流速可控式新型生態(tài)魚道的概念設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬

第35卷第5期2014年10月水道落口

JournalofWaterwayandHarborVol.35No.5Oct.2014流速可控式新型生態(tài)魚道的概念設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬陳嘉玉七張鵬3,張萬達(dá)4,李怡2,楊忠超七何文5(1.重慶交通大學(xué)國(guó)家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400074；2.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶400074；3.中交四航局第二工程有限公司，廣州510300;4.中交一航局第

五工程有限公司，秦皇島066000;5.AECOM,重慶400000)摘要:鑒于傳統(tǒng)魚道適用范圍窄、引魚措施不完善、過魚種類單~以及魚道淤沙問題嚴(yán)重等缺陷，提出了一種流速可控式新型生態(tài)魚道的概念設(shè)計(jì)模型，并結(jié)合大型通用流體力學(xué)計(jì)算軟件Fluent對(duì)該新型生態(tài)魚道進(jìn)行數(shù)值模擬仿真研究，結(jié)果表明:通過調(diào)整魚道中可旋轉(zhuǎn)式隔板與邊壁的夾角角度.從而改變魚道中水流的流速大小?進(jìn)而滿足不同酒游魚類對(duì)不同水流流速的適應(yīng)要求。關(guān)鍵詞：流速可控式;新型生態(tài)魚道;概念設(shè)計(jì);數(shù)值模擬中圖分類號(hào):U65；O242.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1005-8443(2014)05-0532?07魚類涸游是魚類對(duì)環(huán)境的一種長(zhǎng)期適應(yīng),它可使得種群能夠獲得更有利的生存條件，進(jìn)而更好地繁衍后代。隨著河流梯級(jí)開發(fā)的不斷進(jìn)行，河道中閘、壩等水工建筑物的修筑對(duì)不同魚類的澗游造成了一定程度的影響?？v觀國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已建成的過魚設(shè)施,其效果都不甚理想。1國(guó)內(nèi)外魚道建設(shè)概況1.1國(guó)外魚道概況國(guó)外早期已開始高度重視對(duì)水生態(tài)的保護(hù)與修復(fù)，各國(guó)針對(duì)魚類涸游問題建設(shè)了大量結(jié)構(gòu)形式各異的魚道，但其過魚對(duì)象主要針對(duì)一些具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的魚類.如鮮魚、解魚等。如表1所示，為世界各國(guó)的魚道建設(shè)情況⑴。國(guó)家主要目標(biāo)魚類主要魚道形式數(shù)量(座)美國(guó)蛆縛、鮮階梯式、豎縫式—加拿大池式、導(dǎo)墻式240英格蘭和威爾士酷、鯽池式、丹尼爾式380法國(guó)睡閔、西鱗、皺爆池式、丹尼爾式500德國(guó)和奧地利蛻、鯉科魚、妒科魚等近自然式的旁通式魚道—前蘇聯(lián)幻科、蝶科、鯉科等池式、堰式—中國(guó)皺、蟹、四大家魚、刀魚、學(xué)池式80日本維、香魚、鰻池式、堰式11000澳大利亞維、尖吻魴池式.導(dǎo)墻式70新西蘭鰻爆、鰻、南乳魚科、灰緬等管道、堰式-表1世界各國(guó)的魚道建設(shè)情況Tab.1Constructionsoffishwayintheworld注：表1中表示未知。從表1中可以看出，世界上各國(guó)中的魚道形式多以池式、堰式為主。據(jù)不完全表1世界各國(guó)的魚道建設(shè)情況Tab.1Constructionsoffishwayintheworld注：表1中表示未知。1.2國(guó)內(nèi)魚道概況相對(duì)而言，我國(guó)的過魚建筑物的研究和建設(shè)起步較晚，大致口］?分為三個(gè)階段％(I)初步發(fā)展期。H1958年富春江七收稿日期:2014-03-26;修回日期：2014-05-12基金項(xiàng)目：國(guó)家人力資源和社會(huì)保障部留學(xué)人員科技活動(dòng)項(xiàng)目擇優(yōu)資助項(xiàng)目(2011年度);教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(2013年度);重慶交通大學(xué)研究生教育創(chuàng)新基金項(xiàng)目(20130119)作者簡(jiǎn)介:陳嘉玉(1992-),女，重慶市人.碩士研究生，主要從事水匚建筑物設(shè)計(jì)理論及健康診斷技術(shù)方面的研究。biography:CHENJia-yu(1992-),female.masterstudent.

