[发明专利]一种阻流板管道型式鱼道及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻流板管道型鱼道及设计方法，是一种环保水工设施和设计方法，是一种用于水库等水流工程的环保水工设施和设计方法。

背景技术

鱼道作为洄游鱼类等水生动物通过人工闸坝的重要设施，对协调大坝建设与生态环境的矛盾起到重要作用，通过在挡水建筑物上设置鱼道，以满足洄游性鱼类的上溯或降河要求。现有的鱼道包括水池式、竖缝式、挡板式、简易式、鱼梯和鱼闸等各种形式的鱼道，每种鱼道形成不同的水流条件，以适应不同鱼类顺利通过闸坝等挡水建筑物。鱼道是一个鱼类生态习性与水力学等多学科交叉的课题，其中鱼道水力学问题是影响鱼道成功的关键因素之一。鱼道水力学主要包括三个关键问题：第一，鱼道入口附近的水流流态和流速分布；第二，鱼道内部流量、流速、水深和流态的控制；第三，鱼道出口附近的流态及流速分布。其中，鱼道内部水流条件的控制是在水力学意义上的消能问题，即通过采取不同消能方式在预定的鱼道长度内消除闸坝上下游水头差，同时形成适合上溯鱼类身体特征、游泳能力、跳跃速度以及行为特征所需的水流条件。

根据消能方式的不同，鱼道大致可分为水池式消能和阻流式消能控制两种。其中，水池式消能是通过溢流或孔口出流，在水池内降低部分流速水头，满足鱼类通过要求。阻流式消能是通过鱼道底部铺设粗石或侧壁设置导流板等方式增加抵抗水流能力，形成旋涡流或扰流而降低流速水头的消能方式。上述两种消能方式都属于敞开式鱼道。这些鱼道多应用于中低水头的水利工程，而对于高水头的水利工程则应用较少。对于一些体较小，克服流速能力小，对复杂流态的适应能力较差的目标鱼种，如鳗、蟹、“四大家鱼”、刀鱼、鲈鱼等，在现有的鱼道设计方面存在参照大型鱼种的鱼道设计标准，结果在实际运行中成功的鱼道甚少。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种阻流板管道型鱼道及设计方法。所述的鱼道和设计方法利用水力学孔板阻流消能原理的管道式鱼道，适应各种高中低水头的水利工程，并适应各种小型鱼种。

本发明的目的是这样实现的：一种阻流板管道型鱼道，包括：连接水利工程上下游的管型主体，沿所述的管型主体内均匀设置阻流板。

进一步的，所述的管型主体与水流方向垂直的截面形状是圆形、矩形、正多边形中的一种。

进一步的，所述的阻流板为环形阻流板。

进一步的，所述的环形阻流板的环形部分，沿水流方向的对称轴截面的形状为矩形、三角形、多边形中的一种。

进一步的，所述鱼道的鱼道进口为横截面面积大于管型主体横截面面积的直管。

一种上述的阻流板管道型式鱼道的设计方法，所述方法的步骤如下：

计算单个阻流板水头损失的步骤：用于通过公式：

，

计算水流通过单个阻流板的收缩口而产生的水头损失Δh_i，其中i表示的是第i个阻流板的，上式中：u_克流能力为过鱼目标鱼种上溯洄游能够克服的水流流速，g为重力加速度；α为系数，α=1/k，k为消能系数；

计算阻流板的个数的步骤：用于通过公式：

计算整个鱼道的阻流板总数n，其中Δh为水库上下游水位差；

计算鱼道流量的步骤：用于通过公式：

Q=u₁×A₁=u₁×A

式中，A₁为阻流板断面的面积，取值考虑过鱼大小；A为管道断面面积，取值考虑水流消能效果及鱼类休息因素，u₁为鱼道中阻流板断面水流流速，小于过鱼目标鱼种的克流能力u_克流能力；

计算鱼道坡度的步骤：用于根据公式：

j=tgβ

式中，β为阻流板管道式鱼道坡角，根据地形条件、挡水建筑物布置条件可取值0°-90°；

鱼道进口流速设计的步骤：用于通过公式：

u₂=Q/A₂