懸浮式擾動(dòng)器群體布置的水力特性及誘驅(qū)魚效果研究.pdf

1、修建大壩工程為人類提供防洪、發(fā)電、灌溉等效益的同時(shí)，其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響備受國內(nèi)外關(guān)注。大壩的修建對(duì)上下游河段會(huì)產(chǎn)生物理阻隔作用，致使河流生態(tài)因子發(fā)生明顯的變化，對(duì)水生生物特別是魚類產(chǎn)生了威脅。為保護(hù)魚類生態(tài)資源，在實(shí)際工程中采用了魚道、集運(yùn)魚系統(tǒng)等設(shè)施，為進(jìn)一步提高過魚效率，工程實(shí)際通常對(duì)過魚設(shè)施設(shè)置配套的輔助導(dǎo)魚技術(shù)，輔助導(dǎo)魚技術(shù)包括聲音導(dǎo)魚、光驅(qū)誘魚、氣泡幕、攔魚柵網(wǎng)、水流導(dǎo)魚等。
　　本文利用魚類對(duì)水流的水力因子的感應(yīng)，從魚

2、類的趨流性出發(fā)，在單個(gè)懸浮式水流導(dǎo)魚器誘驅(qū)魚機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬計(jì)算研究在水流中布置多個(gè)擾動(dòng)球時(shí)流場的水力特性分布情況，再在實(shí)驗(yàn)室中通過球體擾動(dòng)器對(duì)水流制造擾動(dòng)，驗(yàn)證懸浮式擾動(dòng)器在縱、橫方向上不同間距的布置形式下對(duì)鳙幼魚的誘驅(qū)魚效果。論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　　1）通過查閱資料，綜述國內(nèi)外水流水力特性對(duì)魚類影響的研究和以往的誘驅(qū)魚的方式；
　　2）簡述單個(gè)懸浮式水流擾動(dòng)器對(duì)流場水力因素的影響并分析對(duì)魚類游

3、泳行為的誘驅(qū)效果；
　　3）對(duì)水流進(jìn)行數(shù)值模擬，計(jì)算水流中布置多個(gè)擾動(dòng)器影響下的流速和紊動(dòng)的流場分布變化規(guī)律，并驗(yàn)證模擬的可靠性；
　　4）在擾動(dòng)器影響的各工況下進(jìn)行鳙幼魚的游泳上溯實(shí)驗(yàn)。通過視頻分析、軌跡跟蹤技術(shù)分析擾動(dòng)器后面魚類在洄游過程中的行為特點(diǎn)，驗(yàn)證其誘驅(qū)魚效果；
　　5）結(jié)合流場水力特性擾動(dòng)規(guī)律和魚的游泳上溯實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析擾動(dòng)器在縱、橫方向上不同布置距離時(shí)的誘驅(qū)魚效果。
　　Flow3D對(duì)流場的數(shù)值模擬

4、顯示，擾動(dòng)器在縱橫方向上不同間距時(shí)，流場水力特性的分布也不同。
　　擾動(dòng)器橫向布置時(shí)，在擾動(dòng)球后可看到明顯的流速虧損越靠近球心，流速越小，虧損越嚴(yán)重，而相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度和紊動(dòng)能則是不斷增大，并且沿程向上，流速變化率在不斷增大。但在擾動(dòng)器的左右兩側(cè)因?yàn)樗髁骶€在橫向上受到球體擠壓而變密，存在小范圍的流速增大的現(xiàn)象?？偟目磥?，在雙球體擾動(dòng)器的影響下，擾動(dòng)器后部的流場流速、相對(duì)紊動(dòng)強(qiáng)度和紊動(dòng)能分布有相互吸引的作用，并且擾動(dòng)球之間的橫向距離越

5、小，相互吸引的作用越強(qiáng)。另外中間的影響區(qū)較長，兩側(cè)則相對(duì)較短，與中間的影響區(qū)傾斜靠近，形成一個(gè)幾近整體的平順的水流影響區(qū)域。
　　擾動(dòng)器縱向布置時(shí)，各個(gè)水流擾動(dòng)器后都存在明顯的流速虧損及紊動(dòng)增大的現(xiàn)象?？傮w看來，三個(gè)水流擾動(dòng)球后的影響區(qū)形成一個(gè)沿程擴(kuò)散的連續(xù)影響區(qū)。在沿程中心線上，擾動(dòng)器之間區(qū)域流速分布基本相同，但隨著擾動(dòng)器間距的增大，流速變化范圍增大，變化趨勢(shì)也增加了漸變段的區(qū)間；而第二個(gè)擾動(dòng)器后的擾動(dòng)分布則受第一個(gè)擾動(dòng)器的影響

6、較大，這段區(qū)間的紊動(dòng)程度較小。
　　通過生物學(xué)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，在橫向上布置多個(gè)擾動(dòng)器能夠增大水流誘驅(qū)魚的整體區(qū)間影響范圍。在擾動(dòng)器橫向間距L=2.0D時(shí)，擾動(dòng)器后部都能起到誘驅(qū)魚的效果，另外還發(fā)現(xiàn)大部分魚是從擾動(dòng)器兩側(cè)繞過，有少量經(jīng)過擾動(dòng)器中間區(qū)域上溯；在擾動(dòng)器間距L=1.5D時(shí)，擾動(dòng)器后能形成整體的驅(qū)魚區(qū)域，鳙魚基本不會(huì)經(jīng)過兩個(gè)擾動(dòng)器中間的空隙部分。另外，在縱向上布置多個(gè)擾動(dòng)器能夠起到連續(xù)的誘驅(qū)魚效果，但擾動(dòng)器在不同縱向間距下，誘