里瓏水電站建設(shè)過程中首次將魚道的設(shè)計(jì)提上日程,這標(biāo)示著我國(guó)過魚設(shè)施的建設(shè)進(jìn)入初步發(fā)展期。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在這一階段，我國(guó)共建過魚設(shè)施建筑物約40座以上，主要為結(jié)構(gòu)型魚道，旦其大多位于東部沿海、長(zhǎng)江下游沿江平原地區(qū)的低水頭閘壩。停滯期。自20世紀(jì)80年代初期采用繁殖放流方式來取代過魚建筑物之后的20a期間，除在綏芬河下游三岔口渠首攔河壩增設(shè)魚道外，凡乎從未再修建相關(guān)的過魚建筑物。這導(dǎo)致對(duì)魚道的研究停滯，而在這之前已建的過魚設(shè)施也被停用或廢棄。-次發(fā)展期。自21世紀(jì)以來,隨著我國(guó)水利水電工程的快速發(fā)展以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)程度日益受到重視，這也使得對(duì)過魚建筑物魚道的研究和建設(shè)工作得以恢復(fù)并獲得高速發(fā)展。1.3目前所存在的問題縱觀國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已建成的過魚設(shè)施，其過魚效果主要存在以下兒個(gè)方面的問題：魚道適用范圍受到限制；魚道按其結(jié)構(gòu)形式主要分為池式魚道、槽式魚道兩類，但無論是哪一種結(jié)構(gòu)形式，主要都是針對(duì)于某一種或某-類魚，故其適用范圍都在一定程度上受到限制。引魚措施不完善，過魚效果不明顯;經(jīng)研究表明⑸，絕大多數(shù)色類對(duì)水流因素的敏感程度較光、聲音等因素要高。由于對(duì)魚道中的水流無法進(jìn)行控制，使其引魚效果不甚理想，正因?yàn)殡y以將魚引入魚道，故而導(dǎo)致大多數(shù)魚道在建成后不久就處于廢棄狀態(tài)。過魚種類單一;現(xiàn)有魚道的設(shè)計(jì)大多針對(duì)河流中數(shù)量較多的某類魚群,但天然河流存在著不同的洞游時(shí)期，并且在每個(gè)涸游時(shí)期里相應(yīng)泅游魚類所適應(yīng)的流速不同，這便使得傳統(tǒng)魚道的設(shè)計(jì)具有很大的局限性,導(dǎo)致過魚種類單一。魚道淤沙問題嚴(yán)重。魚道投入使用后常會(huì)出現(xiàn)泥沙的淤塞現(xiàn)象，若不及時(shí)清淤，將會(huì)給魚道后續(xù)的持續(xù)使用和過魚效果帶來十分不利的影響。鑒于上述分析，本文提出了一種流速可控式新型生態(tài)魚道的概念設(shè)計(jì)，可在一定程度上改善由于河流梯級(jí)開發(fā)，河道中閘、壩等水工建筑物的修筑對(duì)不同洞游魚類造成的不利影響，為恢復(fù)原有河流的連續(xù)性，保護(hù)河流的原始生態(tài)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展提供有效的技術(shù)支撐。2流速可控式新型生態(tài)魚道2.1新型生態(tài)魚道的概念性設(shè)計(jì)流速可控式新型生態(tài)魚道(后簡(jiǎn)稱新型生態(tài)魚道)的整體結(jié)構(gòu)主要是采用“雙渠道”的設(shè)計(jì)形式?！半p渠道”中其中一條為具有高速水流的引魚渠，另一條則為水流流速可控式的生態(tài)魚道。其整體布置示意圖如圖1所示(本圖僅為概念設(shè)計(jì)，如需用于實(shí)際工程，還有待研究)，其整體結(jié)構(gòu)的三維模型圖如圖2所示。由于魚類的最敏感的感官系統(tǒng)位于其軀體的側(cè)線，該部位對(duì)水流和水壓的敏感程度最佳⑷。因此,采用引魚渠產(chǎn)生的高速水流來采用引魚渠產(chǎn)生的高速水流來作為引色措施的效果將較為理想。如圖3所示，引角.渠主要由匕游進(jìn)口裝置、水力蝸桿發(fā)電機(jī)以及槽身三部分組成⑶。