王智娟，朱世洪2,周 赤，黃明海，姜伯樂

(1.長江科學(xué)院 水力學(xué)研究所，武漢 430010； 2.長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 航建室，武漢 430010)

1 研究背景

河道中修建閘壩等建筑物后，魚類生存環(huán)境被改變，洄游通道被切斷，魚類活動受到影響。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的逐漸增強(qiáng)，水利建設(shè)也開始從工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變，如何保護(hù)洄游性水生物的洄游通道，有效保證魚類的生存繁衍，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生，成為水生態(tài)領(lǐng)域和水利工程的迫切需求。

魚道是通過修建坡度較緩的水槽并在其中設(shè)置卡口，將大壩水位差分解成多個較小落差，從而幫助魚類洄游通過的工程措施。傳統(tǒng)的魚道按卡口型式不同主要有池式、槽式和橫隔板式等[1]。簡單的池式和槽式魚道，由于水頭適應(yīng)性較差，較少應(yīng)用；橫隔板式水流條件易于控制，水頭適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，故近代魚道大多采用此種形式[2]。但是，由于此類傳統(tǒng)的魚道一般是按照水工水力學(xué)的流速、水深等指標(biāo)要求進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，魚道邊界采用漿砌石或混凝土建造，從而使其環(huán)境較為生硬，與魚類生活的自然環(huán)境差別較大，導(dǎo)致很多魚道過魚效果不好，甚至有些魚道被廢棄[3-4]。

仿自然魚道從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合魚類習(xí)性、水力特性、生態(tài)保護(hù)以及模擬天然河道內(nèi)的水流特征等來進(jìn)行設(shè)計(jì)，底坡一般采用較為天然的石塊起伏錯落堆砌而成，邊坡采用土、巖石、植物等制作，收縮卡口一般采用可透水的生態(tài)石籠或者條石等材料制作，不僅滿足水力學(xué)指標(biāo)，還使整個仿自然通道形成深潭-淺灘的形狀，盡可能地模仿了坡度變化豐富的天然河道“蜿蜒曲折、灘潭相間、主急側(cè)緩、有深有淺”的特點(diǎn)[5]，且在過水邊界覆蓋植被，為魚類提供友好的環(huán)境。由于仿自然過魚通道的近天然特性，不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)魚道對于魚類遷移的需要，還可以有效地維護(hù)生態(tài)的連續(xù)性和完整性，具有較強(qiáng)的生態(tài)效應(yīng)，已逐漸成為魚道建設(shè)的新趨勢[6]。

仿自然型魚道自問世以來，在歐洲、北美、澳大利亞、日本等地區(qū)得到了較多應(yīng)用。比如伊泰普水電站的仿自然魚道，很好地滿足了魚類洄游產(chǎn)卵等需求，改善了大壩下游魚類的恢復(fù)繁殖條件[7]。巴西的Santo Antonio工程，包含了仿自然過魚通道，盡可能地減少對魚類生態(tài)的破壞。德國的Loue河上的鮭魚自然旁路渠道和法國西南部的Adour河上修建的西鯡魚自然旁路渠道，均對生態(tài)的連續(xù)性起到了較好的效果[8]。

堅(jiān)持黨的領(lǐng)導(dǎo)，是國有企業(yè)的獨(dú)特優(yōu)勢，是國有企業(yè)必須堅(jiān)持的一項(xiàng)重大政治原則。黨的重心在基層，活力在基層。面對新時期黨組織的重大任務(wù)與責(zé)任，以抓重點(diǎn)、多舉措、重實(shí)效的工作思路，探索將“活力黨建”落細(xì)于企業(yè)管理，傳遞活力、動力、能力，逐步形成體系、形成文化，讓黨建成為生產(chǎn)經(jīng)營的源泉和永動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)以黨建活力提升率先發(fā)展活力，凝聚科學(xué)發(fā)展合力，激發(fā)創(chuàng)新發(fā)展動力[1]。

