中国南方鳗鱼道模型试验及数值模拟研究

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。

论文目录

  • 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

    文件大小: 4435K

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