鱼道水力学试验研究

为保护流域鱼类资源,维护区域的生物多样性,需修建过鱼设施,鱼道的效果取决于鱼类能否顺利通过鱼道上溯。本文通过鱼道局部试验与整体水工水力学模型试验,重点研究优化鱼道内部尺寸以及鱼道进、出口的设计,以满足流速、流态的要求,使鱼类能够顺利上溯,并在此基础上进行了鱼类可通过性试验研究。     

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。     

基于生态学与水力学的水电站鱼道进口位置优化研究

为了合理布置鱼道进口,基于生态学与水力学理论和数值模拟方法,计算了某大型水电站下 游河道流场分布情况,结合过鱼对象的游泳能力和生活习性,划分了适宜布置鱼道进口的河道区域。 结果表明: 尾水渠内流态较为复杂,存在不同程度的环流或横向回流。随着机组增加,下游河道断 面流速增大,最大值可达 1. 4 m /s,但左岸位置始终存在低流速带,有利于布置鱼道进口。不同机 组组合发电运行工况下,下游河道流速分布与量值存在较大差异,需要布置 4 个鱼道进口以适应 不同运行工况。通过加设不透水丁坝的河道整治方案,左岸岸边流场得到改善,鱼类适宜聚集区 域得到集中,从而将鱼道进口布置数量优化为 3 个。研究思路和优化方法可为鱼道工程进口布置 提供参考。     

桂林长塘水利枢纽鱼道内部水流条件数值模拟分析

桂林长塘水利枢纽过鱼设施采用短鱼道+升鱼机方案,并采用竖缝式鱼道,由于鱼道内隔板阻水作用,水动力条件复杂。鱼道上游设有赶鱼栅池、集鱼槽及消力池,补水流量通过消力池消能流经集鱼槽、赶鱼栅池,最后通过鱼道下泄,三维水动力特性明显,研究通过建立三维数学模型对内部流场进行求解,根据数值模拟成果分析,建议鱼道运行流量为0.30 m³/s～0.65 m³/s。同时,因大刺鳅游泳能力明显弱于其他目标鱼类,建议专门制定大刺鳅过坝技术方案。     

仿自然型鱼道进出口布置试验研究

仿自然型鱼道能有效减轻水利工程建设对鱼类的影响,而鱼道进出口附近的水流条件如何,直接关系到仿自然型鱼道能否应用成功。在分析和总结国内外仿自然型鱼道建设及研究现状的基础上,结合某工程仿自然型鱼道水力学整体模型试验,重点研究了电站不同运行方式下的鱼道进、出口流态,流速分布等水力参数,并进行了活鱼试验,对该工程仿自然型鱼道进、出口的布置提供了推荐方案,为较大水头仿自然型鱼道进、出口的布置研究提供参考。     

苏州市水环境治理水力学物理模型试验研究

苏州市区运河改道后，河网污染严重，现有水量不能满足稀释自净的要求。为研究运河改道对苏州外城河水环境和水量分配的影响、各种补偿方案及综合治理方案的河网水量分配和水质改善效果，进行了环境水力学物理模型试验研究。研究中采用二维变态模拟方法，并采用低浓度食盐水，通过测量水的电导率的变化，研究污水相对稀释过程。在研究过程中采用河网单位质量水团平均流速和河网相对平均浓度作为判别河网改道前后、补偿及综合治理方案各河段的水量变化情况和总体稀释程度。     

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。     

三峡工程施工水力学试验研究

0前言长江三峡水利枢纽的施工导流设计，因流量大（百年一遇日平均流量83700m3／s）、要求施工期确保通航和围堰档水、提前发电，增加了问题的复杂性和技术难度，成为设计和科研部门必须解决的重大问题。从1956年开始编制长江流域规划以来．三峡工程施工水力学试验曾研究过南津关、三斗坪和太平溪3个有代表性坝址的施工导截流水力学问题。结合枢纽总体布置进行过高山深谷、狭谷及较开阔河道的施工导截流水力学及施＿二通肮方面的试验研究，提出试验研究成果和技术总结论文60余篇，其中国家“七五”科技攻关课题——三峡工程施工导流分期与临…     

水利枢纽中的鱼道设计及试验研究

结合新疆北岸干渠鱼道工程设计,总结分析了国内外鱼道的发展现状和趋势;详细介绍了鱼道的分类,布置位置,鱼道的主要结构尺寸,鱼道进出口的选择。并通过物理模型试验,分析验证设计的合理性。     

竖缝式鱼道水流结构的数值模拟

对竖缝式鱼道的水流结构进行了数值模拟计算,系统研究了鱼道水池长宽比和隔板墩头布置体型对水池内水流流态的影响。研究表明,鱼道水池长宽比是影响竖缝式鱼道水流结构的主要控制因素,长宽比在8∶8～10.5∶8的范围内,可以获得较好的流态。研究还表明,隔板是否设置墩头对水流结构的影响有限,从避免漂浮物滞留与防止泥沙淤积角度看,在实际的鱼道工程中可考虑不设隔板墩头。     

Design of a bilateral-symmetric multi-slot fishway and its comparison with vertical slot fishway in terms of hydraulic properties

