应上游水位的变化，上游设置多个鱼类出口，图中设置了3个出口。上游库区的水位沿程变化较小，这样鱼道的主要升高段都集中在下游。大坝造成的水位抬升都在鱼道的下游段缓慢分摊。而上游收到库水位变化的影响非常大。鱼道的转折段只能设置在下游。下游还要布置电站尾水渠，泄流坝段的泄流消能区，船闸的口门区。下游布置空间非常紧张。为了节省下游的布置空间，同时本身需要有足够的长度降低鱼道的进口高程，往往将鱼道进口设置在远离坝体的下游河段，这样就需要在下游增加一个拦鱼设施，避免鱼类一直游到坝下，无法找到鱼道入口。

5、发明人经过长期观测得到的数据说明电站及船闸附近聚集的鱼类较多，下游鱼类的分布更接近于船闸闸墙和电站尾水；因此需要一种布置方式将下游鱼道段缩短，使得进鱼口更接近电站尾水渠和船闸口门区。但是大坝的挡水高程是固定的，各特征水位也是根据防洪和发电要求选取的。因此目前鱼道过坝段的上游开口底高程都是正常蓄水位附近，否则鱼道过坝段就会长期被淹没在水下，过坝段成为一段淹没管道流。这是现有鱼道设计中无法解决的问题。

6、鱼道上游出口同时也是鱼道中水流的入口。当上游水位频繁变动时，尤其是变动幅度超过鱼道深度的时候，鱼道进水口需要进行闸门调度。频繁的水位变动会给闸门调度带来非常大的困难。根据水位进行调度通常要安装水位传感器，并将水位传感器与闸门的运行装置连接起来。而通常情况下鱼道由于不涉及防洪和发电，它的闸门是与其他闸门的调度分开。往往是独立的小闸门调度。这时采用水位传感器与闸门运行装置反馈调度的方式往往增加了成本和运行的不确定性。

技术实现思路

1、本发明公开一种利用充水浮体闸门适应上游水位变化的鱼道，其目的在于：减少鱼道上游段的空间布置长度，提高鱼道对上游水位变化的适应能力，提高鱼道进水口调度的自动程度。

2、具体技术方案为：

3、一种利用充水浮体闸门适应上游水位变化的鱼道，包括：鱼道过坝段，上游鱼道段，上游隔墩，上游横向封闭挡墙，上游纵向封闭挡墙，上游鱼道支撑体，鱼道出口，鱼道充水浮体闸门；

