圆锥形堰式鱼道水力特性试验与数值模拟研究

发布时间：2020-08-27 15:36

【摘要】：鱼道作为一种鱼类保护的水利工程在维系河流连通性和保护鱼类物种多样性方面具有重要作用。圆锥形溢流堰式鱼道作为一种新型的池堰式鱼道,因其适应于低水头工程,构造简单,过鱼效果好,经济成本低,受到广泛应用。本文以圆锥形溢流堰式鱼道为研究对象,采用声学多普勒测速(Acoustic Doppler Velocimeter,ADV)技术和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值计算方法,通过物理模型试验和数值模拟研究,系统地研究了不同水力学参数对鱼道内水流流态的影响,分析了鱼道池室的流态、流速分布及紊动能分布状况,并通过鱼类上溯能力的试验研究和不同鱼道的形式优化了圆锥形溢流堰式鱼道的设计及运行参数。得到主要研究结论有:1、对圆锥形堰式鱼道的流场特性进行试验测定,结果发现该类型鱼道休息区面积比例比较适当,能够产生“S”型蜿蜒曲折的水流特征;水池平面流场与垂向流场特性研究表明鱼道内部水流主要以平面二维流动为主,流场的分布适合鱼类的上溯洄游。2、采用计算流体力学(CFD)数值计算方法构建了鱼道数值计算模型,并对鱼道的流动特性进行计算求解,基于流场分布从不同鱼道结构形式优化了鱼道的设计。建立的模型可较好模拟实测结果,流速基本误差在5%以内,表明该模型可较好应用于鱼道水力特性模拟研究。3、鱼道的结构形式对鱼道内流场分布影响较大,堰两端半径主要影响鱼道内的水流结构,坡度主要影响鱼道内流速,长宽比对流速及水流结构都有影响,数值模拟结果表明:当堰两端半径为40cm和20cm,坡度为1%,长宽比为1.5:1时为鱼进最优形式。4、圆锥形堰式鱼道底部具有较大回流区,鱼道内紊动能较小。同时对该鱼道鱼类上溯路径的能量消耗进行计算,结果发现该堰式鱼道适宜青海湖湟鱼的上溯洄游,游泳能力强的鱼类可逆主流迅速上溯,游泳能力弱的鱼类则可以利用堰后回流区进行短暂的休息。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S956.3
【图文】：

鱼道,世界主要国家,单位

绪论鱼设施的一个典范，并且起到很好的范例作用[25]。段。20 世纪 80 年代，在葛洲坝水利工程建设中，专家学者法解决中华鲟等珍稀鱼类无法过坝洄游困境，而此后国内许所采取的办法，造成鱼道的建设与研究在这大约三十年间停展期。二十世纪以来，随着人与自然和谐共处理念不断加深断增强，鱼道作为一种生态补偿的工程，正在日益受到人们展阶段。据统计数据表明，中国共建设大坝 8.7 万座，而建建设最多的日本（一万一千多座鱼道）而言，中国鱼道的建的道路要走。世界各国鱼道建设状况见图 1-1 所示[27]。据资中国共建 25 座鱼道设施，主要分布情况见图 1-2 所示。

现场图,水槽,鱼道

锥形堰式鱼道水工模型试验试验装置试验研究对象为圆锥形堰式鱼道，以日本东京多摩川上某河段的圆锥形堰式按照比尺为 1:1 的比例进行建设[53]，由于池室长度有限，故仅搭建四个圆锥的宽度 B=0.7m，堰大的半径 R=0.4m，堰小的半径 R=0.2m，两端半径为定值即变池室内流量，对鱼道不同流量下形成不同水流条件进行试验研究，一方面理模型试验观测鱼道内水流流态，测量水流速度，从而以流量为变量总结一规律；另一方面可以通过测量不同水深下的水流速度获取鱼道池室内的流场结果可用于率定数学模型参数，验证模型。本试验在西安理工大学水槽（长×宽×高，16m×1m×0.7m，可变坡），搭建圆锥鱼道试验，试验的地点选择在西安理工大学水力学试验厅。水槽主要组成部分：水槽本体、供回水设备、加沙设备及流量自动测量系统控制系统。水槽现场照片见图 2-1 所示。

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西安理工大学硕士学位论文格及参数见表 2-1：表 2-1 水槽及配件的参数Table 2-1 Specifications and parameters of sinks and fittings规格项参数水槽规格 16m×1m×0.7m最大流量 100L/s最小流量 0.1L/s最大水深 0.55m流量精度流量≥50L/s 时，目标流量流量<50L/s 时，0.5L/槽整体精度 ±1mm边壁及底板钢化玻璃板调坡范围 0-2%坡控制精度 ±0.1mm材料为有机玻璃，制作工艺为热加工法，其形状为半个端半径大，其值为 40cm，一端半径小，其值为 20cm。其

【参考文献】