竖缝式鱼道进口水流诱鱼试验研究及优化设计

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、繁殖受到了严重影响，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，以及缓解人类活动对河流生态系统的胁迫，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。这说明我们对鱼道有效过鱼的机理仍然研究不足，而且缺乏科学的设计方法，尚需进一步开展基础研究和应用实践的改进。而鱼道进口位置的选择合适与否则是直接影响鱼道运行的成败，进口区域的流态成功吸引鱼类的注意，是鱼道发挥其过鱼效果的前提条件。　　在实际工程中，鱼道进口的布置受制于工程的整体布置，且大多数都靠近于水轮机的尾水，由此造成了鱼道进口的流态较为复杂，使得鱼道进口很难被鱼类发现。以往研究多侧重于以声、光、电等附加措施进行诱鱼，且取到了一定的成果。本文通过对竖缝式鱼道模型进行水流诱鱼试验结果的分析，并结合Flow-3D计算流体软件对不同工况下的水流流态进行三维数值模拟，从而获取各工况下的鱼道进口水流的流速、紊动能以及紊动能强度等水动力参数。探索有助于提高鱼类进入鱼道进口概率的诱鱼流态，为今后鱼道的研究和设计提供参考。本文主要结论如下：　　（1）水流诱鱼实验研究　　研究发现，在同一水深，流速为45cm/s时，水流对鳙、鲢的诱鱼效果最佳。而对同一鱼类，在其他条件相同时，水深为28cm工况诱鱼效果好于水深为18cm时的工况。流速范围为30～60cm/s组的诱鱼效果优于流速范围为0～30cm/s及60m/s以上的组，随速度上升，诱鱼效果呈正态分布。当鱼道水深为28cm时，断面流速为46cm/s时，鳙在进口处停留时间最长；断面流速为38cm/s时，鲢在进口处停留时间最长。当鱼道水深为18cm时，断面流速为44cm/s时，鳙在进口处停留时间最长；断面流速为36cm/s时，鲢在进口处停留时间最长。　　（2）鱼道进口水流数值模拟分析　　在试验工况下，鱼道进口处水流呈细条状分布，最大流速产生在竖缝束窄水面附近。表层流速大于底层流速，流态紊乱区域处于竖缝进口附近。在优化工况下，当闸门开度为75°时，两工况流态存在共性，水流过程基本一致，不同之处在于优化工况回流区面积大于试验工况回流区面积，最大流速远小于试验工况的最大流速0.9m/s，回流区流速小于试验工况回流区流速。同时，优化工况进口水流流速范围广，流速更加均匀，回流区域较大，便于鱼类进入鱼道进口，且上溯到鱼道上游。优化工况下紊动能及紊动能耗散率均小于试验工况，这种水流条件更适宜诱导鱼类通过鱼道进口进入鱼道上游，同时回流区域也为鱼类上溯提供了良好的休息条件。　　（3）诱鱼措施及进口优化设计　　诱鱼措施应以水流为主要诱鱼介质，通过在鱼道进口布置充水管道，设置闸门，优化进口水流，同时适当选择声音、光照、电流作为辅助诱导介质，将各因子综合考虑布设，以将总体诱驱鱼效果最大化为目标。通过放鱼实验研究，进一步验证了优化鱼道进口结构能提高鱼类进入到鱼道进口，诱鱼效果更佳。　　本文以鱼类行为学及水力学实验为基础，研究过程及结论能为鱼类水力学实验研究提供参考。同时，本文对过鱼设施的研究与建设具有指导和推动作用，对水利水电工程事业的长足发展具有重要的理论价值和现实意义。

目录

声明

选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1竖缝式鱼道的研究现状

2诱驱鱼技术

3鱼类行为与流速

1 绪论

1.1 鱼道进口水力特性研究方法

1.2 主要研究内容及技术路线

1.3 本章小结

2鱼道模型进口水流诱鱼试验设计与方法

2.1 引言

2.2 试验方法与步骤

2.3 溶解氧与温度等因素的影响剔除

2.4 本章小结

3 鱼道模型进口水流诱鱼试验结果与分析

3.1 引言

3.2 水流对鳙诱集效果结果与分析

3.3 水流对鲢诱集效果结果与分析

3.4 相关性分析及最优工况的选择

3.5 讨论

3.6 本章小结

4鱼道模型诱鱼水流数值模拟

4.1 引言

4.2 数值模型的建立

4.3 鱼道模型模拟分析

4.4 本章小结

5影响水流诱鱼效果的因素及鱼道进口优化设计

5.1 引言

5.2 影响水流诱鱼的因素

5.3 鱼道进口优化设计

5.4 优化效果验证—放鱼实验

5.5本章小结

6结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

致谢