一种生态流量自适应可调控的中小型堰坝及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种生态流量自适应可调控的中小型堰坝及其设计方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

随着经济、社会和科技水平的不断发展，全世界各地修建了许多拦河建筑物，这些建筑物为当地流域地区带来了显著的经济和社会效益。然而，随着可持续发展理念的推行，人们对生态环境和人类活动之间的平衡关系越来越关注，寻求在人类活动的影响下，在各种水资源利用方面取得最佳平衡，以保持区域的可持续发展。因此，提出了生态流量的概念。

目前，对于大型水电站的生态流量，在监测、调控和下泄等方面已经有了广泛的研究。然而，在山丘区河流中广泛存在的传统堰坝方面，有关生态流量的研究还不够成熟，存在以下几个问题：

1.监测：在山丘区的中小河流上，水文站的分布较少，水文资料缺乏，堰坝的数量较多。各个堰坝之间会相互影响，不同堰坝处的流量条件可能存在较大差异，仅仅依据某个水文站的数据来确定某座堰坝处的生态流量是缺乏可靠性的。

2.调控：山丘区的中小河流上的堰坝多是为了引水灌溉和防洪，然而这些堰坝的建设会抬高水位，降低流速，同时山丘区中小河流年内年际径流变化较大，所以在流量不同的时期，堰坝对河流的生态环境会造成不同的影响，例如下游断流、上游蓝藻水华、鱼类洄游阻断等，因此在山丘区中小河流上多目标的生态流量调控方案的制定是急需的。

3.下泄：山丘区的中小河流上的堰坝多为传统的堰坝，无法根据调控方案对流量进行实时调控，而目前实时调控的堰坝主要是依据现代化的监测仪器以及调控设备来进行，花费较高，因此如何采用一些简单的工程措施来进行下泄流量的自动调节是必要的。

发明内容

本发明提供一种生态流量自适应可调控的中小型堰坝及其设计方法，在坝体上下游分别设置监测控制机构和启闭闸门以及伸缩闸门，通过监测控制机构检测待调节河段上下游的水位并根据检测到的上游实时水位调节启闭闸门的启闭程度，根据检测到的下游实时水位调节伸缩闸门的开合程度，用以调节堰坝处上下游的水位，满足河流上下游的实际需求。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

一方面，提供一种生态流量自适应可调控的中小型堰坝，包括：可切断河道上下游水流连通的坝体、上下游监测控制机构以及闸门组件；

所述上下游监测控制机构包括上游监测控制机构以及下游监测控制机构；

所述闸门组件设置在坝体上，其包括启闭闸门以及伸缩闸门；

所述上游监测控制机构用于监测上游水位，并用于根据上游实时水位调节所述启闭闸门的启闭程度，所述启闭闸门启闭变化用于调控河道上游水位；

所述下游监测控制机构用于监测下游水位，并用于根据下游实时水位调节所述伸缩闸门的开合程度，所述伸缩闸门伸缩变化用于调控河道下游水位。

以上技术方案中，上游水位升高到预先设计的高度时所述启闭闸门抬起高度变大，上游水位降低到预先设计的高度时所述启闭闸门抬起高度变小，能够对不同时期的上游水位进行控制并调节；下游水位升高到预先设计的高度时所述伸缩闸门打开程度变小，下游水位降低到预先设计的高度时所述伸缩闸门打开程度变小，能够对不同时期的下游流量进行控制并调节。

可选地，所述上游监测控制机构包括上游监测断面、上游控制传动机构以及启闭机构；

所述上游监测断面设置在所述坝体的上游侧，其上设置有与预先设计的上游蓄水灌溉水位、上游正常水位以及上游防洪水位高度相对应的三个进水口；

所述上游控制传动机构用于根据所述上游监测断面进水口的进水状态控制所述启闭机构运作；

所述启闭机构设置在所述坝体上并位于所述启闭闸门的上游侧，用于调节所述启闭闸门的启闭程度，使得所述启闭闸门的启闭状态适应于上游实时水位；

所述下游监测控制机构包括下游监测断面、下游控制传动机构以及伸缩机构；

所述下游监测断面设置在所述坝体的下游侧，其上设置有与预先设计的下游最枯生态水位、下游正常生态水位以及下游防洪水位高度相对应的三个进水口；

所述下游控制传动机构用于根据所述下游监测断面进水口的进水状态控制所述伸缩机构运作；

所述伸缩机构设置在所述坝体上并位于所述伸缩闸门下方，用于调节所述伸缩闸门的开合程度，使得所述伸缩闸门的开合状态适应于下游实时水位。

可选地，所述上游控制传动机构包括上游控制水箱、上游活塞缸以及上游传动组件；

所述上游控制水箱的侧面由下至上设置有一个出水口以及三个进水口，所述上游控制水箱的三个进水口与所述上游监测断面的三个进水口根据对应的设置高度分别连通，所述上游控制水箱的进水口尺寸远大于出水口；

所述上游控制水箱内设置有三组挡水组件，三组所述挡水组件分别对应三个所述上游控制水箱进水口滑动设置在所述上游控制水箱内壁上，三组所述挡水组件分别用于根据所述上游控制水箱内部的水位变化暴露或遮挡对应的所述上游控制水箱进水口，使得所述上游控制水箱进水时仅单个进水口处于进水状态；

所述上游活塞缸包括上游活塞缸体、上游活塞块、上游活塞杆以及上游活塞杆接头，所述上游控制水箱内腔与所述上游活塞缸体内腔构成连通器，所述上游活塞块设置在所述上游活塞杆下端，所述上游控制水箱内部水位发生变化带动所述上游活塞杆移动，所述上游活塞杆接头设置在所述上游活塞杆上部，用于对所述上游活塞杆进行限位；

