一种基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法技术

本发明专利技术公开一种基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法，属于鱼道工程技术领域，通过测量仿真鱼体所受水流阻力，比较鱼体原型在鱼道原型水流中所受水流阻力是否超过其受力限值，评判鱼道水流条件是否满足鱼类上溯要求，从而为鱼道设计和布置提供技术支撑。解决现有技术不能很好的模拟鱼体自身存在对鱼道水流条件可能影响的技术问题和鱼道水流评判方法不能准确反映鱼道实际水流条件的技术问题。反映鱼道实际水流条件的技术问题。反映鱼道实际水流条件的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法


[0001]本专利技术涉及鱼道水流评判方法，具体涉及一种基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法，属于鱼道工程


技术介绍

[0002]鱼道是为洄游性水生物提供跨越大坝、拦河堰等障碍，沟通水生物洄游线路的一种最常用的建筑物，是现代水利工程中涉及“工程与自然和谐共存”极其重要的组成部分。
[0003]鱼道按其结构型式可以划分为槽式鱼道、横隔板式鱼道、原生态式鱼道和特殊结构型式的鱼道等。横隔板式鱼道在鱼道槽身上设置横隔板将上下游的总水头差分成许多梯级，利用水垫、水流对冲、扩散及沿程摩阻来消能，创造适合于鱼类上溯的流态。鱼群通过隔板上的孔缝从一个池室进入下一个池室，鱼群只有在通过隔板孔缝时才会遇到高速水流，通过隔板后池中的水流速度较缓，鱼群可借此机会调整休息。该类型鱼道优点是水流条件容易控制，能适应相对较高的水头，各级水池是鱼类休息的良好场所，且可调整过鱼孔的型式、位置、大小来适应不同习性鱼类的上溯要求，结构简单，维护方便，因此是目前国内外使用最多的鱼道型式。
[0004]鱼道设计流速，是指在设计水位差情况下，鱼道隔板过鱼孔缝处的最大流速值，直接关系到鱼类能否顺利由下一级池室洄游到上一池室，是影响鱼类是否能够顺利通过鱼道的关键设计指标，也是评判鱼道水流条件的重要流速指标，其不应大于鱼类的突进流速，亦不应小于鱼类感应流速。
[0005]由于鱼类对过鱼通道水流条件较为敏感，鱼道内的水力学特征也十分复杂，故为保证鱼道过鱼效果，进行鱼道水力特性研究，观测鱼道水流条件尤其是过鱼孔缝处水流条件是非常必要的。
[0006]鱼道水力特性研究主要采用物理模型试验、数值模拟和原型观测等方法。为更直观的观测鱼道水流条件，通常可采用物理模型试验的方法，测量分析鱼道水流流速和流态分布。鱼道水流流速则常通过传统流速测量仪器入水测量，如多普勒流速仪、无线悬桨流速仪等。这些常规流速测量方法在鱼道模型试验中起了很大作用，但仍存在以下不足：1)流速测量仪器测得的仅是鱼道水流点流速，无法准确地反映鱼道水流条件；2)可能有一定测量误差，尤其在测量鱼道过鱼孔缝流速时，因鱼道过鱼孔缝宽度较小，多为15～40cm，1:5几何比尺的鱼道物理模型，对应的模型过鱼孔缝宽度仅为3～8cm，而传统流速测量仪器测速头宽度约达2cm，占过鱼孔缝宽度的25％～66.7％，可能因此导致模型实测流速偏大；3)没有考虑到鱼体自身存在对鱼道水流条件的影响，尤其是鱼体在过鱼孔缝附近和经过过鱼孔缝时，其自身存在不可避免地对水流产生扰动，可能影响过鱼孔缝处水流条件。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本专利技术提出一种考虑到鱼体自身存在对鱼道水流可能影响的鱼道水流条件评判方法。
[0008]本专利技术所要解决的技术问题为：
[0009](1)解决现有技术不能很好的模拟鱼体自身存在对鱼道水流条件可能影响的技术问题；
[0010](2)解决现有技术中鱼道水流评判方法不能准确反映鱼道实际水流条件的技术问题。
[0011]本专利技术的目的在于提出一种基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法，通过测量仿真鱼体所受水流阻力，计算比较对应鱼体原型在鱼道原型水流中所受水流阻力是否超过其受力限值F
c
，评判鱼道水流条件是否满足鱼类上溯要求，从而为鱼道设计和布置提供技术支撑。
[0012]技术方案：一种基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法，以鱼体受力限值F
c
为指标参数评判鱼道水流条件。具体包括以下内容：
[0013](一)进行鱼类游泳能力试验，测量鱼类游泳能力主要指标，包括鱼类感应流速v
r
、临界游泳速度v
c
、突进游泳速度v
b
和持续游泳时间。
[0014]所述鱼类为鱼道主要过鱼对象。
[0015]所述鱼类游泳能力试验可在试验水槽中进行。
[0016](二)基于步骤(一)试验结果，提出鱼道过鱼孔缝最大流速和鱼道设计流速v
d
建议。
[0017]所述鱼道过鱼孔缝最大流速和鱼道设计流速v
d
需尽量保证不同过鱼对象的过坝需求，并遵循尽量兼顾游泳能力较弱鱼类的原则。
