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。     

黑水河松新电站鱼道设计

松新电站鱼道建设对提高黑水河鱼类栖息地质量、改善鱼类生境具有重要意义。在鱼类游泳能力测试与数值模拟基础上,对过鱼对象、流速设计、运行水位、进出口高程、鱼道布置以及隔板结构进行了分析。分析表明:带有45°导向角的异侧竖缝式鱼道更适宜松新鱼道过鱼对象进行上溯,鱼道进口流速宜介于0.7～1.0 m/s,竖缝流速宜介于0.8～1.1 m/s。结合工程特点在鱼道进口处设计的补水设施,将扩大鱼道水流影响范围,增加鱼道进口诱鱼效果,提高鱼道运行效率。图8幅,表2个。     

大渡河枕头坝一级水电站鱼道设计研究

枕头坝一级水电站位于大渡河干流上,为减缓工程对鱼类的不利影响,提出了修建鱼道来改善大坝上下游鱼类种群交流.枕头坝一级水电站鱼道工程设计总长1 241.74 m,是目前国内已建和在建规模最大的鱼道工程.在鱼类游泳能力测试和水力学模型试验的基础上,对鱼道的过鱼对象、鱼道建筑物设计进行了研究.最终确定,枕头坝一级水电站采用单侧竖缝式鱼道,鱼道内过鱼孔流速建议为1.10～1.25 m/s;进口流速应大于0.15～1.3 m/s;鱼道设置3个进口,并增设诱鱼系统;还在鱼道进口和出口分别设置1个观察室,以便指导调整鱼道运行方式.     

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。     

基于鱼类集群及上溯通道分析的鱼道进口位置论证

为确保大渡河龚嘴水电站鱼道能够成功过鱼,基于龚嘴水电站坝下河段鱼类集群分布的水声学观测结果,结合研究河段水流条件,分析鱼类集群分布特征,并根据主要过鱼对象关于水力学因子的适宜性特征,提取坝下河段鱼类主要上溯通道,论证龚嘴水电站鱼道进口布置方案。结果表明:坝下河段鱼类垂向分布范围为1.15~11.62 m,主要分布在中下层水域;鱼群主要集中在河段中上游区域;鱼类上溯通道分布于靠近两侧河岸的水域,流速为0.1~1.2 m/s;在北纬29.290°~29.292°范围内,存在横跨整个河宽的鱼类集中分布区域,说明该区域内流场条件能够较好地满足河段过鱼对象的上溯需求。本研究从鱼类集群及上溯通道分布两个方面对鱼道进口布置进行论证,提出较合理的鱼道进鱼口位置,研究结果可为其他水电站鱼道进口布置提供参考。     

适应下游水位变动的堰孔式鱼道进口段隔板优化研究

工程鱼道进口处的水位衔接状况对其内部流场有一定的影响,尤其是对靠近进口的多个池室的流场以及池室水深影响非常明显。一些工程由于水文情势发生改变或者由于规划调整,鱼道进口实际运行水位与原设计水位相差较大,给鱼类上溯带来了困难。依托某枢纽鱼道改造工程,采用三维数学模型,研究了堰孔结合式鱼道进鱼口段池室优化方法,以解决鱼道进鱼口水位不衔接问题。通过调整进口段10个鱼道池室隔板,比选5种孔口尺寸,提出了一种优化的堰孔组合型式。结果发现,优化后的隔板型式在下游水位为0.8 m时,能减缓鱼道进口附近池室水面线的陡降,以及流速的陡增;鱼道进口段水深在0.8～1.3 m变动时,鱼道内水流条件仍能够满足鱼类上溯要求,鱼道适应下游水位变动的能力增加了0.4 m。该方法可为类似鱼道工程的改建提供思路。     

细鳞河水库鱼道进口河段水力特性数值模拟研究

鱼道进口位置的选择对整个鱼道至关重要,应根据上溯鱼类的喜爱流速范围选定能够为其顺利进入鱼道的合适位置。本文以细鳞河水库鱼道为例,采用二维数值仿真模型,对拦河坝下游鱼道进口附近处水流的水力特性进行模拟研究,分析鱼道进口布置的合理性。研究结果可为鱼道进口位置的选择提供参考。     

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.     

