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。     

鹤岗市关门嘴子水库横隔板竖缝式鱼道设计研究

关门嘴子水库枢纽建成后,将阻隔鱼类洄游通道,修建鱼道保护鱼类十分必要。文章根据关门嘴子水库所在河段河道地形条件及鱼类洄游能力等因素选择横隔板竖缝式鱼道进行设计计算,通过分析梧桐河流域过鱼种类、过鱼季节、水库过鱼水位,选择合理鱼道设计参数进行结构设计。研究发现,选择适合的鱼道竖缝流速,对于鱼道长度有较大影响;为适应水库水位的变化,保证鱼类洄游,需要合理设置鱼道出口个数。     

竖缝与堰组合式鱼道水力特性数值模拟研究

堤坝等水利水电工程截断河流,鱼道能克服其阻碍作用,使鱼类顺利上溯洄游。采用RNG k-ε湍流模型对竖缝与堰组合式鱼道进行数值模拟,对其池室内流速以及紊动能情况进行分析研究。结果表明：该类型鱼道池室内部水力特性稳定,具有竖缝式鱼道和堰式鱼道共同优点,适宜于不同鱼类游过,能较好地适应鱼类上溯。     

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。     

异齿裂腹鱼通过鱼道内流速障碍能力及行为

鱼类通过流速障碍能力是鱼道设计的主要生态指标,目前国内外主要使用封闭游泳水槽进行鱼类各种游泳速度指标及游泳行为研究,其水流流态及鱼类游泳行为与鱼类通过鱼道的实际状态有较大的差距,有必要结合鱼类游泳速度指标来探索能够更加准确量化鱼类通过鱼道流场的游泳能力测试方法。首先,在封闭游泳水槽中通过速度递增法测得异齿裂腹鱼临界游泳速度(101.01±20.86 cm/s)和突进游泳速度(196.94±21.80 cm/s);然后,以临界游泳速度和藏木水电站鱼道竖缝流速(110.00 cm/s)为参考,通过在开放游泳水槽内加不同束窄梯形体,形成类竖缝式鱼道的鱼类自主游泳能力测试水槽,开展两种底坡条件下4级短竖缝(工况1和工况2竖缝流速为101.55±14.87 cm/s、114.63±24.28 cm/s,竖缝顺水流长度均为40 cm)和单级长竖缝(工况3竖缝流速为137.45±17.63 cm/s、竖缝顺水流长度为160 cm)下试验鱼通过流速障碍能力和行为研究。试验结果表明:工况1、工况2下试验鱼通过4级竖缝成功率分别为82.05%、84.62%,通过流速大于临界游泳速度的竖缝时,持续爆发游泳时间为0.52±0.34 s;工况3下93.33%试验鱼以209.43±21.76 cm/s游泳速度成功通过单级长竖缝;3种工况下试验鱼通过流速大于临界游泳速度的竖缝时,以与突进游泳速度无显著性差异(P0.05)的恒定游泳速度(214.01±30.64 cm/s)上溯。鱼类游泳轨迹与流场耦合分析表明:鱼类上溯所需时间及路径长度与其选择的游泳路径密切相关,试验鱼通过借助回流区同向水流推动,增加上溯效率。本文研究方法及研究结论可为鱼道设计、改造、评价提供依据。     

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。     

三峡水库开县水位调节坝鱼道工程设计

三峡水库开县水位调节坝工程的兴建,给流域内洄游性鱼类的繁殖带来不利影响,为此,拟修建鱼道作为沟通鱼类洄游的一项重要补救措施。首先论述了国内外现有鱼道工程的运行效果及先进技术,并结合水位调节坝工程特点,确定采用竖缝式鱼道型式。系统介绍了鱼道设计条件拟定、鱼道布置、池室设计、进口及诱鱼补水设计、出口结构、过鱼观测室设计及鱼道水工模型试验等情况,提出了较为系统的鱼道设计方案。     

长洲鱼道挡板结构优化研究

广西长洲鱼道是珠江口以上第一座大型水利工程,也是我国自主设计的第一座大型鱼道,为中华鲟等六种国家级保护鱼类的主要洄游通道,为典型的竖缝鱼道。以长洲鱼道为研究对象,以流体力学理论为基础,采用理论分析、试验研究及数值模拟相结合的方法,通过改变孔口尺寸对池室内流速分布的影响进行分析。结果表明在正常运行水位为3 m时,改变正方形孔口边长,对于鱼道内流场流速、水流结构均会产生较大影响;当孔口边长为1.5 m时,最适宜目标鱼类的洄游。研究结果为竖缝鱼道的设计提供一定参考依据。图9幅。     

鱼道紊流特性研究进展

鱼道内的紊流特性对于鱼类能否顺利上溯洄游至关重要。为了解鱼道内的紊流状态,综述了丹尼尔式、竖缝式、组合式、涵洞式等鱼道内紊流流速、紊动能、紊流强度、雷诺剪切应力以及漩涡等紊流特性的研究进展,分析不同鱼道内紊流的分布规律及特点,指出鱼道中的紊流强度、紊动能等均会对鱼类对栖息地的选择以及鱼类通行造成较大的影响。此外,目前国内对鱼道内漩涡紊流特性的研究较少,建议对其深入研究,以改善鱼道内水力条件,保证鱼道有效运行。     