對于優(yōu)化體型結(jié)構(gòu)布置方案進(jìn)行了1∶5的物理模型試驗(yàn)。在過魚通道的所有接觸水流的部位，包括過魚通道側(cè)壁、底部，隔墩消能墩的側(cè)壁和底部進(jìn)行仿自然化，過魚通道底部和側(cè)壁及隔側(cè)壁墩采用短軸長約為15～25 cm的近橢圓體鵝卵石，消能墩側(cè)壁和頂部采用5～15 cm的較小的鵝卵石。對過魚通道模型進(jìn)行仿自然化后形態(tài)見圖5。

由于斷面窄深,魚道內(nèi)各水力學(xué)特性受各內(nèi)部結(jié)構(gòu)體型及邊壁的影響較大，流場對結(jié)構(gòu)變化敏感性很高。初步的研究發(fā)現(xiàn)，主要的影響因素包括斷面形狀、收縮卡口型式、內(nèi)部消能措施等。斷面形狀受場地及水力學(xué)指標(biāo)等影響，可通過水力學(xué)計(jì)算確定。收縮卡口的形狀與面積、卡口間距以及卡口和池室內(nèi)其它消能工相互關(guān)系等，決定了魚道的阻力、落差、流速、流態(tài)等整體流場特征，因此,卡口設(shè)置得是否合理是整個仿自然魚道成敗的關(guān)鍵,需要經(jīng)過水力學(xué)試驗(yàn)及數(shù)值模擬計(jì)算后，反復(fù)對比研究確定?？诩捌涓浇鼌^(qū)域流速是魚道的最關(guān)鍵水力指標(biāo)，為滿足魚類上溯需求,要控制其在魚類的臨界流速之下，是水力學(xué)試驗(yàn)和計(jì)算需要解決的最主要問題,也是本文需要重點(diǎn)攻克的難題。初步分析及試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，卡口和內(nèi)部消能設(shè)施對流場的影響主要有以下3個方面特點(diǎn)：

長期以來，中國和東盟的藝術(shù)高校的對外合作與交流重點(diǎn)區(qū)域在歐美，雙邊交往以政府主導(dǎo)為主，且合作較少。近年來，隨著中國和東盟經(jīng)貿(mào)關(guān)系日益密切，藝術(shù)高校之間也頻繁互動，相互認(rèn)可程度逐年提高，雙方也有意提升合作水平，由此呼喚出雙邊交流與合作創(chuàng)新機(jī)制。

影響窄深型仿自然魚道過魚效果的因素很多，本文的主要研究目的是結(jié)合實(shí)際工程，基于過魚種群實(shí)際游泳能力，按照魚道設(shè)計(jì)流量、水深及池室間落差的要求，經(jīng)過水工模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算，探索出既能滿足仿自然魚道基本形態(tài)特征，又能實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)過魚種群流場需求的解決方案，是拓寬仿自然魚道研究領(lǐng)域的新嘗試。

2 窄深型仿自然魚道水流結(jié)構(gòu)主要影響因素初步探討

為了滿足仿自然魚道自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及魚類對水流條件的需求，仿自然魚道采用寬淺型過水?dāng)嗝孑^為適宜，寬深比一般在10以上，目前國內(nèi)外尚無寬深比5以下的仿自然魚道先例。以往窄深型斷面均修建為傳統(tǒng)魚道結(jié)構(gòu)，但是，隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，在某些魚類資源豐富的、河道斷面較為狹窄的河道修建水電工程時，也有建設(shè)仿自然魚道的需求。如我國長江上游某擬建水電站中，由于該河段魚類資源豐富，對魚類保護(hù)要求非常高，傳統(tǒng)豎縫式魚道過魚目標(biāo)較為單一,不能滿足多目標(biāo)過魚種群的需要,因而需要建設(shè)仿自然魚道，但由于河道狹窄，魚道寬度受到整體布置限制，斷面非常窄深,因此便產(chǎn)生了窄深型仿自然魚道。窄深型斷面由于水深較大，流速、流態(tài)等水力學(xué)特性受邊壁變化影響較大，流速垂向和橫向分布變化劇烈，要兼顧蜿蜒曲折特性和魚類的洄游流場要求，特別是對于多目標(biāo)過魚種群，對流速要求跨度大，難度較高，加上目前并無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)借鑒,因此需要進(jìn)行全面的分析研究。

