基于竖缝式鱼道的鱼类上溯试验研究

为分析影响鱼类上溯的影响因素，基于竖缝式鱼道对19～27 cm体长范围内的鲫鱼开展连续上溯试验。通过物理模型和数值模拟相结合的方法，对鲫鱼上溯过程的位置与数值模拟得到池室内部的流速场和紊动能叠加分析，得到鲫鱼上溯所喜好的流速范围。试验结果表明，体长为19～27 cm的鲫鱼上溯所喜好的池室流速范围为0.091～0.524 m/s,试验中水流的紊动能最大值为0.035 6 m²/s²,小于0.050 m²/s²,属于低紊动能区，适合鱼类上溯，鱼类在上溯过程中会寻找流速和紊动能低的地方进行上溯。研究成果可为其他鱼类上溯提供参考。     

高水位变幅鱼道进口布置水力学试验研究

天然河道近岸带一般存在可供鱼类上溯的低流速区,原始条件下该区域的位置会随着水位涨落而发生改变,但在岸边布置鱼道后,水流往往被束缚在鱼道一侧,低水位时的低流速区在高水位条件下可能不复存在,当水位变动较大时,这种现象尤为明显。对于高水位变幅鱼道工程,顺岸分散布置进鱼口很难实现在不同运行水位条件下均有较好的诱鱼水力条件。为此,通过对某水电站鱼道进口布置进行优化试验研究,提出了一种适用于高水位变幅鱼道的进口布置方式,解决了不同运行水位条件下进鱼口附近均有较佳诱鱼水力条件的问题,可为相关工程设计提供参考。     

不同侧垂直竖缝式鱼道水力特性试验研究

在山区峡谷中修建水利枢纽工程,能获得较大的发电效益,但同时也阻断了流域内洄游性鱼类的生态路线,对流域内鱼类生态造成较大的影响。本文以新疆北疆伊犁河流域内拦河枢纽工程为背景,采用不同侧垂直竖缝式鱼道进行水力特性实验研究,对不同工况下鱼道竖缝处流速和水深进行了研究分析,结果表明在不同水位工况下,鱼道内的流速保持在恒定状态下,满足鱼类洄游条件。     

竖缝式鱼道水力特性三维数值模拟

以斯洛文尼亚布兰卡水电站竖缝式鱼道为例,分别用大涡模拟(LES)和RNGκ-ε紊流模型计算鱼道三维流场,并利用实测数据对两种模型的数值计算结果进行验证,进而对比分析了不同时刻典型截面的流场结构。结果表明,两种计算模型均可满足鱼道工程设计的基本要求,较RNGκ-ε紊流模型仅能提供时均水流特性,大涡模拟有力补充了鱼道内瞬态涡结构细节,可为进一步明确鱼道内水流的瞬态特性与鱼类上溯行为的内在关联提供有效的分析工具。     

沙坪一级水电站鱼道设计方案比选

鱼道作为鱼类溯河通过水工建筑物或天然障碍物的人工通道,对于生态环境保护和恢复河道连通性具有重要意义。沙坪一级水电站所在河段存在短距离洄游鱼类,根据该水电站坝址水文地质条件,并结合水生生物资源分布特征以及鱼类种群生活习性,按照相关设计规范进行了过鱼建筑物方案比选,最终采用竖缝式结构的鱼道,采取连续“绕弯”方式布置。详细介绍了鱼道进口、池室、休息池、观测室、调节池和出口的设计方案,并开展鱼道水力学计算,证实了设计方案的可行性。相关经验可为类似工程设计提供参考。     

多布水电站鱼道布置设计

根据对尼洋河多布水电站影响范围内的鱼类资源的研究成果,针对多布水电站工程的特点,进行鱼道的布置方案选择和结构设计,并对鱼道进行了模型试验研究。多布水电站鱼道的设置在一定程度上减缓了河段水电开发工程对水生态环境的影响,对促进流域水电开发工程建设与生态环境保护的持续、协调发展具有积极意义。     

结构变化对鱼道水力学特性的影响

除了鱼池长宽比、隔板墩头和隔板结构的改变会对鱼道的流速、流态等水力学特性指标产生影响之外,底孔和坡度等对流速和流态的影响也不能忽视。为了研究底孔和坡度对鱼道的流速、流态等水力学特性指标产生的影响,采用标准k-ε湍流模型对不同工况的鱼道进行了数值模拟计算。研究表明:竖缝式鱼道的最大流速一般出现在竖缝附近,并且对于竖缝处的测点,一般是底层流速更大;增加底孔会降低竖缝处的流速,但底孔处流速偏大;放缓坡度一半时,竖缝处平均流速会降低约20%以上,因此就流速而言,放缓坡度会降低鱼道中的流速,从而对鱼类洄游有利。本实验不仅验证了此次数值模拟计算结果的可靠性,也直观地将鱼道流态清晰展示出来。     

异侧布置缝-孔-堰组合式鱼道紊流结构试验研究

我国沿海沿江洄游性鱼类众多,单一式鱼道难以满足鱼类不同溯游习性的要求。迄今,人们对单一式鱼道研究较多,而对组合式鱼道仅限于数值模拟工作,试验研究几乎是空白。本文对凹口堰-矩形中孔-竖缝组合式鱼道的紊流结构进行了较为系统的试验研究。采用声学多普勒测速仪（ADV）量测了鱼道水池内各点的三维瞬时流速,分析了组合式鱼道的流动特征、时均流速、紊动强度、雷诺应力、频谱特性、相关函数及紊动尺度。试验研究结果表明：与单一式鱼道比较,组合式鱼道水流具有显著的三维流动结构;纵向流速在水平面上存在明显峰值区,横向流速和垂向流速显示在横断面上存在旋涡区;在竖缝壁面射流与孔口射流汇聚区,纵向、横向及垂向紊动强度均较大,合并后则逐渐减小;雷诺应力峰值区主要出现在多股射流交汇区;纵向脉动能量主频峰值大小为孔口>凹口堰>竖缝;纵向脉动流速表现出随时间的相关性,并有凹口堰>孔口>竖缝,且沿程波动周期延长;积分尺度和微分尺度显示涡旋结构与组合式鱼道的流区有关。     

宣城市水阳江海棠湾水利枢纽工程鱼道设计

海棠湾水利枢纽位于水阳江宣城市城区段，设计蓄水期上下游最大水头差约4.7 m，而水阳江是长江下游重要的鱼类洄游通道和鱼类产卵场，因此需要设置鱼道满足鱼类上溯洄游要求。本次设计通过鱼类资源调查，确定了过鱼对象、过鱼季节以及鱼类游泳能力等指标，提出了双进鱼口、单出鱼口的竖缝式鱼道布置方式，确保流速及流态的平稳过渡，从而满足鱼类洄游上溯需求，提升了鱼道的过鱼效果。研究成果可为同类型钢坝闸水利枢纽工程的过鱼设施设计提供借鉴。