双侧竖缝式鱼道水力特性研究

研究分析不同水池长宽比条件下双侧竖缝式鱼道的水池流场结构及其水力学指标,为双侧竖缝式鱼道布置参数的优化选择提供技术依据。基于单侧竖缝式鱼道体型参数的研究成果,选取导板长度与水池宽度之比为0.25、竖缝宽度与水池宽度之比为0.15、导向角度为45°作为研究的基本体型;鱼道来流边界设置为压力进口,上游水深设置为2 m,出流边界设置为压力出口,下游水深设置为2 m;模型顶部设置为压力进口,进口压强为1.01×105Pa,边墙设置为固壁边界。采用三维数值模拟的方法研究分析了水池长宽比分别为4∶8、5∶8、5.5∶8、5.75∶8、6∶8、6.5∶8、7∶8、8∶8、9∶8的条件下双侧竖缝式鱼道的水池流场结构及其水力学指标。在不同水池长宽比条件下,鱼道常规水池内存在3种典型流场结构,其主流轨迹线、主流流速沿程衰减规律以及回流区分布等水力学指标均有不同,典型长宽比取值区间分别为4∶8~5.5∶8、5.75∶8~6.5∶8及7∶8~9∶8;对比发现,长宽比在5.75∶8~6.5∶8区间范围时,主流区宽度相对较大,水池空间利用较为充分,沿程流速衰减情况也较好,回流区主要分布于主流两侧且大小适中。初步认为长宽比5.75∶8~6.5∶8的水池流场结构较为合理。     

竖缝式鱼道90°转弯段水力特性的数值模拟

受枢纽布置与地形地质条件影响,竖缝式鱼道穿越公路、桥梁等建筑物或实现大转弯时通常需要布置90°转弯段。根据导板的布置位置,90°转弯段分为内内型、内外型、外内型与外外型4种类型。采用数值模拟技术计算4种类型90°转弯段的水流流场,主流区水流均紧贴边墙流动,主流区两侧出现尺度过大的回流区。针对出现的不利流态,提出了以增设整流导板的方式调整水流结构,并对水流结构改进后的水力特性进行了对比研究。增设整流导板后,主流区大致居中,主流衰减效果显著;回流区尺度合理,回流流速甚小。内外型90°转弯段增设一整流导板后,yi/B值介于0.30~0.71,说明主流区主要位于转弯段中间40%区域内;主流区两侧主要分布着3个回流区,位于弯段与弯段下游回流区的尺度最大,影响域为常规水池面积的0.9倍,长宽比为3.25,说明大尺度回流区的影响域为椭圆形区域,可便于鱼类游入与游出;弯段与弯段下游回流区内,靠近边墙的最大流速不超过竖缝断面平均流速的0.23倍,中心流速甚小,有利于鱼类良好休憩。内外型90°转弯段水流结构改进效果较其他3种类型更为明显,在实际工程中可考虑优先采用。