竖缝式鱼道休息池流态改善研究

休息池可为洄游鱼类上溯提供休憩场所,其流态特征是否合理将直接影响鱼类上溯效率。基于池室主流居中设计准则,通过建立三维数值模型,对竖缝式鱼道休息池进行体型优化工作,分析了增设整流板、调整整流板长度与宽度等措施对休息池内流态的影响规律。研究结果表明:增设整流板长度可有效改善休息池内主流贴壁流态,而整流板宽度调整对休息池内流态影响不大;增设整流板优化措施对休息池的紊动能影响甚微。在此基础上,发现同时增加导板与整流板长度至0.6 m为推荐优化方案。     

新疆錾高水电站鱼道水力特性研究

錾高水电站位于新疆高原地区,拟建鱼道的过鱼对象为冷水性鱼类,鱼道池室长宽比为3∶2,左侧180°矩形弯道内设置了导流隔板,与国内大部分已建鱼道形式不同。采用Flow-3 d对錾高水电站鱼道进行了数值模拟,着重分析了鱼道单个池室及矩形弯道内水流的水力特性。研究结果表明,錾高水电站鱼道的单个池室内竖缝处最大流速可达1.8 m/s,紊动并不剧烈;未设置隔板的右侧矩形弯道内主流贴弯道外壁绕流,回流区域大;而设置了隔板的左侧矩形弯道内主流处于弯道中部,回流区个数增多,主流区更为集中和连续,有利于鱼类寻找洄游路线。同时,左右侧弯道的不对称布置以及弯道内隔板布置位置的多样化都可以为我国鱼道建设提供新思路。     

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...     

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。     

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。     

齐口裂腹鱼幼鱼在竖缝式鱼道模型中的上溯行为研究

为了解齐口裂腹鱼在鱼道中的上溯情况,在大比尺竖缝式鱼道物理模型中开展了以齐口裂腹鱼幼鱼为过鱼对象的过鱼试验研究。试验中对通过时间、通过率和上溯轨迹进行了记录,并运用Spearman秩相关分析对齐口裂腹鱼的上溯轨迹和池室结构的水力因子(流速、紊动能、总水力应变)进行了分析。研究发现,试验用鱼通过时间平均值为132.7s,多数鱼倾向于快速通过鱼道完成上溯。试验鱼道通过率为71.9%,过鱼效果良好。多数齐口裂腹鱼上溯过程中会避开高流速区、高紊动能区和高水力应变区,在池室内齐口裂腹鱼上溯轨迹主要分布于上述参数较低的右侧回流区和隔板背水面,竖缝断面处多数齐口裂腹鱼选择上述参数相对较低的隔板侧区域通过。研究结果可为相关竖缝式鱼道设计和实践提供参考。     

异侧竖缝式鱼道在某工程的数值模拟与分析

竖缝式鱼道具有能较好适应水位变化、消能效果明显和水流流态较好等特点,且过鱼效果明显,广泛应用于实际工程中。通过数值模拟的方法,以鱼道底坡坡比和池室长宽比为变量,探究池室结构变化对异侧竖缝式鱼道水力特性的影响。模拟结果表明:（1）池室长宽比确定后,底坡坡比变化不影响主流区平面形态、沿程主流区最大流速位置分布和回流区面积大小分布,但当底坡坡比确定后,池室长宽比的变化对池室水力特性的影响较大;（2）各底坡坡比各池室长宽比,由于竖缝处射流作用的影响,沿程主流区最大流速距离竖缝位置一定范围内数值在变化,但最大流速位置并未发生改变;（3）当 Ｌ／Ｂ＝1．00,ｉ＝1∶70、1∶80、1∶90时,池室最大流速沿程衰减率达到最大值,池室内最大流速小于设计流速,相邻两级池室隔板间主流区平面形态弯曲较小,回流区两侧面积相差较小且池室主流区未出现贴壁流现象,因而可作为研究区域鱼道的设计参数。     

鱼道进口补水消能数值模拟研究

鱼道设计中常采用进口段开挖设置补水消能池的方式提高鱼道进口流速,强化其诱鱼、集鱼、进鱼能力。而补水水体与消能池水体掺混,会对鱼道内水体产生明显扰动,导致鱼道内（消能池部位）流态紊乱。为了能够完整捕捉尺度小、变化复杂的紊动流场结构,获得适合鱼类洄游的紊动能分布,采用三维数学模型对某电站鱼道进口补水消能复杂三维流场进行模拟研究,求解紊动能参数,优化了盖板补水消能方案。研究结果表明：在消能池顶部设置盖板,补水水流自盖板间的缝隙进入鱼道,可强制将大尺度紊流涡团变成小尺度涡团,涡团尺度变小后,黏性切应力易于将紊动能转化成内能而耗散掉,使鱼道内紊动能降低;另外,通过调整盖板缝宽,使补水出流相对均匀,也可降低紊动能;缝宽首尾窄、中间宽的布置型式使各缝隙垂向流速分布较为均匀,有利于鱼类洄游。研究成果可为此类工程过鱼设施进口段设计提供科学理论依据,以获得稳定、均匀的补水水流,提高鱼道进鱼能力。     

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。     

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。     

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。     

竖缝式鱼道不同角度转折段水池水力特性及改进研究

由于受鱼道进出口位置、场地条件、枢纽布置等因素限制,大部分鱼道工程需要沿线盘折布置转折段、转弯段水池等非常规水池。采用数值模拟的方法,研究了不同转折角度α(0°α≤90°)的Ⅰ型鱼道转折段水池内的水流结构分布规律。研究表明,当转折角度α=0°~45°范围内时,主流基本居中,水流结构良好。当转折角度α在45°~90°时,出现了主流贴壁并伴有较大尺度回流区的水流结构,并且随着转折角度α增大,主流贴壁程度增大,内侧回流区尺度进一步增大。针对鱼道转折角度α在45°~90°水流结构所出现的问题,提出了增设整流导板并延长转折段水池长度的改进措施,改善了水流流态。研究所得结果为鱼道设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

Movement of three non‐salmonid fish species through a low‐gradient vertical‐slot fishway

Well‐designed fishways have assisted in restoring migrations and rehabilitating riverine fish species in all continents. The performance of fishways varies greatly with their type, design and operating regime, and with the species involved. Vertical‐slot fishways are widely used to overcome low‐level barriers, especially for non‐salmonids. Important issues remain in the design of fishways to meet performance and cost criteria, including the relationship between fishway bed gradient and the fish that ascend, and whether resting pools are needed. Models of species' movement patterns can inform fishway designers about likely fish response to various design options, and can lead to improved efficiency and effectiveness. Models of general movement patterns of three potamodromous non‐salmonid fishes in the Murray River, Australia, were developed from empirical data in a low‐gradient vertical‐slot fishway. The models integrate data on times of entry and exit, ascent rates, and whether fish continued to ascend during the night. These fish species did not favour resting pools. Ascent rates of fish ≥120 mm were more closely related to fish behaviour than to length; for a given fishway height, reducing bed slope by increasing the number of pools may slow the ascent of such fish, whereas enlarging pool volumes increases costs. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。