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。     

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。     

沙坪二级水电站鱼道设计研究

鱼道是减缓水利工程建设对鱼类阻隔效应的重要措施。根据沙坪二级水电站的工程特点,结合水电站影响范围内鱼类资源情况,进行了鱼道布置方案比选和设计,最终选择过鱼效果好、运行维护较简单的左岸鱼道布置方案,鱼道结构采用竖缝式。利用水工模型试验对鱼道内部结构、鱼道枢纽布置、弯道布置形式等进行分析,验证了此鱼道设计方案的合理性和可行性。沙坪二级水电站鱼道的修建,在一定程度上减缓了水电站阻隔对水生生态环境的影响,为鱼道设计积累了宝贵的经验,可为类似工程提供一定的借鉴。     

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。     

雅鲁藏布江藏木水电站鱼道工程设计与研究

藏木水电站为雅鲁藏布江干流中游水电规划的第4级电站。藏木水电站采用鱼道过鱼方式达到大坝上下游鱼类基因交流,并为部分鱼类繁殖洄游提供必要通道的目的。藏木鱼道设计和研究期间,先后开展了国内外过鱼设施调研、过鱼对象和过鱼季节研究、鱼类游泳能力测试、水力学模型试验、鱼道模型可通过性试验,后续即将开展鱼道监测。藏木鱼道布置在河床右岸,全长3 621.338 m,鱼道池室型式选用垂直竖缝式,竖缝流速为1.1 m/s,池室长度3.00 m,池室宽度2.40 m,竖缝宽度0.30 m,运行水深1.00~2.70 m,鱼道坡度0.02,鱼道共计13个可供休息鱼类场所。藏木鱼道设3个鱼道进口,并增设鱼道进口补水诱鱼系统,鱼道中段设鱼道观测室,观测室旁增设旁通池,共设置4个鱼道出口。     

异侧竖缝式鱼道水力特性数值模拟优化研究

文章以江西省峡江水利枢纽鱼道工程为例,基于实测数据验证鱼道水力模型,采用RNGk-ε湍流模型耦合VOF法对异侧竖缝式鱼道池室结构展开数值模拟研究。结果表明：鱼道横隔板采用竖缝尺寸0.6m,竖缝相对宽度为0.20时,竖缝断面最大流速1.18m/s,主流流速集中分布在0.95～1.15m/s,满足主要过鱼对象上溯条件;在鱼道1/2休息池室长度处,增设长宽比为2.5,高度3.5m, 30°导角的导板,休息池主流区平均流速0.83m/s,回流区平均流速0.30m/s,且能够形成3个大小适宜的区域供给鱼类休息。     

大渡河枕头坝一级水电站鱼道设计研究

枕头坝一级水电站位于大渡河干流上,为减缓工程对鱼类的不利影响,提出了修建鱼道来改善大坝上下游鱼类种群交流.枕头坝一级水电站鱼道工程设计总长1 241.74 m,是目前国内已建和在建规模最大的鱼道工程.在鱼类游泳能力测试和水力学模型试验的基础上,对鱼道的过鱼对象、鱼道建筑物设计进行了研究.最终确定,枕头坝一级水电站采用单侧竖缝式鱼道,鱼道内过鱼孔流速建议为1.10～1.25 m/s;进口流速应大于0.15～1.3 m/s;鱼道设置3个进口,并增设诱鱼系统;还在鱼道进口和出口分别设置1个观察室,以便指导调整鱼道运行方式.     

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。     

不同位置与朝向的鱼道进口水流特性研究

通过改变鱼道进口的不同朝向、鱼道进口与电站的相对距离,提出3种鱼道进口布置方式,并利用Flow-3D计算流体软件对这3种布置方式进行三维数值模拟。结果表明,相对于开口朝向与河道主流平行的进口C、F,开启开口朝向与河道主流垂直的鱼道进口B、E能够形成更大范围的目标鱼类偏好流速区域以及适合鱼类上溯的低紊动区域;距离电站尾水闸门较远的鱼道进口B、E能够形成范围更大的诱鱼水流,同时在其下游处产生的不利于目标鱼类上溯的高紊动区域也相对较小;相比于布置于岸边的鱼道,布置于河道中的鱼道更能提高鱼道的过鱼效率。该研究可为以后鱼道进口的布置提供理论依据。     

