鱼类下行过坝相关工程措施综述

为保护洄游性鱼类,各国在修建大坝和堤堰的同时,根据工程的特点及鱼类保护的需求修建了各种类型的过鱼设施。首先简要介绍了鱼类下行过坝的一些途径,如:溢洪道、水轮机、鱼道、集运鱼系统、船闸等。其次,详细介绍了国外目前关于鱼类下行研究的一些新技术,如:水表面集鱼技术、全水深集鱼技术、下行旁路、集运鱼系统、鱼类友好型水轮机以及相关辅助技术等。最后针对我国的下行过鱼工程需求,指出应广泛借鉴国外先进经验,特别关注国外集鱼导鱼技术,加强我国鱼类下行过程的基础研究,以期实现我国鱼类下行过坝技术的突破。     

高扬程两级双吸离心泵时序效应研究

因叶轮与导叶的周向相对位置变化而产生的时序效应对水泵性能有直接影响。本文针对一台两级叶轮均为6叶片的双进口两级双吸离心泵首级叶轮、过渡流道和第二级叶轮所组成的相位分别为0°、15°、30°及45°等4种方案,对0.6Q、1.0Q及1.2Q等3种典型工况下的水泵瞬态特性进行了研究,分析了过流部件压力脉动频域特征,总结了压力脉动及叶轮径向力变化规律。研究表明:两级双吸离心泵叶轮相位对水泵扬程及效率的影响不显著,偏差在2%以内,但相位对水泵过渡流道和压水室压力脉动影响大,在设计工况下,相对于0°、15°及45°方案,30°方案对过渡流道入口隔舌处压力脉动主频幅值削减度分别达70%、38%和40%;对压水室隔舌处压力脉动主频幅值削减度分别达31%、18%和22%。4种方案对应的离心泵叶轮径向力在各工况下均呈周期性变化,且30°方案下叶轮所受到径向力最小。为保证水泵安全稳定运行,建议两级双吸离心泵首级叶轮与第二级叶轮在圆周向呈对称交错安装。本文研究成果为高扬程多级离心泵的优化设计和稳定运行提供了科学依据。     

马岭水利枢纽工程电赶拦鱼系统设计与施工技术

水利枢纽项目引水过程中，进水口拦鱼设施采用的细目拦鱼网，具有较大的阻水面积，易被污物和鱼类堵塞，影响进水口的正常取水，另外检修清理也不方便。电栅是有效、安全且先进的拦鱼、导鱼设施，通过布置电栅来产生无形的水下电场，能从根本上克服有形机械性拦鱼设施的局限性。随着国家对工程建设项目中生态保护的重视，水生生物保护措施也会越来越多、越来越完善，鉴于以往水利水电工程中该类项目较少，以马岭水利枢纽工程电赶拦鱼系统为例，对其结构、安装、运行进行介绍。     

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。     

小石峡水电站集鱼系统布置方案选择研究

已建水电站的集鱼系统布置方案选择不同于规划水电站的选择,其既要考虑过鱼系统的集诱鱼效果,又要考虑对已建电站的影响。以小石峡水电站集鱼系统布置为例,从集诱鱼水流条件、鱼类集群调查、发电尾水影响、行洪安全影响、施工期影响等角度,对拟定的4个集鱼系统布置方案进行了比选研究,推荐左岸集鱼槽型式(距尾水渠末端50 m)的集鱼系统布置方案。研究成果可为类似已建电站过鱼设计提供借鉴。     

叶片安装角对轴流泵空化性能的影响

以TZX700型轴流泵为研究对象,采用商业软件ANSYS CFX17.0对轴流泵全流道进行三维数值计算研究,并对该轴流泵在闭式实验台上进行了外特性实验,实验结果和数值计算结果相吻合。针对该轴流泵在设计工况下提出4种叶片安装角方案,分析轴流泵内部的空化性能随叶片安装角的变化规律。结果表明,该轴流泵在叶片安装角为+4°、+2°、0°和-2°时的临界空化余量分别为7.79 m、6.77 m、6.45 m和5.94 m;空化首先发生在靠近叶片进口边的叶顶处,随着进口压力的降低,空化区域进一步向出口边和叶根处发展;该轴流泵随着叶片安装角的减小,叶片表面的空化面积逐渐减小,且每个叶片表面的空化区域分布规律一致,但其空化面积不同,存在一定的非对称性。     

