鱼类过闸的水动力影响机理及模拟

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江湖之间水电能源的开发,在满足防洪除涝、航运、发电等效益的同时,对生态环境产生了严重的后果,尤其是鱼类栖息地的变化,可能直接导致某些洄游性鱼类减少甚至灭绝,而鱼道、升鱼机等过鱼设施过鱼效果不理想,因此研究鱼类能否直接通过闸门以及探索影响鱼类过闸的水动力因子,将为鱼类资源的保护和鱼类栖息地的修复提供一种新的思路。  本论文首先开展鱼类生态行为实验,根据渔业调查,选择目标鱼种,通过控制闸门口处的流速,观察鱼群在流速梯度下过闸的行为表征,统计通过闸门的尾数和过闸的时间,并基于 Multrack软件对拍摄的视频进行多目标鱼群动态追踪,建立流速梯度及鱼群轨迹路线的响应关系;其次是基于计算流体力学软件Fluent对所研究的区域进行水动力数值模拟;最后根据鱼类过闸的行为实验结果,并结合水动力指标模拟结果,探索影响鱼类过闸及洄游轨迹的影响因子并揭示其影响机理。本论文的主要结论有:  1.鱼类在不同水动力环境下过闸的行为实验。草鱼整体的过闸能力要强于青鱼,适应的流速梯度范围要比青鱼宽。在0.1m/s~0.6m/s的流速工况下,草鱼平均至少有50%的通过率,而青鱼的过闸主要集中在低流速,高于0.4m/s基本上不过闸;青鱼的平均过闸时间要比草鱼高出许多,且均随流速的增大而递增;青鱼和草鱼均喜好在研究区域的右侧活动,并靠右侧翼墙边壁上溯,进入消力池后,会有简单的过渡,待的时间稍长,之后寻找最适宜通过的水动力条件,并且均从右半侧的3#~5#闸门进入上游,其中以5#闸门最多。  2.影响鱼类过闸的水力学机理。通过 Fluent软件对研究区域进行水动力数值模拟,得到流场、压力场、紊动能、紊动强度、剪切力场等水动力指标的分布,结合鱼类行为实验结果,并结合鱼类行为实验结果,分析影响鱼类过闸的因素。结果表明,流速是影响鱼类过闸的主控因子,流速越大,主流区的流场强度越大,对鱼类的阻碍就越强,使其通过的时间变长,通过的尾数减少;闸门下游消力池,可以减缓从闸门流出的流速,降低对河床底的冲刷,由于流速降低,可以作为鱼类暂时的休息场所,故在此待的时间较长,轨迹路线密集;而在同一种流场工况下,研究区域的右侧受水闸结构的影响,产生的静压强较左侧小,其中5#闸门比其它几个闸门静压值都小,这就很好得解释了鱼类喜欢在研究区域右侧游动并过闸的原因;本实验中其它水力学指标不是影响鱼类过闸的主控因子。
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