陶 潔，陳凱麒，王東勝

（1.鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院/鄭州大學(xué)水科學(xué)研究中心，河南 鄭州 450001；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)部 環(huán)境工程評(píng)估中心，北京 100012；3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

1 研究背景

中華鱘是我國(guó)特有珍稀大型洄游魚類，因產(chǎn)卵環(huán)境遭遇干擾（甚至破壞），正面臨嚴(yán)重的生存危機(jī)。水流條件作為河流生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，直接影響著產(chǎn)卵場(chǎng)內(nèi)的物質(zhì)循環(huán)、能量過(guò)程以及生物間相互作用［1-3］，對(duì)中華鱘的整個(gè)產(chǎn)卵繁殖過(guò)程具有重要的生態(tài)學(xué)意義。因此開展中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)的水流過(guò)程模擬研究對(duì)客觀掌握其產(chǎn)卵繁殖的水流需求，改善生境狀況、物種保護(hù)是非常有必要的。

目前眾多學(xué)者針對(duì)中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)的水流特性展開積極探索［4-8］，相關(guān)研究主要表現(xiàn)為：（1）在影響中華鱘產(chǎn)卵繁殖的眾多水力學(xué)參數(shù)中，多側(cè)重于流速、水深/水位等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，盡管也逐漸意識(shí)到渦量、湍動(dòng)能等動(dòng)力學(xué)參數(shù)的生態(tài)意義，但是相關(guān)研究不多，僅有的一些研究也偏向均值研究，忽視了不同空間尺度參數(shù)的差異；（2）模型方面多是運(yùn)用一維、二維或準(zhǔn)三維模型模擬產(chǎn)卵場(chǎng)的水流狀況，忽視了天然水流多是紊流且三維的性質(zhì)，無(wú)法很好地模擬流場(chǎng)的空間狀況，無(wú)法很好地反映天然水流的復(fù)雜程度。同時(shí)中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)存在明顯的產(chǎn)卵排精、精卵結(jié)合、孵化仔魚等功能分區(qū)［9］，當(dāng)前研究也缺乏對(duì)不同功能區(qū)水流特性差異性的細(xì)致分析。這些使得我們不能更全面、客觀地認(rèn)識(shí)和定位中華鱘產(chǎn)卵繁殖所需的水流特性。

鑒于此，本文運(yùn)用流體力學(xué)軟件Fluent開展中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)的三維水流模擬研究，分析產(chǎn)卵場(chǎng)不同功能區(qū)流速、渦量、湍動(dòng)能等水力學(xué)參數(shù)的特性，以期為實(shí)施產(chǎn)卵場(chǎng)修復(fù)和再造提供更準(zhǔn)確合理的技術(shù)參數(shù)。

2 模擬河段概況和產(chǎn)卵場(chǎng)功能分區(qū)模型假說(shuō)

中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)研究目前多側(cè)重于葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)，為了后續(xù)更好地與當(dāng)前其他成果進(jìn)行比較分析，本文模擬區(qū)域仍選葛洲壩電站以下至三江匯入口前長(zhǎng)約3.5 km的產(chǎn)卵河段。

葛洲壩工程坐落在長(zhǎng)江小島西壩之上，西壩將長(zhǎng)江分割為南、北兩支，南支稱大江和二江，北支稱三江（圖1）。壩下主河道方向逐漸從西南轉(zhuǎn)向東南，在廟咀處與三江匯流。壩下地形起伏大（圖2），河底基本為巖石和卵石組成的硬質(zhì)河床。近壩江底有筑壩時(shí)拋擲的大型水泥多面體，壩下約lkm左側(cè)二江泄洪閘下有泄水沖刷出的深潭，右側(cè)為葛洲壩壩下中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)的“上產(chǎn)卵區(qū)”（也有稱為“上產(chǎn)卵場(chǎng)”，包括江心灘的部分面積，處于大江小灘和西壩深坑之間），河底為卵石暗礁；再往下的左側(cè)是產(chǎn)卵場(chǎng)的“下產(chǎn)卵區(qū)”（也有稱為“下產(chǎn)卵場(chǎng)”，主要包括藥廠淺灘和筆架山主槽）；再下游是廟咀，其右側(cè)是一個(gè)深槽。廟咀以上河段深槽淺灘相互交替，高程變化范圍較廣；廟咀處與三江匯流處的鎮(zhèn)江閣下游河段偏左側(cè)高程較低。