(1)收縮卡口的形狀和大小是總體阻力的決定因素，其形狀和大小決定了整個流場分布特點(diǎn)。通過在魚道內(nèi)部規(guī)律性地布置收縮卡口，形成一個個池室，用于分配落差、塑造流場和消能加糙。進(jìn)行初步研究時，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概化和歸類，主要有以下3種體型及布置，如圖1所示。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，卡口處隔墩形狀對局部流場影響很大。采用圖1(a)和圖1(b)的梯形橫剖面的隔墩體型，卡口處過水?dāng)嗝嫔蠈捪抡菀自诘撞啃纬筛吡魉賲^(qū)，而一些生活在底部的小型魚和幼魚，游泳能力較差，更加難以跨越。特別是圖1(b)的梯形中墩型式，兩側(cè)水流通道更為狹窄，邊壁效應(yīng)對水流產(chǎn)生的側(cè)收縮較強(qiáng)，容易導(dǎo)致卡口處流速過高，超過魚類的極限游泳能力。相比之下，采用圖1(c)類矩形斷面的隔墩體型，不僅體型簡單，底部過水?dāng)嗝娣艑捄笏鳁l件得到改善。另外，收縮卡口需要有合適的大小，卡口面積小，則卡口附近流速相對較大，易于超標(biāo)；而如果卡口面積過大，會使魚道內(nèi)阻力下降，流量、流速、落差等指標(biāo)增大，亦無法形成適合的流場環(huán)境。因此，卡口面積和形狀是決定魚道水力條件的重要指標(biāo)。

圖1 常見的卡口隔墩體型

(2)收縮卡口間距決定了池室長度及池室間落差，并且影響著整體流態(tài)。水流經(jīng)過卡口后進(jìn)入池室，過流面寬度增加，會產(chǎn)生縱向和橫向擴(kuò)散，但由于池室斷面仍舊相對狹窄，擴(kuò)散過程中主流遇到兩側(cè)邊壁后折返往復(fù)。池室長度是決定主流的折返過程和能否充分?jǐn)U散的主要因素。池室過短需要的隔墩數(shù)較多，不僅造成工程浪費(fèi)，還可能導(dǎo)致水流調(diào)整不充分，從而無法形成有效的水流環(huán)境。池室過長則池室間落差過大，導(dǎo)致卡口處水面跌落過大，流速過高，因此池室長度也是決定魚道水流條件的重要指標(biāo)。

有關(guān)的回測，指的就是企業(yè)以及金融機(jī)構(gòu)在化解有關(guān)的潛在風(fēng)險(xiǎn)的時候，開展的有關(guān)回顧性的總結(jié)工作。借助回測工程，可以幫助企業(yè)及時地總結(jié)出金融隱患的種類，而且可以有針對的做出反應(yīng)，這樣可以更好地避免出現(xiàn)同類的金融動作風(fēng)險(xiǎn)，而且要是出現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)的時候，可以及時地做出反應(yīng)。

(3)卡口及池室內(nèi)的輔助消能工可對局部流場進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同魚類對流場的要求。對于窄深型的仿自然魚道，往往會產(chǎn)生流速過于集中的現(xiàn)象，必要時需要在池室內(nèi)布置消能輔助設(shè)施，用于調(diào)整局部流場，其大小和位置決定了其消能效果。另外，底部加糙型式也對改變整體流場分布起到一定的作用。

