南方某小流域水文情势下河流鱼道设计

南方某小流域水文情势下河流鱼道设计-以竖缝式鱼
道为例
学生：肖亮
指导老师：石小涛
三峡大学水利与环境学院
1.工程概况
2.本工程设计的目的和意义
通过本次设计，目的是让我掌握竖缝式鱼道设计的主要内容、步骤及方法等；巩固所学的基础理论知识和专业知识，并能实际运用于设计、施工中，培养独立分析和解决问题的能力；明确工程建设任务，培养正确的设计思想；善于运用图表和文字表达设计意图，培养运用有关参考书籍、手册和规范的能力；训练运用技术经济分析方案优选设计方案的能力，和运用计算机辅助工程设计（CAD）的能力。

毕业设计是大学生在校期间最后一个全面性、总结性、实践性的教学环节。

它既是学生运用所学知识和技能，解决工程具体问题的一个尝试，也是学生在工作前的一次“实战演习”，本次设计主要意义可以概括如下：
1、培养综合运用所学知识进行水利工程规划、设计的能力；
2、提高计算机制图能力；
3、锻炼独立分析问题和解决问题的能力；
4、掌握技术报告的编写技能，提高文字表达能力。

3.设计的具体内容、步骤和成果
3.1设计内容
3.1.1了解溪流所在流域的水文特征
我国南方区域地貌类型多为侵蚀中低山丘陵区，在此条件下形成了较多的山间小河和溪流。

查阅相关文献了解溪流所在流域的水文特征，分析溪流产汇流，
得出年内径流变化与各过鱼时段和不同过鱼周期下如洪水期的水文情势是完成鱼道设计的基础。

3.1.2对竖缝式鱼道进出口形式进行初步选型
竖缝式鱼道的过鱼孔在水表至水底修建一条竖缝，利用两侧隔板挡住水流，促使水流从竖缝径直下泄，该形式的鱼道对鱼类自身的洄游状态要求较高，仅适应那些自身力量较大，能应对复杂流态的鱼类。

该型过鱼孔又可分为不带导板的一般竖缝式和带导板的竖缝式（简称导竖式）。

一般竖缝式即在鱼道水槽中用一块平板把水槽大部分拦截，仅留下一条过鱼竖缝。

导竖式又可分为双侧导竖式和单侧导竖式。

此型过鱼孔主要通过扩散和对冲消能，消能效果比孔口式和堰流式充分，且当上下游水位同步变化时，较能适应水位的变幅。

进口布置应符合如下原则：进口宜布置于泄水闸、电站尾水、溢洪道出口等经常有水流下泄处，或鱼类洄游路线及经常集群地附近，并在鱼类能够上溯到的最上游位置及其两侧角隅；有条件的工程宜设置多进口的集鱼系统；进口底高程应能适应下游水位的变化，在过鱼季节中进鱼口水深不宜小于 1.0m；鱼道进口宜敞露在自然光照射下，不宜封闭成管道，否则应配以人工光源模拟自然光照条件。

出口布置应符合如下原则：鱼道出口宜傍岸布置，出口外水流应平顺，流向明确，流速不宜大于0.5m/s；鱼道出口宜避开严重污染区、污物聚集处、码头和船闸上游引航道出口等，出口上游一定范围内不宜有妨碍鱼类继续上溯的环境条件；对于有底栖生物上溯的鱼道，出口不宜悬空，底部应与上游河床或岸坡平顺衔接；鱼道出口应适当远离泄水流道，以免进入上游的鱼被泄水带回下游，必要时鱼道出口应设置隔水墙与泄水流道隔开。

综上，再根据主要过鱼对象习性、地形地质条件及工程经济比较等综合考虑后确定竖缝式鱼道进出口形式的初步选型。

3.1.3设计鱼道结构
鱼类通过鱼道洄游时，需要通过自身力量通过鱼道全程而到达上游，因此在设计鱼道时要考虑水流状态以及水流流速对鱼类洄游的影响。

所以需对不同流量及过鱼设施进口水深进行实验以完成鱼道结构的设计。

3.1.4研究鱼类与水力因子的响应关系
绘制过鱼条件下鱼类的运动轨迹，研究不同水流状态下鱼类的洄游路径。

当
流速不同时，鱼道的进出口方式以及鱼道结构是否需要做出调整。

3.1.5 鱼道的优化
进行放鱼实验，从撤掉拦鱼网时起开始计时并开始摄像。

记录洄游成功时间及洄游成功率并进行评价，针对实际的集鱼效果进一步优化鱼道结构设计。

3.2步骤
3.3成果
1.开题报告：2500字
2.译文：3000字
3.说明书：20000字
阐明设计前提、内容、方法、依据、主要步骤及设计成果
4.计算书：40页
5.设计图：3张
竖缝式鱼道结构设计图纸，图面布局应全面考虑、要求饱满合理，绘图正确、整洁、清晰线条主次分明，主要尺寸及高程等有一定标注。

