鱼类上溯行为对鱼道水流结构的响应机制研究

Both the swimming ability and flow structure are the most key factors to determine the efficiency level of vertical slot fishways, however, previous studied always focused on the swimming ability of target fishes, and lacked necessary research to the flow structure of fishways whether it is really suitable for target fishes. In this study, experimental comparison studies would be carried in a series of fishway model with a large scale and different flow structures, to record the migration process and performance of fish targets, to judge whether the flow structure is in a form suitable to the fish targets and analyse reasons. By using of above experimental results, we would try to put forward the evaluate method or reference to judge whether the flow structure in a vertical slot fishway is good quantitatively, and propose some optimizing ideas to the hydraulic design of vertical slot fishway. The main experimental method and content conclude as following: 1) Use the numerical simulation and hydraulic model test to study the hydraulic characteristics of vertical slot fishways with different layout; 2) Select some typical flow structure of vertical slot fishways and built corresponding hydraulic model with a large scale, to carry the experimental comparison study on grass carps; 3) Select one fish multiplication station and build hydraulic models with a large scale and different flow structure, to carry the experimental comparison study on main protected fish targets such as schizothorax; 4) Analysis the intrinsic mechanism and the influence of different flow structure to fish migration.

鱼道水流结构与鱼类的上溯行为都是决定鱼道过鱼效率高低的关键因素，但以往研究未能将二者有机结合起来，对水流结构是否真正适合于过鱼对象缺乏必要的研究。本研究拟在具有不同水流结构的竖缝式鱼道中进行对比性过鱼试验研究，监控并分析研究鱼类的上溯过程与行为，据此判定不同水流结构对于鱼类上溯的优劣并分析其内在原因，尝试建立竖缝式鱼道水流结构优劣的评价方法或基准，为其水力设计与体型改进研究提供科学依据。主要方法与内容包括：1）采用数值模拟计算与试验研究相结合的方法，研究不同布置参数下竖缝式鱼道不同的水流结构特性；2）选择确定几类具有代表性的水流结构，建立相应的竖缝式鱼道，选择草鱼进行对比性过鱼室内试验研究；3）在增殖放流站现场建立竖缝式试验鱼道，选择裂腹鱼进行对比性过鱼试验研究；4）分析不同水流结构对鱼类上溯影响的内在机制。

本研究针对竖缝式鱼道常规池室结构布置，开展了如下两方面的研究工作：一是采用数值模拟计算方法，通过水流结构的类型划分研究，将竖缝式鱼道常规池室的水流结构划分为3大类型；二是针对上述3大类型的鱼道布置方式，选择四大家鱼与裂腹鱼开展了对照性过鱼试验研究，根据鱼类通过率与上溯时间，分析了3种布置方式过鱼效果之间的差异，并对其中的内在影响机制进行了深入解析，提出了竖缝鱼道常规池室结构的水力设计准则。.主要研究成果如下：.（1）数值模拟计算研究发现，通过改变导板长度，可以形成三大类竖缝式鱼道水流结构，即I、II、III型水流结构，其中II型水流机构的特点主流大体居于水池中央，两侧回流区基本呈对称分布；.（2）通过开展系统的数值模拟计算研究，明确了各类水流结构形成的边界条件，对应于I、II、III型，相应的导板长度分别为P/B<0.2、0.2≤P/B≤0.34、P/B＞0.34；.（3）建立了比尺为1:4的竖缝式鱼道水工模型，开展了不同水流结构对过鱼对象上溯行为影响的对照性试验研究，过鱼试验用鱼选择草鱼与齐口裂腹鱼，分别作为四大家鱼与高原冷水鱼的代表。.（4）对照性过鱼试验的结果表明，与I型和III型相比，II型水流结构可以获取更高的鱼类通过率与更短的上溯时间，是四大家鱼与裂腹鱼喜好的水流结构，相关试验结果经显著性检验，具有统计学意义；.（5）通过提取过鱼对象的上溯轨迹线，对不同水流结构中鱼类上溯行为的差异及其影响机制进行了深度解析；.（6）在上述研究成果基础上，进一步研究了钩状隔板墩头对过鱼效果的影响，发现在国外鱼道工程中普遍采用的钩状隔板对于四大家鱼与裂腹鱼的过鱼效果有明显不利影响，明确指出在竖缝式鱼道常规池室结构中应采用无钩状隔板墩头布置方案。.（7）总结提出了竖缝式鱼道常规池室结构布置的水力设计原则与方法。