圖6(a)顯示，卡口處表層流速靠近隔墩及中部流速基本在1.5 m/s以上，最大值為1.95 m/s，另一側(cè)略小，最大值為1.05 m/s。進(jìn)入池室后，過流斷面加寬，流速有所降低。主流由前一個收縮卡口逐漸轉(zhuǎn)向后一個收縮卡口。通過對表層流場流速>1.5 m/s區(qū)域范圍分析，存在流速<1.5 m/s的連通區(qū)域，該區(qū)域最小寬度在1.6 m左右?？梢孕纬缮舷掠芜B通的<1.5 m/s的流速通道。同樣，圖6(b)顯示，根據(jù)中部流速分布特點(diǎn)為靠近大隔墩側(cè)流速較高，另一側(cè)較低，通過流速>1.5 m/s區(qū)域范圍分析，存在流速<1.5 m/s的連通區(qū)域，該區(qū)域最小寬度在1.4 m左右。圖6(c)顯示，底部流速值基本在0.5 m/s以下，僅個別點(diǎn)>0.5 m/s，最大值為0.69 m/s，已經(jīng)基本能夠滿足底部流速≤0.5 m/s的要求，以保證底部弱小魚類順利通過。因此，由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用優(yōu)化體型后，在收縮卡口處表層、中部和底部均存在連通的滿足要求的低流速區(qū)，可以滿足不同游泳能力魚類通過。

3 問題的解決方法

3.1 研究實(shí)例

以某水電站仿自然過魚通道1∶5局部模型試驗(yàn)研究為例，對窄深型仿自然魚道開展了一系列的試驗(yàn)研究。受該電站場地限制，魚道池室斷面較為窄深，魚道總寬度7.0 m，設(shè)計(jì)水深3.0 m, 寬深比2.33，屬于非常窄深型的斷面。邊坡采用透水砂石制作的鋼筋石籠堆砌而成，除去邊坡寬度后，過水面寬度頂部6.4 m，底部5.0 m，斷面更為窄深，設(shè)計(jì)流量為10 m3/s。經(jīng)調(diào)研，主要有長薄鰍、紅唇薄鰍、圓口銅魚、圓筒吻鮈、異鰾鰍鮀、中華金沙鰍6種產(chǎn)漂流性卵魚類的卵苗通過該江段。由于過魚目標(biāo)種群范圍較廣，根據(jù)對當(dāng)?shù)剡^魚目標(biāo)種群的調(diào)查研究，要求仿自然通道底部流速≤0.5 m/s，中部和表層≤1.5 m/s，流速要求跨度較大[12]。

經(jīng)過大量的摸索研究和優(yōu)化，基本確定池長及卡口面積等大的構(gòu)架，如圖2所示，隔墩形狀為橫斷面為矩形的立柱，并在大隔墩對側(cè)布置小隔墩，兩個卡口之間間距為10.0 m，即池室長度為10.0 m，經(jīng)初步試驗(yàn)該體型基本可以滿足各個池室水深3.0 m、各池室間落差不超過0.1 m等要求。但通過內(nèi)部流場測量發(fā)現(xiàn)，仍存在局部流速的嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象，卡口及其上下游主流區(qū)域流速基本在1.5 m/s以上，局部超過2.0 m/s，底部流速也在1.0 m/s左右。針對收縮卡口附近底部區(qū)域流速也超標(biāo)嚴(yán)重現(xiàn)象，又開展了大量的試驗(yàn)和計(jì)算研究工作，分別進(jìn)行了卡口底部增加消能柱、池室內(nèi)增加消能柱、卡口處設(shè)置導(dǎo)流隔板等消能方案，圖3為幾種典型優(yōu)化方案。其中圖3(a)為在卡口處增加圓柱形消能柱，以期達(dá)到降低卡口流速作用，但測量發(fā)現(xiàn)，該方法可使圓柱后部流速降低，但圓柱間隙中流速相反卻有所增加，更加不利于底部魚類通過。圖3(b)為在圖3(a)的基礎(chǔ)上，在池室中增加消能柱，希望通過整體加糙達(dá)到整個底部流速下降的目的，但是經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該方法在卡口附近底部流速仍非常高，達(dá)到了1.5 m/s左右，無法形成滿足需要的流速通道。圖3(c)是在圖3(b)基礎(chǔ)上作進(jìn)一步的調(diào)整，在高流速區(qū)和低流速區(qū)之間增加隔板，以期在一側(cè)形成一個低流速通道，但由于卡口處流場能量較高，水流可越過隔板沖入底部，經(jīng)多次調(diào)整隔板位置及大小，均無法實(shí)現(xiàn)低流速通道的設(shè)想。卡口及其附近底部流速仍在1.0 m/s左右，無法滿足底部流速<0.5 m/s的要求。