據(jù)調(diào)查，1996年至葛洲壩壩下河勢(shì)調(diào)整之前，中華鱘的產(chǎn)卵區(qū)域相對(duì)固定，年際間僅有微小移動(dòng)。且考慮到獲取的地形數(shù)據(jù)和斷面實(shí)測(cè)流速情況，本次模擬時(shí)間范圍選擇2004年中華鱘產(chǎn)卵日。

圖1 葛洲壩工程平面布置示意圖

圖2 實(shí)測(cè)的葛洲壩下游中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)地形（2003年汛后）

中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)功能分區(qū)模型，是危起偉［9］對(duì)葛洲壩壩下中華鱘上、下產(chǎn)卵區(qū)河床形態(tài)進(jìn)行掃描分析，對(duì)比原天然產(chǎn)卵場(chǎng)的河床形態(tài)，并結(jié)合親鱘自然繁殖期的行為及受精卵的分布情況提出的，即認(rèn)為一個(gè)完整的中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)必須同時(shí)具備產(chǎn)卵受精區(qū)、播卵區(qū)和著卵孵化區(qū)3個(gè)功能區(qū)；且描述了3個(gè)功能區(qū)的作用和環(huán)境特性，給出了功能區(qū)大體范圍。其中普遍提及的“上產(chǎn)卵區(qū)”和“下產(chǎn)卵區(qū)”其實(shí)是中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵受精區(qū)［9］。張輝［10］在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步指出了上下產(chǎn)卵場(chǎng)的3個(gè)功能區(qū)范圍。

3 模型構(gòu)建和率定

計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent提供了3種求解器（Segregated Solver、Coupled Explicit Solver、Coupled Implicit Solver）和8種湍流模型。其中k-ε模型包括標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、RNGk-ε模型、帶旋流修正的k-ε模型?；谀M河段情況，選擇RNGk-ε湍流模型。與標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型相比，RNGk-ε模型通過(guò)修正湍流黏度，考慮了平均流動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)流動(dòng)情況，還在ε方程產(chǎn)生項(xiàng)的系數(shù)的計(jì)算中引入了主流的時(shí)均應(yīng)變率Eij，使得值不僅與流動(dòng)情況有關(guān)，還與空間坐標(biāo)有關(guān)，有效改善了精度。

圖3 模擬區(qū)域網(wǎng)格劃分示意圖（箭頭為水流走向）

3.1 模型構(gòu)建（1）網(wǎng)格劃分。基于模擬河段地形，將模型網(wǎng)格大小劃分為20 m×20 m×0.3 m，總網(wǎng)格數(shù)為566 640個(gè)（圖3）。（2）模型選擇?？紤]天然河道的特殊性，模型格式選擇非穩(wěn)態(tài)的顯性格式，Volume of Fluid二相流模型，湍流模型設(shè)置為RNGk-ε。（3）條件設(shè)置。流體材料設(shè)為水-空氣；操作壓力設(shè)置中考慮Z方向重力加速度-9.81m/s2，參考?jí)毫ξ恢眠x擇空氣中某一點(diǎn)。

邊界條件，上游選擇速度進(jìn)口，下游選擇水位出口。2004年中華鱘產(chǎn)卵日（2004年11月12日）葛洲壩大江、二江電廠正常運(yùn)行，二江泄水閘和沖沙閘關(guān)閉［11］。因無(wú)法獲知更詳細(xì)的流量分配，假設(shè)大江、二江電廠均勻出力［12］，產(chǎn)卵日電站下泄平均流量為10 150 m3/s，依據(jù)大江電廠965×106W和二江電廠1 750×106W的裝機(jī)容量分配，分別獲得大江電廠進(jìn)口流量為6 542 m3/s，二江電廠為3 608 m3/s。下游出口水位為42.4 m。其余邊界中左右岸和河床均設(shè)為墻體，河床粗糙厚度按照長(zhǎng)江泥沙公報(bào)中控制站點(diǎn)的年中數(shù)粒徑設(shè)置；開口處設(shè)置為空氣壓力進(jìn)口。

求解控制參數(shù)，選擇PISO算法，二階迎風(fēng)離散格式，體積分?jǐn)?shù)選擇幾何重構(gòu)，欠松弛因子先保持默認(rèn)，若后續(xù)計(jì)算過(guò)程不穩(wěn)定或發(fā)散，適當(dāng)將其調(diào)小。殘差監(jiān)測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整殘差收斂標(biāo)準(zhǔn)為10-5。時(shí)間步長(zhǎng)初始設(shè)置為0.01 s，單個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)迭代步數(shù)設(shè)置為20，計(jì)算過(guò)程中查看殘差曲線和進(jìn)出口流量，不斷調(diào)整至適當(dāng)?shù)臅r(shí)間步長(zhǎng)。

