丹尼尔式鱼道水力特性及结构优化研究

摘要

近年来，随着我国水利水电工程建设的快速发展，为缓解能源问题做出了重要贡献。但是也带来了一系列的生态环境问题：破坏了河流的连通性，阻断了河流中鱼类的洄游通道，造成河流生境片段化，阻断了河流中鱼类等水生动植物的洄游通道，使河流生物多样性严重下降。建设鱼道是解决这一问题的重要鱼道措施，是现代水利水电工程中“工程与自然和谐共处”的典型代表。在大力提倡生态文明建设的大环境下，鱼道不仅是一项水利工程，更是一项生态利民补偿工程，对于减缓大坝的阻隔影响，帮助鱼类和其他水生生物物种在河流中自由洄游具有重要意义。
　　我国鱼道的研究和建设起步较晚，已建的鱼道大多运行效果不理想，大多处于闲置或者废弃状态。这说明我们对鱼道有效过鱼的机理仍然研究不足，而且缺乏科学的设计方法。本文通过查阅国内外鱼道研究的相关资料，了解了国内外鱼道水力特性研究的现状及其进展。在此基础上，运用水工物理模型试验和数值模拟方法对丹尼尔式鱼道的水力特性进行研究。重点研究流量变化、池室结构（圆柱形中墩和拱形）变化和坡度变化对鱼道池室水流特性的影响。并比较分析了不同体型下水力特性比选出最佳体型，以齐口裂腹鱼为研究对象，结合齐口裂腹鱼游泳能力的水力指标，对最佳体型鱼道进行放鱼实验进行效果验证。研究的主要成果如下：
　　（1）鱼道池室内顺水流方向主流明显，主要集中在池室中央，最大流速均出现在隔板V型槽口处和隔板断面下端水舌跌落处；池室两边及底部由于隔板作用，隔板前迎水面两侧均有小面积低流速区，隔板背水面有小面积静水区；两侧边墙附近有较小回流区。
　　（2）紊动能和紊动能耗散率等水流紊动特性的分布情况与流速的分布有关。池室中紊动能的分布规律大致相同。鱼道池室中较大的紊动能和紊动能耗散率均出现在主流区，特别是在隔板V型槽口处稍靠下游的区域，紊动能及紊动能耗散率达到最大值。
　　（3）数值模拟和试验结果非常接近，但是数值模拟的结果略偏大。
　　（4）中墩的布设降低了边墩收缩断面的最大流速值及水流紊动能，在池室布置中墩障碍物的效果比拱形隔板形式鱼道更优。
　　（5）流速是影响鱼类上溯通过鱼道的主控因子，流速越大，主流区的流场强度越大，对鱼类的阻碍就越强，使其通过的时间变长，通过的尾数减少，鱼道池室底层水力特性适合鱼类暂时的休息。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1 国外研究现状

2 国内研究现状

1 绪论

1.1 鱼道水力特性研究方法

1.2 研究的主要内容及技术路线

2 鱼道物理模型试验

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 水力特性表征指标分析

2.4 试验结果与分析

2.5 本章小结

3 鱼道三维数值模拟

3.1 引言

3.2 模型的介绍

3.3 网格划分

3.4 边界条件及初始条件设置

3.5 模型验证

3.6 模拟结果分析

3.7 本章小结

4 鱼道结构优化研究

4.1 引言

4.2 不同坡度优化结构对比分析

4.3拱形横隔板鱼道数值模拟

4.4鱼道内部结构优化数值模拟

4.5鱼类相关特性及优化对比分析

4.6优化效果验证—放鱼实验

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

附录：攻读工程硕士学位期间发表的部分科研成果