[0018](三)建立可以用于测量仿真鱼体所受水流阻力的试验装置。
[0019]所述仿真鱼体S是以鱼道主要过鱼对象为原型的鱼体模型，是以几何比尺为1制作的鱼体模型。仿真鱼体S满足鱼体模型与原型的几何相似，同时仿真鱼体S的密度和重心位置应与鱼体原型一致。
[0020]所述仿真鱼体所受水流阻力，为仿真鱼体在水流中所受主要水流作用力。
[0021]所述测量仿真鱼体(仿真鱼体S和仿真鱼体S
m
)所受水流阻力的试验装置，应包括测力传感器、测力传感器与仿真鱼体间的联接件、采集系统、数据传输设备和数据处理设备。所述仿真鱼体的头部朝向逆水流方向，仿真鱼体的头部通过联接件与测力传感器连接；所述测力传感器与采集系统信号连接；所述采集系统通过数据传输设备将测力传感器的数据传输给数据处理设备。
[0022]所述联接件包括联接钩、联接线和定滑轮，所述定滑轮固定于仿真鱼体逆水流方向前方水流中(或者说仿真鱼体头部前方的水流中)，位于测力传感器正下方。定滑轮可以固定在能调节长度的直杆一端，位于仿真鱼体头部前方水流中的测力传感器正下方，直杆另一端可以与测力传感器另一端一样，固定于试验区顶部。定滑轮也可以穿在细杆上，横在试验区内，固定于仿真鱼体头部前方水流中的测力传感器正下方。联接线一端通过联接钩与仿真鱼体的头部连接，绕过定滑轮，另一端系于测力传感器与之连接。在水流中的仿真鱼体，受到顺水流方向的水流作用力(即仿真鱼体所受水流阻力)，连接仿真鱼体和测力传感器的联接线一段顺水流方向绷直、另段绕过定滑轮垂直水流方向绷直。仿真鱼体所受顺水流方向的水流阻力大小与测力传感器所受垂直水流方向的拉力大小相同。测得的测力传感器所受拉力经采集系统采集后，通过数据传输设备传输到数据处理设备。
[0023](四)基于步骤(三)，测量仿真鱼体S在恒定水流中所受水流阻力，得到鱼体受力限
值F
c
。
[0024]所述仿真鱼体S，是以鱼道主要过鱼对象为鱼体原型，以几何比尺为1制作的鱼体模型。
[0025]所述恒定水流应可人工调节其流速大小，且可调节的流速v最小值应小于主要过鱼对象的感应流速v
r
、最大值应大于主要过鱼对象临界游泳速度v
c
、突进游泳速度v
b
和鱼道设计流速v
d
中较大值，即v
min
＜v
r
，v
max
＞max(v
c
，v
b
，v
d
)。
[0026]所述测量仿真鱼体S在恒定水流中所受水流阻力的试验同样可以在步骤(一)述及的试验水槽中进行。
[0027]所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法，其特征在于，以鱼体受力限值F
c
为指标参数评判鱼道水流条件；具体包括以下内容；(一)进行鱼类游泳能力试验，测量鱼类游泳能力指标，鱼类游泳能力指标包括鱼类感应流速v
r
、临界游泳速度v
c
、突进游泳速度v
b
和持续游泳时间；(二)基于(一)的试验结果，提出鱼道过鱼孔缝最大流速和鱼道设计流速v
d
；(三)测量仿真鱼体S所受水流阻力；所述仿真鱼体S是以鱼道过鱼对象为原型的鱼体模型，是以几何比尺为1制作的鱼体模型；所述仿真鱼体S满足鱼体模型与鱼体原型的几何相似，同时仿真鱼体S的密度和重心位置应与鱼体原型一致；测量几何比尺为1的仿真鱼体S在恒定水流中所受水流阻力，得到鱼体受力限值F
c
；(四)基于(三)，测量与鱼道物理模型相同几何比尺的仿真鱼体S
m
在鱼道物理模型水流中所受水流阻力F
m
，得到鱼体原型在鱼道水流中所受水流阻力F
p
；(五)根据(三)、(四)提出以鱼体受力限值F
c
为指标参数的鱼道水流评判方法；所述以鱼体受力限值F
c
为指标参数的鱼道水流评判方法，通过比较鱼体在鱼道水流中所受水流阻力F
p
与其受力限值F
c
的大小，评判鱼道水流条件是否满足鱼类上溯要求：当F
p
＞F
c
，鱼道水流条件不满足鱼类上溯要求；当F
p
≤F
c
，鱼道水流条件能够满足鱼类上溯要求。2.根据权利要求1所述的基于仿真鱼体的鱼道水流评判方法，其特征在于，通过试验装置测量仿真鱼体所受水流阻力，这里的仿真鱼体包括仿真鱼体S和仿真鱼体S
m
，所述测量仿真鱼体所受水流阻力的试验装置，应包括测力传感器、测力传感器与仿真鱼体间的联接件、采集系统、数据传输设备和数据处理设备；所述仿真鱼体的头部朝向逆水流方向，仿真鱼体的头部通过联接件与测力传感器连接；所述测力传感器与采集系统信号连接；所述采集系统通过数据传输设备将测力传感器的数据传输给数据处理设备；所述联接件包括联接线和定滑轮，所述定滑轮固定于仿真鱼体逆水流方向前方水流中，位于测力传感器正下方，联接线一端与仿真鱼体的头部连接，绕过定滑轮，另一端与测力传感器连接；在水流中的仿真鱼体，受到顺水流方向的水流作用力，连接仿真鱼体和测力传感器的联接线一段顺水流方向绷直、另段绕过定滑轮垂直水流方向绷直；仿真鱼体所受顺水流方向的水流阻力大小与测力传感器所受垂直水流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中华，陈莹颖，郭超，李洪泽，杨德玮，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：