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交错蛮石墙式仿自然鱼道水力学特性研究

水电能源科学 2017年第12期35卷 82-85,9页

作者：林宁亚安瑞冬李嘉易文敏谢春航徐亚亚四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065

根据某工程特点和过鱼要求,提出了三种不同的结构方案,采用标准三维紊流数学模型对比分析了三种方案的水力学特性,并用模型试验对数值模拟结果进行验证。对流场、过鱼适宜性空间和紊动能的分析研究表明,在单级池室中主流流速有先减小再... 详细信息

根据某工程特点和过鱼要求,提出了三种不同的结构方案,采用标准三维紊流数学模型对比分析了三种方案的水力学特性,并用模型试验对数值模拟结果进行验证。对流场、过鱼适宜性空间和紊动能的分析研究表明,在单级池室中主流流速有先减小再增大的趋势,最大流速出现在长蛮石墙附近;主流两侧的低流速区紊动能范围为0~0.02m^2/s^2,能够形成紊动能较弱的鱼类休息区;同等长宽比时,增加底宽主流最大流速减小0.1~0.2m/s,低流速区面积相对增加5%~8%;同等长宽比和底宽时,鱼道出口的两级池室改为平坡,紊动能减小0.01m^2/s^2。研究结果为交错蛮石墙式仿自然鱼道在实际工程中的应用提供了参考。

关键词：交错蛮石墙仿自然鱼道水力学特性鱼类游泳能力标准κ-ε紊流模型

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龙溪口航电枢纽仿自然鱼道设计

水运工程 2023年第10期 65-69页

作者：班朝军金志军单承康王园栋中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州贵阳550081

为确定岷江航电龙溪口枢纽仿自然鱼道布置的合理性和设计基本参数,对工程河段开展鱼类资源调查和游泳能力测试。通过三维数值模拟计算验证鱼道池室尺寸与池室内流速关系,通过物理模型试验对鱼道内部水流流态、控制断面流速等水力学参数... 详细信息

为确定岷江航电龙溪口枢纽仿自然鱼道布置的合理性和设计基本参数,对工程河段开展鱼类资源调查和游泳能力测试。通过三维数值模拟计算验证鱼道池室尺寸与池室内流速关系,通过物理模型试验对鱼道内部水流流态、控制断面流速等水力学参数进行研究。提出仿自然鱼道设计方案:1)鱼道进口布置在发电厂房尾水渠末端,采用发电尾水诱鱼并在进口布设补水设施;2)鱼道采用藕节形+梯形断面结构,内设横隔,鱼道和横隔均采用天然卵石堆砌;3)下游河道左岸布设缓流平台,消除鱼类上溯流速屏障。试验结果表明,龙溪口仿自然鱼道池室内部流态多样性,流速满足过鱼要求。

关键词：仿自然鱼道鱼道设计缓流平台龙溪口航电枢纽

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南木江仿自然鱼道出口衔接段水力模拟研究

南木江仿自然鱼道出口衔接段水力模拟研究

作者：陈申华北水利水电大学

学位级别：硕士

随着水资源的开发利用,天然河道上,堰、挡水坝、水闸等挡水建筑物的砌筑不仅破坏了河道的连通性,营养物、泥沙、漂浮物等大多被拦蓄在库区不能输移到水库下游,而且还破坏了原有生态系统的完整性,从而生物生存、繁殖和执行其他生物功能... 详细信息

