集成鱼道的生态坝及其建设方法与流程

1.本公开涉及水利水电技术领域，尤其涉及一种集成鱼道的生态坝及其建设方法。


背景技术：

2.拦河筑坝是治河的重要工程手段，是水资源开发利用、防洪减灾的重要技术措施，具有防洪保安、供水灌溉、水景观等多种功能。随着水生态环境、生物多样性的保护要求越来越高，拦河筑坝需要考虑鱼类的洄游，一般多采用鱼道、升鱼机、增殖放流等技术手段，解决鱼类从下游翻坝至上游或者从上游迁移至下游的问题。
3.然而，升鱼机等技术效果有限，目前多采用鱼道，特别是仿生鱼道，但其一般投资较大。对于中小型堰坝，亟需一种投资小、占地少、效果更好的集成有鱼道的中小型堰坝来解决鱼类上下游间迁徙的问题。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.针对现有的技术问题，本公开提供一种集成鱼道的生态坝及其建设方法，用于至少部分解决以上技术问题。
6.(二)技术方案
7.本公开提供一种集成鱼道的生态坝，包括：多个首尾相连的池室2，相邻的池室2之间通过过鱼孔3连通；其中，多个首尾相连的池室2沿生态坝的截流方向呈阶梯状分布，以将上游水与下游水导通。
8.可选地，池室2的横截面为圆形、部分圆形、四边形或三角形中的任意一种及其组合。
9.可选地，集成鱼道的生态坝还包括：挡水坝体1和坝体基础6；其中，挡水坝体1中包含至少一个过鱼孔3，以使上游水与池室2相连通，多个首尾相连的池室2位于坝体基础6之上。
10.可选地，集成鱼道的生态坝还包括：侧墙4；其中，侧墙4与挡水坝体1垂直，多个首尾相连的池室2在与侧墙4相交处的阶梯走向转向。
11.可选地，池室2包括池室墙体5，过鱼孔3位于池室墙体5中，过鱼孔3在池室墙体5中的高度与相邻的池室2的落差呈负相关。
12.可选地，池室2的材质为卵石、条石、混凝土或浆砌石中的任意一种及其组合。
13.本公开另一方面提供一种集成鱼道的生态坝建设方法，包括：建造多个首尾相连的池室2，多个首尾相连的池室2沿生态坝的截流方向呈阶梯状分布；在相邻的池室2之间建造过鱼孔3，以将上游水与下游水导通，完成生态坝的建设。
14.可选地，集成鱼道的生态坝建设方法还包括：建造挡水坝体1和坝体基础6；在挡水坝体1上建造过鱼孔3，以连通池室2；在坝体基础6上建造多个首尾相连的池室2。
15.可选地，建造挡水坝体1和坝体基础6包括：根据上下游水头差、河流鱼类种群的适
应流速，计算池室2的尺寸、梯级数，以及相邻的池室2之间的高差；根据池室2的尺寸、梯级数和高差，计算得到生态坝的顺流长度；根据顺流长度建设生态坝的第一基础平台；在第一基础平台的上游侧建造挡水坝体1；根据池室2的尺寸、梯级数和高差，在第一基础平台上沿挡水坝体1建造各池室2的第二基础平台，得到坝体基础6。
16.可选地，建造挡水坝体1和坝体基础6还包括：根据防洪标准和截流宽度计算挡水坝体1的高度；根据防洪标准和上游水流量计算坝体基础6的高度。
17.(三)有益效果
18.本公开提供一种集成鱼道的生态坝，包括一系列存在一定落差且相互连通的池室，形成了一种供鱼类洄游的“鱼梯”。其中，每一级池室中除了过鱼孔处的水流速较大以外，其余水域水流较为平缓，可以为鱼类提供良好的休息场所。另外，池室位于坝体基础之上，与生态坝集成在一起，空间利用率高，且建造生态坝的材料可以为天然石材，成本低。
附图说明
19.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
20.图1示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的俯视图；
21.图2示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的主视图；
22.图3示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的侧视图；
23.图4示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的建设方法流程图。
24.【附图标记说明】
25.1-挡水坝体
26.2-池室
27.3-过鱼孔
28.4-侧墙
29.5-池室墙体
30.6-坝体基础
具体实施方式
31.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
32.需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。说明书中示例的各个实施例中的技术特征在无冲突的前提下可以进行自由组合形成新的方案，另外每个权利要求可以单独作为一个实施例或者各个权利要求中的技术特征可以进行组合作为新的实施例，且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
33.除非存在技术障碍或矛盾，本公开的上述各种实施方式可以自由组合以形成另外的实施例，这些另外的实施例均在本公开的保护范围中。