所述上游传动组件连接所述上游活塞杆接头，所述上游活塞杆移动带动所述上游传动组件运作，所述上游传动组件运作带动所述启闭机构运作；

所述下游控制传动机构包括下游控制水箱、下游活塞缸以及下游传动组件；

所述下游控制水箱以及下游活塞缸的设置分别与所述上游控制水箱以及上游活塞缸的设置相同；

所述下游控制水箱的三个进水口与所述下游监测断面的三个进水口根据对应的设置高度分别连通；

所述下游传动组件连接所述下游活塞杆接头，所述下游活塞杆移动带动所述下游传动组件运作，所述下游传动组件运作带动所述伸缩机构运作。

以上技术方案中，所述上游控制水箱内腔与所述上游活塞缸体内腔根据连通器的原理连通，所述上游活塞缸体内部水位随着上游控制水箱内部水位的变化而变化，通过上游活塞杆以及所述上游传动组件将上游水位的变化传动给启闭机构；所述下游控制水箱内腔与所述下游活塞缸体内腔根据连通器的原理连通，所述下游活塞缸体内部水位随着下游控制水箱内部水位的变化而变化，通过下游活塞杆以及所述下游传动组件将上游水位的变化传动给伸缩机构。

可选地，所述闸门组件总长度至少等于所述坝体长度；

以所述坝体的长边中心线为基准，设定所述闸门组件中的闸门门体以朝向所述长边中心线的一侧为内侧，另一侧为外侧；

所述启闭闸门转动设置在所述坝体上，所述启闭闸门包括第一和第二启闭闸门，所述第一和第二启闭闸门分别设置在所述坝体两端且所述第一和第二启闭闸门分别包括启闭闸门门体、启闭闸门支撑架以及设置在所述启闭闸门支撑架下方的滑块，所述滑块滑动设置在所述坝体上，所述启闭闸门支撑架设置在所述启闭闸门门体的上游侧，用于支撑所述启闭闸门门体转动，所述启闭闸门门体转动时其上斜面朝向所述坝体下游侧；

所述伸缩闸门包括第一和第二伸缩闸门，所述第一和第二伸缩闸门分别包括伸缩闸门门体以及伸缩导轨，所述伸缩闸门门体滑动设置在所述伸缩导轨上，所述第一和第二伸缩闸门门体完全伸出时其内侧相互连接且其外侧分别与所述第一和第二启闭闸门门体的内侧连接，所述第一和第二伸缩闸门门体完全收缩时分别嵌设在所述第一和第二启闭闸门门体内部；

所述启闭闸门具有适应于上游蓄水灌溉水位的第一固定状态、适应于上游正常水位的第二固定状态以及适应于上游防洪水位的第三固定状态；

所述伸缩闸门具有适应于下游最枯生态水位的第一固定状态、适应于下游正常生态水位的第二固定状态以及适应于下游防洪水位的第三固定状态。

可选地，所述启闭机构包括第一和第二启闭机构，所述第一启闭机构包括：启闭齿轮组件、启闭链条组件、启闭链条接头组件以及启闭连杆组件；

所述启闭齿轮组件包括两组启闭齿轮组，所述启闭齿轮组包括两个连线平行于所述坝体宽边方向第一和第二启闭齿轮，所述第一启闭齿轮设置在所述启闭闸门门体上；

所述启闭链条组件包括两条平行于所述坝体宽边方向设置的启闭链条组，所述启闭链条组包括两条启闭链条，所述启闭链条绕设在所述启闭齿轮组上；

所述启闭链条接头组件包括设置在所述滑块两侧的两个启闭链条接头，所述启闭链条接头设置在所述启闭齿轮组的第一和第二启闭齿轮之间且启闭链条贯穿所述启闭链条接头；

所述启闭连杆组件包括两条平行于所述坝体长边方向设置的第一和第二启闭连杆，所述第一启闭连杆分别连接两个所述第一启闭齿轮，所述第二启闭连杆分别连接两个所述第二启闭齿轮，用于控制两组所述齿轮组的动作保持一致；

所述第二启闭机构与所述第一启闭机构的设置相同。

可选地，所述伸缩机构包括第一和第二伸缩机构，所述第一伸缩机构包括：伸缩机构齿轮组、伸缩机构链条、伸缩机构链条接头以及第一伸缩机构连杆；

所述伸缩机构齿轮组包括两个连线平行于所述坝体长边方向的第一和第二伸缩机构齿轮，所述第一伸缩机构齿轮通过所述第一伸缩机构连杆设置在控制水箱外壁上；

所述伸缩机构链条平行于所述坝体长边方向设置并绕设在所述伸缩机构齿轮组上；

所述伸缩机构链条接头设置在所述伸缩闸门门体上且所述伸缩机构链条贯穿所述伸缩机构链条接头；

所述第二伸缩机构与所述第一伸缩机构的设置相同且所述第一伸缩机构的第二伸缩机构齿轮与所述第二伸缩机构的第二伸缩机构齿轮卡合，使得所述第一伸缩机构与所述第二伸缩机构的运动方向相反，所述第一伸缩闸门门体与所述第二伸缩闸门门体相向或背向滑动。

可选地，所述上游传动组件包括：第一级上游传动组件、第二级上游传动组件以及第三级上游传动组件；

所述第一级上游传动组件包括：第一上游传动连杆、第一和第二上游传动齿轮、上游传动链条以及上游传动链条接头；

所述第一、第二上游传动齿轮构成上游传动齿轮组，设置在所述上游控制水箱外壁且其连线平行于所述上游活塞缸体，所述上游传动链条绕设在所述上游传动齿轮组上，所述上游传动链条接头固定在所述上游传动链条上，所述第一上游传动连杆分别连接所述上游活塞杆接头与所述上游传动链条接头；

