水温对竖缝式鱼道中齐口裂腹鱼上溯行为影响试验研究

水温是影响鱼类上溯行为不可忽视的因素之一,本研究在竖缝式鱼道水工模型中进行了齐口裂腹鱼幼鱼的过鱼试验,研究的水温变化范围为13～21℃,通过提取通过率与通过时间参数对齐口裂腹鱼的上溯行为进行了定量分析,并采用统计分析软件SPSS进行了检验.研究发现在开展试验的水温范围内,水温对齐口裂腹鱼上溯行有显著影响(P=0.032...     

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90°转弯段水力特性研究

水流流态和紊动能是鱼道两个重要的水力特性,这两个因素是否合理,很大程度上决定了鱼道设计以及过鱼效果的好坏.以老口航运枢纽鱼道工程为原型,以1:1的比例建立数值模型,采用Flow-3D软件,对竖缝式鱼道90°转弯段的水力特性进行数值模拟研究,分析了竖缝式鱼道90°转弯段流态和紊动能分布、主流区沿程及垂向的流速和紊动能变化...     

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。     

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。     

花园水库鱼道池室水力特性研究

本文以花园水库工程鱼道为例,通过1∶5鱼道局部模型,对同侧横隔板竖缝式鱼道的水力特性进行研究;对过鱼池室流态、流速分布、单位体积消能率等进行了观测分析。试验结果表明:该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧横隔板竖缝式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的过鱼对象的洄游上溯需求。研究成果可供类似工程参考。     

竖缝式鱼道池室结构变化对水力特性的影响分析

竖缝鱼道的消能主要集中在竖缝处,竖缝束窄使水流形成漩涡,导致鱼道内流速过高,水流紊乱。为了改善竖缝式鱼道池室的水流特性,采用雷诺应力(RSM)模型对不同结构形式的同侧竖缝鱼道进行数值模拟。研究表明:在池室内正对竖缝下游布置圆柱型障碍物,竖缝处流速梯度减小,紊动能和雷诺剪切力均降低约20%～30%,这种池型的鱼道水力特性稳定,能满足更多鱼类的过坝。     

基于竖缝隔板的大底坡鱼道水力优化数值模拟

为了优化大底坡竖缝式鱼道池室水力特性,在验证物理模型的基础上,构建三维水动力数学模型,考虑5种大底坡坡度对竖缝有无隔板及竖缝隔板不同安装高度的池室水力分布进行了数值模拟分析。结果表明,竖缝设置隔板能有效减小池室最大流速和平均湍动能;当底坡为1/20时,池室最大流速下降率为10.16%~14.84%,平均湍动能下降率为21.88%~42.19%,主流最大流速衰减率为61.24%~61.82%,池室内形成了小流速、低湍动的Ω形连续性水流;改变竖缝隔板安装高度会影响隔板上下水深处的竖缝流速大小,但对隔板上下水深处的流速、湍动能、应变率的分布规律无显著影响。     

两种主要技术型鱼道的水力特性研究进展

综述竖缝式、组合式及丹尼尔式鱼道水力特性的研究进展,从鱼道结构型式方面对比分析国内外两种主要技术型鱼道水力特性的研究现状和研究结果,指出鱼道中水流的流速、流态、紊动能、雷诺切应力和漩涡尺寸等可能会对鱼类上溯造成困扰的水力因子,同时讨论了鱼道水力学研究中存在的问题并展望该领域的研究方向。     

小长宽比鱼道池室水力学试验研究

鱼道水流条件是影响其过鱼效果的重要因素。在分析鱼道类型及其特点的基础上,针对应用最为广泛的竖缝隔板式鱼道,通过1∶4的大比尺局部物理模型试验,研究了各级水池长宽比小于1.0条件下的隔板布置及竖缝宽度,对比了3种布置方案,分析评价了竖缝流速指标以及池室流速分布、流态和消能特性,提出了适合小长宽比池室条件下的鱼道隔板布置型式。通过1∶12.5的鱼道整体水力学模型试验,对运行水力指标进行了验证分析,确立了减小隔板前局部水位壅高及提高竖缝流速沿程均匀性的设计原则;为适应鱼道进、出口水深的变化,从生态明渠引水补充鱼道流量,最小补水流量为0.22 m~3/s。试验结果表明,这种鱼道布置型式可推广应用到其他类似鱼道工程中。     

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。     

鱼道水力特性研究进展

综述竖缝式、池堰式和涵洞式、丹尼尔式及组合式鱼道水力特性的国内外研究进展;对比分析水流流态、流速场特征、流量与水深的关系、紊流特性及消能率等几方面对不同鱼道的水力特性的影响;得出了竖缝式鱼道中无量纲流量与相对水深之间呈线性关系的结论,列出了池堰式鱼道中流量与水深的关系式;指出鱼道中紊流的紊动能、紊流强度及紊流结构均会对鱼道水力特性、鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大影响;展望鱼道未来研究重心会逐渐集中于鱼道内紊流特性及其数值模拟的研究,尤其是紊流结构的研究。此外,不同结构形式鱼道内水力条件对鱼类通行的影响及改善措施亦将成为未来研究热点之一。     

