同侧竖缝式鱼道直角转弯休息池段体型研究

竖缝式鱼道设计时需根据河道岸坡地形地质条件布置,多存在转弯段.结合某电站鱼道工程设计,采用物理模型和数值模拟相结合的方法开展了同侧竖缝式鱼道直角转弯休息池段的体型研究.对各种体型水流流态和流场分布进行的分析结果表明:转弯段上下游竖缝的布置位置对转弯段内的水流流态有较明显的影响,给出了上下游竖缝较为适宜的布置位置;在转弯...     

两种主要技术型鱼道的水力特性研究进展

综述竖缝式、组合式及丹尼尔式鱼道水力特性的研究进展,从鱼道结构型式方面对比分析国内外两种主要技术型鱼道水力特性的研究现状和研究结果,指出鱼道中水流的流速、流态、紊动能、雷诺切应力和漩涡尺寸等可能会对鱼类上溯造成困扰的水力因子,同时讨论了鱼道水力学研究中存在的问题并展望该领域的研究方向。     

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。     

竖缝宽度对鱼道100°转弯处水流特性的影响研究

影响竖缝式鱼道水流特性的主要参数有池室的长宽比、隔板长度、导板长度、墩头型式与导向角度等,而竖缝宽度对水流结构的影响也不可忽略,尤其是在鱼道的转弯段等复杂结构条件下。本文以某实际工程鱼道中的100°转弯段为研究对象,采用数值模拟的方法,分析竖缝宽度对此鱼道100°转弯处水流特性的影响。     

基于数模与物模的某工程短鱼道水流条件研究

为研究竖缝式短鱼道的水力特性,基于某工程过鱼设施,采用数值模拟计算和物理模型试验相结合的综合技术手段,对短鱼道标准池、休息池、转弯段、进鱼口以及过鱼竖缝等流场分布进行了分析研究。研究结果表明,数值模拟与模型试验结果基本吻合,竖缝及池室主流流速基本满足鱼类上溯要求,相邻池室间水深相差不大衔接顺畅,但在休息池与转弯段均存在主流贴壁以及回流区尺度差别较大的不利流态,今后还需通过整流挡板等措施进行体型优化。     

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。     

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。     

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。     

竖缝式鱼道休息池水动力特性研究

诸多鱼类会在休息池内,特别是转弯段休息池内出现滞留或上溯困难。通过建立三维RNG k-ε紊流模型,分析了竖缝位置、池室长度、休息池内增设辅助隔板等对直段休息池、转弯段休息池水动力特性的影响。结果发现,休息池内水流紊动能、紊动耗散率远低于普通池室,且休息池越长,紊动能及紊动耗散率越低,休息空间越大;竖缝位置对直段休息池水流特性影响不大,规范规定的休息池池长是合理的。对于29°弯段休息池,竖缝异侧布置更有利,对于180°弯段休息池,同侧布置更有利;由于180°弯段休息池池室中央存在大范围高流速回流区,应予充分重视。在休息池内增设辅助隔板能有效消除池室中央大回流区,且大幅增加低流速区面积,值得推广应用。     

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。     

梯形横断面鱼道内水流特性分析

对梯形横断面鱼道内的水流进行数值模拟计算,分析了不同竖缝过水断面面积比下鱼道池室内各个水层的水流流速与流态特征。研究表明:梯形横断面鱼道具有明显的三维特性,低水层池室内出现大面积回流,高水层则为两个小面积回流;鱼道过水断面面积比的增大对最大水流流速的改变不明显;梯形鱼道和竖缝式鱼道之间具有相似性,使得对梯形横断面鱼道的研究可以借助竖缝式鱼道的研究方法和手段。更多还原     

新型堰式鱼道90°转弯段水力特性数值模拟

圆锥形堰式鱼道是一种新型的池堰式鱼道,具有过鱼效率高、构造简单、方便施工、经济成本低等优点,在国外有良好的工程实践。以圆锥形堰式鱼道为研究对象,通过物理模型试验对数学模型进行参数率定,利用数学模型系统研究堰的布置方式及布置的位置对于90°转弯段处流场的影响,分析了鱼道池室的水力特性、流速分布状况,并结合鱼类洄游能力,得出最优设计。结果表明,当圆锥形堰的布置方式为小半径靠近转弯段内侧,流场内主流靠近内壁面更能有效降低主流区流速,减小主流贴壁段的长度;堰的布置位置堰越靠近转弯段,流场内流速较小,流态更为平顺,能有效减小漩涡在流场中的分布比例。图12幅,表2个。     

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。     

兴隆水利枢纽工程鱼道水力学数值模拟

应用RNG k-ε湍流模型和有限差分法对兴隆水利枢纽工程鱼道的设计模型和另外2种对比模拟模型进行了数值模拟计算,分析了过鱼池的流态、紊动能和紊动能耗散率等指标,并对比分析了不同孔口布置的淹没孔口式横隔板鱼道的水力特性。结果表明:兴隆水利枢纽鱼道具有良好的消能效果,相邻隔板孔口异侧布置比同侧布置消能效果好;可以通过改变淹没孔口式鱼道隔板的孔口位置、数目及尺寸进行体型优化。     

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。     

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。     

花园水库鱼道池室水力特性研究

本文以花园水库工程鱼道为例,通过1∶5鱼道局部模型,对同侧横隔板竖缝式鱼道的水力特性进行研究;对过鱼池室流态、流速分布、单位体积消能率等进行了观测分析。试验结果表明:该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧横隔板竖缝式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的过鱼对象的洄游上溯需求。研究成果可供类似工程参考。     

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。     

异侧竖缝式鱼道水力特性研究

为了对异侧竖缝式鱼道的水力特性进行系统研究,设计了带隔板的玻璃水槽,对该型式鱼道进行了试验模拟。测量了鱼道池室内的流速分布,分析讨论了不同竖缝宽度和池室长度下的无量纲流速分布特征和断面最大流速沿程衰减情况;提出主流轨迹的拟合公式,并比较分析了试验异侧竖缝式鱼道的水流特性。结果表明,该型式室内鱼道水流为二维流态。确定了主流流速与竖逢平均流速的比值范围。该试验结果可供相关设计及科研参考使用。