4阅读的主要文献、资料名称
鱼道是供鱼类洄游通过水闸或坝的人工水槽。

鱼道的设计主要考虑鱼类的上溯习性。

在闸坝的下游，鱼类常依靠水流的吸引进入鱼道。

鱼类在鱼道中靠自身力量克服流速溯游至上游。

鱼道由进口、槽身、出口和诱鱼补水系统组成。

进口多布置在水流平稳，且有一定水深的岸边或电站，溢流坝出口附近。

常用的槽身横断面为矩形，用隔板将水槽上、下游的水位差分成若干个小的梯级，板上设有过鱼孔，利用水垫、沿程摩阻、水流对冲和扩散来消除多余能量。

由于孔形不同，又可分为堰式、淹没孔口式、竖缝式和组合式等。

调查了解通过闸、坝的过鱼对象，拟定设计运行水位和设计流速等是确定隔板布置、过鱼孔形式和尺寸等的主要依据。

出口应靠近岸边，水流平顺，并与溢流坝或水电站进口间留有足够的距离，以免过坝的鱼再被水流带到下游。

尽管鱼道设计成败的关键在于进口位置的选择，但实际运用情况表明，拦河修建闸、坝后，难于引鱼进入鱼道，故近代常采用其他鱼类过坝措施。

《鱼道应用现状和研究进展》通过国内外鱼道研究、应用资料以及现场调研,比较详细地介绍了国内外鱼道设施的建设、发展过程和鱼道结构所包含的主要类型;列出了国内外多个鱼道隔板型式和相应的水力特性;总结了鱼道设计的一般
性原则;分析了国内外鱼道过鱼条件和适用情况的差异以及我国鱼道设计中存在的问题等。

通过阅读《不同流态对鱼道进口诱鱼效果影响的实验研究》，首先学习到模型实验的实验装置和实验方法。

实验装置包括实验仪器、装置模型的设计；实验方法中测量实验模型内水流流速的具体步骤和放鱼实验需要记录的数据。

其次，知道如何利用测得数据与鱼类游泳轨迹相结合进行分析，找到两者之间的相关关系。

最后，知道鱼类对水流有着强烈的识别性，因此不同水文情势下鱼道进出口的设计也尤为重要。

阅读文献：
［1］王兴勇,郭军.国内外鱼道研究与建设[J].中国水利水电科学研究院学报, 2005, 3(3): 222-228.
［2］刘志雄,周赤,黄明海.鱼道应用现状和研究进展[J].长江科学院院报, 2010, 27(4): 28-31.
［3］董志舅,冯玉平. 同侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究[J].水力发电学报, 2009,27(6): 121-125.
［4］董志勇,冯玉哥.异侧竖缝式鱼道水力特性及放鱼试验研究[J].水力发电学报, 2009,27(6): 126-130.
［5］郑金秀,韩德举,胡望斌,等.与鱼道设计相关的鱼类游泳行为研究[J].水生态学杂志,2010, 3(5): 104-110.
［6］徐体兵,孙双科.竖缝式鱼道水流结构的数值模拟[J].水利学报, 2009, 40(11): 1386-1391.
［7］罗小凤,李嘉.竖缝式鱼道结构及水力特性研究[J].长江科学院院报, 2010, 27(10): 50-54.
［8］刘洪波.国外鱼道建设的启示[J].安徽農業科學, 2010, 38(14): 7566-7567.
［9］孙双科,张国强.环境友好的近自然型鱼道[J].中国水利水电科学研究院学报,2012,10(1): 41-47.
［10］汤荆燕,高策,陈旻,等.不同流态对鱼道进口诱鱼效果影响的实验研究[J].红水河,2013(1): 34-39.
5工作的主要阶段、进度
2015.12.15 ~ 2016.1.15 了解课题内容，熟悉查找参考资料2016.3.15 ~ 2016.4.1 试验装置设计
2016.4.2 ~ 2016.5.3 完成不同流速下鱼类过障的水力学分
析
2016.5.4 ~ 2016.5.11 整理资料，完成设计说明书、计算书的
编写
2016.5.12 ~ 2016.5.19 获得鱼类过障能力的水力学指标2016.5.20 ~ 2016.5.27 教师评测
2016.5.28 ~ 2016.6.3 毕业答辩
6现有条件及必需采取的措施
6.1现有条件
1、河流水文信息；
2、降雨量信息；
3、地形图；
4、建筑物的布置图；
5、对鱼道进出口形式选型信息；
6、鱼类初步调查信息。

6.2必需采取的措施
1、详细了解设计内容、设计步骤、合理制定设计进度；
2、进行放鱼实验；
3、拥有计算机，可以进行CAD 制图，可以利用办公软件进行文档的编辑和数据的整理。

7协助单位及要解决的主要问题
1.三峡大学水利与环境学院有着丰富的人力物力资源，可为我们提供硬件设施和技术支持；
2．三峡大学图书馆，三峡大学图书馆馆藏图书总量达到422余万册（件），其中电子图书152余万册，年订购中外文纸质期刊3200多种，拥有科学引文索引、工程索引、科技会议录索引、全文电子期刊数据库、全文数据库、IEL全文数据库、Nature电子期刊、Science电子期刊、CNKI中国知识资源总库、中文社会科学引文索引、读秀学术搜索、百链学术搜索等中外文数据库40余种，外文电子期刊18880种，自建有水利水电文献资源库、三峡大学文库、工程移民数据库、武陵地区资源数据库等6个特色资源库，各类数字资源18TB。

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