随着水资源的开发利用,天然河道上,堰、挡水坝、水闸等挡水建筑物的砌筑不仅破坏了河道的连通性,营养物、泥沙、漂浮物等大多被拦蓄在库区不能输移到水库下游,而且还破坏了原有生态系统的完整性,从而生物生存、繁殖和执行其他生物功能受到影响。因此在各种挡水建筑物上设置鱼道,改善河流的连通性,尽可能的减少建筑物对生态系统的破坏程度,是十分必要的。仿自然鱼道是模仿自然状态下河流水道形式、水流流速分布、流态等水力特性的鱼道。这种鱼道提供了与不受干扰的河流相似的水流条件,鱼道不发生非生物性的边界条件的变化,鱼更容易通过。所以,对仿自然鱼道的研究具有非常重要的工程应用价值和迫切的现实意义。本论文通过水力学理论分析和物理模型试验研究,分析论证了多种仿自然鱼道出口衔接段布置的可行性。主要进行以下工作:（1）仿自然鱼道与工程鱼道之间的过渡衔接。利用物理模型试验研究了某工程鱼道与仿自然鱼道之间过渡区域,发现工程鱼道出口水流跌落严重,水面比降过大,水深浅、流速高,不能满足鱼类洄游的过流要求。针对以上的水流流态特性,基于“分散落差、降低水头”的理念,创新性地设计出了底部设置三个过鱼孔的多级潜堰,改善了过渡区域的水流流态。利用当地现有的石料资源,制作加糙石块,寻找合适的放置方式达到平顺水流、降低流速的效果。研究成果对解决同类型鱼道出口体型设计有一定参考价值。（2）仿自然鱼道与生态景观湖之间的过渡衔接。利用物理模型试验研究了某生态景观湖与仿自然鱼道之间过渡区域,该区域为具有景观功能的亲水区域,主槽采用顺水流方向逐渐收缩的扇形结构与生态景观湖衔接。这就要求在满足鱼类洄游的条件下,尽可能在该区域形成鱼类暂留休憩的景观区域。所以设计出梅花桩布置的桥墩型木桩,一则可供游客穿鱼道行走,二则木桩后相对静水区域可为鱼类提供短暂休息。

关键词：仿自然鱼道物理模型试验鱼类洄游

加糙坡道型仿自然鱼道水力特性的数值模拟及优化研究

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加糙坡道型仿自然鱼道水力特性的数值模拟及优化研究

作者：冯三杰三峡大学

学位级别：硕士

近年来随着社会经济的高速发展,人们对水电等资源的需求量也越来越大,为了满足人们对资源的需求,大量的闸坝工程在江河上被修建。虽然水利工程建设与运行在防洪、发电、航运、供水等方面发挥了巨大的经济与社会效益,但对河流生态系统造... 详细信息

近年来随着社会经济的高速发展,人们对水电等资源的需求量也越来越大,为了满足人们对资源的需求,大量的闸坝工程在江河上被修建。虽然水利工程建设与运行在防洪、发电、航运、供水等方面发挥了巨大的经济与社会效益,但对河流生态系统造成了破坏。例如河流生境片段化、鱼类洄游通道被截断、鱼类生物多样性降低等,为了提高河流连接度与连通性,进行河流生态修复,协调好大坝建设与生态环境之间的关系,满足人们恢复水生态系统的要求,鱼道作为这种生态补偿工程满足了人们对恢复水生态系统的要求,也符合人与自然和谐发展的可持续要求。结合历史资料以及仿自然鱼道过鱼特点,拟选取珍稀鱼种、特有鱼种以及经济鱼类为过鱼对象:长薄鳅、胭脂鱼、白甲鱼、铜鱼、长吻鮠、爬岩鮡、栉鰕虎鱼、麦穗鱼、草鱼、鲇、长鳍吻鮈、齐口裂腹鱼、岩原鲤等。根据部分过于对象的游泳能力,最后确定池室流速不大于1.0m/s,鱼道进口与池室收缩断面处流速不大于1.30m/s。本研究主要采用数值模拟计算方法对仿自然鱼类通道水力特性进行研究,探究加糙坡道仿自然鱼道坡度、漂石布置形式等变化对池室内流态、流速分布、流场等产生影响和变化规律。根据模型计算结果结合鱼类上溯游泳能力的要求,选择适合上溯鱼类的仿自然鱼道结构型式主要成果如下:(1)加糙坡道仿自然鱼道模拟工况试算随着坡度增大各池室水位相对变低,坡度i=4%与i=5%水位波动较大。坡度i=2%、i=3%池室水深变化较为稳定且鱼道池室内水流流态较好,没有剧烈扰动地漩涡和水跃区,适合鱼类上溯。i=3%相对于i=2%断面流速和鱼道进口流速较大1.7～2.3m/s,且进口紊动强度较大造成上溯迷失方向,故本文坡度选择i=2%。(2)两种加糙坡道仿自然鱼道的优选规则码放结构鱼道水力条件更优,沿程水深在0.35～0.60m范围内波动,水位沿程呈逐级递减,平均比降为5%,变化较为平缓。主流由表层到底层流速呈递减趋势,底部主流流速在0.6～0.8m/s,中部在0.6～1.0m/s,靠近表层流速为1.0～1.2m/s,从底部到表层流速逐渐变大。底部主流速度在0.2～0.6m/s较大面积低流速区。中部流线较为平顺,主流和低流速回流区分别明显。不同水深由上到下最大紊动能范围为:0.06～0.23m/s、0.05～0.073m/s、0.04～0.0643m/s,表层最大,底层最小,从上到下呈减小趋势,最大紊动能影响面积也逐渐减小。(3)对存在的水力学问题进行结构优化研究对部分结构进行优化漂石长度增加至0.25m、池室长1.20m、鱼道进口设置一组高为0.2m消能牙墩。主流没有明显被压缩,流线较为平直,主流和低流速回流区区分明显,主流流线平直往下游延伸距离增加,主流在鱼道中部,池室流速沿Y=0.55m中轴线呈近似对称分布,靠近边壁漂石后形成0.2 m/s～0.6 m/s低流速区占横截面近2/3左右,断面处流速达到过鱼标准1.2m/s的断面增多;池室水深范围为0.59～0.39m,平均比降为3.3%。进口最大流速小于1.3m/s,满足过鱼要求,最大紊动能0.09 m/s,水体掺混剧烈消能效果较好,满足仿自然鱼道过鱼标准要求。

