一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构的制作方法

1.本发明涉及水工建筑物设计建造领域，具体涉及一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构。

背景技术：

2.我国作为全球水电大国，在全国各个流域建设了大量的水利水电工程，工程中建设的大坝在防洪、灌溉、发电、供水、航运等方面发挥巨大作用的同时也不可避免对生态产生影响，尤其是对鱼类洄游通道的阻隔影响。因此，目前普遍通过建设鱼道的方式重建鱼类洄游通道、沟通上下游鱼类交流。水流从上游进入鱼道，从下游流出鱼道，但洄游鱼类从下游进入鱼道，从上游游出鱼道，由此称鱼道上游进水口为鱼道出口，鱼道下游出水口为鱼道进口。
3.为了实现过鱼的目的，鱼道通常需要满足一定的水深要求和一定的流速要求。然而，对于上游水位变幅较大的工程，水位变化条件下，鱼道的水深、流速均会受到影响，影响鱼道的过鱼效率。如何提高鱼道出口适应水位变化的能力，一直是国内外面临的技术难题。根据《水利水电工程鱼道设计导则（sl 609-2013）》要求，主要过鱼季节上游水位变幅较大时，应设置不同位置与高程的多个鱼道出口。因此，目前提高鱼道出口适应水位变化能力的方法主要是在鱼道沿程最低、最高水位之间设置多个出口，但这种传统方法存在以下弊端：1）对于上游水位变幅较大的工程，最低水位出口和最高水位出口之间鱼道长度很长，其布置占用场地大，对于处在峡谷地形中的大坝而言，出口段往往需要大规模的边坡开挖，布置难度较大；2）为以防止上游水体溢流进入鱼道影响鱼道运行，鱼道上游段边墙高程须在上游最高水位以上，边墙工程量大；3）多个鱼道出口分散布置，需要布置多套闸门和启闭系统联合控制，整体结构和控制逻辑复杂。
4.中国专利公开号cn 106592541b，公开日2018年11月13日，发明创造的名称为上游水位变幅较大工程用的鱼道系统，该申请案公开了一种开挖量小、建筑用混凝土工程量少的鱼道系统。其不足之处占地面积较大，包含多个闸门，整体控制结构复杂，故障风险高。中国专利公开号cn 110468805b，公开日2021年4月23日，发明创造的名称为一种鱼道变半径螺旋塔式多进口或多出口结构，该申请案公开了一种鱼道变半径螺旋塔式多进口或多出口结构。其不足之处在于需要布置多个闸门，且闸门启闭及运输设备需要在弯曲轨道上来回控制吊运多个闸门才能实现进口或出口的启停切换，控制结构及逻辑复杂，而且整体占用面积较大。

技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构。本发明结构布置范围小、结构紧凑，不需要联动控制多个闸门，通
过控制一个闸门实现多个鱼道出口的启闭控制，适用于上游大水位变幅运行环境。
6.为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：包括盘旋层叠式鱼道、支撑基础、多个鱼道出口、出口闸门；所述支撑基础固定于边坡或河底以支撑盘旋层叠式鱼道；多个鱼道出口位于盘旋层叠式鱼道外壁不同层的同一方位，对应不同运行水位；最底层鱼道出口的同层另一方位为盘旋层叠式鱼道的水流出口，水流出口的高程低于盘旋层叠式鱼道的高程，水流出口与配套鱼道连接；多个鱼道出口共用同一个出口闸门，出口闸门位于多个鱼道出口的外侧，出口闸门能够在高度方向上进行移动，实现对多个鱼道出口进行统一启闭控制；所述盘旋层叠式鱼道的顶部设置顶部结构平台。
7.进一步的：所述盘旋层叠式鱼道出口结构整体呈圆形或矩形结构。
8.进一步的：所述盘旋层叠式鱼道包括多个预制结构，多个预制结构在高度方向依次首尾拼接，每个预制结构包括一个鱼道出口；所述水流出口设置在支撑基础上，支撑基础上设置有衔接鱼道，衔接鱼道的第一端口为所述水流出口，第二端口与最底层的预制结构连接。
9.进一步的：所述盘旋层叠式鱼道出口结构上设置出口闸门槽，所述出口闸门在出口闸门槽内移动，出口闸门与出口闸门启闭设备连接，出口闸门启闭设备设置在顶部结构平台上；所述出门闸门槽与盘旋层叠式鱼道、支撑基础和顶部结构平台外侧壁连接。
10.进一步的：所述出口闸门的高度不低于最底层预制结构的鱼道出口底板和最顶层预制结构的鱼道出口顶板之间的间距；所述出口闸门槽的宽度大于鱼道出口宽度；所述出口闸门槽的高度不低于两倍出口闸门的高度。
11.进一步的：所述水流出口的方位与鱼道出口的方位的角度差为75
°
~105
°
。
12.进一步的：所述预制结构包括鱼道底板、外壁和内壁，预制结构截面高宽比为0.6~1.25；所述内壁在紧贴上层鱼道底板下沿的位置处设有多个开口结构，且多个开口结构在内壁上间隔设置，所述鱼道底板逐渐抬高，并呈螺旋设置。