與下游具有一定水頭差的水流由上游進(jìn)口進(jìn)入引魚渠渠道后帶流速可控式動(dòng)水力蝸桿發(fā)電機(jī)發(fā)電，流過發(fā)電機(jī)的水流繼續(xù)下行至引水渠的水流出口處,水流的勢(shì)能將轉(zhuǎn)換為電能以及部分動(dòng)能，該部分動(dòng)能將形成高速水流，進(jìn)而吸引魚類經(jīng)新型生態(tài)魚道洞游至上采用引魚渠產(chǎn)生的高速水流來作為引色措施的效果將較為理想。如圖3所示，引角.渠主要由匕游進(jìn)口裝置、水力蝸桿發(fā)電機(jī)以及槽身三部分組成⑶。與下游具有一定水頭差的水流由上游進(jìn)口進(jìn)入引魚渠渠道后帶流速可控式動(dòng)水力蝸桿發(fā)電機(jī)發(fā)電，流過發(fā)電機(jī)的水流繼續(xù)下行至引水渠的水流出口處,水流的勢(shì)能將轉(zhuǎn)換為電能以及部分動(dòng)能采用引魚渠產(chǎn)生的高速水流來作為引色措施的效果將較為理想。如圖3所示，引角.渠主要由匕游進(jìn)口裝置、水力蝸桿發(fā)電機(jī)以及槽身三部分組成⑶。與下游具有一定水頭差的水流由上游進(jìn)口進(jìn)入引魚渠渠道后帶流速可控式動(dòng)水力蝸桿發(fā)電機(jī)發(fā)電，流過發(fā)電機(jī)的水流繼續(xù)下行至引水渠的水流出口處,水流的勢(shì)能將轉(zhuǎn)換為電能以及部分動(dòng)能，該部分動(dòng)能將形成高速水流，進(jìn)而吸引魚類經(jīng)新型生態(tài)魚道洞游至上魚道人口處引魚渠入口\,尸I—4r-j：擋水建筑物河岸生態(tài)魚道引魚渠水壩卜游圖1整體布局示意圖Fig.1Sketchofoveralllayout引魚渠流速可控式新型生態(tài)魚道圖2流速可控式新型生態(tài)的道整體結(jié)構(gòu)三維模型示意圖Fig.2Overallstructureofneweco-fishwaybycontrollingflowvelocity圖4流速可控式新型生態(tài)鈕道三維模型示意圖Fig.4Neweco-fishwayby圖4流速可控式新型生態(tài)鈕道三維模型示意圖Fig.4Neweco-fishwaybycontrollingflowvelocity圖3引魚渠三維模型示意圖Fig.3Channelofattractingfish如圖4所示，流速可控式新型生態(tài)魚道主要是由入魚口、槽身、可旋轉(zhuǎn)式隔板、固定式隔板及出魚口等部分組成。新型生態(tài)魚道的槽身中，每隔一定距離設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)式隔板，隔板形式為豎縫式,與槽身之間通過多個(gè)活動(dòng)釵相連。在新型生態(tài)魚道正常運(yùn)行過程中，應(yīng)打開入魚口處的啟閉式閘門，并通過調(diào)整可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間的夾角角度，從而改變水流的過水?dāng)嗝婷娣e，以達(dá)到控制魚道中的水流流速大小的目的，進(jìn)而滿足不同洞游魚類對(duì)不同水流流速的適應(yīng)要求。在非魚類澗游期間，可通過調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁保持平行位置.通過此時(shí)魚道中的高速水流疏浚淤塞泥沙。在新型生態(tài)魚道的整套系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需的電力能源均是由以上所述引魚渠中的水力蝸桿發(fā)電裝置提供，以上系統(tǒng)在引魚過壩的同時(shí)也利用上下游之間的水頭差進(jìn)行發(fā)電，可使自然資源得以充分利用。此外，可通過出魚口附近的啟閉式閘門可對(duì)新型生態(tài)魚道中的水流流量進(jìn)行控制，在非魚類洞游期間，應(yīng)關(guān)閉該閘門以避免水流下泄而造成的資源浪費(fèi)。