圖4 斷面位置圖［11］

3.2 模型驗(yàn)證基于葛洲壩下游產(chǎn)卵場(chǎng)2004年11月12日的底層實(shí)測(cè)流速［11，13］，切割提取相同產(chǎn)卵日同樣斷面（見圖4，由于原來(lái)的斷面1剛好在本模擬河段的外邊緣，所以去掉該斷面，原來(lái)的斷面2-12依次改為斷面1-11；并且經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）。針對(duì)每個(gè)斷面沿著底部提取相應(yīng)的流速，流速模擬結(jié)果見圖5?？梢娔M值與實(shí)測(cè)值的流速走向和大小基本吻合。

圖5 葛洲壩下中華鱘產(chǎn)卵日（2004.11.12）不同斷面的模擬流速與實(shí)測(cè)流速

圖6 葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)的功能分區(qū)

圖7 葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)截取的橫斷面空間分布

3.3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.3.1 斷面切割 根據(jù)上下產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵受精區(qū)、播卵區(qū)和著卵孵化區(qū)范圍（見圖6），分別在水平、橫向、縱向切割出不同的斷面進(jìn)行分析。水平斷面，即沿著Z方向切割出水下0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9倍水深的斷面。橫斷面為AA′～I(xiàn)I（′見圖7），其中AA′和BB′斷面處于上產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵受精區(qū)，CC′和DD′斷面處于上產(chǎn)卵場(chǎng)的播卵區(qū)，EE′斷面處于上產(chǎn)卵場(chǎng)的著卵孵化區(qū)，F(xiàn)F′和GG′斷面在下產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵受精區(qū)，HH′斷面在下產(chǎn)卵場(chǎng)的播卵區(qū)，II′斷面在下產(chǎn)卵場(chǎng)的著卵孵化區(qū)內(nèi)。沿著河道左、中、右位置切割出縱斷面，其中11′、22′和33′斷面位于上產(chǎn)卵場(chǎng)，44′、55′和66′位于下產(chǎn)卵場(chǎng)。

3.3.2 流速結(jié)果 流速不僅會(huì)影響河道淤積，還決定了生物在河流中所能接受的流體能量，對(duì)物種生物過(guò)程（如呼吸、養(yǎng)分吸收和利用等）非常關(guān)鍵，強(qiáng)烈影響了生物結(jié)構(gòu)和行為適應(yīng)性［14］。

（1）不同水深處的流速。葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)內(nèi)地形起伏較大，主流沿著河道向下，淺灘處水流較急，深潭處水流較緩。由表1可知，不同水深下水面平均流速分別為1.24、1.20、1.18、1.17、1.16、1.15、1.14、1.12和1.11 m/s，平均流速逐漸減小。

中華鱘為底棲生物，所以需特別關(guān)注偏底層流速。圖8為水下0.5倍、0.9倍斷面的流速圖，可見兩個(gè)產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵受精區(qū)和播卵區(qū)流速都明顯大于著卵孵化區(qū)流速，這正滿足著卵孵化區(qū)要相對(duì)靜止的棲息環(huán)境的要求。上產(chǎn)卵場(chǎng)底層，產(chǎn)卵受精區(qū)流速范圍為0.6～1.5 m/s，播卵區(qū)流速范圍為小于1.7 m/s，著卵孵化區(qū)流速小于1.5 m/s，大部分范圍流速小于1.3 m/s。下產(chǎn)卵場(chǎng)底層，產(chǎn)卵受精區(qū)流速范圍為0.8～1.7 m/s，播卵區(qū)流速范圍為0.8～1.9 m/s，著卵孵化區(qū)流速范圍為0.4～1.7 m/s，且大部分范圍流速小于1.3 m/s。水體在西壩深坑處存在明顯逆時(shí)針漩渦，且水體流態(tài)較混亂。