所述第二级上游传动组件包括：第二、第三上游传动连杆以及第三、第四、第五、第六、第七和第八上游传动齿轮；

所述第二上游传动连杆分别连接所述第三上游传动齿轮与所述第二上游传动齿轮 ，所述第四上游传动齿轮设置在所述第二上游传动齿轮一侧且与所述第三上游传动齿轮卡合，所述第三上游传动连杆分别连接所述第四上游传动齿轮与所述第五、第六、第七和第八上游传动齿轮；

所述第三级上游传动组件包括：第九、第十、第十一和第十二上游传动齿轮；

所述第九和第十上游传动齿轮设置在所述第一启闭机构的第一启闭连杆上，所述第十一和第十二上游传动齿轮设置在所述第二启闭机构的第一启闭连杆上，所述第五和第六上游传动齿轮分别与所述第九和第十上游传动齿轮卡合，所述第七和第八上游传动齿轮分别与所述第十一和第十二上游传动齿轮卡合。

可选地，所述下游传动组件包括：第一级下游传动组件以及第二级下游传动组件；

所述第一级下游传动组件包括：第一下游传动连杆、第一和第二下游传动齿轮、下游传动链条以及下游传动链条接头；

所述第一、第二上游传动齿轮构成下游传动齿轮组，设置在所述下游控制水箱外壁且其连线平行于所述下游活塞缸，所述下游传动链条绕设在所述下游传动齿轮组上，所述下游传动链条接头固定在所述下游传动链条上，所述第一下游传动连杆分别连接所述下游活塞杆接头与所述下游传动链条接头；

所述第二级下游传动组件包括：第二、第三下游传动连杆以及第三、第四、第五和第六下游传动齿轮；

所述第二下游传动连杆分别连接所述第三下游传动齿轮与所述第二下游传动齿轮 ，所述第四下游传动齿轮设置在所述第二下游传动齿轮一侧且与所述第三下游传动齿轮卡合，所述第三下游传动连杆分别连接所述第四下游传动齿轮与所述第五下游传动齿轮，所述第六下游传动齿轮设置在所述第一伸缩机构的第一伸缩机构连杆上，所述第六下游传动齿轮与所述第五下游伸缩机构齿轮卡合。

可选地，所述挡水组件包括挡水板、挡水板导轨以及设置在挡水板导轨两端的限位板；

所述挡水板导轨包括两条滑动轨道，两条所述滑动轨道分别设置在控制水箱进水口的两侧，所述挡水板根据所述控制水箱内部水位变化滑动设置在所述挡水板导轨上。

第二方面，提供一种生态流量自适应可调控的中小型堰坝的设计方法，包括：

基于河流水文站水文资料得到待调节河段下游的最枯生态流量以及正常生态流量；

基于所述最枯生态流量以及正常生态流量，获取与其相近的流量所在的日期下高清遥感图中所述堰坝的上下游监测断面高清影像图；

基于所述上下游监测断面高清影像图得到待调节河段的河面宽度平均值；

基于所述河面宽度平均值得到不同时期所述堰坝上下游监测断面的生态面宽；

基于所述下游监测断面的断面资料和所述下游监测断面生态面宽得到下游监测断面的最枯生态水位和正常水位，并基于实际要求得到下游监测断面的防洪水位以及上游监测断面的蓄水灌溉水位、正常水位和防洪水位；

基于预先设计的水位得到上下游监测断面上的进水口设置高度；

基于实际要求得到上下游控制水箱的进水口大小及设置高度。

以上技术方案中，利用遥感对具体河段进行监测，通过遥感监测画面与水文站资料的结合能够准确的得出待调节河段的生态流量，便于根据准确的生态流量数据对待调节河段的上下游水位进行调节。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1. 通过上下游监测控制机构的设置，当上游水位升高或降低到预先设计的高度时所述启闭闸门抬起高度变大或变小，能够对不同时期的上游水位进行控制并调节；下游水位升高或降低到预先设计的高度时所述伸缩闸门打开程度变小或变大，能够对不同时期的下游流量进行控制并调节，实现对河流生态流量的自动调节；

2. 通过水文站资料和遥感监测的结合确定了堰坝处的生态流量，能够准确的确定缺乏资料且受人为影响较大的山丘区中小河流上的生态流量；

3. 通过将控制水箱与活塞缸构成一个连通器，根据连通器的原理，能够根据监测断面水位的实时变化情况实现对闸门的自动启闭和自动伸缩，节省费用，同时可以在后期通过调整监测断面设计进水口的位置来实现不同时期河段的生态需求；

4. 本发明的闸门组件由启闭闸门和伸缩闸门组成，启闭闸门由上游水位控制，伸缩闸门由下游水位控制，这种设计可以同时动态的调整启闭闸门和伸缩闸门的状态，以满足河流上下游的实际需求。