34.虽然结合附图对本公开进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本公开优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本公开的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本公开的限制。
35.虽然本公开总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体公开构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。
36.图1示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的俯视图。
37.图2示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的主视图。
38.图3示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的侧视图。
39.根据本公开的实施例，如图1、图2和图3所示，集成鱼道的生态坝例如包括：挡水坝体1，多个首尾相连的池室2，侧墙4和坝体基础6，相邻的池室2之间通过过鱼孔3连通；其中，池室2例如包括池室墙体5，多个首尾相连的池室2沿生态坝的截流方向呈阶梯状分布，以将上游水与下游水导通。坝体基础6位于整个挡水坝体1和池室2的下方，上游挡水坝体1与池室2集成结合形成生态坝体。池室2中水流流速缓慢，用于连接上下两个过鱼孔3，过鱼孔3分别位于挡水坝体1一侧和池室2一侧，用于连通各个池室2，进而连通上下游河流。侧墙4例如平行于河流设置，建设于坝体基础6之上，可优先采用卵石、条石等本地、生态建材建设，也可采用传统混凝土、浆砌石等建材建设，池室墙体5为构建池室2的墙体，建材可参照坝体等选用。截流方向是指生态坝将水流截断所需要的砌筑方向，一般与水流方向相垂直，本实施例中，例如为挡水坝体1的走向，即多个池室2沿着挡水坝体1呈阶梯状分布。例如可以将连续的同一走向的池室命名为一层，每一层包括多级池室。如图1所示，则本实施例中例如有4层池室，每层池室中又含有4级或5级池室。本公开的生态坝采用一体化集成设计，大大减少了河湖、河岸的占地面积，保障生态坝的挡水效果的同时，也保障了鱼道中鱼类的休息及跃迁。
40.可以理解的是，池室的层数和每层的级数，与池室的大小、各相邻池室间的落差、截流的宽度、生态坝的高度以及生态坝的沿水流方向的长度等有关。本公开对池室2的层数与每层的级数不作限制。
41.根据本公开的实施例，池室2例如由池室墙体5与挡水坝体1围合而成，或者由池室墙体5与其他池室墙体5及各级池室2的基础平台围合而成，或者由池室墙体5与其他池室墙体5、各级池室2的基础平台以及墙体4围合而成等。池室2的横截面形状例如可以为半圆形或部分圆形、四边形或者三角形形等形状中的任意一种及其组合。
42.优选地，池室2的形状为如图1所示的半圆形、部分圆形(类似花瓣形)等，充分结合了池室2的功能与美观需要。本公开的生态坝采用层叠圆池分级砌筑的方式，创新地将生态坝、鱼道与水景观融为一体，优化了堰坝布置，即美观又实用、节约。
43.根据本公开的实施例，过鱼孔3在池室墙体5中的高度与相邻的池室2的落差呈负相关。当相邻池室2的落差大时，过鱼孔3在池室墙体5中的高度低，即过鱼孔3靠近所在池室2的底部。当相邻池室2的落差小时，过鱼孔3在池室墙体5中的高度高，即过鱼孔3靠近所在池室2的顶部。合理的过鱼孔3高度为鱼类的翻坝提供了良好条件。
44.根据本公开的实施例，本公开的集成鱼道的生态坝在工作过程中，大部分水流例如通过漫坝的方式直接流向第一层池室2，另一部分水流通过挡水坝体1中的过鱼孔3流向
最上级池室2。池室墙体5降低了漫坝水流的冲击，即便是汛期，也可以使得池室2中的流速相对平缓，为鱼类的休息及翻坝提供了通道。
45.图4示意性示出了根据本公开实施例的集成鱼道的生态坝的建设方法流程图。
46.本公开另一方面提供一种集成鱼道的生态坝建设方法，如图4所示，例如包括：
47.s110，建造挡水坝体1和坝体基础6。
48.s120，在坝体基础6上建造多个首尾相连的池室2，多个首尾相连的池室2沿生态坝的截流方向呈阶梯状分布。
49.s130，在挡水坝体1上建造过鱼孔3，以连通池室2。
50.根据本公开的实施例，过鱼孔3的尺寸主要由鱼类翻坝所需的流速范围决定。根据鱼类群落的适应流速，由通过池室2的流量计算过鱼孔3的尺寸，确保鱼类有能力由下游河道逐级翻越梯级池室2逆流通过生态坝体到达河流上游。
51.s140，在相邻的池室2之间建造过鱼孔3，以将上游水与下游水导通，完成生态坝的建设。
52.根据本公开的实施例，例如通过步骤s111-步骤s115来建造挡水坝体1和坝体基础6。