13.进一步的：所述开口结构为外壁高度的0.1~0.4倍，单层预制结构内壁上的开口结构的开口总长度为30%~60%的单层预制结构长度。
14.进一步的：所述预制结构的长度根据鱼道底板坡度、相邻层鱼道出口底板高程差确定，计算公式如下：其中，l为单层盘旋层叠式鱼道长度，h为相邻层鱼道出口底板高程差，为鱼道底板坡度；根据过鱼对象种类及习性确定，在1:10~1:30之间。
15.进一步的：所述顶部结构平台高于上游最高防洪水位，多个鱼道出口的底板高程根据实际鱼道运行水位分级设置。
16.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明通过采用盘旋层叠布置型式，实现鱼道多出口集中布置，鱼道出口结构紧凑，克服了分散布置占地广、布置难度大的问题，利用预制结构的外壁作为挡水胸墙，无需
为每个出口额外建设挡水胸墙，适应不同水位变化情况；利用一套固定启闭设备控制一个闸门实现多个鱼道出口启闭控制，控制系统结构和逻辑简单，运维方便。本发明适用于上游水位变幅大的水利工程，可根据实际工程中水位变化使用预制结构装配而成，有助于推动鱼道设计的标准化。
附图说明
17.图1为本发明的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构的三维示意图。
18.图2为本发明的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构的三维剖面图。
19.图3为本发明的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构的爆炸图。
20.图4为本发明的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构的盘旋层叠式鱼道三维示意图。
21.图5为本发明的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构多个鱼道出口侧的侧视图。
22.图6为本发明的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构出口闸门不同水位高程控制示意图。
23.附图标记：1-预制结构、2-支撑基础、3-鱼道出口、4-出口闸门、5-出口闸门槽、6-出口闸门启闭设备、7-配套鱼道、8-水流出口、9-顶部结构平台、11-盘旋层叠式鱼道、12-衔接鱼道、13-鱼道底板、14-外壁、15-内壁、16-开口结构；17-最底层预制结构；18-最顶层预制结构。
具体实施方式
24.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
25.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
26.如图1至图6所示，一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，包括盘旋层叠式鱼道11、支撑基础2、多个鱼道出口3、出口闸门4；所述支撑基础2固定于边坡或河底以支撑盘旋层叠式鱼道11；多个鱼道出口3位于盘旋层叠式鱼道11外壁不同层的同一方位，对应不同运行水位，在本实施例中，多个鱼道出口3自下而上编号为f1、f2、f3号；最底层鱼道出口3的同层另一方位为盘旋层叠式鱼道11的水流出口8，水流出口8的高程低于盘旋层叠式鱼道11的高程，水流出口8与配套鱼道7连接；多个鱼道出口3共用同一个出口闸门4，出口闸门4位于多个鱼道出口3的外侧，出口闸门4能够在高度方向上进行移动，实现对多个鱼道出口3进行统一启闭控制；所述盘旋层叠式鱼道11的顶部设置顶部结构平台9。
27.在本实施例中，所述盘旋层叠式鱼道11其内包括三层预制结构1，鱼道为槽式鱼
道，截面为1米（宽度）
×
1.2米（高度），内壁在上层底板下沿位置设置间隔1.5米的多个开口结构16，开口高度0.2米、长度1.5米，每层预制结构1均有一个鱼道出口3，鱼道出口3宽度1米、高度0.7米，保证盘旋层叠式鱼道11内水流不会从内壁开口结构16溢出，各层鱼道出口3方向均朝向上游；所述水流出口8尺寸为1米
×
1米，开口方向为盘旋层叠式鱼道11切向。
28.所述盘旋层叠式鱼道出口结构整体呈圆形或矩形结构。所述圆形的盘旋层叠式鱼道出口结构为优选方案，可以保障鱼道内水流平稳，便于鱼类洄游。盘旋层叠式鱼道出口结构整体也可以是矩形结构，但转角处要做圆角处理，圆角半径不大于矩形短边长度的一半，以降低转角对水流稳定性的影响。
29.所述盘旋层叠式鱼道11包括多个预制结构1，多个预制结构1在高度方向依次首尾拼接，每个预制结构1包括一个鱼道出口3；所述水流出口8设置在支撑基础2上，所述支撑基础2在水流出口8的下方为封闭结构，支撑基础2上设置有衔接鱼道12，衔接鱼道12的第一端口为所述水流出口8，第二端口与最底层的预制结构17连接。