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。     

贯流式水轮机内部压强变化对鱼体损伤分析研究

鱼类在通过贯流式水轮机流道时会遭遇撞击、压强变化等引发的损伤。本文基于试验和CFD分析方法探究了不同工况下贯流式水轮机全流道压强变化对鱼的损伤机理及阈值。通过试验实现鱼经过水轮机过程中压强变化情况的高精度仿真,研究鱼类在贯流式水轮机内部受压强及压强梯度的影响。试验结果表明:正压状态下加压至最大压强0.68 MPa时,对鱼损伤不明显;随着压强阈值的降低,受损伤和死亡的试验鱼越多,负压状态下降压至压强-0.015 MPa时,鱼类受到损伤,下降至-0.075 MPa时,鱼类全部死亡。通过数值计算分析得出:相对压强小于-15 kPa的区域主要位于叶片背面靠近进口边的位置,且当贯流式水轮机在不同导叶开度下运行时,相对压强小于-15 kPa的区域随着流量的增加呈增多趋势,鱼类遭受压强损伤概率随着流量的升高呈增大趋势。当水轮机在最小水头的大流量工况时,鱼类遭受压强损伤概率达到了最大值6.45%。鱼类遭受压强梯度损伤概率随着流量的升高呈先增大后减小趋势。当水轮机在最大水头的导叶开度为60 mm时,鱼类遭受压强梯度损伤概率达到了最大值4.61%。     

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。     

萨拉康水电站过鱼方案设计探讨

文章介绍了湄公河渔业资源概况及其流域下游主要的洄游鱼类,分析了萨拉康水电站阻隔对洄游鱼类造成的影响,确定了上游湄公河洄游系统的主要过鱼对象;根据萨拉康水电站枢纽布置以及所在地的地形地质特征,对可行的过鱼方案进行了布置研究,并对过鱼方案进行了对比分析,推荐了较优的过鱼方式,并对进鱼口的布置进行了讨论,提出了坝址选择和支流作用的新想法,希望能为水电开发过鱼设计提供一些思考和帮助。     

多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性研究

为研究多工况下不同叶片包角的斜流泵水力特性,在斜流泵叶片包角取值范围内和主要几何参数不变的条件下,对包角为60°、65°、70°、75°和80°的斜流泵模型进行8Q_d、1.0Q_d、1.2Q_d三种流量工况下的数值模拟计算。多维度内部流场分析结果表明:(1)随着流量的增加,叶轮内部流道流场回流漩涡现象减小,效率逐渐提高;(2)截面1中在设计流量Q_d条件下,随包角(60°~70°)的增大,最大压力值逐渐减小,叶片流道扩散和逆压梯度降低,水力特性整体较优;(3)在(70°~80°)范围内压力最大值依次减小,摩擦阻力也随之增加,叶片包角存在一个最优值;(4)截面2中70°、75°和80°三种叶片包角方案速度矢量值随着流量Q的增加逐渐增大,在60°和65°方案下无明显变化规律。研究成果为叶轮叶片包角的综合评估和选择提供参考。     

不同叶片包角的斜流泵水力特性多维度研究

在保证斜流泵主要几何参数不变的前提下,对叶轮叶片包角为60°,65°,70°,75°和80°的斜流泵模型进行了数值模拟计算,分析了叶片包角变化对斜流泵水力特性及叶轮和空间导叶流场的影响。分析结果表明:叶片包角的改变对叶轮流道及空间导叶流道流场都会产生较大的影响;随着叶片包角(60°~70°)的增大,叶片流道扩散降低,叶片包角表面的脱流现象会得到较好的抑制,回流漩涡明显减少,叶片流道的流动较为顺畅;随着叶片包角的进一步增加,叶轮流道内的摩擦阻力也随之增大,并逐渐占据主要影响因子,说明斜流泵存在着一个最佳叶片包角值。研究结果可为斜流泵叶片包角的选择提供重要的参考。     

混水角对强迫对流混水过程影响的熵产数值分析

以两入口流速相同情况下强迫对流混水过程这一物理问题为研究对象,采用计算流体力学、数值传热学理论进行数值计算,分析讨论了对流混水角在30°、45°、60°、90°条件下速度、温度、熵产的分布以及变化关系.计算、分析结果表明:熵产主要分布在两根进水管的交汇区域,及混水后的出水管区域,最大值发生在混水交点处,而两进口支管区域...     

内联式脱液器导叶几何参数优化的数值研究

对于低含液浓度的气液两相流,内联式脱液器具有良好的分离性能,导流叶片的几何尺寸是影响内联式脱液器分离性能的重要因素。该文借助ANSYS FLUENT软件,在建立稳定可靠计算模型的基础上,分析了不同导叶个数(6、8和10个)及导叶出口角(25°、30°、40°、45°、50°和55°)对内联式脱液器气液分离性能的影响。数值模拟结果表明:在稀相时,8个导叶的内联式脱液器分离效果最好;在一定条件下,内联式脱液器的分离效率随导叶出口角度的增大而增大,其中当液滴粒径大于30mm且导叶出口角度为45°时,分离效率已接近98%,此时再增大导叶出口角度对分离效率提升并不大,反而会增加压能损失,消耗能量;同时研究还发现当导叶出口角度一定时,脱液器的气体进出口压降随入口速度的增大呈抛物线上升,与局部压降公式吻合,且可以用能量损耗系数K表征内联式脱液器单元运行过程中的能量损耗。     

高土石坝地震动最不利输入方向研究

文中对土石坝进行三维非线性动力反应分析,采用等价线性粘弹性模型,就地震波的形式、地震波入射角度、坝高等因素对动力反应的响应进行了研究.根据不同形式地震波以不同角度入射到坝体,坝体震动最大加速度的强弱变化情况,判断出土石坝地震动的最不利入射角度.结果表明,对于高100,200,300 m的土石坝,(15°,15°)为地震...     