53.s111，根据上下游水头差、河流鱼类种群的适应流速，计算池室2的尺寸、梯级数，以及相邻的池室2之间的高差。
54.根据本公开的实施例，根据上下游水头差、河流鱼类种群的适应流速，计算梯级池室2的半径和排数。相邻池室2的梯级高程差h通过上下游水位差、河道宽度、池室半径、池室排数确定。池室宽度或直径根据河宽和上下游水头差及池室2中的所需流速确定。池室2的高度一般大于20厘米，根据池室排数、造价要求等综合确定，池室2的厚度根据池室2的水压力、材料等经结构计算确定。
55.s112，根据池室2的尺寸、梯级数和高差，计算得到生态坝的顺流长度。
56.s113，根据顺流长度建设生态坝的第一基础平台。
57.根据本公开的实施例，实施时，先按照生态坝的长、宽，考虑工作面要求，开挖生态坝基础。进而根据计算得到的第一基础平台的长度、宽度和高度建设该第一基础平台。
58.s114，在第一基础平台的上游侧建造挡水坝体1。
59.根据本公开的实施例，例如根据河流防洪标准，计算相应标准坝址断面河流设计洪水成果。根据河流宽度，确定上游挡水坝和生态坝的整体宽度b。根据河流设计洪水成果、防洪标准和确定的宽度，计算上游挡水坝体1的高度h，进而计算坝顶水深和设计洪水位。
60.s115，根据池室2的尺寸、梯级数和高差，在第一基础平台上沿挡水坝体1建造各池室2的第二基础平台，得到坝体基础6。
61.根据本公开的实施例，坝体基础6设置于处理后的河道基底上，其尺寸需要进行结构计算，保证能够承受生态坝体及水体的重量，以及在相应洪水位时坝体传来的压力情况下的结构稳定。坝体基础6垂直于河流方向的宽度基本等于河宽，高度根据防洪标准和上游来水流量确定，顺河流方向长度根据上下游水头差、池室2的尺寸和数量确定。
62.根据本公开的实施例，本公开的集成鱼道的生态坝建设方法例如还包括在坝体基础6上建造侧墙4。侧墙4的高度一般和同排池室2的高度相同，也可与上游挡水坝体1的高度相同，侧墙4的厚度根据承受的土压力、水压力等经结构计算确定。
63.根据本公开的实施例，挡水坝体1、侧墙4、坝体基础6和池室墙体5可优先采用卵石、条石等本地、生态建材建设，也可采用传统混凝土、浆砌石等建材建设，降低了生态坝的建造成本。
64.下面通过两个具体实施例来阐述本公开的集成鱼道的生态坝的应用效果。
65.实施例1
66.在某河流上建造本公开实施例的生态坝，河流的水文条件例如为宽度约20米，水流量约为20立方米每秒，建造生态坝后，上下游水位差例如为1.5米。例如建造第一级为半圆形的池室2，通过计算，得到池室2的直径例如为4米，层数为3层，相邻的池室2间的高差例如为10厘米。根据该河流鱼类种群的适应流速，计算得到过鱼孔3的尺寸例如为50厘米。再根据以上数据，结合防洪标准、造价等因素确定整个生态坝的高度和沿河长度。
67.实施例2
68.在某湖口(与河流交汇处)建造本公开实施例的生态坝，湖口的水文条件例如为宽度约50米，水流量约为100立方米每秒，建造生态坝后，上下游水位差例如为3米。例如建造第一级为方形的池室2，通过计算，得到池室2的长度、宽度例如为5米、5米，层数为3层，相邻的池室2间的高差例如为10厘米。根据该湖泊鱼类种群的适应流速，计算得到过鱼孔3的尺寸例如为100厘米。再根据以上数据，结合防洪标准、造价等因素确定整个生态坝的高度和顺流长度。
69.综上所述，本公开实施例提出一种集成鱼道的生态坝及其建造方法。集成鱼道的生态坝采用河道内卵石等本地材料建设，具有挡水、过鱼等功能，生态坝可以壅高水位取水，形成景观水面，同时鱼类可以通过翻越坝体、梯级池室或过鱼孔口从上游游至下游，也可以通过梯级池室或过鱼孔口从下游游至上游，池室内流速较低，可以为鱼类提供休息。集成鱼道的生态坝采用集成式一体化设计，创新地将梯级鱼道与生态坝融为一体，优化挡水坝布局，且大大节省了生态坝和鱼道的占地面积，同时具有较好的景观效果。
70.方法实施例部分未尽细节之处与装置实施例部分类似，请参见装置实施例部分，此处不再赘述。
71.应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。
72.还需要说明的是，实施例中提到的方向术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。
73.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本公开处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本公开单独的优选实施方案。
74.此外，术语“第一”、“第二”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。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
75.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。