某水电站鱼类生境模拟计算及堰孔组合式鱼道优化研究

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河湖上修建的闸、坝及堰等挡水建筑物不仅破坏了河道连通性,对洄游性鱼类的产卵繁殖造成不利影响,还引起河道内水深、流速等水文要素的改变,使得水生生物栖息地环境受到威胁,尤其鱼类作为河湖环境变化的敏感生物,栖息地条件的改变可能造成鱼类资源的减少。过鱼设施在缓解人类水资源开发利用与鱼类资源保护之间的矛盾,恢复鱼类洄游通道,促进上、下游鱼类基因交流,保证生物多样性等方面具有重要作用。本文以实际工程某水电站鱼道作为研究对象,根据该水电站地形条件采用“支沟天然河道+鱼道隧洞”方式引导鱼类上溯。对支沟天然河道段需要评估由水利工程引起的环境变化对目标物种物理栖息地的影响,本文以齐口裂腹鱼为主要目标鱼类同时兼顾其他鱼类为研究对象,探究不同流量条件对目标鱼类栖息地影响,并通过不同流量工况的计算,进行最佳生态流量决策;隧洞段为更好的帮助鱼类上溯,本文研究水电站选择可以满足不同洄游鱼类习性的堰孔组合式鱼道以提高过鱼率,基于数值模拟手段对鱼道池室进行水力计算,不断优化得出最优鱼道池室结构体型。主要内容及成果如下:(1)利用Mike 21软件对支沟天然河段设计工况进行流场模拟计算,结果表明:河道干流与支沟交汇处(沟口)及以上4 km沿程水深分布规律相似,河道水深随着流量的增加而增大,水深主要集中在0.35-1.29 m,在目标鱼种的适宜水深范围内;研究区域内流速随着流量的增大呈增加趋势,但仍在目标鱼类的适宜流速范围内,即流速为0.2-1.4m/s;拟建进鱼口左岸存在一条可供鱼类上溯的狭长通道,且河道中间流速大形成了鱼类上溯的流速屏障,进鱼口位置选择合理。(2)基于河道内流量增量法(IFIM)理论对支沟天然河道段进行目标鱼类生境计算,利用二维水动力模型结合目标鱼类的水深及流速生境适宜性曲线,计算研究河段不同流量条件下目标鱼类不同生境因子的适宜度值及有效栖息地面积(WUA),量化不同质量栖息地面积与流量之间的关系,为天然河道段目标鱼类生境作生态流量决策。本研究根据WUA-Q关系曲线确定生态流量范围为1.00-2.56 m~3/s。采用高质量WUA-Q关系曲线确定支沟天然河道4 km内最优生态流量为1.00 m~3/s。(3)本文研究水电站结构式鱼道通过明渠—隧洞—明渠方式穿越山脊,在支沟左岸设置1个进鱼口与天然河道段衔接,为适应库水位的变化在距离枢纽区约4.6 km库区右岸设置2个高程不同的出鱼口,采用堰孔组合式鱼道以适应不同洄游鱼类习性。利用Flow3D软件对鱼道池室及进出口多种体型方案进行水力计算。按照池室内主流明确,流速大小分布合理,紊动强度适宜,鱼道进口主流与下游河道主流衔接平顺,鱼道出口流速不大于0.5 m/s的原则获得鱼道标准池室及进出口的体型最佳布置方案。
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