定義傳輸速率超過閾值的用戶數(shù)量與總用戶數(shù)量的比值為歸一化網(wǎng)絡(luò)滿意度，記為Unet=|{n:n∈N,vn>vth}|/N.

圖2 主體結(jié)構(gòu)初步優(yōu)化體型

圖3 優(yōu)化過程對比方案

圖4 優(yōu)化體型不同層結(jié)構(gòu)

3.2 問題解決思路

局部的流速超標(biāo)，對魚類來說也是無法逾越的鴻溝。經(jīng)進(jìn)一步分析，以流量為10.0 m3/s計(jì)算，卡口處斷面平均流速達(dá)到了1.1 m/s，由于卡口處斷面更為窄深，流場受兩側(cè)邊壁影響較大，水平方向流場集中非常明顯，全斷面流速基本都超標(biāo)，要想實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)種群的上溯要求，需采用新的思路。經(jīng)不斷摸索總結(jié)，擬通過內(nèi)部體型調(diào)整，對窄深型仿自然魚道流場進(jìn)行“垂向分層、橫向分區(qū)”(圖4)。“垂向分層”的總體思路是：充分利用水深比較深的特點(diǎn)，將流場沿水深方向按流速分層，針對不同的魚類的通過要求，在不同水深層分別為其創(chuàng)造水流條件，使其能各取所需。比如，為游泳能力強(qiáng)的魚類創(chuàng)造適合的流速區(qū)間和空間，同時可以最大程度地分擔(dān)總流量，緩解弱小魚類通行難度；對于游泳能力差的弱小魚類，可以利用其體型較小的特征，在底部增加輔助設(shè)施，為其創(chuàng)造流速條件?！皺M向分區(qū)”的思路是：由于窄深型仿自然魚道斷面本身較為狹窄，在斷面縮窄時，容易造成流速的橫向收縮，從而產(chǎn)生流速集中，會導(dǎo)致全斷面流速超標(biāo)，即使游泳能力較強(qiáng)的魚類也有可能無法穿越，同時又受到過魚通道流量、水深等要求的限制，很難完全消除高流速區(qū)。為了解決這個問題，在垂向分層的基礎(chǔ)上，對流場進(jìn)行橫向分區(qū)，水平方向通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化制造出高流速區(qū)和低流速區(qū)，但需保證低流速區(qū)的聯(lián)通性與足夠的寬度，從而滿足魚類通行要求。通過垂向分層和橫向分區(qū)的思路，可將窄深型的特點(diǎn)充分利用，不僅允許高流速區(qū)的存在，還可以充分利用高流速區(qū)分擔(dān)流量，從而緩解低流速區(qū)的壓力。

雜，物理模型試驗(yàn)測量有一定的局限性，因此還進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型計(jì)算，并對比計(jì)算值與試驗(yàn)值以對其進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)算采用與物理模型相同的邊界條件進(jìn)行，數(shù)值計(jì)算模型見圖7，結(jié)果見圖8。

