隧洞式仿自然魚道的攔魚提升設備及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于水利工程和環保工程領域，涉及一種用于解決洄游魚類通過攔河建筑物上溯的過魚設施，更具體的說是一種新型隧洞式仿自然魚道的攔魚提升設備及其使用的方法。
【背景技術】
[0002]洄游是魚類因生理要求、遺傳和外界環境因素等影響，引起周期性的定向往返移動。洄游是魚類在系統發生過程中形成的一種特征，是魚類對環境的一種長期適應，它能使種群獲得更有利的生存條件，更好地繁衍后代。而現今，人類為了能獲得水能，在天然河流上修筑攔河大壩，阻斷了魚類的洄游通道，嚴重破壞了河流內的自然生態環境。人類為了補救對河流造成的破壞，在建設攔河大壩時設計建設了多種過魚設施，幫助洄游魚群過壩。魚道屬于過魚設施中最常用的一種。
[0003]在修有魚道的攔河大壩的下游河段，洄游魚群通過魚道進口流出的誘魚水流找到魚道進口，通過魚道進口游入魚道主體，最終游向魚道出口，游入上游河段，完成翻過攔河大壩向上游洄游。
[0004]隨著我國水電建設向河道上游推進，往往會遇到在河床狹窄、河道兩岸山體高陡等地形上選取壩址的情況。在這種情況下，河床往往會被泄洪建筑物所占據，導致魚道難以布置。一般情況下，按照魚道布置的要求，在地形陡峭及河床狹窄區域，魚道只能布置在電站廠房旁邊的高陡的山體上。在現有技術中，建設上述地形中的魚道時，采用的明挖的方式，需要深切開挖山體，在魚道兩側會形成高陡的開挖邊坡。為了保證開挖邊坡的穩定，保證魚道的安全運行，邊坡需要加固支護。由此，在河床狹窄、河道兩岸山體高陡的地形中修建魚道，不僅開挖工程量大，邊坡加固支護的設計和施工技術難度高，整個工程的造價昂貴，而且在修建此種魚道的同時，山體深切開挖，導致水土流失，破壞了山上陸生動植物的原始生態環境。
[0005]為克服上述缺點及不足，設計了一種隧洞式仿自然魚道，可以保證洄游魚群回溯至上游附近。但是，由于某些工程上游過魚水位變幅大導致普通魚道出口布置方案難以適應如此大的水位變幅；同時由于上下游水位差大使得隧洞式仿自然魚道的主體過長，洄游魚群在魚道主體內需花費大量時間才能游溯至上游水域中。為加快魚類洄游過壩并適應上游較大的過魚水位變幅，設計了與隧洞式仿自然魚道相配合的專用轉運及提升設備，保證洄游魚群快速翻越攔河大壩進入上游水域。
【發明內容】
[0006]針對上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種隧洞式仿自然魚道的攔魚提升設備，設置在隧洞式仿自然魚道的魚道主體和魚道出口之間的魚道出口段內，魚道出口段的兩側為出口段側墻，兩個出口段側墻之間沿逆水流方向依次設置有:下游移動攔魚電柵、提升轉運設備、集魚廂、上游固定攔魚電柵、擋水胸墻和出口閘門；兩個出口段側墻之間的上游水深h;在擋水胸墻和提升轉運設備之間的魚道出口段的底板上還設置有消力池；魚道出口內設置有疊梁門。
[0007]上述技術方案中，所述的隧洞式仿自然魚道的魚道主體設置在電站廠房旁邊的山體內部、連接下游河床和上游水庫水域;魚道主體的魚道進口設置在電站廠房的下游河床內；魚道主體的魚道出口設置在電站廠房的上游水庫內；魚道主體由位于兩側的側壁、位于底部的底板和位于頂部的頂拱組成;魚道主體內設置有多個收縮段將魚道主體間隔為多個魚道池室;每一個收縮段上的過魚豎縫連通相鄰的兩個魚道池室。
[0008]上述技術方案中，所述的出口閘門設置在擋水胸墻的上游一側，出口閘門的頂端設置在擋水胸墻底端以上，出口閘門為平板門結構。