附图说明

图1所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝自动调节生态流量的流程图；

图2所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝的俯视示意图；

图3所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝坝体上的闸门组件的的结构示意图；

图4所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝坝体上的上游控制传动机构的结构示意图；

图5所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝上游控制水箱与上游活塞缸的俯视示意图；

图6所示为本发明图4所示的实施例中上游控制水箱与上游活塞缸a-a向侧剖示意图；

图7所示为本发明图4所示的实施例中上游控制水箱与上游活塞缸上游蓄水灌溉水位的a-a向侧剖示意图；

图8所示为本发明图4所示的实施例中上游控制水箱与上游活塞缸上游防洪水位的a-a向侧剖示意图；

图9所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝下游传动组件的结构示意图；

图10所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝启闭机构的结构示意图；

图11所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝伸缩机构的机构示意图；

图12所示为本发明的一种实施例中中小型堰坝上下游控制水箱中挡水组件的结构示意图。

图中：1、坝体；2、上游控制传动机构；21、上游控制水箱；21-1、上游控制水箱进水口；21-1a、上游控制水箱防洪水位进水口；21-1b、上游控制水箱正常水位进水口；21-1c、上游控制水箱蓄水灌溉水位进水口；21-2、挡水板；21-2a、上游控制水箱防洪水位挡水板；21-2b、上游控制水箱正常水位挡水板；21-2c、上游控制水箱蓄水灌溉水位挡水板；21-3、上游连通接口；21-4、上游控制水箱排水口；21-5、挡水板导轨；21-6、限位板；22、上游活塞缸；22-1、上游活塞杆；22-2、上游活塞杆接头；22-3、上游活塞缸体；22-4、上游活塞块；23、上游传动组件；23-1a、第一上游传动齿轮；23-1b、第二上游传动齿轮；23-1c、第三上游传动齿轮；23-1d、第四上游传动齿轮；23-1e、第五上游传动齿轮；23-1f、第六上游传动齿轮；23-1g、第七上游传动齿轮；23-1h、第八上游传动齿轮；23-1i、第九上游传动齿轮；23-1j、第十上游传动齿轮；23-1k、第十一上游传动齿轮；23-1l、第十二上游传动齿轮；23-2、上游传动链条；23-3、上游传动链条接头；23-4a、第一上游传动连杆；23-4b、第二上游传动连杆；23-4c、第三上游传动连杆；3、上游监测断面；4a、上游防洪水位进水口；4b、上游正常水位进水口；4c、上游蓄水灌溉水位进水口；5、下游控制传动机构；51、下游控制水箱；51-1a、下游游控制水箱防洪水位进水口；51-1b、下游控制水箱正常生态水位进水口；51-1c、下游控制水箱最枯生态水位进水口；51-2、下游控制水箱排水口；52、下游活塞缸；52-1、下游活塞杆；52-2、下游活塞杆接头；52-3、下游活塞缸体；52-4、下游活塞块；53、下游传动组件；53-1a、第一下游传动齿轮；53-1b、第二下游传动齿轮；53-1c、第三下游传动齿轮；53-1d、第四下游传动齿轮；53-1e、第五下游传动齿轮；53-1f、第六下游传动齿轮；53-2、下游传动链条；53-3、下游传动链条接头；53-4a、第一下游传动连杆；53-4b、第二下游传动连杆；53-4c、第三下游传动连杆；6、下游监测断面；7a、下游防洪水位进水口；7b、下游正常生态水位进水口；7c、下游最枯生态水位进水口；8、进水管道；9、排水管道；10、启闭闸门；10-1、启闭闸门门体；10-2、启闭闸门支撑架；10-3、滑块；11、伸缩闸门；11-1、伸缩闸门门体；11-2、伸缩导轨；12、伸缩机构；12-1a、第一伸缩机构齿轮；12-1b、第二伸缩机构齿轮；12-1c、第三伸缩机构齿轮；12-2、伸缩机构链条；12-3、伸缩机构链条接头；12-4a、第一伸缩机构连杆；12-4b、第二伸缩机构连杆；13、启闭机构；13-1a、第一启闭齿轮；13-1b、第二启闭齿轮；13-2、启闭链条；13-3、启闭链条接头；13-4a、第一启闭连杆；13-4b、第二启闭连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本发明提供一种生态流量自适应可调控的中小型堰坝，包括：可切断河道上下游水流连通的坝体1、上下游监测控制机构以及闸门组件；所述上下游监测控制机构包括上游监测控制机构以及下游监测控制机构；所述闸门组件设置在坝体1上，其包括启闭闸门10以及伸缩闸门11；所述上游监测控制机构用于监测上游水位，并用于根据上游实时水位调节所述启闭闸门10的启闭程度，所述启闭闸门10启闭变化用于调控河道上游水位；所述下游监测控制机构用于监测下游水位，并用于根据下游实时水位调节所述伸缩闸门11的开合程度，所述伸缩闸门11伸缩变化用于调控河道下游水位。

本实施例中，当上游水位升高到预先设计的高度时所述启闭闸门10抬起高度变大，上游水位降低到预先设计的高度时所述启闭闸门10抬起高度变小，能够对不同时期的上游水位进行控制并调节；当下游水位升高到预先设计的高度时所述伸缩闸门11打开程度变小，下游水位降低到预先设计的高度时所述伸缩闸门11打开程度变大，能够对不同时期的下游流量进行控制并调节。

实施例2

基于实施例1的发明构思，本实施例还做出了如下设计。

参考图2和图3，本实施例中，所述上游监测控制机构包括上游监测断面3、上游控制传动机构2以及启闭机构13；所述上游监测断面3设置在所述坝体1的上游侧，其上设置有与预先设计的上游蓄水灌溉水位、上游正常水位以及上游防洪水位高度相对应的三个进水口；所述上游控制传动机构2用于根据所述上游监测断面进水口的进水状态控制所述启闭机构运作；所述启闭机构13设置在所述坝体1上并位于所述启闭闸门10的上游侧，用于调节所述启闭闸门10的启闭程度，使得所述启闭闸门10的启闭状态适应于上游实时水位；所述下游监测控制机构包括下游监测断面6、下游控制传动机构5以及伸缩机构12；所述下游监测断面6设置在所述坝体1的下游侧，其上设置有与预先设计的下游最枯生态水位、下游正常生态水位以及下游防洪水位高度相对应的三个进水口；所述下游控制传动机构5用于根据所述下游监测断面6进水口的进水状态控制所述伸缩机构12运作；所述伸缩机构12设置在所述坝体上并位于所述伸缩闸门11下方，用于调节所述伸缩闸门11的开合程度，使得所述伸缩闸门11的开合状态适应于下游实时水位。