30.所述盘旋层叠式鱼道出口结构上设置出口闸门槽5，所述出口闸门4在出口闸门槽5内移动，出口闸门4与出口闸门启闭设备6连接，出口闸门启闭设备6设置在顶部结构平台9上；所述出门闸门槽5与盘旋层叠式鱼道11、支撑基础2和顶部结构平台9外侧壁连接。
31.出口闸门启闭设备6根据运行水位自动控制出口闸门4在出口闸门槽5中的位置，通过一个出口闸门4实现对多个鱼道出口3进行统一启闭控制。顶部结构平台9高度为330米，高于上游最高防洪水位（328米）。
32.所述顶部结构平台9高于上游最高防洪水位，多个鱼道出口3的底板高程根据实际鱼道运行水位分级设置。
33.所述出口闸门4的高度不低于最底层预制结构17的鱼道出口3底板和最顶层预制结构18的鱼道出口3顶板之间的间距；所述出口闸门槽5的宽度大于鱼道出口3宽度；所述出口闸门槽5的高度不低于两倍出口闸门4的高度。
34.在本实施例中，所述出口闸门4宽度为1.2米、高度为4米，高度和f3号鱼道出口顶板高程324米与f1号鱼道出口底板高程320米之差相同；出口闸门槽5宽度为1.2米、高度为12米，宽度大于鱼道出口3宽度，高度为出口闸门4高度的3倍，所处高程为316米~328米。
35.所述水流出口8的方向和河道水流方向相垂直，配套鱼道7和边坡上固定的鱼道相连，水流出口8的方位与鱼道出口3的方位的角度差为75
°
~105
°
。
36.所述预制结构1包括鱼道底板13、外壁14和内壁15，鱼道底板逐渐抬高，并呈螺旋设置，鱼道底板13的厚度为0.2米，预制结构1截面高宽比为0.6~1.25；所述内壁15在紧贴上层鱼道底板13下沿的位置处设有多个开口结构16，且多个开口结构16在内壁15上间隔设置，每个开口结构16作为长条形的采光窗，预制结构1各层均采用外壁14作为挡水胸墙，同时内壁15的开口结构16可保证鱼道自然采光。
37.所述开口结构16为外壁14高度的0.1~0.4倍，单层预制结构1内壁15上的开口结构16的开口总长度为30%~60%的单层预制结构1长度。
38.如图5所示，本实施例中上游水位变幅位于最低运行水位（320米）和最高运行水位（324米）之间，所述3个鱼道出口3底板高程根据实际鱼道运行水位分级设置为320米、321.4米和322.8米。所述预制结构1的长度根据鱼道底板坡度、相邻层鱼道出口底板高程差确定，计算公式如下：
其中，l为单层盘旋层叠式鱼道长度，h为相邻层鱼道出口底板高程差，为鱼道底板坡度；根据过鱼对象种类及习性确定，在1:10~1:30之间。
39.本实施例中，服务的洄游鱼类要求鱼道底板坡度为1:15左右，因此，图1所示的圆形盘旋层叠式鱼道的单层鱼道长度根据如上公式计算，得到单层鱼道长度为21米，图1所示的圆形盘旋层叠式鱼道外径为8米，内径为5.2米，壁厚0.2米，鱼道中心线直径为6.6米，鱼道截面宽度1米、高度1.2米。
40.在本实施例中，3个鱼道出口3底板高程根据实际鱼道运行水位分级设置为320米（f1号鱼道出口）、321.4米（f2号鱼道出口）和322.8米（f3号鱼道出口）。f1~f3鱼道出口的高度均0.7米。
41.根据实际运行情况，上游水位有三种运行情况，第一种为低于鱼道最低运行水位（320米），第二种为介于鱼道最低运行水位（320米）和最高运行水位（324米）之间，第三种为高于鱼道最高运行水位（324米）。
42.针对这三种运行情况，结合图6说明工作流程：1）当运行水位位于320米以下时（即低于鱼道最低运行水位），鱼道停止运行，出口闸门4可吊运至出口闸门槽5内324米~328米高程进行检修；2）当运行水位介于320米~324米时当运行水位上升至320米~321.4米时，将出口闸门4吊运至316米~320米高程，f1~f3号鱼道出口开启，水流从f1号鱼道出口进入，鱼类从f1号鱼道出口出来；当运行水位上升至321.4米~322.8米时，将出口闸门4吊运至317.4米~321.4米高程，f1号鱼道出口关闭，f2~f3号鱼道出口开启，水流从f2号鱼道出口进入，鱼类从f2号鱼道出口出来；当运行水位上升至322.8米~324米时，将出口闸门4吊运至318.8米~322.8米高程，f1~f2号鱼道出口关闭，f3号鱼道出口开启，水流从f3号鱼道出口进入，鱼类从f3号鱼道出口出来；3）当运行水位上升至324米以上时（即高于鱼道最高运行水位），将出口闸门4吊运至320米~324米高程，f1~f3号鱼道出口关闭，鱼道停止运行。
43.由此，通过一套固定的出口闸门启闭设备6和一个出口闸门4，即可控制多个鱼道出口3的启闭，鱼道的出口水位能应对河道的不同运行水位，供鱼类正常洄游。