关键词：仿自然鱼道优化研究数值模拟水力特性

D型柱障碍物对鱼类在仿自然鱼道内上溯行为的影响机理

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D型柱障碍物对鱼类在仿自然鱼道内上溯行为的影响机理

作者：姜泽文三峡大学

学位级别：硕士

近年来,水利设施兴建引起的鱼类洄游通道受阻隔的问题被广泛关注,水电的梯级开发破坏了原有河流的连通性,导致有过坝需求的洄游鱼类资源量正在逐渐下降。为缓解闸坝工程对自然界鱼类资源造成的不利影响,促进上下游的鱼类遗传信息交流,... 详细信息

近年来,水利设施兴建引起的鱼类洄游通道受阻隔的问题被广泛关注,水电的梯级开发破坏了原有河流的连通性,导致有过坝需求的洄游鱼类资源量正在逐渐下降。为缓解闸坝工程对自然界鱼类资源造成的不利影响,促进上下游的鱼类遗传信息交流,维护自然鱼类的基因库、保证鱼类种群资源、维护鱼类种群结构等,鱼道作为恢复河流连通性的重要措施之一被广泛应用。随着我国低水头闸坝数量的逐步增加,仿自然鱼道作为辅助鱼通过低水头闸坝的重要措施之一近年来被广泛关注。仿自然鱼道内障碍物的设置形成了复杂的水流环境,而这些水力特性的变化会对目标鱼类的游泳行为学指标造成一定的影响,但鱼道内的水力特性变化取决于鱼道池室内障碍物的型式与结构以及排布方式。为此本文先找寻适合鱼类最佳的障碍物型式,分析其最佳障碍物型式下的水力特性的变化对试验鱼游泳动力学指标的具体影响,解析鱼在复杂水流环境中的运动行为;进一步根据最优障碍物结构下的仿自然鱼道内鱼类上溯行为评价指标来研究目标鱼类对不同工况下的水力条件的行为策略,分析单尾鱼和多尾鱼之间尝试率和成功上溯率等指标的差异性,探讨放鱼数量对鱼上溯行为的影响。本研究中复杂流场下鱼类行为学指标的变化、鱼类上溯行为特征分析、鱼类水力因子偏好曲线等研究结果均可为鱼类行为学研究提供重要参考,也可为我国仿自然鱼道进口和池室内部流速设计及优化提供重要参考依据。本文的研究工作及结论如下:(1)通过研究不同障碍物型式对鲢幼临界游泳能力的影响测试,结果表明:在D型下,鲢幼鱼的临界游泳速度最大,为76.86±9.27cm/s,显著高于方柱和圆柱两种型式下的鲢幼鱼的临界游泳能力。D型柱更有利于提高鱼类的临界游泳能力,因此D型柱为最优障碍物型式。(2)通过研究D型柱下复杂流场对鲢游泳动力学的影响,分析不同来流速度(1BL/s,3 BL/s和5 BL/s)下鲢顶流静止和顶流前进时的游泳动力学表现,提取其速度、加速度、摆尾频率、摆尾幅度和运动步长等指标。在流速为3 BL/s下,鲢表现为顶流静止时障碍物下鲢的摆尾幅度显著高于自由来流(P仿自然鱼道,开展了目标鱼类在4种不同流量工况下(Q=11L/s,Q=17 L/s,Q=23L/s,Q=31L/s)的上溯行为试验。结果表明:Q流量下目标鱼类的尝试率显著低于其他工况,4种工况下目标鱼类的上溯成功率均高于80%;鱼在上溯过程中呈现“八字型”、“贴壁型”、“绕柱型”三种典型上溯轨迹,在低流量工况(Q、Q)下,主要选择以八字型轨迹进行上溯;在高流量(Q、Q)工况下,主要选择以绕柱型轨迹上溯。分析其游泳速度和上溯时间发现:绕柱型轨迹上溯时游泳速度显著低于其他两类轨迹(P鱼道池室内流态分布与鱼类上溯轨迹耦合发现:4种流量工况下鲢的共同偏好流速范围为0.14m/s-0.28m/s,鳅的偏好流速为0.13m/s-0.34m/s,草鱼的偏好流速为0.13m/s-0.36m/s。(5)对多尾鱼的流速偏好曲线分析得知:3尾鱼4种流量工况下的共同流速范围为0.16m/s-0.37m/s;5尾鱼的共同流速范围为0.18m/s-0.42m/s,较单尾鱼有了显著性(P鱼道内鱼类的尝试率和成功上溯率显著提升(P<0.05);在高流速下,鱼群的游泳速度显著增大(P<0.05),目标鱼类的尝试时间和上溯时间显著缩短(P<0.05)。

