興隆水利樞紐魚(yú)道水力學(xué)數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、　　為了滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求,人們大量修建水利工程,閘、壩等的建設(shè)破壞了河流的連續(xù)性,改變了河流原有的水文、水質(zhì)條件,使生境片段化,導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)的生存、繁衍和基因交流受到嚴(yán)重威脅。魚(yú)道是解決這一問(wèn)題的重要建筑物,是現(xiàn)代水利工程中“工程與自然和諧共處”的典型代表。位于漢江中下游河段湖北省潛江、天門(mén)市境內(nèi)的興隆水利樞紐工程,為南水北調(diào)補(bǔ)償性工程,其主要任務(wù)是抬高河道水位以利于航運(yùn)和灌溉,兼顧發(fā)電。非洪水季節(jié),興隆水利樞紐工程基本阻斷了“四大家

2、魚(yú)”等產(chǎn)洄游性及半洄游魚(yú)類(lèi)的洄游上溯通道。因此,設(shè)計(jì)了興隆水利樞紐工程魚(yú)道。
　　本文主要將興隆水利樞紐工程魚(yú)道分為魚(yú)道進(jìn)口、魚(yú)道出口和中間直段進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,分析了過(guò)魚(yú)池、休息池、魚(yú)道出口彎道和魚(yú)道進(jìn)口及廠(chǎng)房集魚(yú)系統(tǒng)的水流流態(tài)、能量耗散情況和水流切應(yīng)力；對(duì)孔口位置、孔口數(shù)目進(jìn)行了優(yōu)化,并提出四種不同隔板型式的魚(yú)道方案進(jìn)行模擬計(jì)算,選擇出最優(yōu)隔板型式,并研究了不同池室長(zhǎng)寬比對(duì)最優(yōu)隔板型式的魚(yú)道模型的水流結(jié)構(gòu)的影響。
　

3、　計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)過(guò)魚(yú)池和休息池流態(tài)類(lèi)似,孔口流速基本相同,大孔主流呈波浪形分布,最大流速產(chǎn)生在孔口邊界處,為1.30~1.40m/s,同一隔板大孔下方的小孔水流受大孔水流影響,產(chǎn)生分流現(xiàn)象,分為兩股分別流向下游隔板兩小孔；不同之處在于休息池回流區(qū)面積大于過(guò)魚(yú)池回流區(qū)面積,休息池回流區(qū)流速小于過(guò)魚(yú)池回流區(qū)流速,為魚(yú)類(lèi)提供了良好的休息條件。原設(shè)計(jì)魚(yú)道集魚(yú)系統(tǒng)中補(bǔ)水孔水流垂直于集魚(yú)渠軸線(xiàn)流動(dòng),不能很好地引導(dǎo)集魚(yú)渠內(nèi)的魚(yú)類(lèi)進(jìn)入魚(yú)道內(nèi)。因此,提出了

4、改進(jìn)方案：將補(bǔ)水孔繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°,使補(bǔ)水孔水流可以沿集魚(yú)渠軸線(xiàn)流動(dòng),吸引魚(yú)類(lèi)進(jìn)入魚(yú)道內(nèi)。經(jīng)數(shù)值模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn),改進(jìn)方案中集魚(yú)渠流態(tài)良好,紊動(dòng)能和剪切應(yīng)力均比原方案的大大減小。
　　對(duì)孔口位置、孔口數(shù)目進(jìn)行了優(yōu)化對(duì)比分析,對(duì)比分析魚(yú)道內(nèi)的流場(chǎng)流態(tài)、紊動(dòng)能、紊動(dòng)能耗散率和切應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)2孔和3孔交錯(cuò)式隔板布置方案的水流流態(tài)良好,為最優(yōu)隔板布置方案。研究了不同池室長(zhǎng)寬比對(duì)最優(yōu)隔板魚(yú)道模型的水流結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)池室長(zhǎng)寬比17：10