一種無水資源損耗、無自由水面的過魚系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地，是一種無水資源損耗、無自由水面的過魚系統(tǒng)及方法，為大壩下游魚類等水生動物過壩洄游的魚道設(shè)計提供技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002]大壩的建設(shè)不但為人類儲蓄了寶貴的水資源，提供了大量的清潔電力，增強(qiáng)了航運(yùn)能力和抗洪抗旱能力。而且，大壩的建設(shè)卻阻止了大壩下游魚類等水生動物到上游的活動，因此而破壞了原有河道中水生動物的生存與繁殖體系，打破了原有的系統(tǒng)平衡，因此，大壩的建設(shè)往往需要建設(shè)相應(yīng)的魚道，以企求維持原有的水生態(tài)平衡或降低大壩工程對水生態(tài)的破壞。
[0003]魚道的設(shè)計主要考慮魚類的上溯習(xí)性。在閘壩的下游，魚類常依靠水流的吸引進(jìn)入魚道。魚類在魚道中靠自身力量克服流速溯游至上游。魚道通常由進(jìn)口、槽身、出口和誘魚補(bǔ)水系統(tǒng)組成。現(xiàn)有魚道的進(jìn)口多布置在水流平穩(wěn)，且有一定水深的岸邊或電站，溢流壩出口附近。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、水流對沖和擴(kuò)散等來消除多余能量。現(xiàn)有常規(guī)的魚道，由于其孔形的不同，又可分為堰式、淹沒孔口式、豎縫式和組合式等。
[0004]魚道的流速、流態(tài)，須適應(yīng)主要過壩魚類的習(xí)性和溯游能力，使上溯魚類不過分費(fèi)力即能通過，以免對魚類生理機(jī)能產(chǎn)生不利影響。魚道的設(shè)計流速，是指設(shè)計水頭下隔板過魚孔的流速。此流速應(yīng)小于魚類上溯的游速。各隔板過魚孔的流速應(yīng)盡量一致。因此，如何減小魚道的流速，是魚道設(shè)計中的一個重要方向。此外，還有升魚機(jī)，通過機(jī)械將魚搬運(yùn)到上游水庫。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)和專利檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的魚道的主要以各種不同種類的明渠為主，如分級式或迂回式等，或用機(jī)械能做功抬升水位減小水頭差，或通過加設(shè)阻力模塊減緩流速，或通過改變魚道形態(tài)減緩流速。
[0005]經(jīng)檢索，中國專利號:CN201410331257.5，公開(公告)號:CN104088260B，名稱:多級助驅(qū)式生態(tài)魚道設(shè)施及其運(yùn)行方法，該發(fā)明公開的技術(shù)為:公開了一種多級助驅(qū)式生態(tài)魚道設(shè)施及其運(yùn)行方法，涉及過魚建筑物和水利水電工程生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，是一種適用于中、高水頭水利樞紐的魚道建筑物及過魚控制方法。該發(fā)明的多級助驅(qū)式生態(tài)魚道設(shè)施包括若干級呈臺階狀分布的魚道單元、魚道助驅(qū)系統(tǒng)、仿生態(tài)河流系統(tǒng)、魚道消能系統(tǒng)和誘魚監(jiān)控系統(tǒng)，該魚道設(shè)施在運(yùn)行時，與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)配合使用，實(shí)現(xiàn)魚類逐級智能助驅(qū)上溯的目的。該發(fā)明主要的不足之處在于:1、需要耗費(fèi)大量的、寶貴水資源；2、每一級需要做往復(fù)抬升運(yùn)動，能耗大；3、無法消除水流下泄作用對魚類洄游產(chǎn)生的阻力影響；4、建設(shè)成本高，且運(yùn)行管理困難。
