本發(fā)明屬于深厚覆蓋層上建造水電站領(lǐng)域，具體涉及一種隔板式鵝卵石魚道及魚道的計算方法。
背景技術(shù)：
：魚道是設(shè)在江河固定建筑物(如水壩)中的使洄游性水生物能逆流或順流通過的通道。目前魚道按其結(jié)構(gòu)型式分為原生態(tài)式魚道、槽式魚道、特殊結(jié)構(gòu)型式魚道、池室式魚道(又稱隔板式魚道)。原生態(tài)式魚道很接近天然河道的情況，主要依靠延長水流路徑和增加糙率來消能，特別適合低堰或水頭較低的樞紐采用；槽式魚道主要通過在槽壁和槽底布置間距甚密的各類阻板和砥坎，消殺能量，減低流速，其優(yōu)點是尺寸小，坡度陡，過魚速率較快，但該類型魚道水流紊動劇烈，適用水頭差不大；特殊結(jié)構(gòu)型式魚道具有獨特的結(jié)構(gòu)型式，通常僅為那些能爬行、能粘附、善于穿越草叢縫隙的水生物(如幼鰻、幼蟹等)上溯而設(shè)；池室式魚道利用隔板水墊、水流對沖、擴散及沿程摩阻來消能，創(chuàng)造適合于魚類上溯的流態(tài)，其優(yōu)點是水流條件容易控制，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，能適應(yīng)相對較高的水頭，因此是目前國內(nèi)外使用最多的魚道型式。但是，目前國內(nèi)從未出現(xiàn)接近自然的隔板式魚道。水利水電工程擋水建筑物的修建，阻斷了原河流的連續(xù)性，改變了河流固有的自然特性，對閘壩上下游的水環(huán)境與水生態(tài)環(huán)境條件產(chǎn)生比較大的影響。一般而言，隔流閘壩修建后，魚類棲息地環(huán)境因素(如水位、流量、水溫等)將會出現(xiàn)變化，會對魚類活動產(chǎn)生重要影響，往往需要建造過魚設(shè)施或采取其它補救措施。目前，對于攔河閘和水頭較低的大壩，修建魚道、魚閘等永久性的過魚建筑物已經(jīng)成為趨勢。魚道一般由進口、槽身、出口和誘魚補水系統(tǒng)組成。進口多布置在水流平穩(wěn)，且有一定水深的岸邊或尾水出口附近。常用的槽身橫斷面為矩形，用隔板將水槽上、下游的水位差分成若干個小的梯級，板上設(shè)有過魚孔，利用水墊、沿程摩阻、水流對沖或擴散來消除多余能量，減緩流速。由于孔形不同，魚道又可分為丹尼爾式、豎縫式、溢流堰式和潛孔式等。與一般泄水建筑物相比，兩者水力學(xué)設(shè)計目的有著本質(zhì)的區(qū)別，一般泄水建筑物通過下泄不同頻率洪水，確保工程運行安全，而魚道水力設(shè)計則以滿足魚類生存基本條件為原則，因此，兩者在設(shè)計上存在較大差異。然而，在實現(xiàn)手段上，魚道通過下泄水流，形成適于魚類環(huán)境的水流條件，均存在水力學(xué)滿足問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種隔板式鵝卵石魚道及魚道的計算方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種隔板式鵝卵石魚道，包括底板，所述底板上表面設(shè)置多組隔板，每組所述隔板間隔設(shè)置，相鄰兩個隔板之間設(shè)置有供魚兒通過的間隙，多組所述隔板沿底板的長度方向布置，所述底板上還設(shè)有多個不均勻分布的鵝卵石。上述的一種隔板式鵝卵石魚道，每組所述隔板包括左側(cè)隔板和與所述左側(cè)隔板間隔布置的右側(cè)隔板，所述左側(cè)隔板的側(cè)壁與所述底板的左側(cè)壁平齊，所述右側(cè)隔板的側(cè)壁與所述底板的右側(cè)壁平齊。