基于豎縫式與仿生態式相結合的魚道水力特性研究

陳申

摘 要：在社會和經濟發展過程中，水庫大壩不僅利用水資源進行發電、防洪以及灌溉，還應成為生態環境可持續發展的重要載體。利用水庫大壩與生態環境建立連通關系，為水域中的洄游魚類提供繁殖通道的同時，還應模擬魚道的水力特性，以便減少對洄游魚類的影響。本文圍繞豎縫式與仿生態式相結合的魚道水力特性展開討論，既要充分利用河道的變化趨勢，為洄游魚類營造良好的生存環境，還要最大程度保護生態環境。

關鍵詞：豎縫式;仿生態式;魚道水力特性

我國現有的水庫大壩，具備防洪發電功能的同時，還應合理利用河道水流的連通能力，減少對河道的破壞，使水庫范圍內的河道資源得到有效的保護，尤其是為洄游魚類提供繁殖路徑，避免影響到洄游魚類的生長過程。所以保持河流的連通性，是水庫大壩與生態環境和諧相處的有效途徑。

1 設計方案的流速與水面線

模擬自然環境中的洄游魚類，在設計方案中模擬河道的流速以及水面線，需要控制河道內的水流速。在河道的不同位置，將流速控制在0.6-1.5米每秒狀態下，通過模擬試驗可知，若速度在0.83-0.93米每秒時，此時為魚類洄游的最佳速度。將河道上游的河道斷面內的速度控制在1米每秒以下，可以在下游河道內減少產生的沖擊流量。在仿自然河流狀態下對水面線進行研究時，若水壩的溢流區域內水流速度增加，水面線平均高度會增加，若控制水流的速度，會使水面線保持在穩定狀態，有利于為洄游魚類營造良好的生存環境。

2 目標魚類及習性

在對某流域內的河道中、下游魚類生存情況進行分析時，由于該流域內建設一座航電樞紐工程，會對洄游魚類造成影響，為保證洄游魚類順利地通過樞紐，既要對目標魚類以及習性進行分析，根據分析結果增設魚道，還要保證樞紐的正常運行。在該流域內的洄游魚類超過80種，主要涉及四個魚種，分別為家魚、鳤魚、鳡魚以及銀鲴魚。根據上述魚種的洄游習慣，在魚類洄游過程中，會在臨近的湖泊內覓食，在覓食期間生長到一定程度后，會進入到河道參與到洄游中。在魚類進入到洄游期間，魚類會在干流或者流速較快的區域內進行繁殖，而在洄游期間會選擇水流穩定的環境。

3 模型設計

在進行魚道模型設計過程中，采用豎縫式方法，配合使用仿生態方法，在魚類進入到河道的進口和出口位置，設立豎縫式布置型模型。在模型的中部，為魚類營造仿生生態環境，同時在魚道的進口、出口等位置，縮短仿生生態環境距離，使整個河道保持在自然狀態，使研究過程中可以確定水流的速度以及水面線等參數。

在制作魚道模型時，使用有機玻璃作為材料，可將模型糙率保持在0.0086，按照換算方法河道實際的糙率為0.0126。在魚道豎縫段使用混凝土糙率，糙率在0.013-0.014范圍內，模型狀態下的魚道豎縫段的水流流速、水面線等相關參數，與實際河道環境相近。模型中的魚道使用水泥砂漿材料制作豎縫段，糙率控制在0.017-0.027范圍內。在模型中的魚道進行仿生試驗時，在豎縫段的隔板等控制裝置，均使用有機玻璃材料制成。

4 測點布置

在魚道進行實驗時，在豎縫段、仿生段等位置，按照真實河道水深的0.8倍，設置最深段的河道深度，在中層和底層位置，按照0.5倍和0.3倍的水深，測量不同水深狀態下的流速變化。在豎縫段內設置9個斷面，一共設置52個檢測點，在斷面和短隔板位置作為河道上游，根據河道上游水流速度變化情況，在模擬河道內每間隔5cm處，應布置一個檢測點，此外按照序號1-6的順序，每個測點的距離應為2.5cm，將中間位置的測點距離控制在5cm。此外在仿生段模擬位置處，需要設置10個斷面，所有斷面內設置73個測點。

5 試驗成果分析

根據模擬試驗過程獲得的結果，按照魚類的洄游過程以及習性，通過模擬真實河道每個位置的水流狀態，包括水流速度以及水面線變化情況，將豎縫段、仿生段作為池室，對池室河流流經產生的變化進行全面的分析，既能得到相關的研究成果，還能為河道魚類洄游過程實施相應的保護措施提供參考依據。

6 沿程水深變化

利用模擬河道的變化過程，若在魚道到上游出口位置，將水深控制在220m，此時下游魚道與進口相連，根據模擬結果可知，兩座相鄰的池室內的水位變化，會控制在0.2m以下，最小水位為0.06m。若在魚道的上游位置作為出口，此時水深仍為220m，與出口相連后，不會出現水位差。在豎縫段的池室進行模擬時，河道池室銜接斷面寬度和深度都會減少，此時應相應地縮小模擬河道的寬度和水面，但是水深會增加，并且產生的水位在0.04m。

利用模擬河道的變化過程，將河道內每個池室的水深控制在2.5m，并且穩定相鄰池室的水深，避免水深發生變化影響到模擬效果。結合工況1的水深模擬情況，在豎縫段的池室，水面逐漸擴大過程中，水深會減少，減少值為0.05m。若在仿生段的池室內，將水面寬度縮小，此時水深增加，增加值為0.04m。

7 結語

綜上所述，在洄游魚類的河道上建設大型水壩，會對魚類的繁殖過程造成影響。采用豎縫式結合仿生式方法，結合河道實際情況進行模擬試驗，一方面實時測量水流速度以及水面線對魚類洄游的影響，另一方面利用模擬數據，調整真實河道池室的位置，將河道內的水流控制在合理的范圍內，既要避免過大的水流影響到魚類的洄游過程，還要根據模擬結果合理規劃水壩建筑物的位置，減少對洄游魚類的影響。

參考文獻：

[1]宣國祥，鄭飛東，黃岳.仿自然魚道整體物理模型試驗研究[J].水科學進展，2017（06）：38.

[2]戴會超，戎貴文，袁岳.豎縫位置對豎縫式魚道水力特性的影響[J].水利水電科技進展，2017（05）：190.