环形波纹钢管涵洞式鱼道水力特性数值模拟

环形波纹钢管涵洞式鱼道内波纹的粗糙度可以使边界附近产生足够低的流速,鱼类可以由此游向上游。对3种流量0.05,0.07,0.09 m3/s,3种埋深0D,0.1D,0.2D,坡度0.4%工况下,环形波纹钢管涵洞式鱼道内水面线、流速场和紊流场分布分别进行了数值模拟研究。结果表明环形波纹钢管涵洞中,高流速区（无量纲流速大于0.9）位于涵洞过水断面中心区域,高紊流区（紊流强度大于0.2）位于水面中心附近。在涵洞底部边壁附近较大区域内,由于流速较小,紊流强度也较低（紊流强度小于0.1）,鱼类可以由此顺利完成上溯。相比无埋深式涵洞,嵌入式涵洞内平均流速较小,紊流强度变化较为平缓,更有利于鱼类的洄游。     

鱼道进口水流对草鱼幼鱼上溯行为的影响研究

为使鱼类能够快速发现和顺利进入鱼道进口并成功过坝,设计了鱼道进口概化模型。以草鱼幼鱼为研究对象,在18±1℃的条件下研究了鱼道进口流速对鱼类上溯行为的影响。研究发现:鱼道进口水流存在一个最佳流速,在该流速下,鱼类进入鱼道进口的效率最高。利用诱鱼流道补水有助于进一步提高鱼道进鱼效率,诱鱼流道水流与鱼道进口水流之间存在一个最优流速比。针对草鱼幼鱼的鱼道进口最佳流速约为0.3 m/s,诱鱼流道水流与鱼道进口水流的最佳流速比约为2.3。通过对洄游区鱼类游泳轨迹以及流场耦合,可知草鱼幼鱼上溯的喜好流速范围是0.20~0.30 m/s。研究成果对于鱼道进口水力设计具有重要意义。     

仿自然鱼道的一般布置原则及数值模拟研究

拟建的阁山水库会阻断鱼类的洄游通道,为解决鱼类上溯问题,将同时布置仿自然鱼道。基于 仿自然鱼道的一般布置原则,建立了适合研究仿自然鱼道数值模拟的ＣＦＤ模型,并通过物理模型试验研 究成果进行了模型验证和率定。在此基础上对鱼道不同的障碍物布置尺寸和间距开展了优化比较,通 过研究鱼道内的流速分布及流量等水力参数,确定了较合理的障碍物布置形式。研究表明,增大障碍物 的尺寸和减小障碍物的间距均可以增强对水流的阻碍作用。综合分析后推荐本鱼道工程障碍物布置的 较合理形式为:高2．0ｍ,长4．0ｍ,宽2．5ｍ,间距10ｍ。此布置形式在设计工况下,鱼道内的流速范围 为0．3ｍ／ｓ～1．2ｍ／ｓ,主流明确,能够满足各种鱼类的上溯要求。     

叶巴滩水电站进鱼口河段数值模拟研究

进鱼口位置的选择直接影响到过鱼设施运行的成败,应根据过鱼对象上溯的喜好流速范围进行设置。以叶巴滩水电站为例,通过Fluent软件模拟出水电站下游河道的流场分布情况。结果表明,电站下游尾水洞出口河段存在高速横向水流,但岸边存在水流平顺的低流速区,可作为鱼类的上溯通道,不会对鱼类洄游造成影响。研究结果可为进鱼口位置选择提供参考。     

宣城市水阳江海棠湾水利枢纽工程鱼道设计

海棠湾水利枢纽位于水阳江宣城市城区段，设计蓄水期上下游最大水头差约4.7 m，而水阳江是长江下游重要的鱼类洄游通道和鱼类产卵场，因此需要设置鱼道满足鱼类上溯洄游要求。本次设计通过鱼类资源调查，确定了过鱼对象、过鱼季节以及鱼类游泳能力等指标，提出了双进鱼口、单出鱼口的竖缝式鱼道布置方式，确保流速及流态的平稳过渡，从而满足鱼类洄游上溯需求，提升了鱼道的过鱼效果。研究成果可为同类型钢坝闸水利枢纽工程的过鱼设施设计提供借鉴。     

球体悬浮式诱驱鱼器鳙幼鱼实验与研究

国内外的部分过鱼设施实际过鱼效果往往达不到设计预期,主要原因是上溯鱼类一般更容易被坝下发电尾水管或溢洪道处的大流量所吸引,从而难以自主找到过鱼设施入口。本文设想通过在鱼类洄游通道中安装球体悬浮式诱驱鱼器,产生强扰动水流,利用鱼类对水流的趋避性,引导鱼类上溯。本文以长江四大家鱼鳙幼鱼(Aristichthys nobilis)为实验对象,采用数值模拟及明渠实验的方法,通过比较明渠内不同流场情况下鱼类洄游路径的差异,观察球体悬浮式诱驱鱼器对目标鱼类的诱驱效果,从而分析得出诱驱鱼器的工作机理。实验结果表明:球体悬浮式诱驱鱼器扰动流场改变了鳙幼鱼洄游轨迹,对鳙幼鱼游泳行为产生明显影响,验证了球体悬浮式诱驱鱼器的可行性。     

