鱼类坝下集群效应对水力学条件的响应规律研究

拦河筑坝阻隔了鱼类洄游通道,鱼类具有天然的溯流习性,会感应到主流上溯,为进行产卵、索饵和洄游在过鱼季节聚集在坝下,产生鱼类坝下集群效应。鱼类的集群行为是鱼类行为学研究的重要内容。影响鱼类集群的三个重要水力学条件有流速、水深、紊动能,为研究鱼类坝下集群效应对水力学条件的响应规律,亟须建立集群分布规律与上述三个水力学因子的相关性。采用三维湍流模型对观测时所处运行工况的坝下流域进行了数值模拟,并用试验验证了数值模拟的合理性,使用观测仪器探测坝下四大家鱼分布规律,分析集群行为特点及其相关性。研究表明:当流速处于0.7～0.24 m/s之间时,鱼体数量与流速呈正线性相关,且四大家鱼集群最佳流速范围为0.060～0.12 m/s;当水深值处于2.4～3.9 m之间时,鱼群数量与水深呈正线性相关关系,鱼类集群适宜水深下限值为2.8 m;当紊动能值处于0～0.001 2kg·m~2/s~2之间时,鱼体数量与紊动能有明显的正线性相关关系,当紊动能值处于0.001 5～0.004 0 kg·m~2/s~2之间时,二者成负线性相关,且鱼类集群的平均紊动能适宜范围是0.000 50～0.001 2 kg·m~2/s~2。     

竖缝式鱼道的弯道布置与结构形式研究

采用数值模拟方法对圆弧形和矩形弯道结构的鱼池流场进行计算分析,并进行了物理模型试验验证.结果表明,矩形弯道布置与“L”形鱼池挡板结构形成的流场更符合鱼类洄游需求.     

齐口裂腹鱼集群行为对流态的响应

为研究齐口裂腹鱼集群行为对流速和紊动能的响应关系,该研究通过可变流场的试验水槽,结合鱼群轨迹分析及集群几何特征,定量研究了适宜齐口裂腹鱼集群的水流流速和紊动能区间。在试验中每组选择10尾平均鱼龄为3龄的齐口裂腹鱼,共两组,每组进行6次重复试验,每次试验让鱼群在3 m×14 m具有横向流速梯度的矩形水槽中游动10 min,之后提取和分析鱼群游泳轨迹,获取鱼群在不同水流流速、紊动能下的最近邻距离（Nearest Neighbor Distance,NND）,集群面积,游泳分离指数（Separation Swimming Index,SSI）。结果表明,齐口裂腹鱼在特定水力条件下具有明显集群行为,上溯过程中以队列模式的队形为主,当水流流速为0.27～0.70 m/s,紊动能为0.004～0.018 m2/s2时,齐口裂腹鱼群的NND为0～0.80 m,集群面积为0～5.00 m2,SSI为0～1.20,此时集群得最为紧凑,在凝聚力、排斥力上都变现的更好。因此,为使齐口裂腹鱼能够集群上溯,推荐鱼道等工程措施营造流速为0.27～0.70 m/s,紊动能为0.004～0.018 m2/s2的水力学条件,从而对过鱼设施水流流态和水利调度进行优化。