44.依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于，包括盘旋层叠式鱼道（11）、支撑基础（2）、多个鱼道出口（3）、出口闸门（4）；所述支撑基础（2）固定于边坡或河底以支撑盘旋层叠式鱼道（11）；多个鱼道出口（3）位于盘旋层叠式鱼道（11）外壁不同层的同一方位，对应不同运行水位；最底层鱼道出口（3）的同层另一方位为盘旋层叠式鱼道（11）的水流出口（8），水流出口（8）的高程低于盘旋层叠式鱼道（11）的高程，水流出口（8）与配套鱼道（7）连接；多个鱼道出口（3）共用同一个出口闸门（4），出口闸门（4）位于多个鱼道出口（3）的外侧，出口闸门（4）能够在高度方向上进行移动，实现对多个鱼道出口（3）进行统一启闭控制；所述盘旋层叠式鱼道（11）的顶部设置顶部结构平台（9）。2.根据权利要求1所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述盘旋层叠式鱼道出口结构整体呈圆形或矩形结构。3.根据权利要求1所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述盘旋层叠式鱼道（11）包括多个预制结构（1），多个预制结构（1）在高度方向依次首尾拼接，每个预制结构（1）包括一个鱼道出口（3）；所述水流出口（8）设置在支撑基础（2）上，支撑基础（2）上设置有衔接鱼道（12），衔接鱼道（12）的第一端口为所述水流出口（8），第二端口与最底层的预制结构（17）连接。4.根据权利要求1所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述盘旋层叠式鱼道出口结构上设置出口闸门槽（5），所述出口闸门（4）在出口闸门槽（5）内移动，出口闸门（4）与出口闸门启闭设备（6）连接，出口闸门启闭设备（6）设置在顶部结构平台（9）上；所述出门闸门槽（5）与盘旋层叠式鱼道（11）、支撑基础（2）和顶部结构平台（9）外侧壁连接。5.根据权利要求4所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述出口闸门（4）的高度不低于最底层预制结构（17）的鱼道出口（3）底板和最顶层预制结构（18）的鱼道出口（3）顶板之间的间距；所述出口闸门槽（5）的宽度大于鱼道出口（3）宽度；所述出口闸门槽（5）的高度不低于两倍出口闸门（4）的高度。6.根据权利要求1所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述水流出口（8）的方位与鱼道出口（3）的方位的角度差为75
°
~105
°
。7.根据权利要求3所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述预制结构（1）包括鱼道底板（13）、外壁（14）和内壁（15），预制结构（1）截面高宽比为0.6~1.25；所述内壁（15）在紧贴上层鱼道底板（13）下沿的位置处设有多个开口结构（16），且多个开口结构（16）在内壁（15）上间隔设置，所述鱼道底板（13）逐渐抬高，并呈螺旋设置。8.根据权利要求7所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述开口结构（16）为外壁（14）高度的0.1~0.4倍，单层预制结构（1）内壁（15）上的开口结构（16）的开口总长度为30%~60%的单层预制结构（1）长度。9.根据权利要求7所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述预制结构（1）的长度根据鱼道底板（13）坡度、相邻层鱼道出口（3）底板高程差确定，计算公式如下：
其中，l为单层盘旋层叠式鱼道长度，h为相邻层鱼道出口底板高程差，为鱼道底板坡度；根据过鱼对象种类及习性确定，在1:10~1:30之间。10.根据权利要求1所述的一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，其特征在于：所述顶部结构平台（9）高于上游最高防洪水位，多个鱼道出口（3）的底板高程根据实际鱼道运行水位分级设置。

技术总结

本发明提供了一种适用于大水位变幅的盘旋层叠式鱼道出口结构，包括盘旋层叠式鱼道、支撑基础、多个鱼道出口、出口闸门；所述支撑基础固定于边坡或河底以支撑盘旋层叠式鱼道；多个鱼道出口位于盘旋层叠式鱼道外壁不同层的同一方位，对应不同运行水位；最底层鱼道出口的同层另一方位为盘旋层叠式鱼道的水流出口，水流出口的高程低于盘旋层叠式鱼道的高程，水流出口与配套鱼道连接；多个鱼道出口共用同一个出口闸门，出口闸门位于多个鱼道出口的外侧，出口闸门能够在高度方向上进行移动，实现对多个鱼道出口进行统一启闭控制。本发明不需要联动控制多个闸门，通过控制一个闸门实现多个鱼道出口的启闭控制，适用于上游大水位变幅运行环境。运行环境。运行环境。