[0006]中國專利號:CN201410579860.5，公開(公告)號:CN104294803A，名稱:迂回式魚道，該發(fā)明公開的技術(shù)為:提供了兩種形式的迂回式魚道。兩種迂回式魚道均包括邊墻、底板、隔板和導(dǎo)流板，所述邊墻位于底板兩側(cè)，隔板和導(dǎo)流板設(shè)置在邊墻內(nèi)壁上，隔板和導(dǎo)流板將魚道分隔成若干個池室，各池室之間相通。其中，第一種形式的魚道設(shè)置在大壩側(cè)面的山體上，魚道下游端位于大壩下游河道的水面之下，魚道上游端位于大壩上游河道的水面之下，魚道的形狀為螺旋形或類螺旋形；第二種形式的該魚道由位于大壩下游側(cè)壩體表面的第一部段、位于大壩上游側(cè)壩體表面的第三部段和位于壩體內(nèi)使所述第一部段和第三部段相通的第二部段組成，魚道下游端位于下游河道的水面之下，魚道下游端位于下游河道的水面之下，魚道的形狀為折線形。該發(fā)明主要的不足之處在于:1、仍為明渠流，無法消除水流下泄作用對魚類洄游產(chǎn)生的阻力影響；2、需要耗費(fèi)大量的、寶貴水資源；3、魚道建設(shè)費(fèi)用高以及建設(shè)用地大。
[0007]中國專利號:CN201410660867.X，公開(公告)號:CN104480913A，名稱:一種交錯布置隔塊結(jié)構(gòu)的生態(tài)魚道，該發(fā)明公開的技術(shù)為:公開了一種交錯布置隔塊結(jié)構(gòu)的生態(tài)魚道。該生態(tài)魚道包括魚道側(cè)壁、底板和多個隔塊結(jié)構(gòu)等，隔塊結(jié)構(gòu)由直段隔板和弧段隔板組成，隔塊結(jié)構(gòu)為空心，并在直段隔板和弧段隔板上設(shè)置調(diào)節(jié)流量的過水縫，隔塊結(jié)構(gòu)設(shè)置在魚道內(nèi)側(cè)壁上，直段隔板與內(nèi)側(cè)壁斜交，相對的兩個隔塊結(jié)構(gòu)的弧段隔板之間形成擴(kuò)展段，相鄰隔塊結(jié)構(gòu)之間間隔一定距離，將魚道分成多個池室，池室之間通過弧段隔板之間的擴(kuò)展段相互連通。魚道側(cè)壁為第一空腔，內(nèi)部設(shè)置有驅(qū)動板。該生態(tài)魚道水流自然蜿蜒前行，有效地避免了傳統(tǒng)豎縫魚道豎縫處水流流速較大的不足，能夠降低水電水利工程對魚類洄游的影響，有利于河流的生態(tài)保護(hù)。該發(fā)明主要的不足之處在于:1、仍為明渠流，無法消除水流下泄作用對魚類洄游產(chǎn)生的阻力影響；2、需要耗費(fèi)大量的、寶貴水資源；3、隔塊結(jié)構(gòu)其本身或會成為魚類洄游的阻礙；3、該類魚道建設(shè)維護(hù)費(fèi)用高。
[0008]由此可見，大壩的建設(shè)阻止了魚類等水上動物從大壩下游到大壩上游的洄游，現(xiàn)有的魚道設(shè)計太過傳統(tǒng)，魚道建設(shè)與維護(hù)費(fèi)用高，工程建設(shè)用地較廣，不但為過魚所用水資源量大，而且往往過魚效果不夠理想。對于高壩而言，其問題更為突出，現(xiàn)有的設(shè)計方法甚至無法滿足過魚要求。因此，亟待從現(xiàn)代水利的角度出發(fā)，為大壩下游魚類等水生動物過壩洄游的魚道設(shè)計提出新型概念的魚道設(shè)計方法，并達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用、高效環(huán)保等多重功效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是為大壩下游魚類等水生動物過壩洄游的魚道設(shè)計提供一種無水資源損耗、無自由水面的過魚系統(tǒng)及方法。
[0010]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種無水資源損耗、無自由水面的過魚系統(tǒng)，包括出魚隧道、進(jìn)魚隧道、匯魚室、出魚閘、進(jìn)魚閘、發(fā)聲單元、發(fā)光單元、注料機(jī)、注料管、探魚雷達(dá)和總控系統(tǒng)，其中:出魚隧道設(shè)置于大壩中，水庫水體直接進(jìn)入出魚隧道；出魚隧道通過出魚閘后連接匯魚室，匯魚室的下游端連接進(jìn)魚閘，然后再連接進(jìn)魚隧道，進(jìn)魚隧道連接到下游河道；發(fā)聲單元、發(fā)光單元設(shè)置在匯魚室、出魚隧道和進(jìn)魚隧道內(nèi)；注料管一頭設(shè)置在注料機(jī)上、另外一頭設(shè)置到匯魚室內(nèi)；出魚閘和進(jìn)魚閘的動力裝置、發(fā)聲單元、發(fā)光單元、注料機(jī)、探魚雷達(dá)分別連接到總控系統(tǒng)，由總控系統(tǒng)控制開啟關(guān)閉。
