模糊综合评判法对四种竖缝式鱼道过鱼能力的评估

摘要

闸坝的修建改变了鱼类栖息繁殖的水力条件,严重影响鱼类的洄游与繁衍,直接导致一些沿河上溯的鱼类种群因洄游通道阻隔而灭绝,最终对鱼类资源产生影响。鱼道作为一种生物补偿工程,以其固有的特点,能较好地平衡水利工程建设与生态环境之间的矛盾。
　　目前我国已建鱼道以垂直竖缝式鱼道为主,多建于上世纪70~80年代,设计时缺乏针对目标鱼类生态习性的科学研究,大多运行效果不理想；目前针对同侧、异侧竖缝式鱼道水力特性的研究较多,缺乏对其它竖缝式体型的探讨,也未涉及鱼道通过率的定量判别,因此有必要进行此方面不足之处的研究。
　　本文对竖缝式鱼道不同隔板布置形式所产生的水力特性进行研究,采用FLUENT计算流体力学软件对鱼道池室内水流流态进行三维数值计算,获取不同体型竖缝式鱼道池室内流线、流速、紊动动能和紊动耗散率分布；以洄游性鱼类——草鱼为试验对象,利用模糊综合评判对不同鱼道过鱼率进行评估,定量对比分析得出最优竖缝式鱼道体型。主要工作及研究成果如下：
　　1) 收集整理国内外竖缝式鱼道的研究文献,以草鱼为研究对象,收集草鱼的游泳能力指标,包括感应流速、适宜流速、临界游泳速度和爆发游泳速度,依据草鱼游泳能力指标分析整理得出评价竖缝式鱼道过鱼能力的水力指标,指标包括：水位差、竖缝处流速、主流最大流速、主流速度衰减率、休息区域面积占单池室面积百分比。
　　2) 在通用流体力学软件 FLUENT 平台上,建立鱼道三维数值计算模型,结合试验数据对数值计算模型进行参数率定和验证；率定后的模型用于计算四种不同体型竖缝式鱼道的流场,对不同体型水力特性定性对比分析。
　　3) 采用模糊综合评价法定量评估不同体型鱼道过鱼效果。建立评判鱼道过鱼能力的水力指标评价标准,将鱼道过鱼能力分为4级,Ⅰ级表示高适宜、Ⅱ级表示中适宜、Ⅲ级表示低适宜,Ⅳ级表示不适宜；通过三维数值模拟计算得到水力指标试验值,利用模糊综合评判方法对不同鱼道过鱼能力进行评估,得出水力指标相对过鱼能力等级的综合隶属度,根据模糊数学最大隶属度原则,取其中最大值的等级为评定等级,结果表明：异侧斜向式竖缝属Ⅱ级适宜度,隶属度值为 0.547,与其它体型相比其隶属度值最大,对草鱼过鱼综合效果最好。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状与总结

1.3主要研究内容和技术路线

2 数值模型的建立与验证

2.1验证模型的构造与数值模拟的参数设置

2.2数值模型的验证

2.3本章小结

3 计算成果与分析

3.1试验方案设计

3.2自由液面水位差及竖缝流量系数

3.3横断面流速等值线分布规律研究

3.4不同流量主流曲线分布规律研究

3.5主流流速无量纲曲线规律研究

3.6竖缝处纵断面流速分布规律研究

3.7水深速度关系曲线

3.8紊动动能分布规律研究

3.9紊动耗散率分布规律研究

3.10综合比较

3.11本章小结

4 鱼道过鱼能力评估

4.1目标鱼类的选择

4.2模糊综合评判模型

4.3方案综合比较

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1主要结论研究

5.2存在的问题及展望

参考文献

致谢