竖缝式鱼道休息池水动力特性研究

诸多鱼类会在休息池内,特别是转弯段休息池内出现滞留或上溯困难。通过建立三维RNG k-ε紊流模型,分析了竖缝位置、池室长度、休息池内增设辅助隔板等对直段休息池、转弯段休息池水动力特性的影响。结果发现,休息池内水流紊动能、紊动耗散率远低于普通池室,且休息池越长,紊动能及紊动耗散率越低,休息空间越大;竖缝位置对直段休息池水流特性影响不大,规范规定的休息池池长是合理的。对于29°弯段休息池,竖缝异侧布置更有利,对于180°弯段休息池,同侧布置更有利;由于180°弯段休息池池室中央存在大范围高流速回流区,应予充分重视。在休息池内增设辅助隔板能有效消除池室中央大回流区,且大幅增加低流速区面积,值得推广应用。     

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。     

同侧竖缝式鱼道结构优化数值模拟研究

鱼道是保证鱼类能顺利洄游的过鱼设施。通过竖缝相对宽度分别为0.05,0.10,0.15,0.30,底坡为10%的鱼道模型进行数值计算。采用可视化显示及数据分析的方法分析不同竖缝相对宽度、底坡条件下的同侧竖缝式鱼道的水流结构特征。通过模型模拟,分析水流沿水深方向的流速分布情况、主流区最大流速沿程分布及沿程衰减情况,以及在不同竖缝相对宽度和(或)不同流速情况下的紊动能分布情况。综合各物理量的分析,得出竖缝相对宽度b₀/B=0.15、底坡为10%时,水流在池室内能形成较好的适合鱼类洄游的流态:主流区水流横向扩散范围适中,主流区最大流速沿程均匀衰减,回流区面积较为对称,流速较小。     

Design of a bilateral-symmetric multi-slot fishway and its comparison with vertical slot fishway in terms of hydraulic properties

Aiming at improving the hydraulic properties and enhancing the fish passage efficiency, this study proposes a novel bilateral-symmetric multi-slot fishway (BMSF) by combining the structural features of a double-sided vertical-slot fishway, multi-slot fishway and T-shape fishway. Eight BMSF cases are further designed by adjusting the slot width and the distance between the short baffle and the front end of the central wall, in order to achieve the relatively best hydrodynamic characteristics. The flow fields of two vertical-slot fishways and eight BMSF fishways are obtained by numerically solving the Reynolds-averaged Navier–Stokes equation, the volume-of-fluid equation and the k-ω-SST turbulence model. Numerical results manifest that the recommended BMSF-8 provides the smallest values in terms of the maximum time-averaged velocity magnitude (1.42 m s⁻¹), the maximum time-averaged turbulent kinetic energy (0.132 m² s⁻²), the maximum time-averaged Reynolds shear stress component (44 Pa), the spatial-mean time-averaged velocity magnitude (0.58 m s⁻¹), and the spatial-mean time-averaged turbulent kinetic energy (0.042 m² s⁻²) in the middle pool at Q = 1000 L/s. Even for the depth-mean time-averaged velocity magnitude at the slot and the volume percentages of some critical physical quantities, BMSF-8 is also superior to the other cases. To sum up, BMSF-8 leads to the relatively lowest flow velocity and turbulence, being more suitable for the passage of the whole fish community (especially for small-sized fishes with weaker swimming ability). In addition, the generalizability of the aforementioned superiority of BMSF-8 is displayed by providing the numerical results of four operating conditions (i.e., Q = 600, 800, 1000 and 1200 L/s).     

竖缝式鱼道细部结构改进研究

本文针对鱼道细部结构进行改进研究,提出了流线型墩头的布置型式。采用数值模拟的方法对不同墩头型式的鱼道进行水力特性对比分析,并对流线型墩头的鱼道进行试验研究。结果表明:与折线型墩头相比,流线型墩头不会导致鱼道水池内水流结构的显著改变;主流横向偏转程度有所减缓,横向扩散加大,有利于主流流速的沿程衰减;而竖缝控制断面局部水头损失减少,需采用较小的鱼道底坡以控制竖缝断面流速。鉴于流线型墩头能避免折线型墩头对上溯鱼类可能造成的物理伤害,条件允许时可考虑采用。     

Turbulent flow field comparison and related suitability for fish passage of a standard and a simplified low‐gradient vertical slot fishway

Fishways are hydraulic structures that allow passage of fish across obstructions in rivers. Vertical slot fishways—VSFs—are considered the most efficient and least selective type of technical fishway solutions, especially due to their ability to remain effective even when significant upstream and/or downstream water level fluctuations occur. The scope of the present study is to perform numerical simulations in order to investigate and compare the hydraulic turbulent flow field in a standard and a simplified version of the most common VSF design. Implications in relation to fish swimming behaviour and fish passage performance are discussed. Different water depths (as well as discharges) were investigated, using a bed slope of 5%, as a reference for low‐gradient VSFs with a very limited selectivity that can be used in multispecies rivers in grayling‐barbel regions. Results show that maximum values of velocity, turbulent kinetic energy, and Reynolds stresses are higher in the standard design. However, corresponding to slot geometry and orientation, the direction of the main jet in the simplified design is more inclined towards the left side of the pool. This causes the eddy to split into 2 smaller ones; the minimum eddy dimension is reduced from 0.4–0.5 to 0.2–0.3 m. These dimensions are detrimental for fish passage efficiency, being more comparable with fish length (0.15–0.40 m), thus affecting migrating fish stability and orientation. Furthermore, the standard design provides a more straightforward upstream path and wider areas of low flow velocities and turbulence, useful for fish resting. Therefore, it is recommended that the standard design should be preferred over its simplified version, even if its construction costs are around 10–15% higher than the simplified one.