在對(duì)流速可控式新型生態(tài)魚道進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分掌握工程所在地多年的魚類泗游時(shí)間、涸游魚群的種類以及各涸游魚類最適應(yīng)的水流流速數(shù)值大小等重要因素，對(duì)相關(guān)的水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)勘察,整合各方面的設(shè)計(jì)資料來對(duì)整個(gè)新型生態(tài)魚道的底板坡度、縱向坡度、槽身的厚度、可旋轉(zhuǎn)式隔板的大小、間距以及與槽身側(cè)壁的最不利夾角進(jìn)行綜合計(jì)算分析。2.2流速可控式新型生態(tài)魚道的特點(diǎn)2.2.1可擴(kuò)大魚道的適用范圍本文所提出的流速可控式新型生態(tài)魚道由于其槽身內(nèi)部水流流速可控制,從而使得該魚道的適用范圍得以擴(kuò)大。不同于傳統(tǒng)意義上的槽式魚道只適宜修建在水頭較低的工程項(xiàng)目當(dāng)中，該新型生態(tài)魚道也可適用于中、高水頭的擋水建筑物。若將該新型生態(tài)魚道應(yīng)用到中、高水頭的帶有發(fā)電建筑物的大型水利樞紐中時(shí)，可省去引魚渠部分，直接利用水利樞紐中的發(fā)電建筑物產(chǎn)生的高流速的尾水來吸引洞游魚類⑹。2.2.2可有效的提高引魚效果目前傳統(tǒng)魚道中常用的引魚措施是采用光、超聲波、震動(dòng)、甚至直接用打撈船強(qiáng)行驅(qū)趕魚類過壩涸游等方法。但上述措施均存在一定的局限性。澗游魚類主要靠其側(cè)線系統(tǒng)感知音頻大小、水流流速情況來躲避障礙以及分辨敵我。其中不同的種類的魚群對(duì)音頻都有不同的要求，采用音頻引魚的形式較為單一，且受到的多種因素的影響。相比較而言，利用水流流速的方式則是最為有效的引魚方法，高流速水流對(duì)魚類側(cè)線系統(tǒng)的刺激效果最為明顯C新型生態(tài)魚道的整套系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，引魚渠內(nèi)的引魚裝置能夠有效的利用河道水工建筑物上、下游之間的水頭差，將水流的勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為電能，另一部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，該部分電能所形成的高流速尾水能夠有效地吸引澗游魚群,在一定程度上解決了小型堰、壩中過魚建筑物中存在的引角.問題，使得引魚效果更佳。2.2.3可實(shí)現(xiàn)流速控制的自動(dòng)化傳統(tǒng)魚道所能調(diào)節(jié)的范圍相對(duì)有限，對(duì)于流速可控式新型生態(tài)魚道而言，由于其槽身內(nèi)部的水流流速是可通過隔板與側(cè)壁的夾角大小來進(jìn)行控制的，因此，該魚道能夠保證在不同的季節(jié)中極大程度上模仿天然河道情況。同時(shí)，當(dāng)洞游魚類的類型不一時(shí)，可綜合不同類型魚類最適應(yīng)的水流流速來綜合調(diào)試隔板與側(cè)壁的夾角，盡可能達(dá)到滿足各洞游魚類通行要求的最佳水流流速環(huán)境。

2.2.4可解決魚道內(nèi)的泥沙淤塞問題對(duì)于泥沙淤積比較嚴(yán)重處擋水建筑物中的魚道而言,大部分傳統(tǒng)魚道的泥沙疏浚措施都無法有效地解決該河段處的泥沙淤積問題。類似于洋河魚道⑵中，曾經(jīng)由于泥沙的淤積問題而導(dǎo)致該魚道停止運(yùn)行。泥沙的淤積必將對(duì)槽式魚道中隔板的正常工作和過魚的效果都會(huì)產(chǎn)生不良的影響。因此，本文中所提出的流速可控式新型生態(tài)魚道不必像傳統(tǒng)魚道那樣設(shè)置疏沙孔，當(dāng)隔板淤沙到一定程度時(shí),可通過調(diào)節(jié)可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁保持平行位置，通過此時(shí)魚道中由于上、下游水頭差所形成的高速水流來疏浚淤塞泥沙。