興隆水利樞紐魚道水力學數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、　　為了滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需求,人們大量修建水利工程,閘、壩等的建設(shè)破壞了河流的連續(xù)性,改變了河流原有的水文、水質(zhì)條件,使生境片段化,導致魚類的生存、繁衍和基因交流受到嚴重威脅。魚道是解決這一問題的重要建筑物,是現(xiàn)代水利工程中“工程與自然和諧共處”的典型代表。位于漢江中下游河段湖北省潛江、天門市境內(nèi)的興隆水利樞紐工程,為南水北調(diào)補償性工程,其主要任務(wù)是抬高河道水位以利于航運和灌溉,兼顧發(fā)電。非洪水季節(jié),興隆水利樞紐工程基本阻斷了“四大家

2、魚”等產(chǎn)洄游性及半洄游魚類的洄游上溯通道。因此,設(shè)計了興隆水利樞紐工程魚道。
　　本文主要將興隆水利樞紐工程魚道分為魚道進口、魚道出口和中間直段進行數(shù)值模擬計算,分析了過魚池、休息池、魚道出口彎道和魚道進口及廠房集魚系統(tǒng)的水流流態(tài)、能量耗散情況和水流切應(yīng)力；對孔口位置、孔口數(shù)目進行了優(yōu)化,并提出四種不同隔板型式的魚道方案進行模擬計算,選擇出最優(yōu)隔板型式,并研究了不同池室長寬比對最優(yōu)隔板型式的魚道模型的水流結(jié)構(gòu)的影響。
　

3、　計算分析發(fā)現(xiàn)過魚池和休息池流態(tài)類似,孔口流速基本相同,大孔主流呈波浪形分布,最大流速產(chǎn)生在孔口邊界處,為1.30~1.40m/s,同一隔板大孔下方的小孔水流受大孔水流影響,產(chǎn)生分流現(xiàn)象,分為兩股分別流向下游隔板兩小孔；不同之處在于休息池回流區(qū)面積大于過魚池回流區(qū)面積,休息池回流區(qū)流速小于過魚池回流區(qū)流速,為魚類提供了良好的休息條件。原設(shè)計魚道集魚系統(tǒng)中補水孔水流垂直于集魚渠軸線流動,不能很好地引導集魚渠內(nèi)的魚類進入魚道內(nèi)。因此,提出了

4、改進方案：將補水孔繞Z軸逆時針旋轉(zhuǎn)60°,使補水孔水流可以沿集魚渠軸線流動,吸引魚類進入魚道內(nèi)。經(jīng)數(shù)值模擬計算發(fā)現(xiàn),改進方案中集魚渠流態(tài)良好,紊動能和剪切應(yīng)力均比原方案的大大減小。
　　對孔口位置、孔口數(shù)目進行了優(yōu)化對比分析,對比分析魚道內(nèi)的流場流態(tài)、紊動能、紊動能耗散率和切應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)2孔和3孔交錯式隔板布置方案的水流流態(tài)良好,為最優(yōu)隔板布置方案。研究了不同池室長寬比對最優(yōu)隔板魚道模型的水流結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)當池室長寬比17：10