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原文传递增强船闸过鱼能力的水流诱鱼试验研究及数值模拟

论文题名：	增强船闸过鱼能力的水流诱鱼试验研究及数值模拟
关键词：	数值模拟;船闸过鱼;水流诱鱼;水位变化
摘要：	过鱼设施的主要原理是利用鱼类的趋流特性，将鱼诱入过鱼通道中，使鱼类自由上溯至拦河坝体上游。涉及的主要问题包括确保下游进口有合适的诱鱼流速、流态以及适合鱼类的生存环境因子（包括水温、DO、pH等），以利于鱼类进入过鱼设施内。因此，船闸过鱼是否可行，首先需要探明船闸的运行方式和船闸充放水过程对近闸区域水体环境的影响及近闸区域鱼类对水体环境改变的响应，以及最适宜的诱鱼水流条件等。　　本文以葛洲坝一号船闸为研究对象，进行现场监测，探明了船闸闸门启闭、充放水期间近闸区域鱼类的活动规律及影响鱼类分布的主要因素，并重点分析了鱼类对闸门附近流速变化的响应。通过船闸模型水流诱鱼试验及流场数值模拟，探究了适合诱导鱼类进入船闸的最佳流速、流态、紊动能、紊动能耗散率等水流参数，并提出了水流诱鱼措施，分析了船闸水流诱鱼的可行性。本文主要结论如下：　　1）船闸不同运行状态对鱼类诱集效果的影响　　船闸不同运行状态对下游河道的水体温度、DO、pH影响不显著，对下游水体流速影响较大。鱼类密度变化与船闸运行状态相关性显著，船闸闸门开启放水期间，鱼类密度明显增大。此时船闸下游中上层流速约为0.2m/s~0.5m/s，该流速值正好为多数鱼类的感应流速或喜好流速范围，鱼类会表现出随水流上溯的趋势，因而此时段的流速对近闸区域的鱼类有一定诱导作用。　　2）水流诱鱼实验研究　　研究发现，同一水位及流速下，闸门开度为75°（即闸门开启宽度为49cm）时，诱鱼效果最佳；在同一水位及开度下，流速为0.45m/s时，诱鱼效果最佳。而当其他条件相同时，水位变化对诱鱼效果影响不大；工况2-2-4（即水位0.24m、闸门开度75°、流速0.45m/s）为最佳工况。流速范围为0.4~0.6m/s实验组的诱鱼效果优于其他实验组；随速度上升，诱鱼效果呈正态分布；而闸门开度为75°以上实验组的诱鱼效果优于闸门开度为75°以下的组别，随闸门开度减小，诱鱼效果呈递减趋势。　　3）船闸水流数值模拟分析　　在不同工况下，闸门段水流呈瓶颈状分布，最大流速产生在闸门束窄水面附近。表层流速大于底层流速，流态紊乱区域处于闸门门轴附近。工况2-2-4（即水位0.24m、闸门开度75°、流速0.45m/s）与工况2-3-4（即水位0.24m、闸门开度60°、流速0.45m/s）的流态存在共性，水流过程基本一致，不同之处在于工况2-2-4回流区面积大于工况2-3-4回流区面积，最大流速远小于工况2-3-4的最大流速1.1m/s，回流区流速小于工况2-3-4回流区流速，同时，紊动能及紊动能耗散率均小于工况2-3-4，这种水流条件更适宜诱导鱼类通过船闸闸门进入闸室内，同时流速较小的回流区域也为上溯鱼类提供了良好的休息条件。　　引航道末端水流较闸门段平顺，最大流速区位于中间断面的中上层水位，各工况水流条件相似。不同之处在于，最大流速值不同，工况2-3-4最大流速约为工况2-2-4的2倍，工况2-2-4流速范围为0~0.40m/s的面积较大，会更有利于引导鱼类由船闸下游引航道上溯进入闸室。　　4）诱鱼措施及可行性分析　　诱鱼措施应以水流为主要诱鱼介质，适当选择声音、光照、电流作为辅助诱导介质，将各因子综合考虑布设，以将总体诱驱鱼效果最大化为目标。通过设计、建设、管理维护及理论研究等方面考虑，船闸水流诱鱼具备可行性。　　本文以鱼类行为学及水力学实验为基础，研究过程及结论能为鱼类水力学实验研究提供参考。同时，本文对过鱼设施的研究与建设具有指导和推动作用，对水利水电工程事业的长足发展具有重要的理论价值和现实意义。
作者：	熊锋
专业：	水利工程
导师：	刘德富;王从锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	三峡大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文