2.2.5可維持河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展整套新型生態(tài)魚道裝置在運(yùn)行過程中所需的電力能源是由引魚渠中的水力蝸桿發(fā)電裝置提供,在引魚過壩的同時(shí)也利用上、下游之間的水頭差進(jìn)行發(fā)電,使自然資源得以充分利用。同時(shí)，該新型生態(tài)魚道的提出可在一定程度上改善由于河流梯級(jí)開發(fā)，河道中閘、壩等水工建筑物的修筑對(duì)不同洞游魚類造成的不利影響，恢復(fù)原有河流的連續(xù)性,維持河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。3新型生態(tài)魚道的數(shù)值模擬為驗(yàn)證上述流速可控式新型生態(tài)魚道概念設(shè)計(jì)的可行性，本文結(jié)合某實(shí)際工程所在地的水文氣象條件、生態(tài)環(huán)境因素等資料，運(yùn)用大型通用流體力學(xué)計(jì)算軟件Fluent輔助建模，對(duì)本文所提出的新型生態(tài)魚道在不同工況條件下,其內(nèi)過魚水域范圍內(nèi)的流速分布情況進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析。3.1工程概況本文采用某水利樞紐工程魚道⑻的實(shí)例。該水利樞紐位于某河中下游區(qū)域，是以防洪、防水為主結(jié)合灌溉兼顧發(fā)電的綜合利用工程，該河中的主要洞游魚類主要為馬蘇大麻哈魚、大麻哈魚、駝背大麻哈魚以及日本七思鰻等,其中各大麻哈魚主要集中在每年的8~10月份洞游,而日本七思鰻則主要集中在每年的4~6月份涸游。該水利樞紐的庫(kù)內(nèi)最高正常水位為109.0m,最低水位為102.0m;下游處最高尾水位為82.0m,最低尾水位為81.0mo參照該水利樞紐所在地的其余各基本資料，將本文所提出的流速可控式新型生態(tài)魚道的概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于其中。新型生態(tài)魚道擬按20a一遇的洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)，布置于溢洪道內(nèi)側(cè)，魚道總體長(zhǎng)度為332.8m,凈寬2.5m,凈高3.5m,魚道內(nèi)的正常工作水深為O.8~3m;可旋轉(zhuǎn)式隔板間距為3m,即魚道的每級(jí)長(zhǎng)度為3m;當(dāng)可旋轉(zhuǎn)式隔板旋轉(zhuǎn)至與槽身側(cè)壁呈90。時(shí)，其隔板的豎縫寬度為0.35m;魚道縱向坡度設(shè)置為1：10。3.2控制方程不可壓縮粘性流體的運(yùn)動(dòng)可采用Navier-Stokes方程來描述,其連續(xù)方程、動(dòng)量方程如下(1)(1)(1)(1)式中:p為壓力;p為流體的密度；(計(jì)叫)為流體的動(dòng)力黏性系數(shù)*為速度分量；的為各個(gè)方向，其中長(zhǎng)1、2、3,即(x.=%,y,z),{u.=w,v,w)為求和下標(biāo)。針對(duì)于本文工程實(shí)例中新型生態(tài)魚道中的實(shí)際水流情況，擬采用流體力學(xué)中RNG農(nóng)6模型皿進(jìn)行仿真分析。RNGk-e模型中，通過在大尺度運(yùn)動(dòng)和修正后的粘度項(xiàng)體現(xiàn)小尺度的影響，而使這些小尺度運(yùn)動(dòng)有系統(tǒng)地從控制方程中去除。其中，奴e方程表達(dá)式如下dtdx.dx,Ldx)司+8(P與6)=ap+H脆

dx,dx\dtdx.dx,Ldx)式中:G為由于平均速度梯度引起的湍動(dòng)能人的產(chǎn)生項(xiàng);U為紊流粘性系數(shù),它可由紊動(dòng)能A和紊動(dòng)耗散率￡求出，料=pCfMk2/eo模型中的各經(jīng)驗(yàn)常數(shù)G=0.0845,Ge=1.68,6Rm).72c

