竖缝式鱼道的水力特性研究

竖缝式鱼道因其过鱼效率高、对水位变化的适应能力强等技术优势而在国内外得到了广泛的工程应用。采用数值模拟计算方法,对竖缝断面平均流速分别为0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0m/s条件下竖缝式鱼道的水流结构进行了计算研究。研究结果表明,在0.8~2.0m/s范围内,竖缝断面平均流速值的大小对于各级水池内主流区分布、主流流速的沿程衰减规律以及竖缝断面流速分布并无显著影响,表明作者早先研究取得的研究成果具有较好的普适性。在此基础上,进一步研究了竖缝断面流速分布与各级水池内主流流速分布的变化规律。     

水温因素对竖缝式鱼道中草鱼上溯行为影响的试验

利用鱼道试验模型进行过鱼试验, 分析水温因素对模型鱼道中鱼类上溯行为的影响。以某工程竖缝式鱼道为原型, 按重力相似准则建立比尺为 1：4 的水工模型, 选择草鱼幼鱼为试验用鱼, 试验中采用摄像头全程监测试验鱼上溯过程, 统计试验鱼在模型试验段的通过率与通过时间两项指标, 进行量化分析。研究发现: 在试验水温变化范 围 18.5~ 22. 5 ℃内, 草鱼幼鱼总体通过率达 70% 以上, 且不同水温区间内通过率无明显变化; 采用 SPSS 软件进行的显著性检验显示, 草鱼通过时间与水温因素无显著相关关系。基于上述结果, 今后在开展草鱼上溯行为试验研究时, 在水温变化范围 18.5~ 22.5 ℃ 内, 可考虑忽略水温因素的影响。     

蒙古国都日根水电站鱼道建设的启示

通过对国内外鱼道发展现状和趋势的分析,对几种常用鱼道的优缺点做了比较,结合都日根水电站所在秦诺哈拉依赫河鱼类生长繁殖特点,采用了垂直竖缝式加小底孔相结合形式的鱼道设计。实践证明此鱼道设计有效保护了鱼类及河流生态的预期作用,具有一定的科学性、实用性和可推广性,对我国中小河道枢纽建设具有一定的参考价值。     

蒙古国都日根水电站鱼道建设的启示

通过对国内外鱼道发展现状和趋势的分析,对几种常用鱼道的优缺点做了比较,结合都日根水电站所在秦诺哈拉依赫河鱼类生长繁殖特点,采用了垂直竖缝式加小底孔相结合形式的鱼道设计。实践证明此鱼道设计有效保护了鱼类及河流生态的预期作用,具有一定的科学性、实用性和可推广性,对我国中小河道枢纽建设具有一定的参考价值。     

竖缝式鱼道梯形断面池室水动力学特性研究

水利工程建设一定程度上破坏了河流的纵向连接,改变了河流的生态系统,鱼道成为鱼类逆流而上的关键洄游通道.采用三维紊流模型对常规的竖缝式矩形池室鱼道及新设计的竖缝式梯形池室鱼道分别开展了数值模拟计算,分析了相同流量及水位条件下两种池室的水流结构、流速及紊动能分布规律.对比发现:梯形池室回流区范围较大,回流区流速较小,且竖缝...     

竖缝式鱼道设计与研究

鱼道作为缓解水库闸坝工程对鱼类洄游和繁殖造成不利影响的措施之一,近年来越来越受到重视。本文主要介绍了国内外对竖缝式鱼道的设计和研究进展,总结了竖缝式鱼道的主要设计内容,包括鱼道基本参数、结构尺寸、进出口布置和辅助设施等方面,并以某河流鱼道为具体案例进行了较为详细的介绍。     

异侧竖缝式鱼道水力特性研究

为了对异侧竖缝式鱼道的水力特性进行系统研究,设计了带隔板的玻璃水槽,对该型式鱼道进行了试验模拟。测量了鱼道池室内的流速分布,分析讨论了不同竖缝宽度和池室长度下的无量纲流速分布特征和断面最大流速沿程衰减情况;提出主流轨迹的拟合公式,并比较分析了试验异侧竖缝式鱼道的水流特性。结果表明,该型式室内鱼道水流为二维流态。确定了主流流速与竖逢平均流速的比值范围。该试验结果可供相关设计及科研参考使用。     

老口鱼道工程设计分析

老口航运枢纽的建立,破坏了邕江的河流生态系统,阻碍了邕江洄游性鱼类的洄游路径。为了恢复邕江洄游性鱼类的洄游通道,修建了老口鱼道工程。文中以老口鱼道为工程背景,从基本资料的收集、鱼道结构型式的选择、鱼道槽身参数的设计到鱼道进出口布置做了详细的介绍。     

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。     

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。     

竖缝位置对竖缝式鱼道水力特性的影响

为了分析竖缝位置对竖缝式鱼道池室内水力特性的影响,采用RNG k-ε湍流模型和速度-压力耦合SIMPLE算法对不同工况的鱼道进行了数值模拟。模拟结果表明:竖缝位置对主流的形态、主流流速的衰减及竖缝处流速分布影响不大;竖缝位置改变了主流区在池室内的位置,进而影响回流区的分布、大小和流场,竖缝位置距池室侧壁为池室宽度的25%~35%时,池室内水流流态较合理,能够显著提高过鱼效率。     

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.     

隔板型式对竖缝式鱼道水力特性的影响研究

通过改变隔板中竖缝的位置和数量,构造四种不同型式的竖缝式鱼道,利用计算流体动力学分析工具,获得了不同工况下四种鱼道模型的三维流场。研究表明:同一鱼道型式、同一底坡,其主流曲线形式(池室内水流形态)与流量变化无关。研究结果可为鱼道设计提供参考。     

辽河盘山闸鱼道设计研究

盘山闸作为辽河最下游的水利枢纽,阻隔了河口水生物的洄游通道,改变了水生态环境,破坏了河口地区水生生物的生态平衡。为了缓解水利工程对水生态环境带来的不利影响,拟在闸址处增设鱼道。对盘山闸鱼道的过鱼对象、鱼道型式与布置以及垂直竖缝式鱼道主要设计参数进行了分析讨论,最终选择布置紧凑、占地范围小、诱鱼效果好、施工容易、运行管理方便、工程投资省的“S”型鱼道。所选鱼道正在施工建设中,可为类似鱼道设计运行借鉴参考。     

大底坡下“H”型竖缝式鱼道池室水力特性数值研究

竖缝式鱼道作为一种生态补偿工程可有效缓解水利工程对鱼类洄游造成的不利影响,研究合理参数下竖缝式鱼道水力特性对建设经济有效型鱼道具有重要意义。基于物理模型试验与三维数值模拟相结合的方法,在大底坡1∶20情况下,系统分析了9种池室长宽比的“H”型竖缝式鱼道流场分布及水力特性。结果表明：不同池室长宽比下主流均呈“S”型,主流流速最大衰减率为46.4%~61.3%;池室长宽比L∶B=10∶8为大底坡“H”型竖缝式鱼道最佳池室长宽比,该方案池室内水流流态较好,主流向右侧弯曲且曲率最大,存在较大范围的低紊流区,且满足鱼道单位体积消能率的要求,有利于鱼类洄游上溯。研究结果可为大底坡下“H”型竖缝式鱼道参数选取与水力优化设计提供参考依据。     

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...     

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。     

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。