中国南方鳗鱼道模型试验及数值模拟研究

论文摘要

为了保护我国鳗鲡资源,解决低水头水工建筑物对幼鳗洄游上溯的阻隔效应,为我国鳗鱼道的建设提供建议。本文以2017年3月至2017年9月的试验资料为基础,采用录像、统计学、物理模型和计算流体力学数值计算方法,系统的分析了鳗鱼对光色的选择性与活动规律,不同水动力条件下鳗鱼的行为特点及上溯成功率,不同通道布置形式下鱼道入口和池室的流态、流速及紊动能分布状况。得到主要结论如下:1.入口趋光性研究表明,在线鳗阶段的鳗鱼对波长较长的红、黄光较为敏感且选择性较高,对波长较短的蓝、绿光不敏感且选择性较低;对红、黄、紫色光有较强持续性,而对其它光色表现不明显,且红光和紫光对鱼的视觉刺激性较小,具有长期诱鱼的效果,黄光虽然也有较强的诱鱼的效果,但是对鱼的视觉刺激性较强,存在疲劳期,不适宜长时间诱鱼。2.鳗鱼道物理模型试验表明,堰面设置梅花型基质、基质间隔h=1.5倍、底坡≤30°及单宽流量≤9.7×10-44 m3/s·m时,鳗鱼上溯效果较好,成功率由原来的11%提高到91.67%;且试验组幼鳗在上溯过程中表现较为活跃,其上溯形式与蛇类爬行相似,呈现S、Z和直线型且边缘趋向运动较为明显,是一种典型的爆发游泳登上堰顶的行为,单次最大爆发游泳速度高达0.66 m/s。3.基于计算流体力学的数值模拟表明,单宽流量为9.7×10-44 m3/s·m时,进口最大流速为0.45 m/s,表层回流区面积约占入口面积的1/3,同时紊动能及其耗散率较大,水流条件更为混乱,可以为鳗鱼提供更好的吸引流,是理想的鳗鱼道入口。堰面流速0.20.6m/s范围的面积较大约占据模拟面积2/3,这种水流条件更适宜诱导鱼类通过堰面,减小鳗鱼在上溯过程的游泳消耗及保证上溯的稳定性,使鳗鱼顺利进入上游。

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摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究目的

1.3 国内外鱼道研究现状

1.3.1 国内外过鱼措施研究现状

1.3.2 诱鱼技术研究现状

1.3.3 鳗鱼道研究现状

1.3.4 总结

1.4 研究内容与技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 技术路线

1.4.3 研究方法

2 低水头鳗鱼道入口趋光性研究

2.1 概述

2.2 材料与方法

2.2.1 试验材料

2.2.2 试验装置

2.2.3 试验方法

2.2.4 数据分析

2.3 结果与分析

2.3.1 青少年鳗鱼对光的敏感性分析

2.3.2 青少年鳗鱼对光色的选择性分析

2.3.3 青少年鳗鱼对光的适应特点分析

2.4 讨论

2.4.1 青少年鳗鱼光的敏感性讨论

2.4.2 青少年鳗鱼的趋光性讨论

2.4.3 趋向性光诱鱼的持续性讨论

2.5 本章小结

3 低水头鳗鱼通道模型试验研究

3.1 基本概况

3.2 低水头鳗鱼道模型试验研究

3.3.1 试验材料

3.3.2 试验装置

3.3.3 试验方法

3.3.4 数据统计与处理

3.3 结果与分析

3.3.1 对鳗鱼上溯成功率的分析

3.3.2 对鳗鱼运动行为及堰面位置分析

3.3.3 对鳗鱼游泳速度分析

3.4 讨论

3.4.1 影响鳗鱼上溯成功率因素讨论

3.4.2 影响鳗鱼上溯行为因素讨论

3.4.3 对鳗鱼上溯运动轨迹讨论

3.4.4 对鳗鱼游泳速度讨论

3.5 本章小结

4 低水头鳗鱼道三维流场模拟研究

4.1 引言

4.2 FLOW-3D模型简介

4.2.1 软件介绍

4.2.2 数值求解技术

4.2.3 湍流模型及运动控制方程

4.2.4 模型率定

4.2.5 模型网格和边界条件

4.2.6 分析指标

4.3 鳗鱼道进口段模拟分析

4.3.1 进口流速分析

4.3.2 紊动能及紊动能耗散率分析

4.4 鳗鱼道堰面数值模拟分析

4.4.1 堰面流速分析

4.4.2 堰面紊动能及紊动能耗散率分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

攻读学位期间参加的科研实践及发表的学术论文

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘超

导师: 吴小明,张世宝

关键词: 鳗鱼道,模型试验,灯光诱鱼,过鱼效率,上溯洄游,行为特征,游泳能力,数值模拟

来源: 华北水利水电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 力学,水产和渔业

单位: 华北水利水电大学

分类号: O35;S965.223

总页数: 95

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