4、所述的上游隔墩，上游横向封闭挡墙，上游纵向封闭挡墙，大坝坝体相互连接，在上游库区内形成一个中空的围堰；

5、所述的上游鱼道支撑体一端为立柱支撑在围堰内，另一端为横梁支撑在上游隔墩，上游横向封闭挡墙，上游纵向封闭挡墙，以及大坝坝体上；

6、所述的鱼道过坝段连接上游鱼道段，上游鱼道段安装在上游鱼道支撑体上；上游鱼道段沿着上游隔墩，上游横向封闭挡墙，上游纵向封闭挡墙，以及大坝坝体环形布置；

7、上游鱼道段的整体布置为转折下降方式，，每个出口的高程根据上游水位在调度过程中的停留时间进行设置；各个出口高程范围合并在一起满足覆盖85％调度水位停留时间；

8、上游鱼道段的底坡设计不大于鱼类游泳能力要求的最大坡度；根据其出口水位特征和两出口间距，在两出口之间可以在最大坡度和0坡度之间进行调整。

9、所述的鱼道出口为多个，布置在上游鱼道段上，并穿过上游横向封闭挡墙或上游纵向封闭挡墙；

10、上述的鱼道过坝段底高程为枯季10％低水位和汛限水位中较低的水位以下0.5m；鱼道过坝段上游入口设置快速闸门；

11、上述的上游横向封闭挡墙和上游纵向封闭挡墙为挡水坝段，其水文设计标准与鱼道设计标准相同；

12、上述的上游横向封闭挡墙和上游纵向封闭挡墙顶高程与大坝顶高程相同。

13、对于多年调节水库，枯季10％低水位和汛限水位中较低的水位以下0.5m作为鱼道出口底高程；

14、对于日调节水库，所述的鱼道出口最低高程为汛限水位以下1m。

15、所述的鱼道充水浮体闸门为多个，安装在上游鱼道段的鱼道出口上。

16、上述的上游隔墩为船闸外侧闸墙或电站进水口导流墩外侧墙面。

17、上述的鱼道出口布置在上游横向封闭挡墙或上游纵向封闭挡墙外侧；水流通过鱼道出口后方向不改变，直接流入上游鱼道段，并继续向下游流动。

18、上述的鱼道充水浮体闸门，包括：浮体门，门轴，水封，内挡板，底部半桶状浮体；

19、所述的底部半桶状浮体包括半个圆桶和封闭圆桶的平面；平面上连接平板门，平板门顶部外侧焊接闭门浮箱，浮体门固定在门轴上并围绕门轴转动；所述的水封固定在浮体门内挡板上。

20、所述的内挡板焊接在底部半桶状浮体的圆弧面上，外侧设有外挡板；上述的内挡板为水封提供正压力，限制水封漏水；上述的内挡板跟水封共同作用，在闸门关闭时密闭闸门底部缝隙。

21、当水位下降到浮体门开门水位，浮体门在闭门浮箱的重力作用下形成转动力矩，此时浮体门底部向内向上翻转，卡在底部门框外挡板位置，浮体门处于水平打开状态；

22、当水位上升到浮体门关门水位，浮体门在闭门浮箱的浮力作用下形成转动力矩，此时浮体门底部向下向外反转，卡在底部门框内挡板位置，浮体门处于竖直关闭状态。

23、上述的浮体门闭门浮箱内安装双向水泵和通气管，通水管；

24、上述的底部半桶状浮体通过通气管及通水管和闭门浮箱相互连接；

25、上述通水管末端设置重力软管，重力软管在重力作用下总是垂向最低位置；

26、若当水位下降到浮体门开门水位时，闸门仍不能打开，则双向水泵从底部半桶状浮体向闭门浮箱内泵水，水体流入闭门浮箱内，增加了闭门浮箱的重量和力矩，推动闸门打开；

27、当水位上升到浮体闸门关门水位时，闸门仍不能关闭，则双向水泵将闭门浮箱内水体泵入底部半桶状浮体，底部半桶状浮体的水重力和闭门浮箱浮力的共同作用使得闸门竖直，进一步推动闸门关闭。

28、上述的闭门浮箱内贴近闸门一侧的底部角度为锐角，其角度范围为52°<a<90°。

29、当多个闸门位于不同高程时，则不同水位会打开不同的鱼道充水浮体闸门。使得不同高程的水流入鱼道中。

30、本发明的有益效果在于：

31、1，本发明提出了一种具有新的上游布置型式的鱼道，减小了上游空间的使用；

32、2，本发明提出的使用浮体门进行鱼道出口的控制方法，极大地降低了闸门调度的难度；使得鱼道在一定水位时相应高度的闸门自动打开，在水下的闸门关闭，保证鱼道进水及出鱼的稳定性和连续性；

33、3，浮体门的设计一方面提供了适当水位自动开门关门的功能，同时其闭门浮箱的设计提高了开关门的启闭力，结合水封的设计，有效地避免了在闸门关闭时漏水造成下游鱼道中的水流混乱。

34、说明书附图

35、图1现有技术中的鱼道布置示意图；

36、图2本发明提出的鱼道布置示意图；

37、图3本发明上游鱼道布置示意图也就是图2中m位置的局部放大图；

38、图4本发明aa’剖视示意图；

39、图5是本发明bb’剖视示意；

40、图6是图3中n的局部放大图；

41、图7本发明高水位鱼道不过鱼时的闸门的启闭状态，p的局部放大图；

42、图8本发明中水位鱼道通过最高的进口过鱼的闸门启闭状态，p的局部放大图；

43、图9本发明中水位鱼道通过第二高进口过鱼的闸门启闭状态图，p的局部放大图；

44、图10本发明中水位鱼道通过最低进口过鱼的闸门启闭状态，p的局部放大图；

45、图11本发明中的鱼道自启闭闸门剖面示意图；

46、图12本发明中的鱼道自启闭闸门倾倒状态剖面示意图，s为内水面；

47、图13本发明中闭门浮箱内贴近闸门一侧的底部角度a位置示意图。

48、其中1挡水坝段，2电站段，3船闸，4鱼道，41现有技术中的上游鱼道段，42本发明的上游鱼道段，sw为水位，s为内水面。