雅鲁藏布江藏木水电站鱼道工程设计与研究

藏木水电站为雅鲁藏布江干流中游水电规划的第4级电站。藏木水电站采用鱼道过鱼方式达到大坝上下游鱼类基因交流,并为部分鱼类繁殖洄游提供必要通道的目的。藏木鱼道设计和研究期间,先后开展了国内外过鱼设施调研、过鱼对象和过鱼季节研究、鱼类游泳能力测试、水力学模型试验、鱼道模型可通过性试验,后续即将开展鱼道监测。藏木鱼道布置在河床右岸,全长3 621.338 m,鱼道池室型式选用垂直竖缝式,竖缝流速为1.1 m/s,池室长度3.00 m,池室宽度2.40 m,竖缝宽度0.30 m,运行水深1.00~2.70 m,鱼道坡度0.02,鱼道共计13个可供休息鱼类场所。藏木鱼道设3个鱼道进口,并增设鱼道进口补水诱鱼系统,鱼道中段设鱼道观测室,观测室旁增设旁通池,共设置4个鱼道出口。     

竖缝式与仿自然结合鱼道水力特性及其优化

仿自然鱼道和结构型鱼道结合布置而成的鱼道,既具有仿自然鱼道和结构式鱼道的优点,又能满足苛刻的地形条件。针对地盘子鱼道,在设计及优化方案下分别建立比尺为1:10的整体模型,通过实测两种方案下模型水流的水位、流速及流态,论证了设计方案的合理性及优化方案的优化效果。结果表明:竖缝式和仿自然式结合布置的鱼道内水流流态良好,结构段和仿自然段采用较大底坡比进行衔接对衔接段流态并无不利影响; 各溢流槽和竖缝平均流速基本保持在0.7~1.2 m/s,大流速区主要分布在衔接段及鱼道进口附近; 与设计方案相比,优化方案中过鱼设施结构段S52~S57断面竖缝宽度增大25%,池室消能率最大降低50%;仿自然鱼道段进口处水深由1.0 m增加至1.3 m,F63~F68断面流速最大降低52%,有效保障了过鱼条件。研究结果可为设计和建设复杂场地过鱼设施提供参考。     

异侧竖缝式鱼道水力特性数值模拟优化研究

文章以江西省峡江水利枢纽鱼道工程为例,基于实测数据验证鱼道水力模型,采用RNGk-ε湍流模型耦合VOF法对异侧竖缝式鱼道池室结构展开数值模拟研究。结果表明：鱼道横隔板采用竖缝尺寸0.6m,竖缝相对宽度为0.20时,竖缝断面最大流速1.18m/s,主流流速集中分布在0.95～1.15m/s,满足主要过鱼对象上溯条件;在鱼道1/2休息池室长度处,增设长宽比为2.5,高度3.5m, 30°导角的导板,休息池主流区平均流速0.83m/s,回流区平均流速0.30m/s,且能够形成3个大小适宜的区域供给鱼类休息。     

基于生态学与水力学的水电站鱼道进口位置优化研究

为了合理布置鱼道进口,基于生态学与水力学理论和数值模拟方法,计算了某大型水电站下 游河道流场分布情况,结合过鱼对象的游泳能力和生活习性,划分了适宜布置鱼道进口的河道区域。 结果表明: 尾水渠内流态较为复杂,存在不同程度的环流或横向回流。随着机组增加,下游河道断 面流速增大,最大值可达 1. 4 m /s,但左岸位置始终存在低流速带,有利于布置鱼道进口。不同机 组组合发电运行工况下,下游河道流速分布与量值存在较大差异,需要布置 4 个鱼道进口以适应 不同运行工况。通过加设不透水丁坝的河道整治方案,左岸岸边流场得到改善,鱼类适宜聚集区 域得到集中,从而将鱼道进口布置数量优化为 3 个。研究思路和优化方法可为鱼道工程进口布置 提供参考。     

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。     

新疆某水利枢纽鱼道进口设计与研究

鱼道进口段水流流速对吸引目标鱼类进入鱼道至关重要。文章结合新疆某水利工程,根据鱼道进口布置原则,通过数模计算和整体物理模型试验等结果进行分析,最终确定进口布置型式。     

丰满水电站重建工程升鱼机进鱼口水流条件优化措施研究

为了恢复丰满水电站鱼类洄游通道,在丰满水电站重建工程坝址处设置升鱼机和鱼道。丰满重建工程升鱼机具有所处河道宽,发电机组运行工况复杂、下游水深浅等特点,鱼类寻找升鱼机入口具有较大的难度。为提高升鱼机运行效率,通过数值模拟开展了升鱼机进鱼口水流条件改善措施的专项研究。模拟结果表明,在机组流量1 170 m3/s、围堰上游主要开挖至187 m、局部区域开挖至186m、围堰及下游区域局部开挖至187 m的条件下,三台及三台以下机组同时运行时,河道大部分区域流速均小于1.2 m/s,鱼类能进入集鱼系统进鱼口。成果显示,文中提出的电站运行方式及下游河道开挖方案能为电站鱼类上溯提供顺畅的洄游通道。     

