基于鰱幼魚水力藏匿場(chǎng)特征的魚道阻流體設(shè)計(jì)原則研究.pdf

1、水利設(shè)施對(duì)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(duì)于有洄游需求的魚類種群。隨著人們對(duì)水利工程建設(shè)所引起的生態(tài)問題認(rèn)識(shí)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(diǎn)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(duì)魚游泳行為會(huì)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(chǎng)下，魚會(huì)被吸引，甚至藏匿在某種流場(chǎng)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(shí)會(huì)在休息區(qū)（藏匿場(chǎng)）節(jié)省能量，接著在進(jìn)行上溯。休息區(qū)的水流形態(tài)對(duì)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(huì)尋找一個(gè)水力藏匿場(chǎng)，保護(hù)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(chǎng)特征對(duì)鰱的臨界游泳能力、游泳動(dòng)力學(xué)和藏匿場(chǎng)流場(chǎng)特性進(jìn)行分析和總結(jié)，再結(jié)合國內(nèi)外工程案例對(duì)魚道阻流體設(shè)計(jì)原則提供優(yōu)化方案，對(duì)幫助魚類能否順利通過魚道具有重要的參考價(jià)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(duì)鰱臨界游泳能力的測(cè)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(chǎng)的主要型式。
　　2）以半圓型柱做為阻流體型式，分析了其對(duì)不同體長(zhǎng)鰱臨界游泳能力的影響。結(jié)果表明：隨著鰱體長(zhǎng)的增加，其絕對(duì)臨界游泳速度顯著增加，相對(duì)體長(zhǎng)的臨界游泳速度值反而減小。在半圓型柱條件下，鰱體長(zhǎng)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(zhǎng)超過17.02cm時(shí)，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(duì)不同體長(zhǎng)鰱的絕對(duì)臨界和相對(duì)體長(zhǎng)臨界游泳速度對(duì)比分析表明：同一體長(zhǎng)的鰱，在半圓柱下其絕對(duì)和相對(duì)體長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)變化可知，在半圓型柱下其身體頭尾的擺動(dòng)幅度明顯要比無阻流體的大。
　　3）半圓型柱對(duì)鰱游泳動(dòng)力學(xué)也有影響。通過對(duì)不同體長(zhǎng)鰱的擺尾頻率

5、和幅度對(duì)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(duì)鰱絕對(duì)游泳速度、游泳加速度和運(yùn)動(dòng)步長(zhǎng)分析表明：體長(zhǎng)為9.5cm的鰱偏好阻流體的水力藏匿場(chǎng)，其絕對(duì)游泳速度和加速度要顯著低于無阻流體條件，而運(yùn)動(dòng)步長(zhǎng)受到擺尾頻率和游泳速度的雙重影響，無顯著性差異。體長(zhǎng)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(shí)，采用了沖刺爆發(fā)行為，導(dǎo)致游泳速度，加速度和運(yùn)動(dòng)步長(zhǎng)突然增大，表明藏匿場(chǎng)的流場(chǎng)環(huán)境與魚體長(zhǎng)存在一定的聯(lián)系。

6、
　　4）通過對(duì)鰱水力藏匿場(chǎng)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(chǎng)對(duì)鰱沒有明顯的吸引；直徑為32和50mm的半圓型柱，兩種體長(zhǎng)的鰱對(duì)一定水流速度區(qū)間產(chǎn)生的水力藏匿場(chǎng)有明顯的偏好，結(jié)果表明：32mm半圓型柱下鰱對(duì)流速區(qū)間60-75cm/s的水力藏匿場(chǎng)有明顯偏好，而50mm半圓型柱為40-65cm/s。通過對(duì)偏好水力藏匿場(chǎng)流場(chǎng)特性的分析，選取以渦徑為敏感水力學(xué)指標(biāo)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明：當(dāng)渦體直徑