[0011]優(yōu)選地，所述出魚隧道為由鋼筋混凝土建筑或金屬或HDPV、HDPE等非金屬材料做成的過水過魚通道，用于提供通道使魚從里面出來。
[0012]優(yōu)選地，所述進(jìn)魚隧道為由鋼筋混凝土建筑或金屬或HDPE、HDPE等非金屬材料做成的過水過魚通道，用于提供通道使魚從外面進(jìn)去。
[0013]優(yōu)選地，所述匯魚室為由混凝土建筑的密閉空間，作為魚群匯集的場所。
[0014]優(yōu)選地，所述出魚閘為控制出魚隧道中水流和過魚的水工建筑物，同時用于整個過魚系統(tǒng)的檢修。
[0015]優(yōu)選地，所述進(jìn)魚閘為控制進(jìn)魚隧道中水流和過魚的水工建筑物，同時用于整個過魚系統(tǒng)的檢修。
[0016]優(yōu)選地，所述發(fā)聲單元為能夠發(fā)出吸引魚類和驅(qū)趕魚類不同聲音的裝置:當(dāng)發(fā)出魚類喜歡的聲音時，吸引下游的魚類沿進(jìn)魚隧道進(jìn)入?yún)R魚室；當(dāng)發(fā)出驚嚇魚類的聲音時，驅(qū)趕匯魚室內(nèi)的魚類沿出魚隧道進(jìn)入上游水庫。
[0017]優(yōu)選地，所述發(fā)光單元為能夠發(fā)出吸引魚類的燈光裝置:當(dāng)打開匯魚室和進(jìn)魚隧道內(nèi)發(fā)光單元時，吸引下游的魚類沿進(jìn)魚隧道進(jìn)入?yún)R魚室；當(dāng)打開匯魚室和出魚隧道內(nèi)發(fā)光單元時，吸引匯魚室的魚類沿出魚隧道進(jìn)入水庫。
[0018]優(yōu)選地，所述注料機(jī)為向匯魚室提供魚飼料的裝置，用于使進(jìn)入?yún)R魚室內(nèi)的魚類有食物撲捉而停留其中，可以通過氣體和飼料一起加以輸送。
[0019]優(yōu)選地，所述注料管為輸送魚飼料的管道，由HDPV或金屬材料制成。
[0020]優(yōu)選地，所述探魚雷達(dá)為探測魚群的裝置。
[0021]優(yōu)選地，所述總控系統(tǒng)為控制門吊、發(fā)聲單元、發(fā)光單元、注料機(jī)、探魚雷達(dá)運(yùn)行啟閉的系統(tǒng)裝置。
[0022]本發(fā)明基于上述系統(tǒng)，提供一種無水資源損耗、無自由水面的過魚方法:采用總控系統(tǒng)開啟進(jìn)魚閘、關(guān)閉出魚閘；開啟匯魚室和進(jìn)魚隧道內(nèi)的發(fā)聲單元，播放親魚聲波；開啟匯魚室和進(jìn)魚隧道內(nèi)的發(fā)光單元，發(fā)射親魚光線；開啟注料機(jī)，加注魚飼料和空氣到匯魚室，并在匯魚室形成回流場；開啟探魚雷達(dá)，觀察匯魚室內(nèi)的魚群情況，隨著時間推移，下游河道的魚群將被吸引、停留在匯魚室內(nèi)；
[0023]通過探魚雷達(dá)觀測到匯魚室內(nèi)的魚群達(dá)到一定數(shù)量后，關(guān)閉進(jìn)魚閘，然后慢慢開啟出魚閘，關(guān)閉進(jìn)魚隧道內(nèi)的發(fā)光單元；開啟匯魚室和出魚隧道內(nèi)的發(fā)聲單元和發(fā)光單元，播放驅(qū)魚聲波，匯魚室內(nèi)的魚群在出魚隧道的注水過程中將被驅(qū)趕到大壩上游水庫中。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0025]本發(fā)明與現(xiàn)有魚道設(shè)計方法的顯著不同在于，本發(fā)明通過設(shè)置有壓、無自由水面的過魚隧道、匯魚室、控制閘、燈光與音樂吸引、聲波驅(qū)魚、喂料留魚、雷達(dá)監(jiān)測魚量等措施，在過魚過程中沒有水流流速，因此，無論什么魚類等水生動物都能夠游過，有效地將大壩下游的魚類等水生動物吸引