竖缝式鱼道内草鱼幼鱼上溯轨迹与水力学因子相关性研究分析

摘要

水利水电工程的修建，截断了河流，导致河流这个原本开放、连续的系统在能量流动、物质循环以及信息传递等方面发生了一系列的改变，使生活在其中的鱼类种群生存所需的生境条件、水文情势等发生了变化，使其生活、繁殖受到严重影响，甚至导致某些鱼类面临灭绝的险境。为了保护鱼类资源，恢复河流生物多样性，鱼道的研究和建设刻不容缓。
　　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，大多处于闲置或废弃状态。这说明我们对鱼道的鱼类如何上溯，在上溯过程中受哪些水力学因素影响仍然研究不足。对于鱼类喜欢何种水流形态，水流形态如何影响鱼类上溯，鱼道内部流场中的各项水力学参数与鱼类上溯有着怎样的联系都是值得探究的问题。只有对这些关键性问题有一定的把握才能对鱼道的设计和优化有明确的方向。
　　本文重点对鱼道模型内部水流的湍动能的大小及分布、漩涡结构的分布情况进行了大量研究，并通过放鱼实验和视频分析找出鱼类在鱼道上溯的基本轨迹，对比鱼类上溯的轨迹和鱼道内湍动能及漩涡分布，得出鱼道内湍动能和漩涡分布如何影响鱼类上溯的一般性规律。
　　本文的主要工作及研究成果如下：
　　1)广泛收集整理国内外有关鱼道的研究文献，总结现有鱼道设计及优化成效甚微的原因之一可能是对鱼道过鱼机理研究不足，应该对鱼道内水流的水力特性如何影响鱼类上溯进行分析。本文采用在实践中应用最为广泛的竖缝式鱼道作为研究对象，同时以四大家鱼之中的草鱼为鱼道过鱼研究目标，并制作实验模型：分为同侧式（I体型）与异侧式（II体型）两种体型结构，每种体型的鱼道设置2种不同的进口水深和流量，分别对鱼道池室中的流场、平面流速、垂直流速、紊动能等水力学参数进行测量。放鱼试验全程利用摄像机对鱼类在鱼道内上溯进行视频跟踪。
　　2)采用流体力学软件FLUENT，构建竖缝式鱼道的三维数值计算模型，并结合试验数据对数值计算模型进行参数率定和验证；然后将率定后的模型用于计算不同体型竖缝式鱼道在不同工况下的流场，并对不同体型鱼道水动力特性进行定性对比分析。
　　3)采用视频分析的方法，把视频中鱼类在鱼道内部游动的路线提取成轨迹线，与数值模拟中鱼道内部流场进行叠加，分别分析鱼道内部的漩涡、流速、湍动能的大小及分布情况和鱼类上溯轨迹的相关性，得出鱼道中水流特性如何影响鱼类上溯。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1绪论

1.1鱼道建设背景及现状

1.2本文研究内容及技术路线

2竖缝式鱼道物理模型试验

2.1物理模型的构造

2.2试验的布置

2.3试验的测量仪器

2.4试验工况

2.5试验结果

2.6本章小结

3竖缝式鱼道数学模型的建立与验证

3.1数学模型的建立

3.2数学模型的验证

3.3本章小结

4竖缝式鱼道数值模拟计算结果分析

4.1体型I计算结果分析

4.2体型II计算结果分析

4.3本章小结

5鱼道内个体鱼的上溯轨迹与水力因子的相关性分析

5.1体型I鱼道鱼类上溯轨迹与水力学因子的相关性分析

5.2体型II鱼道鱼类上溯轨迹与水力学因子的相关性分析

5.3本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录：攻读工程硕士学位期间发表的部分科研成果

致谢