【摘要】：本文通過在不同水流結構的豎縫式試驗魚道中進行對比性過魚試驗,研究魚類上溯行為與水流結構之間的響應關系,尋求過魚效果較佳的水流結構類型并探明其內在機制;同時基于過魚試驗的試驗結果,對豎縫式魚道常規(guī)水池及轉折段水池布置體型進行優(yōu)化改進。主要研究成果如下:1)導板相對長度P/B的變化對豎縫式魚道內流場有著重要的影響。根據(jù)水池內主流區(qū)、回流區(qū)形態(tài)不同,大致將豎縫式魚道的流場分為三種水流結構Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,其對應的導板相對長度取值范圍分別為P/B0.2、0.2≤P/B≤0.34、P/B0.34。2)以半洄游性魚類草魚為過魚對象,在三種典型的豎縫式魚道水流結構中(P=0.1B、0.25B、0.5B)進行對比性的過魚試驗。試驗表明:草魚幼魚在水流結構Ⅱ中上溯11級常規(guī)水池的成功率(Rr=73%)明顯高于水流結構Ⅰ、Ⅲ(水流結構Ⅰ中Rr=55%,水流結構Ⅲ中Rr=F64%);并且上溯11級常規(guī)水池歷時的分布大致呈現(xiàn)出Γ分布形態(tài),其中無論是上溯歷時中位數(shù)還是歷時平均數(shù),在水流結構Ⅱ中明顯低于水流結構Ⅰ、Ⅲ。因此從成功上溯率Rr與成功上溯歷時T兩項指標來看,水流結構Ⅱ是適宜草魚上溯的水流結構。3)采用Zootracer軟件提取草魚幼魚上溯路徑,利用統(tǒng)計分析方法概化出三條特征軌跡線來描述整體軌跡分布。結果表明:與水流結構Ⅱ相比,水流結構Ⅰ、Ⅲ中主流區(qū)與回流區(qū)不合理的分布阻礙草魚上溯;在水流結構Ⅰ中上溯過程中沿程耗能明顯高于Ⅱ、Ⅲ型,而在水流結構Ⅱ、Ⅲ中沒有明顯的差異。從草魚幼魚上溯行為及沿程耗能來看,主流居中、左右回流區(qū)分布對稱,是水流結構Ⅱ適宜草魚上溯的主要原因。4)基于主流居中、回流區(qū)大致對稱原則,在水流結構Ⅱ的基礎上,對魚道墩頭布置體型進行改進研究,提出了流線型墩頭布置方案。研究表明,采用流線型墩頭不會導致魚道水池內水流結構發(fā)生明顯的變化,而主流橫向偏轉程度有所減緩,橫向擴散加大,利于主流沿程速度衰減;同時流線型墩頭豎縫斷面處局部水頭損失減小,需要采用較小的魚道底坡J以控制豎縫斷面流速。鑒于流線型墩頭魚道可避免魚類上溯過程中可能遭受的刮傷魚鱗等傷害,是一種魚類友好的過魚設施,條件允許時推薦采用。5)基于常規(guī)水池內過魚試驗的結果,對轉折段水池布置體型進行布置研究。對于Ⅰ、Ⅱ型轉折段水池而言,轉折段角度α分別在0°～45°、0～30°時,轉折段水池按照常規(guī)水池布置方式進行布置,此時水池內主流大致居中,左右兩側回流區(qū)大致對稱,流場結構合理;隨著轉折角度α的增大,水池內部出現(xiàn)不利的水流結構,提出了結合轉折段設置為休息池,同時在內外邊墻相應位置增設整流導板的優(yōu)化布置思路,改善了水流結構。
【圖文】：

表２－１魚道布置技術參數(shù)表逡逑水池相對寬度邋豎縫寬度邐豎縫長度邋導板相對長度邋坡度逡逑水池中Ｂ／ｂ邐ｂ｛ｍ）邐ｌ／ｂ邐Ｐ／Ｂ邐Ｊ／％逡逑８邐０．０７５邐０．４邐０．１－０．６邐１％，邋Ｉ邐，邋Ｉ邋，邐ｔ：邐Ｍ邐＇邋ｉ邐．邋Ｉ逡逑ａ邐ｉ邐ｉ邐ｆｒ－導板．邐ｉ邐ｉ邐圈逡逑（ａ）豎縫式魚道數(shù)學模型平面布置逡逑

ｙ逡逑Ｈ邋—逡逑，邐Ｌ邐Ｊ邐－逡逑圖２－１魚道水池內結構布置逡逑表２－１魚道布置技術參數(shù)表逡逑水池相對長度水池相對寬度邋豎縫寬度邐豎縫長度邋導板相對長度邋坡度逡逑水池中央水深／／0邋（ｍ）逡逑Ｌ／ｂ邐Ｂ／ｂ邐ｂ｛ｍ）邐ｌ／ｂ邐Ｐ／Ｂ邐Ｊ／％逡逑１０邐８邐０．０７５邐０．４邐０．１－０．６邐１％邐０．３逡逑Ｍ邋Ｉ邋，邋Ｉ邐，邋Ｉ邋，，邐ｔ：邐Ｍ邐＇邋ｉ邐．邋Ｉ逡逑ａ邐ｉ邐ｉ邐ｆｒ－導板．邐ｉ邐ｉ邐圈逡逑（ａ）豎縫式魚道數(shù)學模型平面布置逡逑（ｂ）豎縫式魚道數(shù)學模型示意圖邐（ｃ）豎縫式魚道網(wǎng)格劃分逡逑圖２－２魚道計算域及網(wǎng)格劃分逡逑２．２．１水流結構類型劃分逡逑沿不同水深Ｚ提取流場分布，并對水流流速ｖ進行無量綱化處理得到相對流速ｖ／Ｈ逡逑１１逡逑
【學位授予單位】：中國水利水電科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S956.3

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本文編號：2617926