如图1所示，阐述了本发明的设计方案以及调控方法，本发明的上下游设计水位,在上游主要关注灌溉需求和防洪需求,下游主要关注生态流量的下泄问题，尤其是最枯生态流量的下泄以及鱼类的洄游通道的畅通，在具体设计中可以根据实际需求进行水位调整。

如图2和图3所示的堰坝左侧的上游控制传动机构2通过进水管道8与上游监测断面3的三个设计水位进水口4a、4b、4c相连，下游控制传动机构5通过进水管道8与下游监测断面6的三个设计水位进水口7a、7b、7c相连，排水管道9用于排放上游控制传动机构2和下游控制传动机构5中的水，上游控制传动机构2通过启闭机构13控制启闭闸门10，下游控制传动机构5通过伸缩机构12操控伸缩闸门11。

参考图4、图5、图6、图7和图8，本实施中，所述上游控制传动机构2包括上游控制水箱21、上游活塞缸22以及上游传动组件23；所述上游控制水箱21的侧面由下至上设置有一个出水口21-4以及三个进水口21-1a、21-1b、21-1c，所述上游控制水箱的三个进水口21-1a、21-1b、21-1c与所述上游监测断面3的三个进水口4a、4b、4c根据对应的设置高度分别连通，所述上游控制水箱21的进水口21-1尺寸远大于出水口21-4；所述上游控制水箱21内设置有三组挡水组件，三组所述挡水组件分别对应三个所述上游控制水箱进水口21-1滑动设置在所述上游控制水箱21内壁上，三组所述挡水组件分别用于根据所述上游控制水箱21内部的水位变化暴露或遮挡对应的所述上游控制水箱进水口21-1，使得所述上游控制水箱21进水时仅单个进水口处于进水状态；所述上游活塞缸22包括上游活塞缸体22-3、上游活塞块22-4、上游活塞杆22-1以及上游活塞杆接头22-2，所述上游控制水箱21内腔与所述上游活塞缸体22-3内腔通过上游连通接口21-3构成连通器，所述上游活塞块22-4设置在所述上游活塞杆22-1下端，所述上游控制水箱21内部水位发生变化带动所述上游活塞杆22-1移动，所述上游活塞杆接头22-2设置在所述上游活塞杆22-1上部，用于对所述上游活塞杆22-1进行限位；所述上游传动组件23连接所述上游活塞杆接头22-2，所述上游活塞杆22-1移动带动所述上游传动组件23运作，所述上游传动组件23运作带动所述启闭机构13运作；

如图9所示，所述下游控制传动机构5包括下游控制水箱51、下游活塞缸52以及下游传动组件53；所述下游控制水箱51以及下游活塞缸52的设置分别与所述上游控制水箱21以及上游活塞缸22的设置相同；所述下游控制水箱51的三个进水口51-1a、51-1b、51-1c与所述下游监测断面6的三个进水口7a、7b、7c根据对应的设置高度分别连通；所述下游传动组件53连接所述下游活塞杆52-1接头，所述下游活塞杆52-1移动带动所述下游传动组件53运作，所述下游传动组件53运作带动所述伸缩机构12运作。

以上实施例的技术方案中，所述的上游控制水箱通过进水口21-1a、21-1b、21-1c进水，通过排水口21-4排水，进水口21-1的尺寸远大于排水口21-4，所述上游控制水箱21内腔通过连通接口21-3与上游活塞缸体22-3内腔相互连通构成连通器，上游控制水箱21的水位变化会带动上游活塞缸体22-3内腔的水位变化，通过上游活塞杆22-1以及所述上游传动组件23将上游水位的变化传动给启闭机构13；所述的下游控制水箱51通过进水口51-1a、51-1b、51-1c进水，通过排水口51-2排水，进水口51-1的尺寸远大于排水口51-2，下游控制水箱51的内部与上游控制水箱21相同，所述下游控制水箱51内腔通过下游连通接口与下游活塞缸体52-3内腔相互连通构成连通器，下游控制水箱51的水位变化会带动下游活塞缸体52-3内部的水位变化，通过下游活塞杆52-1以及所述下游传动组件53将上游水位的变化传动给伸缩机构12。

参考图3和图4，本实施例中，所述闸门组件总长度至少等于所述坝体1长度；以所述坝体1的长边中心线为基准，设定所述闸门组件中的闸门门体以朝向所述长边中心线的一侧为内侧，另一侧为外侧；所述启闭闸门10转动设置在所述坝体1上，所述启闭闸门10包括第一启闭闸门和第二启闭闸门，所述第一启闭闸门和第二启闭闸门分别设置在所述坝体1两端且所述第一启闭闸门和第二启闭闸门分别包括启闭闸门门体10-1、启闭闸门支撑架10-2以及设置在所述启闭闸门支撑架下方的滑块10-3，所述滑块10-3滑动设置在所述坝体1上，所述启闭闸门支撑架10-2设置在所述启闭闸门门体10-1的上游侧，用于支撑所述启闭闸门门体10-1转动，所述启闭闸门门体10-1转动时其上斜面朝向所述坝体1下游侧；所述伸缩闸门11包括第一伸缩闸门和第二伸缩闸门，所述第一伸缩闸门和第二伸缩闸门分别包括伸缩闸门门体11-1以及伸缩导轨11-2，所述伸缩闸门门体11-1滑动设置在所述伸缩导轨11-2上，所述第一伸缩闸门门体和第二伸缩闸门门体完全伸出时其内侧相互连接且其外侧分别与所述第一启闭闸门门体和第二启闭闸门门体的内侧连接，所述第一伸缩闸门门体和第二伸缩闸门门体完全收缩时分别嵌设在所述第一启闭闸门门体和第二启闭闸门门体内部；所述启闭闸门10具有适应于上游蓄水灌溉水位的第一固定状态、适应于上游正常水位的第二固定状态以及适应于上游防洪水位的第三固定状态；所述伸缩闸门11具有适应于下游最枯生态水位的第一固定状态、适应于下游正常生态水位的第二固定状态以及适应于下游防洪水位的第三固定状态。

参考图3、图4和图10，本实施例中，所述启闭机构13包括第一启闭机构和第二启闭机构，所述第一启闭机构包括：启闭齿轮组件、启闭链条组件、启闭链条接头组件以及启闭连杆组件；所述启闭齿轮组件包括两组启闭齿轮组，所述启闭齿轮组包括两个连线平行于所述坝体1宽边方向第一启闭齿轮13-1a和第二启闭齿轮13-1b，所述第一启闭齿轮13-1a设置在所述启闭闸门门体10-1上；所述启闭链条组件包括两条平行于所述坝体1宽边方向设置的启闭链条组，所述启闭链条组包括两条启闭链条13-2，所述启闭链条13-2绕设在所述启闭齿轮组上；所述启闭链条接头组件包括设置在所述滑块10-3两侧的两个启闭链条接头13-3，所述启闭链条接头13-3设置在所述启闭齿轮组的第一启闭齿轮13-1a和第二启闭齿轮13-1b之间且启闭链条13-2贯穿所述启闭链条接头13-3；所述启闭连杆组件包括两条平行于所述坝体长边方向设置的第一启闭连杆13-4a和第二启闭连杆13-4b，所述第一启闭连杆13-4a分别连接两个所述第一启闭齿轮13-1a，所述第二启闭连杆13-4b分别连接两个所述第二启闭齿轮13-1b，用于控制两组所述齿轮组的动作保持一致；所述第二启闭机构与所述第一启闭机构的设置相同。

所述启闭机构13的运作机制为：所述第一启闭机构的两个第一启闭齿轮13-1a转动带动两条所述启闭链条13-2转动，所述启闭链条13-2转动牵动两个所述启闭链条接头13-3带动所述滑块10-3滑动，所述第二启闭机构的运作动作与所述第一启闭机构同步且一致。

参考图11和图12，本实施例中，所述伸缩机构12包括第一伸缩机构和第二伸缩机构，所述第一伸缩机构包括：伸缩机构齿轮组、伸缩机构链条12-2、伸缩机构链条接头12-3以及伸缩机构连杆；所述伸缩机构齿轮组包括两个连线平行于所述坝体1长边方向的第一伸缩机构齿轮12-1a和第二伸缩机构齿轮12-1b，所述第一伸缩机构齿轮12-1a通过所述第一伸缩机构连杆12-4a设置在控制水箱外壁上；所述伸缩机构链条12-2平行于所述坝体1长边方向设置并绕设在所述伸缩机构齿轮组上；所述伸缩机构链条接头12-3设置在所述伸缩闸门门体11-1上且所述伸缩机构链条12-2贯穿伸缩机构链条接头12-3；所述第二伸缩机构与所述第一伸缩机构的设置相同且所述第一伸缩机构的第二伸缩机构齿轮12-1b与所述第二伸缩机构的第二伸缩机构齿轮12-1b卡合，使得所述第一伸缩机构与所述第二伸缩机构的运动方向相反，所述第一伸缩闸门门体与所述第二伸缩闸门门体相向或背向滑动。

以上实施例的技术方案中，所述第一伸缩机构还包括第三伸缩机构齿轮12-1c和第二伸缩机构连杆12-4b，所述第二伸缩机构连杆12-4b设置在所述控制水箱的外壁上，所述第一伸缩机构的第二伸缩机构齿轮12-1b和第三伸缩机构齿轮12-1c通过所述第二伸缩机构连杆12-4b连接，所述第二伸缩机构的设置与所述第一伸缩机构的设置相同，所述第二伸缩机构的第三伸缩机构齿轮12-1c与所述第一伸缩机构的第三伸缩机构齿轮12-1c卡合。所述伸缩机构12的运作机制为：所述第一伸缩机构的第一伸缩机构齿轮12-1a转动带动所述伸缩机构链条12-2转动，所述伸缩机构链条12-2转动牵动所述伸缩机构链条接头12-3带动所述第一伸缩闸门门体沿所述伸缩导轨11-2滑动，所述第一伸缩机构的第二伸缩机构齿轮12-1b和第三伸缩机构齿轮12-1c转动带动所述第二伸缩机构的第二伸缩机构齿轮12-1b和第三伸缩机构齿轮12-1c反向转动，所述第二伸缩机构的运作动作与所述第一伸缩机构同步且方向相反。

参考图4和图10，本实施例中，所述上游传动组件23包括：第一级上游传动组件、第二级上游传动组件以及第三级上游传动组件；所述第一级上游传动组件包括：第一上游传动连杆23-4a、第一上游传动齿轮23-1a和第二上游传动齿轮23-1b、上游传动链条23-2以及上游传动链条接头23-3；所述第一上游传动齿轮23-1a和第二上游传动齿轮23-1b构成上游传动齿轮组，设置在所述上游控制水箱21外壁且其连线平行于所述上游活塞缸体22-3，所述上游传动链条23-2绕设在所述上游传动齿轮组上，所述上游传动链条接头23-3固定在所述上游传动链条23-2上，所述第一上游传动连杆23-4a分别连接所述上游活塞杆接头22-2与所述上游传动链条接头23-3；所述第二级上游传动组件包括：第二上游传动连杆23-4b和第三上游传动连杆23-4c以及第三上游传动齿轮23-1c、第四上游传动齿轮23-1d、第五上游传动齿轮23-1e、第六上游传动齿轮23-1f、第七上游传动齿轮23-1g和第八上游传动齿轮23-1h；所述第二上游传动连杆23-4b分别连接所述第三上游传动齿轮23-1c与所述第二上游传动齿轮23-1b ，所述第四上游传动齿轮23-1d设置在所述第二上游传动齿轮23-1b一侧且与所述第三上游传动齿轮23-1c卡合，所述第三上游传动连杆23-4c分别连接所述第四上游传动齿轮23-1d与所述第五上游传动齿轮23-1e、第六上游传动齿轮23-1f、第七上游传动齿轮23-1g和第八上游传动齿轮23-1h；所述第三级上游传动组件包括：第九上游传动齿轮23-1i、第十上游传动齿轮23-1j、第十一上游传动齿轮23-1k和第十二上游传动齿轮23-1l；所述第九上游传动齿轮23-1i和第十上游传动齿轮23-1j设置在所述第一启闭机构的第一启闭连杆13-4a上，所述第十一上游传动齿轮23-1k和第十二上游传动齿轮23-1l设置在所述第二启闭机构的第一启闭连杆13-4a上，所述第五上游传动齿轮23-1e和第六上游传动齿轮23-1f分别与所述第九上游传动齿轮23-1i和第十上游传动齿轮23-1j卡合，所述第七上游传动齿轮23-1g和第八上游传动齿轮23-1h分别与所述第十一上游传动齿轮23-1k和第十二上游传动齿轮23-1l卡合。

所述第一级上游传动组件的运作机制为：所述上游活塞杆22-1移动带动所述上游传动链条接头23-3移动，所述上游传动链条接头23-3移动带动所述上游传动链条23-2转动，所述上游传动链条23-2转动带动所述第一上游传动齿轮23-1a和第二上游传动齿轮23-1b同向转动；

所述第二级上游传动组件的运作机制为：所述第二上游传动齿轮23-1b转动带动所述第三上游传动齿轮23-1c沿其同向转动，所述第三上游传动齿轮23-1c带动所述第四上游传动齿轮23-1d沿其反向转动，所述第四上游传动齿轮23-1d转动带动所述第五上游传动齿轮23-1e、第六上游传动齿轮23-1f、第七上游传动齿轮23-1g和第八上游传动齿轮23-1h沿其同向转动；

所述第三级上游传动组件的运作机制为：所述第五上游传动齿轮23-1e、第六上游传动齿轮23-1f、第七上游传动齿轮23-1g和第八上游传动齿轮23-1h转动带动所述第九上游传动齿轮23-1i、第十上游传动齿轮23-1j、第十一上游传动齿轮23-1k和第十二上游传动齿轮23-1l沿其反向转动，所述第九上游传动齿轮23-1i、第十上游传动齿轮23-1j、第十一上游传动齿轮23-1k和第十二上游传动齿轮23-1l转动分别带动所述第一启闭机构和第二启闭机构的四个第一启闭齿轮13-1a沿其同向转动。

参考图11，本实施例中，所述下游传动组件53包括：第一级下游传动组件以及第二级下游传动组件；所述第一级下游传动组件包括：第一下游传动连杆53-4a、第一下游传动齿轮53-1a和第二下游传动齿轮53-1b、下游传动链条53-2以及下游传动链条接头53-3；所述第一下游传动齿轮53-1a和第二上游传动齿轮23-1b构成下游传动齿轮组，设置在所述下游控制水箱51外壁且其连线平行于所述下游活塞缸体52-3，所述下游传动链条53-2绕设在所述下游传动齿轮组上，所述下游传动链条接头53-3固定在所述下游传动链条53-2上，所述第一下游传动连杆53-4a分别连接所述下游活塞杆接头52-2与所述下游传动链条接头53-3；所述第二级下游传动组件包括：第二下游传动连杆53-4b和第三下游传动连杆53-4c以及第三下游传动齿轮53-1c、第四下游传动齿轮53-1d、第五下游传动齿轮53-1e和第六下游传动齿轮53-1f；所述第二下游传动连杆53-4b分别连接所述第三下游传动齿轮53-1c与所述第二下游传动齿轮53-1b，所述第四下游传动齿轮53-1d设置在所述第二下游传动齿轮53-1b一侧且与所述第三下游传动齿轮53-1c卡合，所述第三下游传动连杆53-4c分别连接所述第四下游传动齿轮53-1d与所述第五下游传动齿轮53-1e，所述第六下游传动齿轮53-1f设置在所述第一伸缩机构的第一伸缩机构连杆12-4a上，所述第六下游传动齿轮53-1f与所述第五下游传动齿轮53-1e卡合。

所述第一级下游传动组件的运作机制为：所述下游活塞杆52-1移动带动所述下游传动链条接头53-3移动，所述下游传动链条接头53-3移动带动所述下游传动链条53-2转动，所述下游传动链条53-2转动带动所述第一下游传动齿轮53-1a和第二下游传动齿轮53-1b同向转动；

所述第二级下游传动组件的运作机制为：所述第二下游传动齿轮53-1b转动带动所述第三下游传动齿轮53-1c沿其同向转动，所述第三下游传动齿轮53-1c带动所述第四下游传动齿轮53-1d沿其反向转动，所述第四下游传动齿轮53-1d转动带动所述第五下游传动齿轮53-1e沿其同向转动，所述第五下游传动齿轮53-1e转动带动所述第六下游传动齿轮53-1f沿其反向转动，所述第六下游传动齿轮53-1f转动带动所述第一伸缩机构的第一伸缩机构齿轮12-1a沿其同向转动。

参考图6、图7、图8和图9，本实施例中，所述挡水组件包括挡水板21-2、挡水板导轨21-5以及设置在挡水板导轨21-5两端的限位板21-6，所述挡水板导轨21-5包括两条滑动轨道，两条所述滑动轨道分别设置在控制水箱进水口的两侧，所述挡水板21-2根据所述控制水箱内部水位变化滑动设置在所述挡水板导轨21-5上。

随着控制水箱中水位的上升，挡水板21-2受到浮力作用开始沿着挡水板导轨21-5上升，逐渐遮挡住进水口，但由于受到限位板21-6的限制每个挡水板21-2上升到各自的进水口上方会被阻挡，不会继续运动，三组挡水组件之间并不会互相影响。

本实施例的技术方案中，以下从上游监测断面3的水位变化从低到高和从高到低两种形式对上游控制传动机构2的具体操作过程进行阐述：

1.上游监测断面3的水位变化从低到高。当上游监测断面3的水位逐渐漫过进水口4c时，进水口21-1c开始进水，此时排水口21-4开始排水，但是由于进水口21-1尺寸远大于排水口21-4，因此上游控制水箱21内的水位在不断上升。当上游控制水箱21的水位不断上升后会带动挡水板21-2c的移动，此时通过上游活塞缸22带动上游传动组件23运作，从而带动启闭机构13运作，启闭闸门10开始向上运动。而由于排水口21-4的存在，进水口21-1c并不会完全被遮挡，会留有一定孔隙，此时启闭闸门10处于第一固定状态即蓄水灌溉水位状态，上游控制水箱21和上游活塞缸22的内部状态如图7所示。

当上游监测断面3的水位漫过进水口4b后，进水口21-1b开始进水，此时上游控制水箱21内部水位上升，进水口21-1c被完全遮挡，挡水板21-2c不再运动，此时挡水板21-2b开始移动，启闭闸门10继续向上运动。而由于排水口21-4的存在，进水口21-1b并不会完全被遮挡，会留有一定孔隙，只有进水口21-1c完全被遮挡，此时启闭闸门10处于第二固定状态即正常水位状态。

当上游监测断面3的水位漫过进水口4a后, 进水口21-1a开始进水，此时上游控制水箱21内部水位上升，进水口21-1b被完全遮挡，挡水板21-2b不再运动，此时挡水板21-2a开始移动，启闭闸门10继续向上运动。而由于排水口21-4的存在，进水口21-1a并不会完全被遮挡，会留有一定孔隙，只有进水口21-1c和21-1b完全被遮挡，此时启闭闸门10处于第三固定状态即防洪水位状态, 上游控制水箱21和上游活塞缸22的内部状态如图8所示。

2.上游监测断面3的水位变化从高到低。

当上游监测断面3的水位低于进水口4a后, 进水口21-1a没有进水，排水口21-4仍然在排水，此时上游控制水箱21水位下降，启闭闸门10开始向下运动，挡水板21-2a开始下降，直到恢复原位。随后挡水板21-2b开始下降，进水口21-1b开始进水，直到挡水板21-2b不再下降，上游控制水箱21水位不变。此时启闭闸门10处于第二固定状态即正常水位状态。

当上游监测断面3的水位低于进水口4b后, 进水口21-1b没有进水，此时排水口21-4仍然在排水，此时上游控制水箱21水位下降，启闭闸门10开始向下运动，挡水板21-2b开始下降，直到恢复原位，随后挡水板21-2c开始下降，进水口21-1c开始进水，直到挡水板21-2c不再下降，上游控制水箱水位不变。此时启闭闸门10处于第一固定状态即蓄水灌溉状态。

当上游监测断面3的水位低于进水口4c后, 进水口21-1c没有进水，此时排水口21-4仍然在排水，此时上游控制水箱21水位下降，启闭闸门10开始向下运动，挡水板21-2c开始下降，直到恢复原位,此时上游控制水箱21内水将被排完，此时启闭闸门10降到最低。

下游监测断面6的水位变化从低到高和从高到低两种形式对下游控制系统的具体操作过程和上游控制系统类似，但有以下几个区别：

1.下游控制传动机构5的第一固定状态为最枯生态水位状态，第二固定状态为正常水位状态，第三固定状态为防洪水位状态。

2.下游控制传动机构5控制的是伸缩闸门11，且除了在防洪水位时，伸缩闸门11呈开启状态，便于鱼类洄游。

实施例3

本实施例提供一种生态流量自适应可调控的中小型堰坝的设计方法，包括：

基于河流水文站水文资料得到待调节河段下游的最枯生态流量以及正常生态流量；

基于所述最枯生态流量以及正常生态流量，获取与其相近的流量所在的日期下高清遥感图中所述堰坝的上下游监测断面高清影像图；

基于所述上下游监测断面6高清影像图得到待调节河段的河面宽度平均值；

基于所述河面宽度平均值得到不同时期所述堰坝上下游监测断面的生态面宽；

基于所述下游监测断面6的断面资料和所述下游监测断面6生态面宽得到下游监测断面6的最枯生态水位和正常水位，并基于实际要求得到下游监测断面6的防洪水位以及上游监测断面3的蓄水灌溉水位、正常水位和防洪水位；

基于预先设计的水位得到上下游监测断面上的进水口设置高度；

基于实际要求得到上下游控制水箱的进水口大小及设置高度。

以上实施例的技术方案中，使用Tennant法计算待调节河段的最枯生态流量以及正常生态流量进行计算，所述最枯生态流量为年平均流量的10%，所述正常生态流量为年平均流量的30%，再利用遥感对具体河段进行监测，通过遥感监测画面与水文站资料的结合能够准确的得出待调节河段的生态流量，便于根据准确的生态流量数据对待调节河段的上下游水位进行调节。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。