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。     

异侧竖缝宽度对鱼道水流结构的影响研究

竖缝式鱼道是目前应用最为广泛、效果较好的过鱼工程鱼道设施,同侧竖缝式鱼道的结构设计、水流特征的研究现在已经相当完善,但对异侧竖缝式鱼道的研究比较匮乏。为此,采用数值模拟方法定量分析不同竖缝宽度工况下鱼道池室和竖缝处的水流结构、流速分布、回流区分布情况等水力特征参数的变化情况,并对比分析流态优劣给出了异侧竖缝式鱼道竖缝宽度b/B合理取值范围为0.15～0.20。     

基于FLUENT的箱式鱼道水力特性模拟研究

箱式鱼道作为一种新型的竖缝式鱼道,具有过鱼效果好、构造简单、经济成本低、便于标准化等诸多优点,在青海湖上有成功的工程实践,然而目前国内尚无系统的研究。以青海湖箱式鱼道为例,采用FLUENT数值模拟软件,建立standard k～ε数学模型,结合目标鱼类,针对鱼道内流态、流速分布及紊动能情况进行分析。结果表明,该类型鱼道休息区与主流区分布合适,能够产生"S"型蜿蜒曲折的水流特征。箱式鱼道底层具有较大回流区,鱼道内紊动能较小,适合鱼类休息;上层隔板的梯形渐变段设计,有效减小流速峰值,为鱼类洄游创造良好的流场。图11幅,表2个。     

同侧导竖式鱼道水力特性试验研究

以某水电站鱼道体型为研究基础,通过1∶10鱼道局部模型,对同侧竖缝式池室的水力特性进行了试验研究,得到了过鱼池室流态、流速分布以及适合目标鱼类上溯的路径等,并对隔板体型、竖缝宽度以及池室长度等进行了分析论证。试验结果表明,该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧导竖式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的4大家鱼洄游上溯。通过活鱼试验,验证了鱼类上溯喜好的水力条件等。     

不同流态对鱼道进口诱鱼效果影响的实验研究

拦河筑坝中断了河流的纵向连通性,阻碍了鱼类的顺利洄游,因而对鱼类的繁殖和河流生态平衡造成较大影响.鱼道可以帮助鱼类越过堰坝等洄游障碍物,而一个适宜的鱼道进口是保证鱼类顺利进入鱼道的关键.通过模型实验,以齐口裂腹鱼为实验对象,利用鱼类的趋流性,设计了十二种不同的工况,观察在不同工况下的过鱼效果.通过对实验现象的分析,发现进口处的流速为0.4 m/s时,对目标鱼类的吸引力最大,而当进口的流速分别为0.3 m/s和0.5m/s时,前者对鱼类的吸引力不足,后者目标鱼类的洄游成功率几乎为零.并比较了主河道小流速和大流速情况下鱼类洄游路径的差异,分析出趋流性在进口设计重要性.     

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。     

竖缝式鱼道结构及水力特性研究

随着越来越多大坝堤堰的修建,鱼类的洄游和繁殖受到了严重的影响。为了保持鱼类的生存繁衍,许多水利枢纽工程中都建有鱼道。研究利用fluent软件模拟了竖缝式鱼道的流场,并用模型试验对数值模拟进行了验证,分析了竖缝式鱼道导板的长度及导角大小对鱼道内流场的影响。研究结果表明:在鱼道流量及水池长宽比一定的情况下,若不考虑边壁的阻碍作用,导角越大,竖缝射流的衰减速度越快,主流轨迹的弯曲程度也越大,也越容易冲撞到边壁;导板的长度基本上对主流的扩散及衰减没有影响,但能通过改变主流在鱼道内的位置来改变边壁对流态影响程度。     

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。     

FLOW-3D模型在鱼道工程水力特性模拟上的应用

鱼道可显著改善堤、坝等建筑物阻碍鱼类洄游的现状,本文结合了具体的实际工程,根据对比分析竖缝式鱼道的流态、流速等水力特性,对FLOW-3D数值模型进行验证,并进行了网格无关性分析计算,结果表明,FLOW-3D数值模型与物理模型试验吻合度较好。完全可以运用FLOW-3D数值模拟进行鱼道工程的计算。     

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。     

大藤峡水利枢纽工程南木江生态鱼道规划浅析

为解决水利工程建设后阻隔鱼类洄游、阻断保护区与坝下两个鱼类种群的基因交流及种群间遗传交流受阻的问题,笔者以大藤峡水利枢纽工程南木江副坝为例,结合南木江副坝的布置、地形条件和过鱼特性研究了过鱼设施方案,确定采用“仿生态鱼道+工程鱼道”相结合的生态鱼道,详细介绍生态鱼道布置、鱼道流速、工程鱼道体型、仿生态鱼道体型和鱼道辅助设施等规划设计情况。该鱼道设计符合水库运行特性,满足鱼类洄游和过鱼要求,同时满足生态流量下泄要求,可为类似过鱼设施的研究提供一定的借鉴。