圖8 不同倍數(shù)水深處的流速圖

（2）橫斷面流速。葛洲壩壩下上、下產(chǎn)卵場(chǎng)不同功能區(qū)的流速取值范圍見表1。可見，葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)不同功能區(qū)的底層流速變化總體滿足產(chǎn)卵受精區(qū)＞播卵區(qū)＞著卵孵化區(qū)，播卵區(qū)的垂向流速變化幅度大于產(chǎn)卵受精區(qū)的特點(diǎn)，但是斷面間流速變化過(guò)程沒有那么鮮明。特別是上產(chǎn)卵場(chǎng)中，播卵區(qū)的垂向流速變化范圍與產(chǎn)卵受精區(qū)相差不是很明顯，這會(huì)影響中華鱘精卵的充分結(jié)合；著卵孵化區(qū)內(nèi)部分區(qū)域底層速度大于播卵區(qū)和產(chǎn)卵受精區(qū)，垂向流速擾動(dòng)也較大，這會(huì)導(dǎo)致中華鱘卵不能很好地附著于河床底質(zhì)上。以及下產(chǎn)卵場(chǎng)中，著卵孵化區(qū)的垂向流速變化幅度較大，過(guò)大的擾動(dòng)也會(huì)影響卵的附著孵化。

截取出的9個(gè)橫斷面發(fā)現(xiàn)均形成了二次流，但明顯上產(chǎn)卵場(chǎng)中CC′、DD′斷面的旋流較強(qiáng)烈，旋流較大且存在很多小旋流。AA′和BB′斷面的旋流主要存在于產(chǎn)卵受精區(qū)外的岸邊或表層水中。下產(chǎn)卵場(chǎng)的FF′、GG′和HH′斷面都在靠近左右岸形成了類似的三個(gè)主要旋流，II′斷面形成的旋流形式與其他三個(gè)斷面不同。圖9-圖11為上產(chǎn)卵場(chǎng)三個(gè)功能區(qū)內(nèi)斷面的流速和跡線圖。

圖9 上產(chǎn)卵場(chǎng)產(chǎn)卵受精區(qū)內(nèi)橫斷面AA′的流速圖和跡線圖（面向下游，（a）的黑圈內(nèi)是產(chǎn)卵受精范圍）

圖10 上產(chǎn)卵場(chǎng)播卵區(qū)內(nèi)橫斷面DD′的流速圖和跡線圖（面向下游）

圖11 上產(chǎn)卵場(chǎng)著卵孵化區(qū)內(nèi)橫斷面EE′的流速圖和跡線圖（面向下游）

圖12 上產(chǎn)卵場(chǎng)縱斷面流速圖（面向左岸）

（3）縱斷面流速。根據(jù)上產(chǎn)卵場(chǎng)3個(gè)縱斷面的流速（圖12）可知，AA′～BB′間底層流速大于CC′斷面（僅看斷面22′，因僅22′通過(guò)了上產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵受精范圍），CC′～DD′之間明顯垂向流速變化范圍變大。在11′和33′斷面，DD′～EE′之間流速垂向變化范圍減??；在22′斷面反而變大。

對(duì)下產(chǎn)卵場(chǎng)3個(gè)縱斷面流速分析可知，F(xiàn)F′～GG′斷間面流速變大（僅針對(duì)斷面55′，因僅55′通過(guò)了上產(chǎn)卵場(chǎng)的產(chǎn)卵受精范圍），GG′～HH′間垂向流速多變，II′斷面前后流速變小，但斷面66′的II′斷面處垂向流速變化幅度較大，底層流速較HH′斷面小。

縱斷面流速的整體變化與產(chǎn)卵場(chǎng)功能，以及橫斷面的流速分析結(jié)果相對(duì)應(yīng)。產(chǎn)卵場(chǎng)縱向流速場(chǎng)內(nèi)水流沿著地形向前流動(dòng)，沒有形成明顯的旋流。

表1 葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)的流速特征

3.3.3 渦量結(jié)果 渦旋運(yùn)動(dòng)與魚類在水中的活動(dòng)關(guān)系密切。中華鱘產(chǎn)沉性黏性卵，卵比重略大于1，通常在產(chǎn)出后5分鐘產(chǎn)生黏性，因此卵在產(chǎn)出到黏附之間的時(shí)段內(nèi)必須要和精液混合受精。而渦強(qiáng)反映了流體中渦旋存在性，反映了加強(qiáng)精卵摻混的可能性，是提高受精率的保障。

產(chǎn)卵場(chǎng)底層水深的渦量分布見圖13，可知大部分區(qū)域的渦量小于0.18 s-1。其中上產(chǎn)卵場(chǎng)產(chǎn)卵受精區(qū)渦量小于0.44 s-1，播卵區(qū)渦量小于1.62 s-1，著卵孵化區(qū)渦量小于0.53 s-1。下產(chǎn)卵場(chǎng)產(chǎn)卵受精區(qū)渦量小于0.18 s-1，播卵區(qū)渦量小于0.90 s-1，著卵孵化區(qū)渦量小于1.08 s-1。