圆柱桥墩局部冲刷机理试验研究

为进一步探索圆柱桥墩局部冲刷机理,分别从桥墩附近水流流速分布特性、桥墩冲刷特性以及冲刷与流速相互关系对圆柱桥墩顺水流向不同布置方式的局部冲刷水力学特征进行了模型试验研究.结果表明:两排10桥墩顺水流(桥墩轴向与水流方向夹角分别为90°,60°,30°,0°)均匀布置时,桥墩轴向与流向夹角越小,流速在桥墩上下游紊动越小,对下游影响范围越大,且流速越大,冲刷深度和范围越大.顺水流布置0°夹角时,冲刷程度最小,在相同流量下,冲刷稳定历时最短;垂直布置(90°夹角)时,冲刷程度最严重,所需冲刷稳定历时最长,且随着流量的增大,桥墩墩前冲刷坑最深位置逐渐向水槽中间偏移.     

Dam Operations Affect Route‐specific Passage and Survival of Juvenile Chinook Salmon at a Main‐stem Diversion dam

Diversion dams can negatively affect emigrating juvenile salmon populations because fish must pass through the impounded river created by the dam, negotiate a passage route at the dam and then emigrate through a riverine reach that has been affected by reduced river discharge. To quantify the effects of a main‐stem diversion dam on juvenile Chinook salmon in the Yakima River, Washington, USA, we used radio telemetry to understand how dam operations and river discharge in the 18‐km reach downstream of the dam affected route‐specific passage and survival. We found evidence of direct mortality associated with dam passage and indirect mortality associated with migration through the reach below the dam. Survival of fish passing over a surface spill gate (the west gate) was positively related to river discharge, and survival was similar for fish released below the dam, suggesting that passage via this route caused little additional mortality. However, survival of fish that passed under a sub‐surface spill gate (the east gate) was considerably lower than survival of fish released downstream of the dam, with the difference in survival decreasing as river discharge increased. The probability of fish passing the dam via three available routes was strongly influenced by dam operations, with passage through the juvenile fish bypass and the east gate increasing with discharge through those routes. By simulating daily passage and route‐specific survival, we show that variation in total survival is driven by river discharge and moderated by the proportion of fish passing through low‐survival or high‐survival passage routes. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

节理倾角对砂岩强度及物理特征的影响

节理岩体广泛存在于实际工程中,深入研究节理倾角对岩体强度和物理特征的影响,对节理岩体工程稳定性研究具有重要的意义。通过完整及含不同节理倾角岩样在不同围压下的三轴加载破坏试验及声波测试试验,探讨了节理倾角对砂岩强度及物理特性的影响规律。试验结果表明①随着节理倾角的变化,岩样纵波波速衰减率有所不同,节理倾角为60°时岩样波速衰减率最大。②节理岩样的弹性模量随倾角大小的变化规律是E_完整>E _90°>E _30°> E _60°。③在同一节理倾角下,岩样峰值强度随着围压的增加而增大;在同一围压下,岩样峰值强度随着节理倾角的变化表现出明显的各向异性。④节理岩样的黏聚力随着节理倾角的变化呈现出U型的变化趋势,且在节理倾角为60°时黏聚力最小;同时内摩擦角随着节理倾角的增大而逐渐增大。由上述成果可知,节理倾角对砂岩强度和物理特性影响较大,节理倾角为60°时,影响程度最大。     

基质吸力对灰岩区滑带土强度影响的试验分析

基质吸力是非饱和土中水-土耦合作用的重要力学参数,对于研究非饱和土抗剪强度、降雨或库水位变化诱发的滑坡稳定性具有重要意义。为了探究降雨诱发的基质吸力变化对灰岩区滑带土的影响,通过标准应力途径三轴试验系统,对4组不同基质吸力条件下、3组不同净围压下的试样进行试验,分析得到基质吸力与最大剪应力的关系曲线、应变与剪应力的关系曲线、净围压与剪应力的关系曲线,采用非饱和土双应力变量强度理论进行分析。结果表明:相同基质吸力条件下,剪应力随着剪应变的增加呈现快速增长和缓慢增长2个阶段,其界限点在剪应变10%处;在相同围压条件和非饱和条件下,剪应力随着基质吸力的增加而增加;总黏聚力与基质吸力呈线性关系,其增长斜率夹角即基质吸力相关角为15.5°;当基质吸力为0,30,60,90 kPa时,其总黏聚力分别为22.7,33.4,43.8,46.9 kPa,内摩擦角分别为21.8°,23.6°,26.2°,24.5°。根据Fredlund和Ralaadjo非饱和土双应力强度理论,提出了该滑坡滑带土的抗剪强度修正公式,研究成果可为非饱和土抗剪强度的进一步研究提供参考。