[0009]上述技術方案中，兩個出口段側墻之間的水深為I米?3米，兩個出口段側墻的間距不少于最長過魚目標體長的2倍;魚道主體和疊梁門之間的距離不少于5倍的兩個出口段側墻的間距，疊梁門和擋水胸墻之間相距為I米?5米，出口閘門的高度為至少3米。
[0010]上述技術方案中，所述的消力池為下沉式結構，兩側為擋水胸墻，上游側為斜坡面，下游側為豎直面，底面水平;消力池的縱向長度、豎向深度均有泄洪效能計算確定。消力池的上游側距離出口閘門不少于0.5米，消力池的下游側距離提升轉運設備不少于0.5米。
[0011]上述技術方案中，下游移動攔魚電柵距離魚道主體的最小距離為0.5米?1.5米；下游移動攔魚電柵距離提升轉運設備的最小距離為0.5米?1.5米;集魚廂設置在提升轉運設備內部，沿豎直方向移動;所述的集魚廂的橫向寬度大于兩個出口段側墻的間距，且二者相差不超過2米，集魚廂的縱向長度不少于I米;下游移動攔魚電柵至集魚廂的最小距離大于I米，上游固定攔魚電柵距離集魚廂大于I米。
[0012]該隧洞式仿自然魚道的攔魚提升設備根據上游水位不同的情況，采取如下措施:
[0013]I)當上游水位過低時:
[0014]出口段側墻之間的上游水深h低于I米時，關閉出口閘門。
[0015]2)當上游水位正常時:
[0016]當出口段側墻之間的上游水深h為I米?3米時，出口閘門全部開啟，疊梁門全開。
[0017]3)當上游水位較高時:
[0018]當出口段側墻之間的上游水深h大于3米時，首先關閉出口閘門；然后向出口門門槽中放入部分疊梁門，將疊梁門以上的水深調節至I米?3米的范圍內；接著可局部開啟出口閘門。
[0019]利用該隧洞式仿自然魚道的攔魚提升設備幫助魚群過壩時，當洄游魚類游出魚道主體后，經過如下步驟進入上游水庫中:
[0020]步驟一:啟動上游固定攔魚電柵和下游移動攔魚電柵，下游移動攔魚電柵從下游最遠處開始向上游方向移動;洄游魚類被攔截在上游固定攔魚電柵和下游移動攔魚電柵之間；
[0021]步驟二:集魚廂位于最低點，下游移動攔魚電柵向上游方向移動至終點，洄游魚類被驅趕進集魚廂中；
[0022]步驟三:啟動提升轉運設備將集魚廂沿豎直方向向上提升；同時關閉上游固定攔魚電柵和下游移動攔魚電柵，并且下游攔魚電柵向下游方向移動；
[0023]步驟四:當集魚廂提升至最高點高于出口段側墻時，提升轉運設備將集魚廂傾斜并將洄游魚類傾倒入上游水庫中；
[0024]步驟五:集魚廂傾瀉完畢后歸位并下降；
[0025]步驟六:集魚廂降至最低點的初始位置，且同時下游移動攔魚電柵位于下游最遠處的初始位置，完成一次過魚過程。
[0026]上述技術方案中，兩個出口段側墻之間的水流速度為0.5米/秒?1.5米/秒。
[0027]與傳統的方法相比，本發明的優點在于:
[0028]其一，攔魚提升設備設置在隧洞式仿自然魚道的出口處，相應的配合該魚道過魚。使用本發明所設計的攔魚提升設備，可以充分發揮隧洞式仿自然魚道的開挖方便，消能明顯的特點，保證魚道的過魚效果。
[0029]其二，洄游魚群從隧洞式仿自然魚道內回溯至上游側的魚道出口段時，往往由于上下游過高的水位差及上游較大的水位變幅，無法直接進入上游水域。本發明一方面通過疊梁門、擋水胸墻、出口閘門和消力池控制進入魚道主體內水流的流量和流速滿足要求;另一方面通過固定攔魚電柵、移動攔魚電柵及提升轉運設備、集魚廂解決由于上游過魚水位變幅過大造成出魚口布置困難、魚類無法克服較大的水頭差或魚道主體段過長而延緩過