竖缝式鱼道过鱼试验与布置体型改进研究

发布时间：2020-04-07 12:42

【摘要】：本文通过在不同水流结构的竖缝式试验鱼道中进行对比性过鱼试验,研究鱼类上溯行为与水流结构之间的响应关系,寻求过鱼效果较佳的水流结构类型并探明其内在机制;同时基于过鱼试验的试验结果,对竖缝式鱼道常规水池及转折段水池布置体型进行优化改进。主要研究成果如下:1)导板相对长度P/B的变化对竖缝式鱼道内流场有着重要的影响。根据水池内主流区、回流区形态不同,大致将竖缝式鱼道的流场分为三种水流结构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,其对应的导板相对长度取值范围分别为P/B0.2、0.2≤P/B≤0.34、P/B0.34。2)以半洄游性鱼类草鱼为过鱼对象,在三种典型的竖缝式鱼道水流结构中(P=0.1B、0.25B、0.5B)进行对比性的过鱼试验。试验表明:草鱼幼鱼在水流结构Ⅱ中上溯11级常规水池的成功率(Rr=73%)明显高于水流结构Ⅰ、Ⅲ(水流结构Ⅰ中Rr=55%,水流结构Ⅲ中Rr=F64%);并且上溯11级常规水池历时的分布大致呈现出Γ分布形态,其中无论是上溯历时中位数还是历时平均数,在水流结构Ⅱ中明显低于水流结构Ⅰ、Ⅲ。因此从成功上溯率Rr与成功上溯历时T两项指标来看,水流结构Ⅱ是适宜草鱼上溯的水流结构。3)采用Zootracer软件提取草鱼幼鱼上溯路径,利用统计分析方法概化出三条特征轨迹线来描述整体轨迹分布。结果表明:与水流结构Ⅱ相比,水流结构Ⅰ、Ⅲ中主流区与回流区不合理的分布阻碍草鱼上溯;在水流结构Ⅰ中上溯过程中沿程耗能明显高于Ⅱ、Ⅲ型,而在水流结构Ⅱ、Ⅲ中没有明显的差异。从草鱼幼鱼上溯行为及沿程耗能来看,主流居中、左右回流区分布对称,是水流结构Ⅱ适宜草鱼上溯的主要原因。4)基于主流居中、回流区大致对称原则,在水流结构Ⅱ的基础上,对鱼道墩头布置体型进行改进研究,提出了流线型墩头布置方案。研究表明,采用流线型墩头不会导致鱼道水池内水流结构发生明显的变化,而主流横向偏转程度有所减缓,横向扩散加大,利于主流沿程速度衰减;同时流线型墩头竖缝断面处局部水头损失减小,需要采用较小的鱼道底坡J以控制竖缝断面流速。鉴于流线型墩头鱼道可避免鱼类上溯过程中可能遭受的刮伤鱼鳞等伤害,是一种鱼类友好的过鱼设施,条件允许时推荐采用。5)基于常规水池内过鱼试验的结果,对转折段水池布置体型进行布置研究。对于Ⅰ、Ⅱ型转折段水池而言,转折段角度α分别在0°～45°、0～30°时,转折段水池按照常规水池布置方式进行布置,此时水池内主流大致居中,左右两侧回流区大致对称,流场结构合理;随着转折角度α的增大,水池内部出现不利的水流结构,提出了结合转折段设置为休息池,同时在内外边墙相应位置增设整流导板的优化布置思路,改善了水流结构。
【图文】：

鱼道,水池,内结构,竖缝

表２－１鱼道布置技术参数表逡逑水池相对宽度邋竖缝宽度逦竖缝长度邋导板相对长度邋坡度逡逑水池中Ｂ／ｂ逦ｂ｛ｍ）逦ｌ／ｂ逦Ｐ／Ｂ逦Ｊ／％逡逑８逦０．０７５逦０．４逦０．１－０．６逦１％，邋Ｉ逦，邋Ｉ邋，逦ｔ：逦Ｍ逦＇邋ｉ逦．邋Ｉ逡逑ａ逦ｉ逦ｉ逦ｆｒ－导板．逦ｉ逦ｉ逦圈逡逑（ａ）竖缝式鱼道数学模型平面布置逡逑

示意图,鱼道,水流结构,计算域

ｙ逡逑Ｈ邋—逡逑，逦Ｌ逦Ｊ逦－逡逑图２－１鱼道水池内结构布置逡逑表２－１鱼道布置技术参数表逡逑水池相对长度水池相对宽度邋竖缝宽度逦竖缝长度邋导板相对长度邋坡度逡逑水池中央水深／／0邋（ｍ）逡逑Ｌ／ｂ逦Ｂ／ｂ逦ｂ｛ｍ）逦ｌ／ｂ逦Ｐ／Ｂ逦Ｊ／％逡逑１０逦８逦０．０７５逦０．４逦０．１－０．６逦１％逦０．３逡逑Ｍ邋Ｉ邋，邋Ｉ逦，邋Ｉ邋，，逦ｔ：逦Ｍ逦＇邋ｉ逦．邋Ｉ逡逑ａ逦ｉ逦ｉ逦ｆｒ－导板．逦ｉ逦ｉ逦圈逡逑（ａ）竖缝式鱼道数学模型平面布置逡逑（ｂ）竖缝式鱼道数学模型示意图逦（ｃ）竖缝式鱼道网格划分逡逑图２－２鱼道计算域及网格划分逡逑２．２．１水流结构类型划分逡逑沿不同水深Ｚ提取流场分布，并对水流流速ｖ进行无量纲化处理得到相对流速ｖ／Ｈ逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S956.3

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