3個(gè)功能區(qū)各斷面渦強(qiáng)基本滿足播卵區(qū)＞產(chǎn)卵受精區(qū)＞著卵孵化區(qū)，這符合播卵區(qū)需產(chǎn)生較強(qiáng)烈的回漩水，確保產(chǎn)卵受精區(qū)排出的精卵能得到充分混合和散播的要求；但上產(chǎn)卵場(chǎng)著卵孵化區(qū)渦量值大于播卵區(qū)，水體擾動(dòng)太激烈將不利于中華鱘卵附著孵化。渦強(qiáng)極值并非一直出現(xiàn)在靠近岸邊的位置，如DD′、EE′、HH′斷面就出現(xiàn)在靠河道中央位置。圖14為橫斷面AA′、DD′、EE′的渦量圖。

具體地上產(chǎn)卵場(chǎng)：AA′斷面渦量范圍為0.004 2～2.83 s-1，平均渦量0.70 s-1；BB′斷面渦量范圍為0.003 1～3.80 s-1，平均渦量0.73 s-1；當(dāng)僅在產(chǎn)卵受精區(qū)內(nèi)，AA′斷面渦量均值為0.19 s-1，BB′斷面渦量均值0.35 s-1。位于播卵區(qū)的CC′斷面渦量范圍為0.003 1～2.62 s-1，平均渦量0.39 s-1；DD′斷面渦量范圍為0.004 5～6.85 s-1，平均渦量0.73 s-1；著卵孵化區(qū)內(nèi)EE′斷面渦量范圍為0.003 4～4.51 s-1，平均渦量0.94 s-1。

下產(chǎn)卵場(chǎng)：產(chǎn)卵受精區(qū)FF′斷面渦量范圍為0.002 5～1.58 s-1，平均渦量0.43 s-1；BB′斷面渦量范圍為0.005 5～3.46 s-1，平均渦量0.35 s-1；位于播卵區(qū)的HH′斷面渦量范圍為0.003 2～1.82 s-1，平均渦量0.44 s-1；著卵孵化區(qū)內(nèi)的II′斷面渦量范圍為0.001 9～1.76 s-1，平均渦量0.28 s-1。

3.3.4 湍動(dòng)能結(jié)果 湍動(dòng)能定義為脈動(dòng)速度平方的統(tǒng)計(jì)量之半，它將脈動(dòng)具有的動(dòng)能從平均動(dòng)能中分離出來(lái)，值越大表明湍流脈動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間尺度越大。

圖13 葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)的底層渦量分布

圖14 上產(chǎn)卵場(chǎng)不同功能區(qū)的橫斷面渦量圖（面向下游）

由圖15可知，葛洲壩上產(chǎn)卵場(chǎng)的底層湍動(dòng)能范圍為0～0.15 m2/s2，其中產(chǎn)卵受精區(qū)的底層湍動(dòng)能范圍為0～0.03 m2/s2，播卵區(qū)為0～0.15 m2/s2，著卵孵化區(qū)為0～0.11 m2/s2。葛洲壩下產(chǎn)卵場(chǎng)的底層湍動(dòng)能變化范圍為0～0.11 m2/s2，其中產(chǎn)卵受精區(qū)的底層湍動(dòng)能范圍為0～0.024 m2/s2，播卵區(qū)為0～0.11 m2/s2，著卵孵化區(qū)為0～0.11 m2/s2。綜合上下產(chǎn)卵場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，大部分區(qū)域內(nèi)底層湍動(dòng)能范圍為0～0.07 m2/s2。

圖15 葛洲壩下游產(chǎn)卵場(chǎng)底層湍動(dòng)能圖

圖16 上產(chǎn)卵場(chǎng)不同功能區(qū)的湍動(dòng)能圖（面向下游）

特別地，AA′斷面的上游是大江泄水，湍動(dòng)能較大。上產(chǎn)卵場(chǎng)所在河道左邊湍動(dòng)能明顯大于右邊；下產(chǎn)卵場(chǎng)則江心處湍動(dòng)能較兩岸低。產(chǎn)卵受精區(qū)底層湍動(dòng)能小于播卵區(qū)，但播卵區(qū)和著卵孵化區(qū)底層湍動(dòng)能差異不明顯。