上述的一種隔板式鵝卵石魚道，所述底板呈臺階式布置，用于防止水流過快。上述的一種隔板式鵝卵石魚道，所述隔板之間形成供魚兒通過的z字型通道。上述的一種隔板式鵝卵石魚道，所述隔板上設(shè)有多個透水孔或透水縫，所述透水孔或透水縫能透水，但不能供魚兒通過。一種閘壩建筑物用魚道的計算方法，該方法包括：1)進行魚類游泳能力試驗，確定魚類的臨界游速、水深；2)根據(jù)水力學(xué)計算分析，確定滿足1)中臨界游速、水深的魚道布置及體型參數(shù)、流量范圍；3)控制魚道進出口處的尺寸，使魚道進出口處的水流流量滿足魚類游過的需要。上述的一種閘壩建筑物用魚道的計算方法，所述2)中魚道流量的計算公式為：式中，δh1、δh2分別代表相鄰魚池沿程、局部水頭損失，c為謝才系數(shù)，為一條豎縫的局損系數(shù)，a為過水面積，r為水力半徑，v為平均流速。上述的一種閘壩建筑物用魚道的計算方法，所述魚道的流量控制斷面位于隔板的束流處。上述的一種閘壩建筑物用魚道的計算方法，該方法還包括：4)魚道出口遠離泄水、取水建筑物，用于防止進入水庫的魚被水流帶回下游。上述的一種閘壩建筑物用魚道的計算方法，泄水建筑物包括溢洪道、廠房進水口。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明在隔板之間不均勻設(shè)置有多個鵝卵石，該鵝卵石能夠達到仿自然的目的。本發(fā)明相鄰兩隔板之間交錯設(shè)置，形成z字形通道，達到控制水流的流速和流態(tài)的要求，過魚效果較好。本發(fā)明將原有的呈坡度設(shè)置的底板更換成臺階式，較好的控制了水流的流速，使魚兒能夠安全的通過。本發(fā)明通過分析魚道與水閘等泄水建筑物水力設(shè)計方法差異，論證了隔板豎縫式魚道流量計算公式的合理性，分析了隔板豎縫式、丹尼爾式魚道的水力特性，認為各種形式的魚道設(shè)計均從能量方程的不同角度出發(fā)，采取不同措施，改變其邊界參數(shù)，達到適應(yīng)魚類特性、節(jié)約工程量為目的，如豎縫式、丹尼爾式魚道通過平面設(shè)置隔板的形式，溢流堰式和潛孔式則通過豎向抬升水面，形成堰流的方法，均在很短的距離內(nèi)增大局部水頭損失，而仿自然通道一般糙率較大，沿程損失較大，輔以局部束窄的措施，達到經(jīng)濟、適用的目的。附圖說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是步驟2)的流程圖。圖中：1、底板；2.擋板；3.鵝卵石。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。參照圖1，本實施例公開了一種隔板式鵝卵石魚道，包括底板，底板上表面設(shè)置多組隔板，每組隔板間隔設(shè)置，相鄰兩個隔板之間設(shè)置有供魚兒通過的間隙，多組隔板沿底板的長度方向布置，底板上還設(shè)有多個不均勻分布的鵝卵石。本實施例在隔板之間不均勻設(shè)置有多個鵝卵石，該鵝卵石能夠達到仿自然的目的。作為優(yōu)選，本實施例中每組隔板包括左側(cè)隔板和與左側(cè)隔板間隔布置的右側(cè)隔板，左側(cè)隔板的側(cè)壁與底板的左側(cè)壁平齊，右側(cè)隔板的側(cè)壁與底板的右側(cè)壁平齊。且隔板之間形成供魚兒通過的z字型通道。本實施例的相鄰兩隔板之間交錯設(shè)置，形成z字形通道，達到控制水流的流速和流態(tài)的要求，過魚效果較好。本實施例將原有的呈坡度設(shè)置的底板更換成臺階式，較好的控制了水流的流速，使魚兒能夠安全的通過，底板呈臺階式布置，用于防止水流過快。