[发明专利]一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道及其运行方法

权利要求书

1.一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道，包括翼墙(1)、底板(2)、集水管(3)以及若干个竖缝结构系统(4)和应急泄洪控制系统(5)，其特征在于：

所述的翼墙(1)垂直固定在底板(2)的左、右两侧面；

所述的集水管(3)埋设在底板(2)内部；

所述的竖缝结构系统(4)包括固定式隔板(41)、活动式隔板(42)、弹簧A(431)、绳索(432)、弹簧B(433)、合页(44)和竖缝(45)，固定式隔板(41)和活动式隔板(42)在翼墙(1)内侧相对设置，并沿着鱼道长度方向交错布设，将鱼道分割成若干个池室，固定式隔板(41)在鱼道宽度方向上垂直固定在翼墙(1)内侧，固定式隔板(41)的底部固定在底板(2)上，活动式隔板(42)在鱼道宽度方向上通过合页(44)固定在翼墙(1)内侧，固定式隔板(41)的端部和活动式隔板(42)的端部之间形成竖缝(45)，自上而下设置的弹簧A(431)、绳索(432)和弹簧B(433)的一端均连接在活动式隔板(42)的上游面，另一端均固定在活动式隔板(42)上游侧的翼墙(1)上；

所述的应急泄洪控制系统(5)包括凹槽(51)、支撑条(52)、凹洞(521)、转轴(53)、U形管(54)、顶柱(541)、泄水口(542)、泄水管(543)和软管(55)，凹槽(51)位于竖缝(45)的下游侧，是在底板(2)表面向下开挖形成的矩形槽，支撑条(52)通过转轴(53)固定在凹槽(51)的内侧，支撑条(52)的上游侧支撑在活动式隔板(42)的下游侧底部，支撑条(52)的下游侧底部设有凹洞(521)，U形管(54)埋设在底板(2)内部，U形管(54)的一端穿过底板(2)出露于活动式隔板(42)上游侧，另一端内部设有顶柱(541)并穿过凹槽(51)连接软管(55)的一端，软管(55)的另一端连接凹洞(521)，U形管(54)的下游侧底部设有泄水口(542)，泄水管(543)一端经泄水口(542)连接U形管(54)，另一端连接集水管(3)，进入集水管(3)的水流最终汇入下游河道。

2.根据权利要求1所述的一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道，其特征在于：所述的支撑条(52)位于凹槽(51)中央，转轴(53)穿过支撑条(52)中部靠近上游的位置，转轴(53)两端固定在凹槽(51)的内壁上，支撑条(52)能够围绕转轴(53)进行转动；以转轴(53)为界，支撑条(52)下游侧的质量大于支撑条(52)上游侧的质量，在鱼道正常运行状态下，支撑条(52)的下游侧压在凹槽(51)表面，支撑条(52)的上游侧翘起并支撑在活动式隔板(42)的下游侧底部末端。

3.根据权利要求1所述的一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道，其特征在于：所述的活动式隔板(42)在鱼道宽度方向上通过合页(44)固定在翼墙(1)内侧，活动式隔板(42)可绕着合页(44)进行转动，活动式隔板(42)的底部末端由位于下游的支撑条(52)支撑。

4.根据权利要求1所述的一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道，其特征在于：所述的弹簧A(431)、弹簧B(433)的规格相同，绳索(432)的长度小于弹簧A(431)和弹簧B(433)的最大拉伸长度，大于弹簧A(431)和弹簧B(433)自由状态时的长度。

5.根据权利要求1所述的一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道，其特征在于：所述的U形管(54)的上游端穿过底板(2)出露于活动式隔板(42)上游侧，出露高度高于鱼道的正常运行水位，U形管(54)的直径大于泄水口(542)和泄水管(543)的直径。

6.根据权利要求1所述的一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道，其特征在于：所述的顶柱(541)位于U形管(54)下游端出口处，顶柱(541)的直径小于凹洞(521)和软管(55)的内径。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的一种适用于应急泄洪的竖缝式鱼道的运行方法，其特征在于包括以下步骤：

①在鱼道正常运行状态下，支撑条(52)的下游侧压在凹槽(51)表面，支撑条(52)的上游侧翘起并支撑在活动式隔板(42)的下游侧底部末端，弹簧A(431)和弹簧B(433)处于轻微拉伸状态，绳索(432)处于松弛状态，活动式隔板(42)在上下游水压力、支撑条(52)施加的支撑力以及合页(44)施加的侧向拉力的共同作用下处于关闭状态，上游水流经过竖缝(45)逐级进入各个池室并最终流向下游河道，鱼道内各个池室的水位均低于U形管(54)上游端的出露高度，顶柱(541)位于U形管(54)下游端出口处，软管(55)处于松弛状态；