從上產(chǎn)卵場(chǎng)功能區(qū)的各個(gè)斷面湍動(dòng)能來(lái)看（圖16），湍動(dòng)較激烈的區(qū)域基本位于左岸上中層水體，在DD′斷面和EE′斷面湍動(dòng)較激烈區(qū)往江心和右岸偏移。具體地，上產(chǎn)卵場(chǎng)產(chǎn)卵受精區(qū)AA′斷面的湍動(dòng)能范圍為0～0.040 m2/s2，BB′斷面湍動(dòng)能范圍為0～0.055 m2/s2；播卵區(qū)的CC′斷面湍動(dòng)能范圍為0～0.13 m2/s2；DD′斷面湍動(dòng)能范圍為0～0.13 m2/s2；著卵孵化區(qū)內(nèi)的EE′斷面湍動(dòng)能范圍為0～0.7 m2/s2。

下產(chǎn)卵場(chǎng)功能區(qū)內(nèi)湍動(dòng)較激烈的區(qū)域位于水體上中層。具體地，下產(chǎn)卵場(chǎng)產(chǎn)卵受精區(qū)FF′斷面的湍動(dòng)能范圍為0～0.17 m2/s2，GG′斷面湍動(dòng)能范圍為0～0.1 m2/s2；播卵區(qū)的HH′斷面湍動(dòng)能范圍為0～0.58 m2/s2；著卵孵化區(qū)內(nèi)的II′斷面湍動(dòng)能范圍為0～0.26 m2/s2。

盡管上下產(chǎn)卵場(chǎng)各斷面底層湍動(dòng)能范圍有所區(qū)別，但底層湍動(dòng)能相互間變化不大，主要集中在0～0.055 m2/s2，特別是著卵孵化區(qū)的湍動(dòng)能沒有很明顯地區(qū)別于播卵區(qū)。

4 結(jié)論

運(yùn)用Fluent模擬了葛洲壩壩下中華鱘產(chǎn)卵場(chǎng)典型產(chǎn)卵日的三維水流過(guò)程，分析了上、下產(chǎn)卵場(chǎng)不同功能區(qū)（產(chǎn)卵受精區(qū)、播卵區(qū)和著卵孵化區(qū)）的流速、渦量、湍動(dòng)能等水力學(xué)參數(shù)的數(shù)值范圍和變化規(guī)律。底層流速在產(chǎn)卵場(chǎng)功能區(qū)內(nèi)的變化趨勢(shì)總體存在產(chǎn)卵受精區(qū)＞播卵區(qū)＞著卵孵化區(qū)的特點(diǎn)，但不同功能區(qū)對(duì)應(yīng)的流速范圍不一樣。播卵區(qū)的垂向流速變化范圍總體大于產(chǎn)卵受精區(qū)，但在上產(chǎn)卵場(chǎng)與產(chǎn)卵受精區(qū)相差不是很明顯，這會(huì)直接影響中華鱘精卵的充分結(jié)合。上產(chǎn)卵場(chǎng)著卵孵化區(qū)的底層流速范圍包含播卵區(qū)和產(chǎn)卵受精區(qū)，部分區(qū)域的流速明顯大于播卵區(qū)和產(chǎn)卵受精區(qū)，同時(shí)下產(chǎn)卵場(chǎng)著卵孵化區(qū)的垂向流速變幅較大，這些都會(huì)影響鱘卵的黏附孵化。葛洲壩壩下產(chǎn)卵場(chǎng)橫斷面均形成二次流，且跡線走向比較復(fù)雜。渦量方面基本滿足播卵區(qū)＞產(chǎn)卵受精區(qū)＞著卵孵化區(qū)的特點(diǎn)，但在上產(chǎn)卵場(chǎng)著卵孵化區(qū)渦量值明顯大于播卵區(qū)，太大的擾動(dòng)也將不利于鱘卵的附著孵化。湍動(dòng)能方面，明顯與上游大壩泄水有關(guān)，但底層湍動(dòng)能在各功能區(qū)變化不大，特別是著卵孵化區(qū)的湍動(dòng)能沒有很明顯地區(qū)別于播卵區(qū)。

中華鱘的危急現(xiàn)狀對(duì)客觀掌握其產(chǎn)卵繁殖所需的水流特性提出了更高的要求，有必要在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對(duì)中華鱘歷史天然產(chǎn)卵場(chǎng)開展更全面大量的模擬、對(duì)比分析工作。

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