Aiming at improving the hydraulic properties and enhancing the fish passage efficiency, this study proposes a novel bilateral-symmetric multi-slot fishway (BMSF) by combining the structural features of a double-sided vertical-slot fishway, multi-slot fishway and T-shape fishway. Eight BMSF cases are further designed by adjusting the slot width and the distance between the short baffle and the front end of the central wall, in order to achieve the relatively best hydrodynamic characteristics. The flow fields of two vertical-slot fishways and eight BMSF fishways are obtained by numerically solving the Reynolds-averaged Navier–Stokes equation, the volume-of-fluid equation and the k-ω-SST turbulence model. Numerical results manifest that the recommended BMSF-8 provides the smallest values in terms of the maximum time-averaged velocity magnitude (1.42 m s⁻¹), the maximum time-averaged turbulent kinetic energy (0.132 m² s⁻²), the maximum time-averaged Reynolds shear stress component (44 Pa), the spatial-mean time-averaged velocity magnitude (0.58 m s⁻¹), and the spatial-mean time-averaged turbulent kinetic energy (0.042 m² s⁻²) in the middle pool at Q = 1000 L/s. Even for the depth-mean time-averaged velocity magnitude at the slot and the volume percentages of some critical physical quantities, BMSF-8 is also superior to the other cases. To sum up, BMSF-8 leads to the relatively lowest flow velocity and turbulence, being more suitable for the passage of the whole fish community (especially for small-sized fishes with weaker swimming ability). In addition, the generalizability of the aforementioned superiority of BMSF-8 is displayed by providing the numerical results of four operating conditions (i.e., Q = 600, 800, 1000 and 1200 L/s).     

涵洞过鱼通道典型挡板水力特性研究

作为现代水利工程建设中河流修复的一种特有手段,涵洞的基本功能除了作为路桥系统的输水通道之外,还要为工程所在流域水生动物能顺利通过障碍提供一条通道。但国内关于涵洞式过鱼通道水力设计方面的文献较少,我国涵洞式鱼道在修建过程中可供参考的理论依据非常有限。在分析国外涵洞式鱼道相关试验数据的基础上,对偏移式(OB)、槽堰式(SWB)和堰式(WB)3种典型挡板的水力特性及流场分布特征进行了归纳,得到了无量纲流量、水深、坡度与流速的关系表达式,比较并分析了3种挡板的工作性能。研究成果将为国内涵洞式鱼道的内部改造和水力设计提供理论依据与参考。     

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。     

折板消能竖井中的折板功能分析

折板是折板消能竖井的关键结构。本文以模型试验为依托,测试了折板消能竖井的水力特性,分析了不同典型位置折板的功能及布置准则,结果显示:首层折板的主要功能为承接和调节水流,使其平顺地跌向次层折板,首层折板与竖井入流口的间距是影响首层折板功能发挥的主要因素,该值过大易引起水流不能跌至首层折板或水流直接冲击中隔板等不利现象;中间层折板的主要功能为消能,折板间距是影响其功能发挥的主要因素,折板间距过大会影响消能效率,过小会影响过流能力;水下折板的主要功能为消能和除气,根据试验资料,当水下折板至少设置2~3层时,即可良好地满足其功能需求。     

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...     

明槽式鱼道进流口区水流特性及改善措施

为研究明槽式鱼道进流口区水流特性,以某河流为例,通过试验研究提出了底部介入对进流口区水流进行控导调整的修改措施,包括多级壅水坎与水下三角翼群两种方案。通过水力模型试验,对两种体型设计和布设形式的优化进行试验研究。研究表明,两种措施均对改善进流口区流态有明显作用;而三角翼群在保证进流口区及过渡段表层水流平顺、均衡前提下,有效降低了进流口区流速,还发挥了上溯鱼突进中临时休憩的掩体作用,满足了鱼类顺利回溯至河流的要求。同时,修改优化后的进流口区仍能满足设计过流能力要求。     

基于GMM-CNN的鱼道内鱼类游泳行为提取方法

鱼道设计离不开鱼类行为特性的研究,智能监控是观测、记录和量化鱼类行为的主要手段,但由于鱼道紊动的水流环境对鱼体精确跟踪造成了困难。本研究提出一种适用于鱼道研究的鱼类游泳行为提取方法,通过高斯混合模型（GMM）和卷积神经网络模型（CNN）对鱼体图像语义分割,再根据鱼体像素计算上溯轨迹、游泳速度和摆尾幅度。方法的验证以草鱼为试验对象,分别进行基于UNet和SegNet的鱼体语义分割对比试验和鱼类游泳行为提取试验。试验结果表明：（1） UNet模型的图像语义分割结果（MPA=95.9%,MIoU=93.3%）优于SegNet模型（MPA=95.5%,MIoU=92.8%）;（2）应用GMM-CNN模型进行过鱼轨迹跟踪,其坐标平均相对误差（MRE_x=7.1%,MRE_y=2.4%）低于单独使用GMM方法23.1%、11.6%;（3） GMM-CNN模型测算鱼类行为能够准确定位鱼体特征点,应用于提取鱼类游泳行为时具有较高的精确度。基于GMM-CNN鱼类游泳行为提取方法可以为鱼道设计提供技术支持。     

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。