基于鱼类产卵场水力学与生态水文特征的生态流量过程研究

针对山区河流珍稀特有鱼类的水力生境参数定量化困难,以及单一流量的生态需水研究难以反映天然河流生态水文过程的问题,以澜沧江上游某水电站下游分布的澜沧裂腹鱼和光唇裂腹鱼为目标物种,采用非恒定流数学模型,根据目标物种产卵场天然逐日流量过程资料,分析其产卵场在产卵期的水力学特征并构建生态水文指标体系,建立流速、水深适宜度曲线,提出流速、水深需求的适宜范围。并采用河道内流量增量法,结合生态水文指标体系,获得该水电站下泄的生态流量过程,为恢复类似流域生态系统多样性提供了参考。     

小水电影响下的南方山区河流适宜生态流量

小水电不合理开发、忽视河流生态流量需求等问题给下游河段水文生态带来不利影响，破坏了水生生物的栖息地环境。以广西壮族自治区大环江下湘电站下游河段为例，选择鲤鱼作为目标鱼类，基于鲤鱼流速和水深适宜性曲线，采用生境模拟法模拟分析11个流量工况下研究河段水动力分布特征和鲤鱼质量生境面积分布特征，并运用水文学方法，基于三个评价指标评价最小生态流量的适宜性。结果表明，利用生境模拟法计算的枯水期鲤鱼生存的适宜生态流量为9.38 m³/s、最小生态流量为6.25 m³/s,结果合理、适宜，对于保障小水电下游河流生态环境健康具有重要意义。     

齐口裂腹鱼对大坝下游流态的响应及近坝区上溯路线预测

以大渡河枕头坝水电站为例,依据齐口裂腹鱼的洄游水力学特性,通过RNGκ-ε紊流模型和VOF自由液面处理的三维紊流数值模拟来研究不同工况下的流态。基于齐口裂腹鱼对不同流态的响应关系,预测了近坝区的上溯洄游路线。结果表明,枕头坝下游齐口裂腹鱼的洄游路线在两种典型工况下各有左右岸2条,两种工况下鱼类均能顺利的洄游到坝前位置,鱼道进口位置均处在两种工况下的洄游路线1上;#1和#2鱼道进口水流紊动过大,建议在#1和#2鱼道进口增设补水设施,塑造较强的吸引流条件,吸引鱼类识别并进入鱼道进口。     

齐口裂腹鱼趋流行为的水力学特性研究

过鱼设施的过鱼效果取决于能否准确理解鱼类洄游、集群行为与水力学特性之间的响应关系,能否确定洄游路线和集群区域。以西南山区河流特有的齐口裂腹鱼为例,采用Acoustic-Doppler Velocimeter测得试验水槽的流速分布,利用视频捕捉系统获得试验鱼的运动轨迹,将试验鱼的运动轨迹与不同水力因子(流速、紊动能、流速梯度)进行耦合,定量分析齐口裂腹鱼洄游、集群的水力学特性,并研究了与特定水力因子的相关性。结果表明,齐口裂腹鱼上溯运动过程中,水流方向及流速梯度体现了鱼的趋流特性,决定了鱼的上溯运动方向,而对于局部空间内鱼的游泳运动行为,紊动能也是直接的水力影响因子。这为鱼道进口位置的布置提供了科学依据。     

多折回通道型同侧竖缝式鱼道水力特性试验探究

为提高多折回通道型同侧竖缝式鱼道的消能作用、降低竖缝流速,以利于鱼道过鱼,在设计工况下通过模型试验研究其水力特性。试验分析了设计工况下鱼道典型部位的流态、水面线分布以及竖缝表面和底部流速的沿程分布情况,总结了多折回通道型鱼道在不同通道区段竖缝流速的沿程分布规律。结果表明,设计工况下竖缝流速在通道一、三中沿程变化较小,通道二中下降稍快,流速大小均在0.7~0.9m/s的较高水平。针对竖缝流速大于过鱼喜好流速的问题,提出了加糙鱼道边壁的优化设计方案。对比优化前后的流速分布可知,边壁加糙措施有效降低了鱼道竖缝流速大小。试验研究成果可为类似工程提供借鉴。     

麦日水电站引水枢纽下游防冲试验研究

麦日水电站引水枢纽泄流时下游海漫的水流流速较高,下游河道冲刷较为严重,需要采取有效的防护措施。通过水工模型试验,对枢纽工程的泄流能力、护坦末端及下游海漫的流速以及下游河道的冲刷进行了研究。研究表明,枢纽泄流能力满足设计要求,在下游河道铺设四面体防冲区,可以有效地减小下游河道的冲刷,为了节省工程造价,建议防冲区的长度为50m,宽度从15m逐渐减小为10m。     