3.33.3計(jì)算區(qū)域界定及有限元建模在進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析時(shí)，取距離大壩處至下游方向共4道隔板范圍（共5級(jí)魚道長(zhǎng)度）作為本丁?程實(shí)例的數(shù)值計(jì)算區(qū)域，并對(duì)每一道隔板所在的斷面分別進(jìn)行編號(hào)，如圖5所示，將計(jì)算區(qū)域界定為2.5x5L（單位:m）,其中匕為魚道每級(jí)凈長(zhǎng)。其中上游來流區(qū)域長(zhǎng)度為下游尾流區(qū)域長(zhǎng)度為心流體自左向右流動(dòng)。本工程實(shí)例當(dāng)中L=3m0同時(shí),在建模過程中，運(yùn)用大型通用流體力學(xué)計(jì)算軟件Fluent“建立三維空間有限元模型輔助計(jì)算。如圖6所示，對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,隔板表面網(wǎng)格需要加密處理，其他區(qū)域網(wǎng)格相對(duì)稀疏。3.4邊界條件及計(jì)算工況入流邊界條件：初始流速V=1.0m/s;出流邊3.3計(jì)算區(qū)域界定及有限元建模在進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析時(shí)，取距離大壩處至下游方向共4道隔板范圍（共5級(jí)魚道長(zhǎng)度）作為本丁?程實(shí)例的數(shù)值計(jì)算區(qū)域，并對(duì)每一道隔板3.3計(jì)算區(qū)域界定及有限元建模在進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析時(shí)，取距離大壩處至下游方向共4道隔板范圍（共5級(jí)魚道長(zhǎng)度）作為本丁?程實(shí)例的數(shù)值計(jì)算區(qū)域，并對(duì)每一道隔板所在的斷面分別進(jìn)行編號(hào)，如圖5所示，將計(jì)算區(qū)域界定為2.5x5L（單位:m）,其中匕為魚道每級(jí)凈長(zhǎng)。其中上游來流區(qū)域長(zhǎng)度為下游尾流區(qū)域長(zhǎng)度為心流體自左向右流動(dòng)。本工程實(shí)例當(dāng)中L=3m0同時(shí),在建模過程中，運(yùn)用大型通用流體力學(xué)計(jì)算軟件Fluent“建立三維空間有限元模型輔助計(jì)算。如圖6所示，對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分,隔板表面網(wǎng)格需要加密處理，其他區(qū)域網(wǎng)格相對(duì)稀疏。3.4邊界條件及計(jì)算工況入流邊界條件：初始流速V=1.0m/s;出流邊■LL.kdL【.LT"h*1r上游來流可旋轉(zhuǎn)式1|可旋轉(zhuǎn)式可旋轉(zhuǎn)式1I下游來流區(qū)域］1隔板隔板］1隔板區(qū)域!■111|51.①②③④圖5新型生態(tài)魚道計(jì)算區(qū)域圖示圖6新型生態(tài)魚道模型網(wǎng)格劃分Fig.6Modelmeshingfornumericalsimulation在對(duì)該新型生態(tài)魚道進(jìn)行仿真分析過程中，共建立了5種不同T.況條件下的數(shù)值計(jì)算模型.分別探討其內(nèi)水流流速的分布情況。所述5種不同的丁?況按照可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間所形成的不同夾角情況來劃分，分別為：丁?況1：可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間呈30。夾角；丁.況2：可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間呈60。夾角；T：況3：可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間呈90。夾角；丁.況4：可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間呈120。夾角；工況5：可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間呈150。