基于鰱幼魚水力藏匿場特征的魚道阻流體設(shè)計原則研究.pdf

1、水利設(shè)施對河流的阻隔是淡水魚類豐富度急劇下降的主要原因之一，尤其是對于有洄游需求的魚類種群。隨著人們對水利工程建設(shè)所引起的生態(tài)問題認(rèn)識的加深，興建過魚設(shè)施、重建洄游通道已成為當(dāng)前生態(tài)水利的研究熱點之一。魚道作為保持河流縱向連通性的重要手段之一，受到關(guān)泛關(guān)注。魚道內(nèi)水力特性的變化對魚游泳行為會造成一定影響，其水力特性的改變主要取決于阻流體形式的改變。在某種特征流場下，魚會被吸引，甚至藏匿在某種流場環(huán)境中。魚類在通過魚道的過程中首先是沿著主

2、流區(qū)上溯，當(dāng)體力消耗過多時會在休息區(qū)（藏匿場）節(jié)省能量，接著在進行上溯。休息區(qū)的水流形態(tài)對魚類能否順利上溯有著重要的影響。在自然界溪流中魚類為了避開高速水流通常也會尋找一個水力藏匿場，保護自身不受到高速水流的沖擊。因此本文基于鰱幼魚水力藏匿場特征對鰱的臨界游泳能力、游泳動力學(xué)和藏匿場流場特性進行分析和總結(jié)，再結(jié)合國內(nèi)外工程案例對魚道阻流體設(shè)計原則提供優(yōu)化方案，對幫助魚類能否順利通過魚道具有重要的參考價值。本文的研究工作及結(jié)論如下：

3、>　　1）不同阻流體型式下，通過對鰱臨界游泳能力的測試，結(jié)果表明：半圓柱條件下鰱臨界游泳速度為76.857±9.273cm/s，顯著高于其它兩種阻流體型式，半圓型柱更有利于提高魚類臨界游泳能力，因此選取以半圓柱作為研究水力藏匿場的主要型式。
　　2）以半圓型柱做為阻流體型式，分析了其對不同體長鰱臨界游泳能力的影響。結(jié)果表明：隨著鰱體長的增加，其絕對臨界游泳速度顯著增加，相對體長的臨界游泳速度值反而減小。在半圓型柱條件下，鰱體長與半

4、圓柱后方渦的大小有一定的相關(guān)關(guān)系。當(dāng)鰱體長超過17.02cm時，鰱能充分利用半圓柱后方產(chǎn)生的漩渦，抵抗高速水流的沖擊，提高其臨界游泳能力。通過對不同體長鰱的絕對臨界和相對體長臨界游泳速度對比分析表明：同一體長的鰱，在半圓柱下其絕對和相對體長臨界游泳速度都比無阻流體要大。通過跟蹤魚從頭到尾身體中線的運動變化可知，在半圓型柱下其身體頭尾的擺動幅度明顯要比無阻流體的大。
　　3）半圓型柱對鰱游泳動力學(xué)也有影響。通過對不同體長鰱的擺尾頻率

5、和幅度對比分析表明：在半圓型柱下其擺尾頻率顯著要比無阻流體低；通過對鰱絕對游泳速度、游泳加速度和運動步長分析表明：體長為9.5cm的鰱偏好阻流體的水力藏匿場，其絕對游泳速度和加速度要顯著低于無阻流體條件，而運動步長受到擺尾頻率和游泳速度的雙重影響，無顯著性差異。體長為13.5cm的鰱反而不偏好躲在阻流體后方，在水流速度50cm/s時，采用了沖刺爆發(fā)行為，導(dǎo)致游泳速度，加速度和運動步長突然增大，表明藏匿場的流場環(huán)境與魚體長存在一定的聯(lián)系。

6、
　　4）通過對鰱水力藏匿場偏好流速區(qū)間的研究，結(jié)果表明：直徑為19和25mm的半圓型柱下產(chǎn)生的水力藏匿場對鰱沒有明顯的吸引；直徑為32和50mm的半圓型柱，兩種體長的鰱對一定水流速度區(qū)間產(chǎn)生的水力藏匿場有明顯的偏好，結(jié)果表明：32mm半圓型柱下鰱對流速區(qū)間60-75cm/s的水力藏匿場有明顯偏好，而50mm半圓型柱為40-65cm/s。通過對偏好水力藏匿場流場特性的分析，選取以渦徑為敏感水力學(xué)指標(biāo)，由實驗結(jié)果分析表明：當(dāng)渦體直徑