4.虛擬現(xiàn)實(shí)。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景和實(shí)體行為系統(tǒng)仿真，它利用計(jì)算機(jī)生成模擬環(huán)境，使學(xué)員沉浸到該環(huán)境中。網(wǎng)龍網(wǎng)絡(luò)公司研發(fā)了紅色革命教育題材VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）體驗(yàn)項(xiàng)目“飛奪瀘定橋”，帶上VR 眼鏡，就能真實(shí)感受紅軍長征中的戰(zhàn)斗場景。同時該公司還開發(fā)了《星火相傳》《古田會議》等VR 課程，旋轉(zhuǎn)手機(jī)場景也隨視角改變，立體真實(shí)的畫面給學(xué)員帶來身臨其境之感。

3.3 物理模型試驗(yàn)研究

目前我國仿自然魚道建設(shè)得較少，但隨著國家對生態(tài)環(huán)境的日益重視，科研工作者已開展了大量的研究工作。孫雙科和張國強(qiáng)[9]對環(huán)境友好的近自然型魚道進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的工程魚道相比，仿自然型魚道由于構(gòu)建了魚類熟悉的水流流態(tài)， 因而往往具有更高的過魚效率。于廣年和王義安[10]采用正態(tài)1∶20整體物理模型，對低水頭樞紐仿生態(tài)魚道進(jìn)行水力學(xué)試驗(yàn)研究，對池室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系列優(yōu)化試驗(yàn)，得出了適合國內(nèi)魚類的低水頭航電樞紐仿生態(tài)魚道平面布置方案。楊宇等[11]進(jìn)行了魚道的生態(tài)廊道功能研究，引入景觀生態(tài)學(xué)中提高河流連接度的思想，在設(shè)計(jì)魚道的過程中既考慮水工水力學(xué)和生態(tài)水力學(xué)的要求，又兼顧景觀生態(tài)學(xué)的原理，使最終建成的魚道不但滿足過魚的要求，同時還應(yīng)滿足提高景觀連接度的要求。

圖5 優(yōu)化體型仿自然化模型照片

主流經(jīng)過卡口處時，產(chǎn)生較強(qiáng)收縮，主流偏向隔墩一側(cè)，另一側(cè)邊壁處約有1.0 m左右寬度范圍流速較低，出卡口后，主流逐漸向?qū)?cè)擴(kuò)散，受后一個隔墩阻擋作用，主流轉(zhuǎn)向下一個卡口部位。由于該體型在卡口上下增加高度分別為1.0 m和2.0 m的小隔墩，對主流向邊壁擴(kuò)散產(chǎn)生一定的阻擋作用，在前一隔墩后部和后一隔墩對側(cè)邊壁處會出現(xiàn)一個較低流速區(qū)，且該低流速區(qū)在池室中部和上一級低流速區(qū)連通。

本文進(jìn)行了流量為10.0 m3/s的試驗(yàn)，觀測了魚道內(nèi)表層流態(tài)，測量了表、中、底部流速分布。

圖6 物理模型流速試驗(yàn)值

針對以上窄深型仿自然魚道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，對于該類窄深型仿自然過魚通道，水流結(jié)構(gòu)變化較多，受邊壁影響很大，其流場非常復(fù)雜，具有明顯的三維特性。為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)魚類通過的水流條件，需要采取新的研究思路與方法。

圖7 數(shù)值模型

3.4 數(shù)值模擬計(jì)算研究

由于魚道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)

基于“垂向分層、橫向分區(qū)”的設(shè)想，形成了優(yōu)化體型結(jié)構(gòu)布置方案。主體上，首先將小隔墩取消，僅單側(cè)交替布置大隔墩(圖4(a))，適當(dāng)增加卡口面積。在大隔墩對側(cè)上下游布置輔助的高度較低的中高隔墩(圖4(b))，在此兩個中高隔墩的遮擋作用下，在卡口處該側(cè)形成了低流速區(qū)，使卡口處表層和中部流速形成了可以滿足過魚條件的足夠的水域?qū)挾?。在大隔墩同?cè)后部，為了防止經(jīng)過卡口后的中上層主流侵入底部，設(shè)置了中低隔墩(圖4(c))。對于底部，制定了有別于表層和中部的方案，在池室中部和卡口處分別采用了在橫向條狀消能墩(圖4(d))的方案，經(jīng)過反復(fù)消能，以期形成整體的低流速區(qū)。經(jīng)過對結(jié)構(gòu)體型的整體優(yōu)化后，在不同層形成不同的平面和立體結(jié)構(gòu)，從而使不同層形成不同的流態(tài)，且可以相互影響和補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)流場的立體分層和橫向分區(qū)。

