懸浮式擾動器群體布置的水力特性及誘驅(qū)魚效果研究.pdf

1、修建大壩工程為人類提供防洪、發(fā)電、灌溉等效益的同時，其對生態(tài)環(huán)境的影響備受國內(nèi)外關(guān)注。大壩的修建對上下游河段會產(chǎn)生物理阻隔作用，致使河流生態(tài)因子發(fā)生明顯的變化，對水生生物特別是魚類產(chǎn)生了威脅。為保護魚類生態(tài)資源，在實際工程中采用了魚道、集運魚系統(tǒng)等設(shè)施，為進一步提高過魚效率，工程實際通常對過魚設(shè)施設(shè)置配套的輔助導(dǎo)魚技術(shù)，輔助導(dǎo)魚技術(shù)包括聲音導(dǎo)魚、光驅(qū)誘魚、氣泡幕、攔魚柵網(wǎng)、水流導(dǎo)魚等。
　　本文利用魚類對水流的水力因子的感應(yīng)，從魚

2、類的趨流性出發(fā)，在單個懸浮式水流導(dǎo)魚器誘驅(qū)魚機理的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬計算研究在水流中布置多個擾動球時流場的水力特性分布情況，再在實驗室中通過球體擾動器對水流制造擾動，驗證懸浮式擾動器在縱、橫方向上不同間距的布置形式下對鳙幼魚的誘驅(qū)魚效果。論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　　1）通過查閱資料，綜述國內(nèi)外水流水力特性對魚類影響的研究和以往的誘驅(qū)魚的方式；
　　2）簡述單個懸浮式水流擾動器對流場水力因素的影響并分析對魚類游

3、泳行為的誘驅(qū)效果；
　　3）對水流進行數(shù)值模擬，計算水流中布置多個擾動器影響下的流速和紊動的流場分布變化規(guī)律，并驗證模擬的可靠性；
　　4）在擾動器影響的各工況下進行鳙幼魚的游泳上溯實驗。通過視頻分析、軌跡跟蹤技術(shù)分析擾動器后面魚類在洄游過程中的行為特點，驗證其誘驅(qū)魚效果；
　　5）結(jié)合流場水力特性擾動規(guī)律和魚的游泳上溯實驗結(jié)果分析擾動器在縱、橫方向上不同布置距離時的誘驅(qū)魚效果。
　　Flow3D對流場的數(shù)值模擬

4、顯示，擾動器在縱橫方向上不同間距時，流場水力特性的分布也不同。
　　擾動器橫向布置時，在擾動球后可看到明顯的流速虧損越靠近球心，流速越小，虧損越嚴重，而相對紊動強度和紊動能則是不斷增大，并且沿程向上，流速變化率在不斷增大。但在擾動器的左右兩側(cè)因為水流流線在橫向上受到球體擠壓而變密，存在小范圍的流速增大的現(xiàn)象?？偟目磥恚陔p球體擾動器的影響下，擾動器后部的流場流速、相對紊動強度和紊動能分布有相互吸引的作用，并且擾動球之間的橫向距離越

5、小，相互吸引的作用越強。另外中間的影響區(qū)較長，兩側(cè)則相對較短，與中間的影響區(qū)傾斜靠近，形成一個幾近整體的平順的水流影響區(qū)域。
　　擾動器縱向布置時，各個水流擾動器后都存在明顯的流速虧損及紊動增大的現(xiàn)象?？傮w看來，三個水流擾動球后的影響區(qū)形成一個沿程擴散的連續(xù)影響區(qū)。在沿程中心線上，擾動器之間區(qū)域流速分布基本相同，但隨著擾動器間距的增大，流速變化范圍增大，變化趨勢也增加了漸變段的區(qū)間；而第二個擾動器后的擾動分布則受第一個擾動器的影響

6、較大，這段區(qū)間的紊動程度較小。
　　通過生物學(xué)驗證實驗表明，在橫向上布置多個擾動器能夠增大水流誘驅(qū)魚的整體區(qū)間影響范圍。在擾動器橫向間距L=2.0D時，擾動器后部都能起到誘驅(qū)魚的效果，另外還發(fā)現(xiàn)大部分魚是從擾動器兩側(cè)繞過，有少量經(jīng)過擾動器中間區(qū)域上溯；在擾動器間距L=1.5D時，擾動器后能形成整體的驅(qū)魚區(qū)域，鳙魚基本不會經(jīng)過兩個擾動器中間的空隙部分。另外，在縱向上布置多個擾動器能夠起到連續(xù)的誘驅(qū)魚效果，但擾動器在不同縱向間距下，誘