夾角□3.5計(jì)算結(jié)果分析經(jīng)計(jì)算可得在本T.程實(shí)例中,5種不同工況條件下流速可控式新型生態(tài)魚道過魚水域范圍內(nèi)的水流流速分布情況，如圖7~圖11所示。根據(jù)文獻(xiàn)資料表明，經(jīng)由本工程實(shí)例中新型生態(tài)魚道泗游產(chǎn)卵的大麻哈魚、馬蘇大麻哈魚和駝背大麻哈魚在其洞游產(chǎn)卵季節(jié)的喜愛流速范圍為0.3-1.8m/s,而沖刺流速則可達(dá)到2.4-5.0m/s。從圖7~圖11可以看出：（1）可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁的夾角為30?；?50叩寸（工況1或工況5）.魚道中過魚水域范圍內(nèi)的平均流速為0.7~1.8流速為0.7~1.8mA,流速分布均勻，水流條件穩(wěn)定，滿足以上3類大麻哈魚的喜愛流速;流速為0.7~1.8mA,流速分布均勻，水流條件穩(wěn)定，滿足以上3類大麻哈魚的喜愛流速;圖流速為0.7~1.8mA,流速分布均勻，水流條件穩(wěn)定，滿足以上3類大麻哈魚的喜愛流速;圖8丁.況2條件下魚道內(nèi)水流流速分布Fig.8DistributionaboutvelocityofflowunderthesecondconditionFig.7DistributionaboutvelocityofflowunderthefirstconditionX(m)X(m)圖9工況3條件下魚道內(nèi)水流流速分布Fig.9X(m)圖9工況3條件下魚道內(nèi)水流流速分布Fig.9Distributionaboutvelocityofflowunderthethirdcondition0510繇圖10工況4條件下魚道內(nèi)水流流速分布Fig.10Distributionaboutvelocityofflowunderthefourthcondition圖11工況5條件下魚道內(nèi)水流流速分布'Fig.l1Distributionaboutvelocityofflowunderthefifthcondition圖11工況5圖11工況5條件下魚道內(nèi)水流流速分布'Fig.l1Distributionaboutvelocityofflowunderthefifthcondition圖12各斷面處的平均流速變化圖示Fig.12Changesofaveragevelocityateachsection可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁的夾角為60?；?20。時(shí)(工況2或工況4),魚道中過魚水域范圍內(nèi)的平均流速為1.2-2.4m/s,超過了大麻哈魚的喜愛流速，但仍滿足其沖刺流速；可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁的夾角為90。(丁況3),魚道中過魚水域范圍內(nèi)的平均流速為1.8~2.5m/s,并且其最大流速與該水利樞紐工程原始魚道中的最大水流流速十分接近。結(jié)合文獻(xiàn)［12］所述,新型生態(tài)魚道在該工況條件下與傳統(tǒng)意義上的橫隔板豎縫式魚道的結(jié)構(gòu)形式相似，根據(jù)以上分析可明顯看出，該處原始魚道的結(jié)構(gòu)形式并非最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。同時(shí),可統(tǒng)計(jì)得出在5種不同工況條件下,數(shù)值模型計(jì)算區(qū)域范圍內(nèi)的4道隔板所在斷面處的平均流速變化情況，如圖12所示。從圖12中可以看出：在每一種工況條件下，從①號(hào)斷面到④號(hào)斷面處的平均流速逐漸增加，這與I吻合；隨著可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間夾角角度的增加，各斷面處的平均流速呈現(xiàn)“先增后減”的變化趨勢(shì)，其中在工況3條件中位于魚道③、④號(hào)斷面處的平均流速達(dá)到最大，同時(shí)還在槽孔后方伴隨有渦流的出現(xiàn)。?