這套書一共5本，分別描述了花金龜、圣金龜、大孔雀蛾、節(jié)腹泥蜂等家族和直翅目家族等。每一幅畫和每一段文字都充滿著作者對法布爾先生的敬意，也體現(xiàn)了作者跟昆蟲融為一體的境界。

圖8 數(shù)值模型流速計(jì)算值

圖8(a)和圖8(b)分別展示流速>1.5 m/s的流速區(qū)間，圖8(c)為底部流速分布等值線圖。整體來看，計(jì)算值流速分布規(guī)律與試驗(yàn)值分布規(guī)律相似。從圖中可知：在上層，收縮卡口處流速在1.0～1.9 m/s之間，最大流速均在大隔墩墩頭附近，約為1.9 m/s；在中部水深處，大隔墩至對側(cè)中高隔墩之間流速較高，流速大小在1.4～1.5 m/s之間，但>1.5 m/s的區(qū)域較少。池室內(nèi)主流流速均在1.5 m/s以下；計(jì)算的底層流速分布基本與試驗(yàn)的底層流速分布一致，大隔墩上下游兩側(cè)的通道流速最大，上游側(cè)最大流速均接近0.5 m/s，下游側(cè)最大流速最大值接近0.7 m/s，中隔墩附近2條底部通道流速較小，在0.1 m/s以下。

式中:Q*,GH,ΔM分別為雙堆垛機(jī)執(zhí)行出庫任務(wù)運(yùn)行時間的數(shù)學(xué)期望、貨架重心高度、成組貨架質(zhì)量差的絕對值，已于式(10)中詳細(xì)描述；分別為當(dāng)代棲息地中，對應(yīng)各目標(biāo)函數(shù)的最大值。以此為HSI，可以保證：①HSIQ*最大的貨位分配方案雙堆垛機(jī)執(zhí)行出庫任務(wù)運(yùn)行時間的數(shù)學(xué)期望最小；②HSIGH最大的貨位分配方案貨架重心高度最低；③HSIΔM最大的貨位分配方案成組貨架質(zhì)量差的絕對值最小。

綜上，數(shù)值模擬與物理模型試驗(yàn)的流場特點(diǎn)及流速分布基本一致，在表層和中部均能找到足夠?qū)挾鹊倪B通流速<1.5 m/s的區(qū)域，而底部流速基本在0.5 m/s以下，能夠滿足不同種群魚類的上溯需求。

4 結(jié)論與討論

(1)本文結(jié)合理論分析、物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬的方法，對窄深型仿自然魚道進(jìn)行了較為全面的研究，總結(jié)歸納了影響窄深型仿自然魚道內(nèi)水力學(xué)指標(biāo)的主要因素及其相互關(guān)系。

(2)以工程實(shí)例為研究背景，對窄深型仿自然魚道流場構(gòu)建進(jìn)行進(jìn)一步的研究。通過魚道內(nèi)部結(jié)構(gòu)體型的立體變化，將流場“垂向分層，橫向分區(qū)”，從而實(shí)現(xiàn)了表、中、底部均有足夠的寬度滿足過魚流速要求，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型計(jì)算驗(yàn)證，兩者流場分布吻合較好。

(3)由于窄深型仿自然魚道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滿足多目標(biāo)種群通過的難度較高，本文的研究是對此問題的初步探索，解決了特定條件下的工程問題，而進(jìn)一步的總結(jié)歸納分層分區(qū)的普適規(guī)律，各層各區(qū)之間的相互影響以及魚類在此種流場中的適應(yīng)性等，需要進(jìn)一步深入研究并完善。