為了給魚兒提供良好的環(huán)境，本實施例的隔板上設(shè)有多個透水孔或透水縫，透水孔或透水縫能透水，但不能供魚兒通過。參照圖2，一種閘壩建筑物用魚道的計算方法，,該方法包括：1)進行魚類游泳能力試驗，確定魚類的臨界游速、水深；2)根據(jù)水力學(xué)計算分析，確定滿足1)中臨界游速、水深的魚道布置及體型參數(shù)、流量范圍，優(yōu)選魚道的流量控制斷面位于隔板的束流處；其中，步驟2)中魚道流量的計算公式為：式中，δh1、δh2分別代表相鄰魚池沿程、局部水頭損失，c為謝才系數(shù)，為一條豎縫的局損系數(shù)，a為過水面積，r為水力半徑，v為平均流速；3)控制魚道進出口處的尺寸，使魚道進出口處的水流流量滿足魚類游過的需要；4)魚道出口遠離泄水、取水建筑物，用于防止進入水庫的魚被水流帶回下游，優(yōu)選泄水建筑物包括溢洪道、廠房進水口。本實施例通過分析魚道與水閘等泄水建筑物水力設(shè)計方法差異，論證了隔板豎縫式魚道流量計算公式的合理性，分析了隔板豎縫式、丹尼爾式魚道的水力特性，認為各種形式的魚道設(shè)計均從能量方程的不同角度出發(fā)，采取不同措施，改變其邊界參數(shù)，達到適應(yīng)魚類特性、節(jié)約工程量為目的，如豎縫式、丹尼爾式魚道通過平面設(shè)置隔板的形式，溢流堰式和潛孔式則通過豎向抬升水面，形成堰流的方法，均在很短的距離內(nèi)增大局部水頭損失，而仿自然通道一般糙率較大，沿程損失較大，輔以局部束窄的措施，達到經(jīng)濟、適用的目的。以下給出本發(fā)明的具體推導(dǎo)過程、驗證結(jié)論：與一般泄水建筑物一樣，魚道水力設(shè)計目的在于確定魚道的布置及體型尺寸。而魚道修建的目的在于適應(yīng)魚類特性，所以要盡量體現(xiàn)“以魚為本”的理念，經(jīng)過對比分析，除上述設(shè)計目的不同外，魚道與水閘等建筑物水力設(shè)計差異可以表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)水力計算的思路不同一般水閘等泄水建筑物水力設(shè)計的思路為，以最合理的泄流規(guī)模使各級洪水安全下泄，因此，其基礎(chǔ)資料一般為校核、設(shè)計以及其他頻率的洪峰流量，計算成果建筑物尺寸、水面線、流速分布，是流量—流速的過程。而魚道則不同，首先應(yīng)進行魚類游泳能力試驗，分析魚類的臨界流速、水深等參數(shù)，進一步根據(jù)水力學(xué)計算分析，確定滿足這些參數(shù)的布置及體型參數(shù)以及流量范圍，是流速—流量的過程如圖1所示。(2)控制斷面位置不同為適應(yīng)魚類特性需要，魚道全段控制流速、水深均較小，其進出口段尺寸大于過流流量需要，對于丹尼爾式、豎縫式、溢流堰式和潛孔式，其流量控制斷面均位于各隔板束流處。而一般泄水建筑物控制斷面均在進、出口位置。(3)進出口選擇的原則不同魚類的下行通道通常可沿溢洪道、廠房通過，因此國內(nèi)魚道設(shè)計常見為上行魚道，為魚類到上游產(chǎn)卵、棲息提供便利，魚道進口、出口相應(yīng)為水流出口、進口。與一般泄水建筑物需考慮來流、出流條件、地形地質(zhì)條件制約較大等不同，魚道進口選擇盡量體現(xiàn)“以魚為本”，由于流量、流速小，受地形、地質(zhì)條件制約較少，主要考慮因素包括：水流感應(yīng)、上溯最前沿原則、水流平穩(wěn)原則等。出口則一般考慮遠離溢洪道、廠房進水口等泄水、取水建筑物，以防進入水庫的魚被水流帶回下游，流向要明確、沒有漩渦，以便魚類能沿著水流和岸邊線順利上溯。