綜上所述，從該工程實(shí)例的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果上看，能夠滿足該河段內(nèi)涸游魚類的喜愛流速條件，并且通過調(diào)整可旋轉(zhuǎn)式隔板與魚道槽身側(cè)壁之間的夾角大小，實(shí)現(xiàn)魚道內(nèi)水流流速多樣化，從而達(dá)到各類魚群的最適應(yīng)洞游水流流速，使該新型生態(tài)魚道的理論過魚數(shù)量得以提高。4結(jié)論及展望鑒于傳統(tǒng)魚道適用范圍窄、引魚措施不完善、過魚種類單一以及魚道淤沙問題嚴(yán)重等缺陷，本文提出了一種流速可控式新型生態(tài)魚道的概念設(shè)計(jì)模型，通過調(diào)整魚道中可旋轉(zhuǎn)式隔板與邊壁的夾角角度,改變魚道中水流的流速大小，滿足不同洞游魚類對(duì)不同水流流速的適應(yīng)要求。該新型生態(tài)魚道一改以往的設(shè)計(jì)思路,可實(shí)行對(duì)魚道內(nèi)的水流流速實(shí)現(xiàn)人為可調(diào)控的管理模式，在一定程度上擴(kuò)大了該魚道在實(shí)際工程中的普遍應(yīng)用范圍。當(dāng)流速可控式新型生態(tài)魚道應(yīng)用于不同工程中時(shí)，宜根據(jù)工程所在地河段中不同洞游魚類的最喜愛流速范圍，并結(jié)合各類魚群的洞游時(shí)間等因素,借鑒圖11中各曲線的變化特征，來調(diào)整魚道中可旋轉(zhuǎn)式隔板與槽身側(cè)壁之間的夾角。為了滿足魚道中過魚水域范圍內(nèi)的平均水流流速與洞游魚群的最喜愛流速相一致,可使魚道中每個(gè)隔板與側(cè)壁之間的夾角角度不相同。對(duì)于一些重要工程項(xiàng)目，建議應(yīng)采用模型試驗(yàn)或數(shù)值模擬等仿真手段驗(yàn)證在不同工況條件下該魚道過魚水域范圍內(nèi)的水流流速分布情況，保證其內(nèi)水流條件能夠滿足各類魚群的最適應(yīng)流速,從而使得該新型生態(tài)魚道得以正常運(yùn)行。流速可控式新型生態(tài)魚道的提出可在一定程度上改善由于河流梯級(jí)開發(fā)，河道中閘、壩等水工建筑物的修筑對(duì)不同洞游魚類造成的不利影響，為恢復(fù)原有河流的連續(xù)性，保護(hù)河流的原始生態(tài)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展提供有效的技術(shù)支撐。'參考文獻(xiàn)：[1]白音包力皋.郭軍，吳-紅.國(guó)外典型過魚設(shè)施建設(shè)及其運(yùn)行情況:J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2011,9(2):116-120.Baiyinbaoligao,GUOJ,WCYH.Analysisofthedesign,constructionandoperationoftypicalfishpassagesinoverseasprojects[j].JournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,2011,9(2)：116-120.⑵劉洪波.國(guó)外魚道建設(shè)的啟示[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(14):66-67.LIUHB.InspirationofFishwaysConstructionatAbroad[jj.JournalofAnhuiAgri.Sci,2010,38(14)：66-67.陳凱麒.我國(guó)魚道的建設(shè)現(xiàn)狀與展望[Jl.水利學(xué)報(bào),2012,43(2):182-188.CHENKQ.StatusandprospectionoffishpassconstructioninChina[j].JournalofHydraulicEngineering,2012,4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