②此时，由上游进入鱼道的水流通过竖缝(45)逐级进入各个池室，下泄水流经过对冲、扩散作用后能量耗散，形成适宜鱼类洄游的水流流态，下游洄游鱼类能够通过各个池室中的竖缝(45)完成洄游上溯过程；

③在洪水条件下，鱼道所在水利枢纽上游水位较高，由上游进入鱼道的水流流量增加，由于竖缝(45)的过水断面面积小，上游来流进入鱼道第一池室后无法及时下泄，鱼道第一池室内水位显著增加，当水位超过U形管(54)上游端的出露高度时，水流流入U形管(54)内，同时进入U形管(54)的部分水流由泄水口(542)进入泄水管(543)并最终汇入集水管(3)；

④由于U形管(54)的直径远大于泄水口(542)和泄水管(543)的直径，U形管(54)内的水位逐渐升高，当水位接近U形管(54)下游端出口处时，顶柱(541)在U形管(54)内部水体浮力的作用下高程逐渐增加，由U形管(54)下游端出口处进入软管(55)内部后继续向上运动，并最终插入到位于支撑条(52)下游侧底部的凹洞(521)中，随后U形管(54)内部的水体浮力通过顶柱(541)传递到支撑条(52)下游侧，并将支撑条(52)下游侧逐渐顶起，同时原本翘起的支撑条(52)上游侧逐渐下降并最终落在凹槽(51)表面，当支撑条(52)上游侧的高程低于活动式隔板(42)的底部高程，活动式隔板(42)失去支撑条(52)施加的支撑力，活动式隔板(42)在下泄水流冲击下逐渐开启，弹簧A(431)和弹簧B(433)继续被拉伸，绳索(432)由松弛状态逐渐绷直，当绳索(432)完全绷直后，弹簧A(431)和弹簧B(433)仍未达到最大拉伸长度，此时活动式隔板(42)在水流、弹簧A(431)、绳索(432)、弹簧B(433)以及合页(44)施加的作用力下达到最大开启状态，活动式隔板(42)的开启过程完成，鱼道第一池室内的水体能更快的流入鱼道第二池室内；

⑤鱼道内下游的各个池室按照上述步骤③～④依次自动开启活动式隔板(42)进行泄洪；

⑥当上游洪水逐渐消退，由上游进入鱼道的水流流量显著降低，鱼道内各个池室的水位逐渐回落，当水位低于U形管(54)上游端的出露高度时，水流不能通过U形管(54)上游端进入U形管(54)内部，U形管(54)的水体由泄水口(542)进入泄水管(543)并最终汇入集水管(3)，U形管(54)内水位逐渐降低，顶柱(541)在失去U形管(54)内水体浮力作用后逐渐下落至U形管(54)下游端出口处，支撑条(52)下游侧在失去通过顶柱(541)传递的水体浮力后在自身重力作用下逐渐下降并最终落在凹槽(51)表面，支撑条(52)的上游侧重新翘起；

⑦同时，鱼道内各个池室的水位下降导致作用在活动式隔板(42)表面的水压力减小，当水压力小于弹簧A(431)和弹簧B(433)拉伸所产生的弹力，弹簧A(431)和弹簧B(433)开始收缩，活动式隔板(42)随着弹簧A(431)和弹簧B(433)的收缩逐渐向关闭状态运动，活动式隔板(42)冲击支撑条(52)的上游侧，翘起的支撑条(52)上游侧向下转动后顶部高程低于底板(2)高程，活动式隔板(42)经过凹槽(51)上方回到关闭状态，由于支撑条(52)下游的质量大于支撑条(52)上游侧的质量，支撑条(52)上游侧随后重新翘起并支撑在活动式隔板(42)的下游侧底部末端，活动式隔板(42)的关闭过程完成；

⑧鱼道内各个池室的活动式隔板(42)均按照上述步骤⑥～⑦关闭后，鱼道泄洪过程结束，下游洄游鱼类可继续通过各个池室中的竖缝(45)完成洄游上溯过程；

按照上述相应步骤，即能够在洪水期利用鱼道进行应急泄洪，提高所在水利枢纽的泄洪能力。