2隔板豎縫式、丹尼爾式魚道流量計算公式的理解(1)隔板豎縫式《水電工程過魚設(shè)施設(shè)計規(guī)范》中，提出了豎縫式魚道流量計算的公式，該公式按照一條豎縫的過流能力進行計算，筆者試圖建立單個池室上下斷面的能量方程，對該公式進行分析探討，則有：式中δh1、δh2分別代表相鄰魚池沿程、局部水頭損失，c為謝才系數(shù)，為一條豎縫的局損系數(shù)，a、r、v分別為過水面積、水力半徑、平均流速。下表列出了不同流量、水深、縫寬情況下，流速為1.2m/s、糙率為0.02、池室長3m、局損系數(shù)取0.8時沿程、局部、總水頭損失，以及沿程占總水頭損失的比率。不同流量、水深、底寬豎縫式魚道水頭損失計算表qhnb△h1△h2dh△h1/dhm3/smmmmm％0.510.020.420.000110.020.0150.690.51.250.020.330.000090.020.0150.620.51.50.020.280.000090.020.0150.5511.50.020.560.000130.020.0150.8711.750.020.480.000120.020.0150.80120.020.420.000110.020.0150.741.520.020.630.000150.020.0150.971.52.250.020.560.000140.020.0150.911.52.50.020.500.000130.020.0150.85可以看出，沿程水頭損失僅占總水頭不足1％，基本可以忽略。通過對其他流速、單個池室長度、糙率變化進行計算后發(fā)現(xiàn)，沿程水頭損失均在1％左右，因此有：此公式與規(guī)范公式一致，可以看出，規(guī)范推薦公式中沒有考慮沿程水頭損失的影響，按照一條豎縫過流能力計算的方法是合理的。從另外一個角度考察此公式，可以發(fā)現(xiàn)，如果不設(shè)置隔板，沒有局部水頭損失，全部按照沿程損失適應(yīng)水頭差，由于上下游水位差是固定的，則需要的魚道長度將成百倍增加。(2)丹尼爾式魚道假定丹尼爾式魚道三角形夾角為直角，且水深未超過三角形頂部時，由于上述公式同樣適應(yīng)，按下表列出了不同流量、水深、縫寬情況下，流速為0.8m/s、1m/s、1.2m/s、糙率為0.02、池室長3m時沿程、局部、總水頭損失，以及沿程占總水頭損失的比率。不同流量、水深、底寬丹尼爾式魚道水頭損失計算表q流速hn△h1△h2dh△h1/dhm3/sm/smmmm％0.50.80.790.020.000100.0100.0100.990.510.710.020.000140.0150.0150.920.51.20.650.020.000190.0220.0220.8610.81.120.020.000130.0100.0101.29111.000.020.000180.0150.0151.1811.20.910.020.000250.0220.0221.111.50.81.370.020.000150.0100.0101.491.511.220.020.000210.0150.0161.381.51.21.120.020.000290.0220.0221.29可以看出，沿程水頭損失占總水頭在1％左右，基本可以忽略。上式同樣適用。丹尼爾式的不同在于，利用三角形斷面水力半徑較矩形斷面小的特點，不用設(shè)置豎縫，使魚道水面寬度顯著增大，因此，較好適應(yīng)了喜好在水面附近洄游的魚類特性。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁12