一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼道及鱼类洄游方法

技术领域

本发明涉及河流中鱼类洄游技术，具体涉及一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼道及鱼类洄游方法，属于洄游鱼道技术领域。

背景技术

为保持河流中鱼类生态平衡，往往在河道中设有坝体的地方会人为地设置便于鱼类洄游的措施。比如在水电站设施中，由于坝体将河道完全拦断，鱼类无法洄游，故在坝体其中一靠岸侧设有鱼道，以通过鱼道引导鱼类从下游洄游。现有的所有鱼道几乎都是普通的水流通道，主要是靠上游下来的水流流速来吸引鱼类通过鱼道上溯。这种鱼道水流连续且流速不变，用连续恒定的水流来引鱼上溯，鱼得靠自己的游动能力或跳跃能力克服水流下泄的流速，遂级上溯并翻过闸坝。由于穿越鱼道的水流是恒定的，流速也是恒定的，这样过鱼的种类和大小也基本上是确定的。对于那些体型较小的鱼类，往往游动能力有限，无法克服水流的冲击上溯，则不能通过该鱼道洄游到闸坝上游。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼道及鱼类洄游方法，本发明对鱼类的游动能力基本无要求，十分有利于鱼类的洄游，而且实现洄游的水流量也小于现有鱼道。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼道，包括供河水从上游往下游流动的鱼道本体，鱼道本体两端连接上下游水体；在鱼道本体中沿鱼道本体长度方向间隔设有若干翻板，每块翻板将鱼道本体横向隔断，从而在鱼道本体上形成由相邻两翻板围成的多级洄游池；每块翻板上端高程沿水流方向逐渐降低；所有翻板分别通过转轴可转动安装在鱼道本体中，每块翻板分别与驱动机构连接，以通过驱动机构驱动对应翻板绕转轴翻转，从而将相邻洄游池连通或者断开；所有驱动机构与控制系统连接，以根据控制系统的指令而运行。

进一步地，所述转轴水平设置于翻板下端，所述翻板绕转轴向下游转动至翻板与鱼道本体底部贴合时，相邻两洄游池完全连通。

其中，鱼道本体中被下游段水体全部淹没的翻板均翻转至与鱼道本体底部贴合，处于开启状态。

本发明还提供了一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼类洄游方法，先在坝体一靠岸侧设置前述的一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼道；所有翻板中，以只有部分淹没于坝体下游侧水位且位置最低的翻板作为一级翻板，位于一级翻板上方的翻板依次为二级翻板、三级翻板、……、N级翻板；各级翻板上游侧对应的洄游池从下往上依次为一级洄游池、二级洄游池、三级洄游池、……、N级洄游池；初始状态，一级翻板下游侧的所有翻板完全放到，其余翻板处于竖直状态；

需要鱼类洄游时，按如下步骤执行以下操作，

1）先通过驱动机构按设定速度打开一级翻板，使一级翻板的上端绕转轴向下游转动至翻板与鱼道本体底部贴合，以将一级洄游池与下游侧水位连通；连通过程中，引导下游侧的鱼类进入鱼道进口或者一级洄游池；

2）一级翻板打开时间T后，再通过驱动机构按设定速度打开二级翻板，使二级翻板的上端绕转轴向下游转动至翻板与鱼道本体底部贴合，以将二级洄游池与一级洄游池连通；连通过程中，引导鱼道进口的鱼类进入一级洄游池或一级洄游池中的鱼类进入二级洄游池；二级翻板打开设定时间T后，再通过驱动机构按设定速度关闭一级翻板，使之处于竖直状态；

3）当一级翻板关闭时，开启三级翻板，将三级洄游池与二级洄游池连通；连通过程中，引导一级洄游池和二级洄游池中的鱼类分别往上一级洄游池洄游；三级翻板打开设定时间T后，再通过驱动机构按设定速度关闭二级翻板，使之处于竖直状态；

4）以此类推，在关闭二级翻板后，再打开四级翻板；关闭三级翻板后，再打开五级翻板；……；关闭N-2级翻板，打开N级翻板；

5）关闭N-1级翻板，打开最上游的翻板，即N级洄游池上游侧的翻板，使N级洄游池中的鱼类进入坝体上游侧，从而实现翻坝洄游；最上游的翻板打开设定时间T后，再关闭N级翻板，使之处于竖直状态；

6）设定时间T后，再关闭最上游的翻板，使之处于竖直状态。

进一步地，在所有翻板打开关闭过程中，任何三个相邻的翻板不能同时打开，以保持至多三个洄游池连通；在鱼道处于洄游模式时，任何一级翻板处于打开状态时，如果其相邻的下游侧翻板关闭，则打开其相邻的上游侧翻板，并在打开设定时间T后，再关闭该任何一级翻板；从而使每级翻板都能够及时地打开或者关闭，以引导鱼类洄游，由此连续不断地引导鱼类从下游往上游梯级洄游。

在鱼道处于洄游模式时，保持上游水位高于最上级翻板，以使任一级洄游池的水通过翻板自然溢出到下一级洄游池。

本发明中，T的时间根据不同的河道鱼类的特性而定，当缺少基础数据时，推荐T=10分钟。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明翻板式梯级鱼道利用活动式翻板，在翻板由最初的竖直关闭状态到最终放倒完全打开过程中，水流依次经过迭水翻滚、急流、缓流、基流四种状态（当翻板倾斜到一定程度时，顶部开始溢流到翻板下游形成迭水翻滚，随着翻板进一步倾斜，水流依次形成急流、缓流，当翻板两侧水位基本等高时，基本不再流动，仅剩基流流量），水流依次经过的上述四种变化过程，引诱鱼类游向翻板附近。在设定时间后，再关闭下游的活动翻板，此时往往有部分鱼群实现了一级洄游，部分可能还在下游。然后再开启更上一级的翻板。由此循序渐进将鱼类逐步引向上游河道，从而形成活动翻板梯级鱼道。

2、当某洄游池上游的翻板关闭后，又可以将其下游的翻板打开，该洄游池下游的鱼类又可以上溯到该洄游池中，所有翻板按均此往复操作，从而形成滚动洄游，梯级输运的效果，这样即使在上一次翻板关闭时没有实现一级洄游的鱼类，也可以在下一次打开时有机会继续洄游，这样经过多次翻板开闭，鱼类基本都能够成功洄游翻坝。

3、本发明在翻板打开过程中，始终保持一个翻板处于打开状态以将相邻的洄游池连通，同时再打开上一级翻板，打开过程中使相邻的三级洄游池连通，相比仅仅两级连通，更符合鱼类洄游习性。如果只有两级连通，在刚开始打开翻板过程中，鱼类对突然产生的响声会有一定的警觉，从而不会马上往声响方向游动，这样会影响洄游效率。而三级连通方式，即使某级翻板在打开过程中产生声响，但该级翻板相邻的下一级翻板已经处于完全打开状态，鱼类在该下一级翻板连通的两洄游池间的洄游受声音影响就较小，从而能够降低翻板打开初期突然发出的声响对鱼类洄游的影响，实现更好地洄游。

4、本发明将所有洄游池构成的鱼道可以顺直布置或者弯折布置，根据需要可以弯折一次，也可以弯折两次或者更多次，视情况而定，这样对于长度确定的鱼道，特别是坝体上下游高度差比较大导致鱼道长度比较长的情况，在工程上更增加实施的灵活性。如果将鱼道进口弯折后位于坝体下游靠岸侧的回水区，更利于鱼类洄游。

附图说明

图1为本发明初始状态示意图；

图2为本发明一级翻板开启示意图；

图3为本发明二级翻板开启示意图；

图4为本发明一级翻板关闭、三级翻板开启示意图。

其中，1-鱼道本体；2-翻板；3-洄游池。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼道，包括供河水从上游往下游流动的鱼道本体1，鱼道本体两端连接上下游水体；在鱼道本体1中沿鱼道本体长度方向间隔设有若干翻板2，每块翻板2将鱼道本体1横向隔断，从而在鱼道本体上形成由相邻两翻板围成的多级洄游池3；每块翻板2上端高程沿水流方向逐渐降低；所有翻板2分别通过横向转轴可转动安装在鱼道本体中，每块翻板分别与驱动机构连接，以驱动对应翻板绕转轴翻转从而将相邻洄游池连通或者断开；所有驱动机构与控制系统连接，以根据控制系统的指令而运行。实施例中，驱动机构为电机。

本发明通过翻板将上下游水位连通或关闭，打开连通的过程中，形成水流和声响，引导鱼类上溯洄游，从下一级洄游池进入上一级洄游池。如果连通的两个或者三个洄游池洄游完毕，再依次关闭该段洄游池最下侧的翻板，打开上一级翻板，实现另两段洄游池的连通，以此类推，通过循环滚动式的关闭下一级翻板、打开上一级翻板或者更上一级翻板，类似于船舶上行过坝的方式，通过多级提升洄游，最终使鱼类一级一级上溯洄游，直至打开最上端的翻板，鱼类即可进入坝体上游侧水体中。

作为示意性表达，图1-4只示出了由四块翻板形成的三级洄游池构成的鱼道。

为实现更好的诱导，本发明所述转轴水平设于翻板下端，翻板的上端绕转轴向下游转动至翻板与鱼道本体底部贴合时，相邻两洄游池完全连通。

这样在翻板打开过程中，上一级洄游池的水体最开始以溢流的形式进入下一级洄游池，会出现明显的迭水翻滚效果，随着翻板进一步打开倾斜，水流依次经历急流、缓流过程，当翻板完全打开，两侧水位等高时，水流基本不再流动，处于基流状态。水流经历的上述迭水翻滚、急流、缓流、基流过程是由急到缓的变化过程，这样对鱼类的游泳能力有很大的可适应范围，各种种类和不同大小的鱼类都可适用，不像常规鱼道由于是恒定流只能适应某些鱼种和大小。

实施例中，由于下游水位高低可能随季节不同，部分翻板会淹没与水体中，基于此，本发明将鱼道本体中被下游段水体全部淹没的翻板均翻转至与鱼道本体底部贴合，处于开启状态。由于全部淹没，对这类翻板进行打开关闭操作没有实际意义，为更好助于鱼类洄游，所以将其完全放平。

为了更利于鱼类洄游，同时提高施工布置的灵活性，所述鱼道本体可以进行弯折布置。实施例中，鱼道的进口端位于坝体下游靠岸侧的回水区，水流相对平缓，鱼类汇集较多，洄游效果更好。同时通过弯折，在鱼道长度一定的情况下，可以减小鱼道工程在地理上的实际延伸长度，特别适合坝体上下游高度差比较大导致鱼道比较长的情形。

本发明同时提供了一种非恒定流节水型翻板梯级式鱼类洄游方法，先在坝体一靠岸侧设置前述非恒定流节水型翻板梯级式鱼道；所有翻板中，坝体下游处于不同水位时第一级翻板的选取不同，以只有部分淹没于坝体下游侧水位且位置最低的翻板作为一级翻板，位于一级翻板上方的翻板依次为二级翻板、三级翻板、……、N级翻板；各级翻板上游侧对应的洄游池从下往上依次为一级洄游池、二级洄游池、三级洄游池、……、N级洄游池；初始状态，一级翻板下游侧的所有翻板完全放到，其余翻板处于竖直状态，如图1所示。

需要鱼类洄游时（实际在鱼类的洄游季，如每年的4-9月），按如下步骤执行以下操作，使各级翻板按设定节奏打开关闭；

1）先通过驱动机构按设定速度打开一级翻板，使一级翻板的上端绕转轴向下游转动至翻板与鱼道本体底部贴合，以将一级洄游池与下游侧水位连通；连通过程中，引导下游侧的鱼类进入鱼道进口或者一级洄游池；该状态如图2所示；

2）一级翻板打开时间T后，再通过驱动机构按设定速度打开二级翻板，使二级翻板的上端绕转轴向下游转动至翻板与鱼道本体底部贴合，以将二级洄游池与一级洄游池连通；该状态如图3所示；连通过程中，引导鱼道进口的鱼类进入一级洄游池或一级洄游池中的鱼类进入二级洄游池；二级翻板打开设定时间T后，再通过驱动机构按设定速度关闭一级翻板，使之处于竖直状态；

3）当一级翻板关闭时，开启三级翻板，将三级洄游池与二级洄游池连通；连通过程中，引导一级洄游池和二级洄游池中的鱼类分别往上一级洄游池洄游；该状态如图4所示。三级翻板打开设定时间T后，再通过驱动机构按设定速度关闭二级翻板，使之处于竖直状态；

4）以此类推，在关闭二级翻板后，再打开四级翻板；设定时间T后，关闭三级翻板后，再打开五级翻板；……；关闭N-2级翻板，打开N级翻板；

5）关闭N-1级翻板，打开最上游的翻板，即N级洄游池上游侧的翻板，使N级洄游池中的鱼类进入坝体上游侧，从而实现翻坝洄游；最上游的翻板打开设定时间T后，再关闭N级翻板，使之处于竖直状态；

6）设定时间T后，再关闭最上游的翻板，使之处于竖直状态。

本发明中T设置时长是基本鱼类过坝效率来确定的。时间太短鱼来不及上溯，时间太长会影响鱼类过坝效率。因此，T的时间根据不同的河道鱼类的特性而定，当缺少基础数据时，推荐T=10分钟。

本发明翻板从下往上依次执行打开关闭动作，当最上一级翻板打开后再次关闭时，此为一个完整的洄游引导过程。在一个完整的洄游引导过程中，当某一级翻板在打开关闭时，其下游的翻板可能已经完成相应动作，处于竖立等待状态。如果一个完整的洄游引导过程结束后，才开始下一个洄游引导过程，即最上一级翻板关闭后，才打开最下一级的翻板，开始下一个循环，显然洄游不连续，鱼道利用明显不够。故实际使用时，在鱼道处于洄游模式时，任何时候任何一级翻板处于打开状态时，如果其相邻的下游侧翻板关闭，则打开其相邻的上游侧翻板，并在打开设定时间T后，再关闭该任何一级翻板；从而使每级翻板都能够第一时间打开或者关闭，以及时引导鱼类洄游，由此连续不断地引导鱼类从下游往上游梯级洄游。当然作为一个原则，在所有翻板打开关闭过程中，任何三个相邻的翻板不能同时打开，以保持至多三个洄游池连通。本发明所有翻板打开和关闭的节奏，可以通过控制系统预设的程序实现，即通过程序控制不同的驱动机构驱动对应的翻板动作。

本发明在翻板打开过程中，始终保持一个翻板处于打开状态以将相邻的洄游池连通，同时再打开上一级翻板，打开过程中使相邻的三级洄游池连通，相比仅仅两级连通，更符合鱼类洄游习性。如果只有两级连通，在刚开始打开翻板过程中，鱼类对突然产生的响声会有一定的警觉，从而不会马上往声响方向游动，这样会影响洄游效率。而三级连通方式，即使某级翻板在打开过程中产生声响，但该级翻板相邻的下一级翻板已经处于完全打开状态，鱼类在该下一级翻板连通的两洄游池间的洄游受声音影响就较小，从而能够降低翻板打开初期突然发出的声响对鱼类洄游的影响，实现更好地洄游。

为了更好地实现洄游，本发明有意地保持任一级洄游池的水通过翻板自然溢出到下一级洄游池。这种状态的意义在于，溢出水流形成的持续跌水有诱鱼作用，能够加快洄游。只要最上游有源源不断的水流进鱼道，就会保证每一级的洄游池都会有水流溢出到下一级。这可以根据常态下的上游水位来有意设计每级隔板的高度，使之产生溢流效果。

实施例中，相邻两极洄游池的水位差设计为10-50cm。该水位差，既有利于翻板打开后鱼类在相邻两极洄游池之间洄游，同时也兼顾了翻板和洄游池的布置量不至于过多，增加鱼道工程量。

本发明翻板开启过程中，砸入下游的水体，造成的迭水撞击声音，并有流向下一级水流的流速，由此吸引鱼类往上一级洄游池洄游，从而让鱼类完成一级翻越。再逐级打开后面的翻板，由此循序渐进，模仿轮船上行通过大坝的做法，不断提升，让鱼类从下游逐步升至上游，并翻过闸坝。

本发明让翻板上游的水体在较短的时间内集中下泄，实现较强的引鱼效果。因下泄的时间相对短暂，且本发明可以不是连续水流，即使保持常态的翻板溢流效果，水流量也很少，所以本鱼道的耗水量远低于常规鱼道。

本发明由于鱼道的流速是由急到缓的变化过程，则对鱼儿的游泳能力有很大的可适应范围，各种种类和不同大小的鱼类都可适用，不像常规鱼道由于是恒定流只能适应某些鱼种和大小。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。