豎縫式魚道進口水流誘魚試驗研究及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、水利水電工程的修建截斷了河流，導(dǎo)致河流這個原本開放、連續(xù)的系統(tǒng)在能量流動、物質(zhì)循環(huán)以及信息傳遞等方面發(fā)生了一系列的改變，使生活在其中的魚類種群生存所需的生境條件、水文情勢等發(fā)生了變化，使其生活、繁殖受到了嚴重影響，甚至導(dǎo)致某些魚類面臨滅絕的險境。為了保護魚類資源，恢復(fù)河流生物多樣性，以及緩解人類活動對河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫，魚道的研究和建設(shè)刻不容緩。
　　我國魚道的研究和建設(shè)起步較晚，已建的魚道大多運行效果不理想，大多處于閑置或廢棄狀

2、態(tài)。這說明我們對魚道有效過魚的機理仍然研究不足，而且缺乏科學的設(shè)計方法，尚需進一步開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用實踐的改進。而魚道進口位置的選擇合適與否則是直接影響魚道運行的成敗，進口區(qū)域的流態(tài)成功吸引魚類的注意，是魚道發(fā)揮其過魚效果的前提條件。
　　在實際工程中，魚道進口的布置受制于工程的整體布置，且大多數(shù)都靠近于水輪機的尾水，由此造成了魚道進口的流態(tài)較為復(fù)雜，使得魚道進口很難被魚類發(fā)現(xiàn)。以往研究多側(cè)重于以聲、光、電等附加措施進行誘魚，且取

3、到了一定的成果。本文通過對豎縫式魚道模型進行水流誘魚試驗結(jié)果的分析，并結(jié)合Flow-3D計算流體軟件對不同工況下的水流流態(tài)進行三維數(shù)值模擬，從而獲取各工況下的魚道進口水流的流速、紊動能以及紊動能強度等水動力參數(shù)。探索有助于提高魚類進入魚道進口概率的誘魚流態(tài)，為今后魚道的研究和設(shè)計提供參考。本文主要結(jié)論如下：
　?。?）水流誘魚實驗研究
　　研究發(fā)現(xiàn)，在同一水深，流速為45cm/s時，水流對鳙、鰱的誘魚效果最佳。而對同一魚類，

4、在其他條件相同時，水深為28cm工況誘魚效果好于水深為18cm時的工況。流速范圍為30～60cm/s組的誘魚效果優(yōu)于流速范圍為0～30cm/s及60m/s以上的組，隨速度上升，誘魚效果呈正態(tài)分布。當魚道水深為28cm時，斷面流速為46cm/s時，鳙在進口處停留時間最長；斷面流速為38cm/s時，鰱在進口處停留時間最長。當魚道水深為18cm時，斷面流速為44cm/s時，鳙在進口處停留時間最長；斷面流速為36cm/s時，鰱在進口處停留時間最

5、長。
　　（2）魚道進口水流數(shù)值模擬分析
　　在試驗工況下，魚道進口處水流呈細條狀分布，最大流速產(chǎn)生在豎縫束窄水面附近。表層流速大于底層流速，流態(tài)紊亂區(qū)域處于豎縫進口附近。在優(yōu)化工況下，當閘門開度為75°時，兩工況流態(tài)存在共性，水流過程基本一致，不同之處在于優(yōu)化工況回流區(qū)面積大于試驗工況回流區(qū)面積，最大流速遠小于試驗工況的最大流速0.9m/s，回流區(qū)流速小于試驗工況回流區(qū)流速。同時，優(yōu)化工況進口水流流速范圍廣，流速更加均勻，

6、回流區(qū)域較大，便于魚類進入魚道進口，且上溯到魚道上游。優(yōu)化工況下紊動能及紊動能耗散率均小于試驗工況，這種水流條件更適宜誘導(dǎo)魚類通過魚道進口進入魚道上游，同時回流區(qū)域也為魚類上溯提供了良好的休息條件。
　?。?）誘魚措施及進口優(yōu)化設(shè)計
　　誘魚措施應(yīng)以水流為主要誘魚介質(zhì)，通過在魚道進口布置充水管道，設(shè)置閘門，優(yōu)化進口水流，同時適當選擇聲音、光照、電流作為輔助誘導(dǎo)介質(zhì)，將各因子綜合考慮布設(shè)，以將總體誘驅(qū)魚效果最大化為目標。通過放