关键词：障碍物游泳动力学仿自然鱼道流速偏好

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仿自然鱼道的一般布置原则及数值模拟研究

水利与建筑工程学报 2016年第6期14卷 81-85页

作者：姜静周赤刘志雄长江科学院水力学研究所湖北武汉430010

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... 详细信息

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。

关键词：仿自然鱼道数值模拟流速分布阁山水库

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仿自然鱼道低流速区流场塑造试验研究

水利科技 2021年第4期 11-15页

作者：柯明辉何承农王乐乐福建省水利水电勘测设计研究院福建福州350001

该文依托位于闽江下游右岸最大支流大樟溪上的水利工程,通过建立1:8和1:4两个大比尺仿自然鱼道标准段局部物理模型分析鱼道隔板间水流流态和局部水流现象,全面了解鱼道池室内水流分布情况,确定及优化仿自然鱼道隔板布置型式和详细结构尺... 详细信息

该文依托位于闽江下游右岸最大支流大樟溪上的水利工程,通过建立1:8和1:4两个大比尺仿自然鱼道标准段局部物理模型分析鱼道隔板间水流流态和局部水流现象,全面了解鱼道池室内水流分布情况,确定及优化仿自然鱼道隔板布置型式和详细结构尺寸;通过使用天然卵石堆砌隔板,在隔板中设置符合鳗鲡游动迹线的"S"型过鱼孔,融合工程鱼道与仿自然鱼道优点,为降河性洄游鱼类花鳗鲡和日本鳗鲡塑造一个低流速区上溯的仿自然通道。

关键词：仿自然鱼道低流速区流场塑造局部物理模型试验隔板体型

大樟溪永泰莒口水闸仿自然鱼道工程建设的思考与探讨

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水利科技 2019年第2期 26-28页

作者：陈宏景黄智刚张挺苏燕陈橙陈为文福州市水务投资发展有限公司福建福州350001 福州水务平潭引水开发有限公司福建福州350001 福州大学土木工程学院福建福州350108 福州城建设计研究院有限公司福建福州350001

随着我国生态保护观念的日益增强,越来越多的鱼道工程进入建设阶段。该文总结不同洄游过鱼结构物特性,阐明鱼道设计关键因素,基于大樟溪永泰莒口水闸仿自然鱼道工程探讨鱼道工程建设要点,以保障闽江流域鱼类种群的多样性,可供类似工程... 详细信息

随着我国生态保护观念的日益增强,越来越多的鱼道工程进入建设阶段。该文总结不同洄游过鱼结构物特性,阐明鱼道设计关键因素,基于大樟溪永泰莒口水闸仿自然鱼道工程探讨鱼道工程建设要点,以保障闽江流域鱼类种群的多样性,可供类似工程建设参考。

关键词：仿自然鱼道传统鱼道工程建设

基于单体鹅卵石建模的仿自然鱼道数值模拟方法探索

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基于单体鹅卵石建模的仿自然鱼道数值模拟方法探索