某工程鱼道进鱼口布置的水力学模型试验研究

采用水力学模型试验方式对珠江流域某工程鱼道进鱼口布置进行试验探究，试验中发现原布置方案中进鱼口左侧有一定范围的回流区，水流条件不利于鱼类上溯寻找进鱼口，不满足过鱼要求。为了让进鱼口附近的河道水流条件满足过鱼要求，调整了鱼道进鱼口布置位置，调整了鱼道轴线形状，增设了导流建筑物；对调整后的方案进行了水力学模型试验验证，水流条件满足过鱼要求。图10幅，表3个。     

金沙水电站鱼道水力特性数值模拟

金沙水电站鱼道是鱼类向金沙江上游上溯的通道。基于金沙江水文和鱼类生态情况,对金沙水电站鱼道开展水力学计算,提出了鱼道的布置型式,并建立CFD模型对池室水流进行了数值模拟。结果表明,金沙水电站鱼道的布置型式和尺寸比较合理,适合鱼类上溯。     

新型螺旋式鱼道水力特性的数值模拟

螺旋式鱼道是在现有竖缝式鱼道顺河布置的基础上进行结构改进而得到的一种新型鱼道,它将占用较小的平面面积,获得更大的提升高度。建立了数值模拟模型,采用结构化网格和隐式算法,以RNG k-ε湍流模型封闭方程,采用VOF法追踪自由水面,模拟了鱼道的流场。结果表明:鱼道中纵剖面水面稳定,水深沿程不变;不同水深截面水流流态及流速分布相似,均存在一个主流区和两个回流区;流速的最大值位于窄缝处,其值不超过1.2 m/s,出窄缝后流速迅速衰减到1.0 m/s以下,回流区流速较小,便于鱼类休息。     

Y江ZM水电站鱼道灯光诱鱼照明系统设计初探

目前国内很多河流存在鱼类洄游现象,很多水电站、水库等拦水设施的建设阻碍了鱼类的正常洄游,很多工程设置了专用鱼道,做为鱼类的洄游通道,为保证鱼类有效进入洄游通道,诱鱼设施起到较重要的作用。本文以ZM水电站为例,为保护Y江中游有限的鱼类资源,电站设置了供鱼类洄游的鱼道,根据鱼类洄游特性和趋光性,设置了明渠段和暗涵段,文章对灯光诱鱼的设备选择、照度选择,布置方式以及照明设备的安装做出了一些分析。     

基于鱼类集群及上溯通道分析的鱼道进口位置论证

为确保大渡河龚嘴水电站鱼道能够成功过鱼,基于龚嘴水电站坝下河段鱼类集群分布的水声学观测结果,结合研究河段水流条件,分析鱼类集群分布特征,并根据主要过鱼对象关于水力学因子的适宜性特征,提取坝下河段鱼类主要上溯通道,论证龚嘴水电站鱼道进口布置方案。结果表明:坝下河段鱼类垂向分布范围为1.15~11.62 m,主要分布在中下层水域;鱼群主要集中在河段中上游区域;鱼类上溯通道分布于靠近两侧河岸的水域,流速为0.1~1.2 m/s;在北纬29.290°~29.292°范围内,存在横跨整个河宽的鱼类集中分布区域,说明该区域内流场条件能够较好地满足河段过鱼对象的上溯需求。本研究从鱼类集群及上溯通道分布两个方面对鱼道进口布置进行论证,提出较合理的鱼道进鱼口位置,研究结果可为其他水电站鱼道进口布置提供参考。     

仿自然鱼道的一般布置原则及数值模拟研究

拟建的阁山水库会阻断鱼类的洄游通道,为解决鱼类上溯问题,将同时布置仿自然鱼道。基于 仿自然鱼道的一般布置原则,建立了适合研究仿自然鱼道数值模拟的ＣＦＤ模型,并通过物理模型试验研 究成果进行了模型验证和率定。在此基础上对鱼道不同的障碍物布置尺寸和间距开展了优化比较,通 过研究鱼道内的流速分布及流量等水力参数,确定了较合理的障碍物布置形式。研究表明,增大障碍物 的尺寸和减小障碍物的间距均可以增强对水流的阻碍作用。综合分析后推荐本鱼道工程障碍物布置的 较合理形式为:高2．0ｍ,长4．0ｍ,宽2．5ｍ,间距10ｍ。此布置形式在设计工况下,鱼道内的流速范围 为0．3ｍ／ｓ～1．2ｍ／ｓ,主流明确,能够满足各种鱼类的上溯要求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。