鱼道紊流特性研究进展

鱼道内的紊流特性对于鱼类能否顺利上溯洄游至关重要。为了解鱼道内的紊流状态,综述了丹尼尔式、竖缝式、组合式、涵洞式等鱼道内紊流流速、紊动能、紊流强度、雷诺剪切应力以及漩涡等紊流特性的研究进展,分析不同鱼道内紊流的分布规律及特点,指出鱼道中的紊流强度、紊动能等均会对鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大的影响。此外,目前国内对鱼道内漩涡紊流特性的研究较少,建议对其深入研究,以改善鱼道内水力条件,保证鱼道有效运行。     

关门嘴子水库鱼道进口河段水力特性数值模拟研究

鱼道进口是鱼类上溯的第一步,必须使洄游鱼类尽可能发现鱼道进口,鱼道进口附近水流条件至关重要,甚至可能成为影响过鱼设施运行成败的关键。本文以关门嘴子水库鱼道为例,结合枢纽的运行情况,采用二维数值仿真模型,对拦河坝下游河道水流条件进行研究。研究结果表明,研究区域附近水流流速均大于保护鱼类的感应流速0.20 m/s,小于保护鱼类的极限流速1.20 m/s,从水力学角度能满足鱼类洄游要求,原方案拟定的鱼道进口位置较为合理。研究结果可为鱼道进口的布置提供参考。     

同侧导竖式鱼道水力特性试验研究

以某水电站鱼道体型为研究基础,通过1∶10鱼道局部模型,对同侧竖缝式池室的水力特性进行了试验研究,得到了过鱼池室流态、流速分布以及适合目标鱼类上溯的路径等,并对隔板体型、竖缝宽度以及池室长度等进行了分析论证。试验结果表明,该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧导竖式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的4大家鱼洄游上溯。通过活鱼试验,验证了鱼类上溯喜好的水力条件等。     

竖缝式鱼道水力特性与鱼类运动特性相关性分析

竖缝式鱼道(Vertical Slot Fishway,VSF)作为一种协助上溯性鱼类恢复其洄游通道的生态补偿措施,受到广泛关注。其过鱼效果与VSF的水力特性和鱼类的游泳运动能力密切相关。因而,良好的VSF设计应保证池室内的水力特性与过鱼对象的游泳运动能力相适宜。本文选取上溯性鱼类鳙鱼和草鱼为研究对象,将VSF池室内水力因子空间分布与鱼类运动轨迹相叠加,定量分析了鳙鱼和草鱼在上溯过程中的运动特性、水力偏好以及鱼类运动轨迹与特定水力因子的相关程度。试验结果表明:在流量为0.135 m3/s的VSF池室内,两种鱼喜好在紊动能为0.02~0.035 m2/s2、流速为0.16~0.4 m/s、紊动耗散率为0.02~0.04 m2/s3、应变率为2~3.5 s-1的范围内运动。鳙鱼和草鱼在不同水力区域内的上溯时间与紊动能、流速相关性较大;水流流速矢量体现鱼的趋流特性,决定了鱼的上溯方向,而对于局部空间内鱼的游泳运动行为,紊动能可能是影响更直接的水力因子。     

基于坝下流场模拟的集鱼系统进口位置选择研究

集鱼系统进口位置的合理选择决定着鱼类能否顺利发现并进入集鱼系统,关系着过鱼设施的运行效果。为选择大坝过鱼设施集鱼系统进口位置,本文以长江流域某水力枢纽工程为例,对坝下尾水河道2.83 km范围内水流流场进行了二维数值模拟,以当地鱼类上溯洄游流速的偏好范围为评判指标,分析了不同发电工况下适宜鱼类上溯的水域范围,并针对不同发电工况给出了集鱼系统进口的适宜布置区域,可为过鱼设施集鱼系统的布置提供依据。研究结果表明:左右岸电站发电机组下泄流量比为1∶0和2∶1时,模拟区域适合鱼类上溯洄游区域的占比较大,这两种工况下,集鱼系统进口应布置在坝下右岸;其他工况下,适合鱼类上溯洄游区域难达坝下,集鱼系统进口或集运鱼船应布置在坝下稍远区域,以保证集鱼系统在不同工况下的集鱼效率。     