浙江楠溪江拦河闸鱼道进口布置优化研究

常规的鱼道设计及研究大多侧重于其内部结构和水流条件方面,缺少对鱼类生活习性及洄游规律等方面的认识,从而忽略了鱼道进口布置的重要性。而实际上鱼类能否较快发现和进入鱼道进口是鱼道设计的关键因素之一。以楠溪江供水工程鱼道设计为例,通过物理模型试验,对当地鱼类生活习性、建筑物布置特点以及各工况水流条件进行了观测分析,提出将鱼道进口与电站尾水渠相结合的布置方式,并对其可行性进行了论证,该布置方式对研究鱼道进口具有较大的参考意义。     

仿自然型鱼道进出口布置试验研究

仿自然型鱼道能有效减轻水利工程建设对鱼类的影响,而鱼道进出口附近的水流条件如何,直接关系到仿自然型鱼道能否应用成功。在分析和总结国内外仿自然型鱼道建设及研究现状的基础上,结合某工程仿自然型鱼道水力学整体模型试验,重点研究了电站不同运行方式下的鱼道进、出口流态,流速分布等水力参数,并进行了活鱼试验,对该工程仿自然型鱼道进、出口的布置提供了推荐方案,为较大水头仿自然型鱼道进、出口的布置研究提供参考。     

新型螺旋式鱼道水力特性的数值模拟

螺旋式鱼道是在现有竖缝式鱼道顺河布置的基础上进行结构改进而得到的一种新型鱼道,它将占用较小的平面面积,获得更大的提升高度。建立了数值模拟模型,采用结构化网格和隐式算法,以RNG k-ε湍流模型封闭方程,采用VOF法追踪自由水面,模拟了鱼道的流场。结果表明:鱼道中纵剖面水面稳定,水深沿程不变;不同水深截面水流流态及流速分布相似,均存在一个主流区和两个回流区;流速的最大值位于窄缝处,其值不超过1.2 m/s,出窄缝后流速迅速衰减到1.0 m/s以下,回流区流速较小,便于鱼类休息。     

异齿裂腹鱼通过鱼道内流速障碍能力及行为

鱼类通过流速障碍能力是鱼道设计的主要生态指标,目前国内外主要使用封闭游泳水槽进行鱼类各种游泳速度指标及游泳行为研究,其水流流态及鱼类游泳行为与鱼类通过鱼道的实际状态有较大的差距,有必要结合鱼类游泳速度指标来探索能够更加准确量化鱼类通过鱼道流场的游泳能力测试方法。首先,在封闭游泳水槽中通过速度递增法测得异齿裂腹鱼临界游泳速度(101.01±20.86 cm/s)和突进游泳速度(196.94±21.80 cm/s);然后,以临界游泳速度和藏木水电站鱼道竖缝流速(110.00 cm/s)为参考,通过在开放游泳水槽内加不同束窄梯形体,形成类竖缝式鱼道的鱼类自主游泳能力测试水槽,开展两种底坡条件下4级短竖缝(工况1和工况2竖缝流速为101.55±14.87 cm/s、114.63±24.28 cm/s,竖缝顺水流长度均为40 cm)和单级长竖缝(工况3竖缝流速为137.45±17.63 cm/s、竖缝顺水流长度为160 cm)下试验鱼通过流速障碍能力和行为研究。试验结果表明:工况1、工况2下试验鱼通过4级竖缝成功率分别为82.05%、84.62%,通过流速大于临界游泳速度的竖缝时,持续爆发游泳时间为0.52±0.34 s;工况3下93.33%试验鱼以209.43±21.76 cm/s游泳速度成功通过单级长竖缝;3种工况下试验鱼通过流速大于临界游泳速度的竖缝时,以与突进游泳速度无显著性差异(P0.05)的恒定游泳速度(214.01±30.64 cm/s)上溯。鱼类游泳轨迹与流场耦合分析表明:鱼类上溯所需时间及路径长度与其选择的游泳路径密切相关,试验鱼通过借助回流区同向水流推动,增加上溯效率。本文研究方法及研究结论可为鱼道设计、改造、评价提供依据。     

水电站集鱼系统进鱼口位置的研究

进鱼口的水流条件直接关系到鱼类能否顺利进入鱼道。因此,进鱼口位置的选择成为影响过鱼设施运行成败的关键。笔者采用数值模拟和模型试验相结合的方法对牙根二级水电站厂房尾水洞出口附近河段的水流流场进行了研究,结果表明,尾水洞出口下游右岸河道水流平顺、流速大小适宜,适合布置集鱼系统进鱼口;针对发电机组不同数量运行时下游河道流速分布的变化情况,应在尾水洞出口下游右岸布置两个进鱼口;为满足鱼道池室底坡2%的要求,1号与2号进鱼口之间鱼道设置两道180°转弯,转弯线路布置可为其他类似工程提供参考。