寺沟峡水电站下游水力特性研究分析

寺沟峡水电站是目前待建的“一机一孔”的新型水电站,通过水工模型试验,对枢纽下游水力特性进行研究,具体描述了下游的三种不同流态的运动规律、两种典型工况下游流速的沿程分布及三种不同冲刷形态的形成原因,探讨了各种因素对下游河床冲刷的影响。     

同侧竖缝式鱼道水力特性研究

以辽宁省三湾水利枢纽鱼道工程为例,针对同侧竖缝式鱼道水力特性,采用模型试验研究了同侧竖缝式鱼道的主流曲线、主流速度沿程变化规律及竖缝位置流速变化规律,鱼道模型的比尺按1∶5设计,考虑3种底坡、3种典型流量,选取2个水深,采用声学多普勒流速仪(ADV)测量流速。结果表明,同侧竖缝式鱼道主流曲线呈反S型,主流速度沿程变化规律为先增大再减小,竖缝位置的流速从水面至底部变化规律呈先增大再减小再增大的变化趋势,最大流速靠近竖缝底部。     

基于FLUENT的贯通型鱼巢砌块水力特性研究

研究鱼巢砌块在不同河流流速下的水力特性,对鱼巢砌块的设计与应用具有重要意义。鉴于目前鱼巢砌块水力特性研究较为薄弱的现状,以一种贯通型鱼巢砌块为例,通过三维数值模拟方法,结合目标保护鱼类的行为习性,探讨不同工况下贯通型鱼巢砌块水力特性,并与物理模型试验结果进行比较。结果表明,鱼巢砌块数值模拟结果与模型试验结果吻合良好,不同工况下鱼巢砌块流态、流速场分布基本相似,即鱼巢砌块内部最大流速虽然随主流流速的增大而增大,但始终小于目标保护鱼类的极限游速,满足鱼类进出砌块的需求;砌块内部流场仅在大流速工况下存在较明显的旋涡区,且最大旋涡尺度始终小于目标鱼类体长,不会对鱼类造成伤害;砌块内部局部最大紊动能随主流流速的增大而增大,但最大值始终小于0.050 m²/s²,属于低紊动能区,适合作为鱼类的休憩场所。     

长江上游国家级保护区珍稀特有鱼类生境需求耦合分析

以长江上游珍稀特有鱼类保护区为研究区域,针对保护区面临的金沙江下游梯级水电开发产生的影响,研究保护区多种代表性鱼类的耦合需求,即对多种鱼类对栖息地流速、水深等的喜好综合考虑,确定多种鱼类的耦合生境需求。耦合生境的计算对于后续通过栖息地评价,确定天然状况下河流生态需水过程,进而提出金沙江下游梯级调度措施以达到有效保护河段珍稀特有鱼类的目的。     

二维水动力模型在姚江大厍船闸通航影响分析中的应用

为分析引排水工程对船闸通航的影响,以大厍船闸为例,在"姚江西排"工程的背景下,利用MIKE 21软件构建了二维水动力模型,设计了11个引水工况和2个排水工况,计算了各工况下的水动力条件及河道冲淤情况。计算结果表明,各引水工况下,船闸引航道处水流纵向流速均在0.01～0.02m/s,横向流速均小于0.01m/s,且无冲淤发生;排水工况下,船闸引航道处水流纵向流速在0.12m/s以下,横向流速小于0.09m/s,在河道内有局部轻微冲淤;综合评价引排水工程对大厍船闸的通航无明显影响。研究成果可为类似船闸通航影响分析提供参考。     

水槽中闸门瞬时溃决时上下游水深及流量特性试验研究

鉴于研究水库溃坝时溃坝波传播过程及流量变化规律对大坝安全管理具有十分重要的意义,特做了30组工况下的平底无阻力矩形水槽瞬时溃坝模型试验。结果表明,瞬时溃坝后下游无水时的溃坝波呈反"S"型向下游演进,下游有水时会有相对稳定的激波区产生;渐进流区水力特性仅受初始上游水深影响,而激波区水力特性除受上游水深影响外,还受初始下游水深比的影响,随着下游水深的增大,所涌起的激波区范围越广水深越大,但溃坝流量越小。研究结果为大坝或水闸设计及其安全管理提供了参考依据。     

老龙口水利枢纽鱼道水力特性研究

为了解老龙口水利枢纽工程的竖缝与堰组合式鱼道的水力特性,采用RNGκ-ε湍流模型和VOF方法对该鱼道的水流结构特性及池室内主流、流速和紊动能进行了分析。结果表明,鱼道内水流结构稳定,竖缝处流速小于设计流速2.0m/s,且主流衰减明显,消能效果良好;同时兼具竖缝式和溢流堰式的特点,适合喜好各种水层的鱼类通过,尤其对喜跳跃鱼类非常有利,能满足过鱼对象的需求。     

