基于FLOW-3D的竖缝式鱼道水力特性研究

为了研究竖缝式鱼道的水力特性,本文基于FLOW-3D中的RNG k-ε湍流模型和tru VOF方法,以广西老口鱼道为工程背景,对其水力特性进行数值模拟研究,分析了设计水位下,竖缝式鱼道不同高层处池室及休息池的流态分布和紊动能分布情况。结果表明:广西老口鱼道的池室及休息池主流区明确,回流区流速值基本在0.5 m/s以下,适合鱼类休息;竖缝断面处总体流速较小,最大值仅为1.31 m/s,大部分过鱼对象能通过竖缝顺利完成上溯;池室及休息池的紊动能较小,分别在0.109 J/kg和0.077 J/kg以下;池室单位水体消能率为34.7 W/m^3,消能效果良好。广西老口鱼道基本能满足过鱼对象上溯的需要。

鲢幼鱼游泳能力及游泳行为的试验研究

为了探究四大家鱼的游泳能力,指导鱼道水力学设计,提高鱼道过鱼成功率,增殖鱼类资源总量,以四大家鱼之一的鲢（Hypophthalmichthys molitrix）为试验对象,研究其游泳能力及游泳行为。在（30±1）℃水温下,采用流速递增法,鲢的体长7.3～16.8 cm,体重6.10～66.50 g,按体长将鲢分为（8.17±0.59）cm、（10.09±0.53）cm、（11.84±0.67）cm、（13.94±0.68）cm、（15.90±0.64）cm共计5个试验组。结果表明,鲢的临界游泳速度为52～100 cm/s,相对临界游泳速度为5.90～7.14 BL/s,摆尾频率为98.7～432.2次/min。鲢的临界游泳速度随体长增加而增大,其线性拟合方程为Ucrit=4.908L＋17.63（R2=0.998）;其相对临界游泳速度随体长增加而减小,线性拟合方程为U＇crit=-0.130L＋8.025（R2=0.979）;在整个试验过程中,根据鱼类对水流速度的游泳行为响应,鲢摆尾频率随水流速度的增大而增加,两者呈线性关系;在相同流速下,较长个体鲢的摆尾频率显著小于较小的个体。

考虑鱼类生态需水过程的漓江并联水库群生态调度

水库群联合运行带来巨大的经济和社会效益,同时也对河流生态造成诸多影响。为提升漓江流域水库群联合运行的发电、通航、生态保护和青狮潭水库蓄水综合效益,构建了考虑鱼类生态需水过程的并联水库群多目标调度模型,采用第三代非支配遗传算法(NSGA-Ⅲ)对模型优化求解。结果表明:(1)与常规调度相比,优化调度在保障发电工程效益的同时,实现了通航与生态效益的提升;(2)构建的并联水库群多目标生态调度模型,在枯、平、丰水年的生态流量满足率都维持在47%之上,尤其保障了鱼类越冬、产卵和繁殖期的生态需求;(3)实施漓江并联水库群联合生态调度,青狮潭水库在枯水年和丰水年蓄水量分别增加22.26×10^(6)m^(3)和24.55×^10(6)m^(3),缓解了青狮潭水库供水压力。研究可为并联水库群多目标生态调度提供相关参考。

基于四大家鱼产卵需求的汉江中下游生态流量研究

针对汉江中下游梯级电站开发后水文节律变化造成四大家鱼栖息地生境质量降低的问题,分别通过几种常用水文学法和栖息地模型计算了汉江中下游河道最小生态流量和四大家鱼产卵适宜生态流量,并在最小生态流量的基础上,结合四大家鱼产卵适宜生态流量以及生态水文特征在5-8月进行了脉冲设计,综合确定满足四大家鱼产卵需求的生态流量过程。结果表明,Lyon法和7Q10法最适宜汉江中下游最小生态流量的计算,流量为294~863 m^(3)/s;通过栖息地模型计算,彭市和仙桃江段四大家鱼产卵适宜生态流量为1233~3950 m^(3)/s;流量日涨幅在139.1~534.8 m^(3)/s,持续5 d的涨水过程可为四大家鱼产卵提供良好的条件。该研究从四大家鱼产卵需求的角度考虑,为汉江中下游梯级电站的生态调度提供科学参考。

竖缝式鱼道180°转弯段水力特性研究

180°转弯段是鱼道的重要结构形式之一,为了研究竖缝式鱼道180°转弯段的水力特性,针对老口竖缝式鱼道180°转弯段,采用数值模拟的方法,对其水流流态和紊动能进行模拟计算,对转弯段的主流区流速、紊动能沿程及垂向分布变化进行了分析,得出竖缝式鱼道180°转弯段的主流区水流流态和紊动能的分布情况。模拟结果表明:180°转弯段的主流区明确,流速适宜,紊动能较小,老口鱼道对鱼类洄游具有良好的水力条件。

漓江枯水期流量变化对鱼类栖息地的影响模拟

根据漓江枯水期流量变化的特点,在基于栖息地模拟法的基础上利用河流二维模型,建立了历史实测最枯流量3.8 m^3·s^(-1)、枯水期标准流量45 m^3·s^(-1)和生态补水量60 m^3·s^(-1)三种不同流量下成年鲤有效栖息地的二维模型,评价其栖息地面积百分比与漓江枯水期不同流量的关系。结果表明枯水期漓江成年鲤的栖息地面积随着流量增加而增大并由河道中间逐渐向河两边移动,当流量增加到45 m^3·s^(-1)以后成年鲤栖息地面积的增长速度开始明显降低甚至是基本保持不变。分析了由于漓江流域河床坡度陡、流域面积小、雨量分配不圴、枯水期地表水向地下水排泄以及人为活动等引起枯水期栖息地面积发生变化的原因,为漓江枯水期补水和河流生物栖息地保护提供参考意义。

黑水河下游岸边带植物群落空间格局与相对水位响应关系

探明河流相对水位与岸边带植物群落分布关系,为河流岸边带生态系统管理和修复提供理论依据。于2019年12月和2020年7月分别对金沙江一级支流黑水河下游进行植物调查,共设置6个点位108个植物样方,统计分析其植物群落组成、结构以及优势种,结合水文情势分析植物分布和相对水位关系。结果表明,黑水河下游岸边带共有21科45属50种植物,种类组成上以菊科为主,生活型上以多年生草本植物为主,乔木和灌木相对较少。在相对水位0.55~1.25 m分布的岸边带植物主要为一年生草本鬼针草(Bidens pilosa)和水蓼(Polygonum hydropiper),多年生草本芦苇(Phragmites australis)、白茅(Imperata cylindrica)和灌木蓖麻(Ricinus communis)多分布在相对水位1.25~1.80 m的位置,多年生乔木银合欢(Leucaena leucocephala)则占据相对水位1.80 m以上的生存空间。新生裸露岸边带在水位变化作用下,先锋入侵物种鬼针草被禾本科白茅和芦苇取代,灌木类杭子梢属成为灌木优势物种,合欢属成为乔木类优势物种,分布呈阶梯式,沿河床至高地依次为裸露滩地、草本和灌木优势种以及乔木优势种。