组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。     

丹尼尔式鱼道隔板形式变化对水力特性的影响研究

在以丹尼尔式鱼道为研究对象,采用三维数值模拟的方法,深入分析了丹尼尔式鱼道隔板形式变化对水力特性的影响。研究结果表明:将丹尼尔式鱼道隔板由三角形断面改为半圆形后能有效降低鱼类上溯过程中可能产生的物理伤害,但会导致池室底层和表层流速增大,可能对部分鱼类洄游影响较大;隔板同侧增设5个方形孔后改善了池室内流速,中层和底层流速减少,池室紊动能变化不大,有利于鱼类洄游上溯;隔板两侧交错增设5个方形孔后,池室底层出现大范围回流区,有可能导致鱼类迷失方向。     

水电站坝下尾水渠集鱼流场模拟研究

为减缓大坝阻隔对鱼类洄游的不利影响,水电工程需要建设有效的过鱼设施疏通其洄游通道。高寒区高坝大库工程过鱼设施建设是一个极其复杂的技术问题,目前国内类似工程尚无成功运用经验。实际过鱼设施内流场条件十分复杂,会产生不利于鱼类上溯的水流形态。基于此原因,对某水电站工程坝下尾水流场进行了数值模拟。研究表明,在机组运行时,电站尾水渠左右两侧发电尾水主流的边缘是明显具有流速梯度分布的区域,符合鱼类聚集的水流特征,具备布置鱼道进口条件。这样可根据尾水位的变化开启两侧不同进口诱鱼,且在机组停运时,可开启左侧进口诱鱼。     

鱼道水力学试验研究

为保护流域鱼类资源,维护区域的生物多样性,需修建过鱼设施,鱼道的效果取决于鱼类能否顺利通过鱼道上溯。本文通过鱼道局部试验与整体水工水力学模型试验,重点研究优化鱼道内部尺寸以及鱼道进、出口的设计,以满足流速、流态的要求,使鱼类能够顺利上溯,并在此基础上进行了鱼类可通过性试验研究。     

某工程鱼道局部模型试验研究

利用数模和物模相结合的技术手段开展了某工程鱼道局部模型试验研究,优化鱼道内导板、隔板等细部结构,确定过鱼孔尺寸等参数,分析评价池室水流流态,以防止水流产生能量积累,为鱼类顺利上溯提供良好的条件.     

竖缝与堰组合式鱼道水力特性数值模拟研究

堤坝等水利水电工程截断河流,鱼道能克服其阻碍作用,使鱼类顺利上溯洄游。采用RNG k-ε湍流模型对竖缝与堰组合式鱼道进行数值模拟,对其池室内流速以及紊动能情况进行分析研究。结果表明：该类型鱼道池室内部水力特性稳定,具有竖缝式鱼道和堰式鱼道共同优点,适宜于不同鱼类游过,能较好地适应鱼类上溯。     

长洲鱼道挡板结构优化研究

广西长洲鱼道是珠江口以上第一座大型水利工程,也是我国自主设计的第一座大型鱼道,为中华鲟等六种国家级保护鱼类的主要洄游通道,为典型的竖缝鱼道。以长洲鱼道为研究对象,以流体力学理论为基础,采用理论分析、试验研究及数值模拟相结合的方法,通过改变孔口尺寸对池室内流速分布的影响进行分析。结果表明在正常运行水位为3 m时,改变正方形孔口边长,对于鱼道内流场流速、水流结构均会产生较大影响;当孔口边长为1.5 m时,最适宜目标鱼类的洄游。研究结果为竖缝鱼道的设计提供一定参考依据。图9幅。     

金沙水电站鱼道水力特性数值模拟

金沙水电站鱼道是鱼类向金沙江上游上溯的通道。基于金沙江水文和鱼类生态情况,对金沙水电站鱼道开展水力学计算,提出了鱼道的布置型式,并建立CFD模型对池室水流进行了数值模拟。结果表明,金沙水电站鱼道的布置型式和尺寸比较合理,适合鱼类上溯。     

不同流态对鱼道进口诱鱼效果影响的实验研究

拦河筑坝中断了河流的纵向连通性,阻碍了鱼类的顺利洄游,因而对鱼类的繁殖和河流生态平衡造成较大影响.鱼道可以帮助鱼类越过堰坝等洄游障碍物,而一个适宜的鱼道进口是保证鱼类顺利进入鱼道的关键.通过模型实验,以齐口裂腹鱼为实验对象,利用鱼类的趋流性,设计了十二种不同的工况,观察在不同工况下的过鱼效果.通过对实验现象的分析,发现进口处的流速为0.4 m/s时,对目标鱼类的吸引力最大,而当进口的流速分别为0.3 m/s和0.5m/s时,前者对鱼类的吸引力不足,后者目标鱼类的洄游成功率几乎为零.并比较了主河道小流速和大流速情况下鱼类洄游路径的差异,分析出趋流性在进口设计重要性.