矩形通道内过冷流动沸腾传热特性试验研究

以高强化发动机缸盖材料蠕铁作为加热块材料,在矩形通道内开展了接近发动机冷却系统的不同流动工况下过冷沸腾传热特性的试验研究。流动工况取发动机常用范围:压力为0.10~0.25MPa,主流温度为60~95℃,流速为0.347~6m/s。研究结果表明:提高冷却液流速可以强化壁面对流换热强度,但是存在沸腾换热的低流速工况同样能够达到高流速工况下换热效果,系统压力和主流温度都会影响冷却液过冷度,进而影响沸腾传热效果。可视化结果表明:气泡直径增大、生长频率升高及气泡之间相互作用都会使气泡对边界层流体扰动增强,从而提高传热效率。在压力为0.2MPa、主流温度为95℃、流速为1m/s工况下,在壁温达到170℃以上时沸腾开始出现,在壁温达到210℃时,沸腾传热效率比单相对流换热提高了40%以上。     

阁山水库仿生态式鱼道模型水力特性试验研究

为优化阁山水库仿生态式鱼道水力性能,做了1∶20物理模型试验。首先对设计基本方案的鱼道水力特性进行试验,再分别对鱼道内部池室、进口和出口布置优化方案进行分析。结果表明,三种优化的仿生态式鱼道布置型式结构尺寸均合适,在设计水深条件下达到了流速分布在0.4～1.0m/s的设计条件,鱼道进口水流条件适宜鱼类上溯进入鱼道。研究结果为阁山水库仿生态式鱼道设计提供参考。     

无资料区小流域山洪灾害过程数值仿真研究

为揭示无资料区小流域山洪灾害爆发过程及致灾机理，以江西省樟树市芗溪河小流域为例，建立暴雨洪水情况下松散体运移数值模型，分析了暴雨发生过程及泥沙运移规律。结果表明，对河道而言，高地势、坡降变化处与汇流地区流速较大，对于坡面较缓、汇水面积大的区域，汇流点流速相对其他区域增长尤为显著；流域初期局部积水，短期内出现地表径流，汇集而成的水流冲刷出多条沟壑，泥沙多在下游出口处沉积；流域水深、流速与降雨量相关，降雨量越大，水深流速越大，冲刷情况越显著。研究成果对于该地区山洪预警具有积极意义。     

昆明中心城市河道生态需水量浅析

根据昆明中心城市范围内11个水文站、26个雨量站、6个蒸发站的实测资料,针对昆明中心城市各河流生态补水量问题,采用河道生态系统最小需水量、河道水质最小稀释净化水量、河道景观功能适宜水深需水量、河道适宜水面面积需水量四种方法,结合前人研究成果,综合分析确定了昆明中心城市各河道的生态需水量.     

山溪卵石性河床流速分布规律试验研究

山溪河流具有流速大、水深小、流态多变的特点,其河流河道多为卵砾石结构,为分析其河床流速分布规律,利用变坡玻璃水槽对卵石性河道进行了模拟试验,在保证恒定均匀流的条件下,改变宽深比,分析水流垂线流速分布规律并最终得出其表达式;探讨了水槽粗糙系数的影响因素及其变化规律。结果表明,当坡度在一定范围内(1/200相似文献   

大石涧水库溢流特性与坝下河道冲刷模型试验研究

基于物理模型试验探讨了大石涧水库溢流坝的溢流特性及不同洪水工况下坝下河道冲刷特性,发现大石涧水库溢流表孔体型设计合理,泄流能力满足设计要求;溢流堰面压强分布合理,最小负压值满足规范要.求,不易发生空蚀破坏;采用连续鼻坎挑流消能,对泄水建筑物的安全性无影响,但受两岸回流影响,下游护坦末端在小流量条件下会产生冲刷;下游河道主流偏右岸,坝下230~300 m范围护坡处出现淘刷,最大深度3~4 m。结果可为溢流堰的体型优化设计提供技术支持。     

交错蛮石墙式仿自然鱼道水力学特性研究

根据某工程特点和过鱼要求,提出了三种不同的结构方案,采用标准三维紊流数学模型对比分析了三种方案的水力学特性,并用模型试验对数值模拟结果进行验证。对流场、过鱼适宜性空间和紊动能的分析研究表明,在单级池室中主流流速有先减小再增大的趋势,最大流速出现在长蛮石墙附近;主流两侧的低流速区紊动能范围为0~0.02m~2/s~2,能够形成紊动能较弱的鱼类休息区;同等长宽比时,增加底宽主流最大流速减小0.1~0.2m/s,低流速区面积相对增加5%~8%;同等长宽比和底宽时,鱼道出口的两级池室改为平坡,紊动能减小0.01m~2/s~2。研究结果为交错蛮石墙式仿自然鱼道在实际工程中的应用提供了参考。