矩形孔口式鱼道紊流结构及放鱼试验研究

论文摘要

生态环境是当今社会的热词,为了沟通鱼类的洄游通道、维持生物的多样性,通常在挡潮闸、排水闸、分洪闸、大坝等水利枢纽中设置鱼道,以达到水利工程与生态环境的和谐发展。鱼道是一种低水头水工建筑物,可使鱼类克服障碍物实现产卵洄游、索饵洄游和越冬洄游等。鱼道的过鱼效果不仅与鱼道池室的水力特性有关,而且还取决于鱼类的溯游习性。已有研究资料表明,在全球已建成的鱼道中,鱼类能够溯游通过的鱼道尚不足一半!因此,进一步研究基于鱼类溯游习性的鱼道水力特性,尤其是鱼道紊流结构对鱼类溯游行为影响的机理,具有重要的实际意义。本文对矩形中孔和底孔鱼道的紊流结构进行了较为系统的试验研究,并做了放鱼试验。试验研究是在浙江工业大学港口航道与海岸工程实验室大比尺鱼道中进行,选择了两组鱼类偏爱流速所对应的流量作为典型流量,考虑了不同的孔口位置（中孔和底孔）,取不同水深平面（z=24,19,14,12,10,8,6,4,2,0,-2,-4,-6,-8,-10,-12,-14,-19,-24,-29 cm）,沿不同水深平面布设11条横线（x=5,10,15,20,25,30,40,50,60,70,80 cm）,每条横线上布设17个测点（y=-25,-20,-15,-10,-8,-6,-4,-2,0,2,4,6,8,10,15,20,25 cm）。用声学多普勒测速仪（ADV）量测了测点的三维瞬时流速及流向,分析了矩形孔口鱼道的三维时均流速分布特征、断面最大流速沿程变化规律、流场矢量、紊动强度分布和雷诺应力分布。研究结果表明:（1）中孔纵向流速在不同剖面均形成三维紊动射流,纵向时均流速沿横向和垂向由孔口中心处的最大值向两侧逐渐减小,分布呈高斯型分布,且沿程趋于平坦,符合三维紊动射流的流速分布规律,但不同于平面紊动射流;底孔纵向流速在不同横断面上也近似为高斯型分布,流速由孔口向两侧逐渐减小,并且沿底部形成三维壁面射流,但又不同于平面壁面射流。不同孔口类型的横向流速在位于孔口范围内的纵剖面上沿程减小,孔口之外流速沿程变化较小。垂向流速分布特征表现为中孔和底孔在铅垂方向上均存在旋涡。在水平面和纵剖面上,纵向最大流速均沿程衰减;（2）中孔板和底孔板在水平剖面上都具有相同的变化趋势。孔口处紊动强度比非孔口处大得多;非孔口处不同水深平面上紊动强度变化趋于平缓。在铅垂剖面上,在孔口与非孔口交界面上紊动强度达到最大,其分布大致以孔口中心对称;（3）同一直线上孔口处的雷诺应力比非孔口处大得多;非孔口处的雷诺应力渐趋平稳,变幅较小;底孔情形雷诺应力的变幅区比中孔情形更大。另外通过放鱼试验,利用在鱼体植入T形标签和高速摄影机观察了过鱼对象对中孔、底孔的反应情况,分析了过鱼对象与矩形孔口鱼道紊流结构的关系。从高速摄影观察过鱼对象的溯游行为并结合紊流结构发现,过鱼对象对即刻和即将溯游环境的选择与紊动强度、雷诺应力相关,尤其喜爱在紊动强度分布的峰值区和雷诺应力较大变幅区溯游,似乎这种紊动特征给过鱼对象创造了音乐般的“节奏”。中孔和底孔更适宜于喜爱在中、下层溯游的过鱼对象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景与意义
•   1.2 鱼道的分类及特点
•     1.2.1 鱼道的分类
•     1.2.2 鱼道的特点
•   1.3 国内外鱼道研究现状
•     1.3.1 鱼道概况
•     1.3.2 研究进展
•   1.4 鱼类通道系统
•     1.4.1 上游鱼类通道系统
•     1.4.2 下游鱼类通道系统
•     1.4.3 改进下游通道技术
•     1.4.4 替代行为指导方法
•   1.5 鱼道的设计和研究方法
•     1.5.1 鱼道设计
•     1.5.2 鱼道研究方法
•   1.6 本文研究内容和研究方案
•     1.6.1 研究内容
•     1.6.2 研究方案
• 第二章 实验设备与量测技术
•   2.1 鱼道水槽
•   2.2 声学多普勒测速仪
•   2.3 高速摄影技术
•   2.4 自动水位测量系统
•   2.5 三维地形测量系统
•   2.6 鱼类标记技术
•   2.7 量测方法
• 第三章 孔口式鱼道紊流结构试验
•   3.1 三维时均流速分布
•     3.1.1 矩形中孔三维时均流速分布
•     3.1.2 矩形底孔三维时均流速分布
•   3.2 最大流速沿程衰减规律
•     3.2.1 矩形中孔
•     3.2.2 矩形底孔
•   3.3 流速矢量图
•   3.4 紊动强度分布
•     3.4.1 矩形中孔紊动强度分布
•     3.4.2 矩形底孔紊动强度分布
•     3.4.3 矩形中孔与底孔紊动强度分布对比
•   3.5 雷诺应力分布
•     3.5.1 矩形中孔雷诺应力分布
•     3.5.2 矩形底孔雷诺应力分布
•     3.5.3 矩形中孔与矩形底孔雷诺应力分布对比
•   3.6 本章小结
• 第四章 放鱼试验
•   4.1 过鱼对象的选择
•   4.2 放鱼试验安排
•   4.3 过鱼对象溯游试验
•     4.3.1 中孔放鱼试验
•     4.3.2 底孔放鱼试验
•     4.3.3 溯游轨迹分析
•   4.4 放鱼试验结论
•   4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
•   1 作者简历
•   2 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 毛斌

导师: 董志勇

关键词: 矩形孔口式鱼道,三维流速,紊动强度,雷诺应力,放鱼试验

来源: 浙江工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,农业科技

专业: 地球物理学,水利水电工程,水产和渔业

单位: 浙江工业大学

基金: 国家自然科学基金项目(51779225)

分类号: TV135;S956.3

DOI: 10.27463/d.cnki.gzgyu.2019.000298

总页数: 92

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