上海析?？萍加邢薰?--FLOW-3D中國指定代理

作者 ： Jean-Fran?ois Mercier , Tecsult inc.
簡介：

• 2005~2006 年 ， SEBJ (Hydro-Quebec) 在加拿大魁北克省詹姆士灣的 伊斯特梅恩河（ Eastmain River in James Bay, Quebec, Canada. ） 建造了一座魚梯。
• 在 2006 及 2007 兩年 ，在 接續的研究中發現原本設計給鱒魚的魚梯并沒有發揮希望的效果。
• 因此，決定采用 FLOW-3D 針對這座魚梯進行數值模擬計算，找出魚梯設計上可能的問題，并且加以解決！

計劃位置：


Eastmain-1 project 計劃中，在伊恩斯特大壩的下游 14 公里處有一個 480 MW 的發電廠。 在該處有一座泄洪堰以及一座魚梯，魚梯的設計是為了讓魚類能夠順利進入附近小溪的產卵區。 大家一致認為采用魚梯的概念，希望能夠設計出最大的流量，以吸引魚類往魚梯的位置游動，遷移至上游。 該魚梯長度達 150 米 ，由 17 個混凝土墻組合而成。這些混凝土墻長度為 15m ，混凝土墻設計了相當深的凹型槽，能夠讓底棲魚類使用。魚梯的底部以大石頭鋪設。 魚梯的高度落差為 3 米 。 在正常的繁殖季節，魚梯位置的流量為最大流量（ 22 m 3 /s ）的 45% ，魚梯凹型槽位置的最高速度為 2, 6 m /s 。


魚梯最佳化設計前的狀況

有待解決的問題：

• 在 2006 以及 2007 年的相繼研究中，發現鱒魚以外的魚種可以順利使用該魚梯（但是鱒魚卻不行）。
• 研究指出了兩個可能的問題：該魚梯無法吸引鱒魚，或者是該魚梯的水流速度過快。

• 最佳化的設計關鍵
  • 減少水流于魚梯位置的流速，避免魚群從泄洪堰走，吸引魚群走魚梯的位置。
  • 讓魚梯位置的水流速度在短距離內（ 1~ 2m ）降低至 1.8m /sec 。

FLOW-3D 分析模型設定


在此分析項目中，采用了三種不同的網格尺寸， CAD 圖檔的部份則是分為三大部分：
? 區域模型（ regional model ）：包含了河流以及魚梯附近的地形
? 局部模型（ local model ）：包含了凹型槽以及魚梯周圍的導流設計
? 魚梯模型（ fishway model ）：包含了魚梯的排列設計

• 研究顯示， FLOW-3D 分析結果得到的水流高度與實際量測的高度幾乎完全一致。
• 124 個實際量測點中，有 80 % 的結果與分析結果幾乎重合。
• 由于實際流場相當紊亂，有時候同一個位置甚至會量測到兩組差異極大的速度，因此我們對于目前 FLOW-3D 得到的結果相當滿意。

分析結果與實際照片比對




分析結果顯示，調整魚梯的設計，可改變通過魚梯的水流量大小
魚梯的凹型槽與導流槽設計


上圖顯示魚梯的修改方式。粉紅色是凹型槽的設計，而灰色的部份則是導流板的設計。
凹槽附近增加導流板對于流場的影響
1. 截面顯示增加導流板后的流場分析

2. 截面顯示魚梯混凝土造型對于流場的影響

3. 截面速度向量顯示流場的運動狀況


除了前述分析驗證外，根據研究中量測的水文數據，搭配 FLOW-3D 進行了下列研究。 2006 年的研究中顯示，在整個魚梯設計中，有幾個區域必須減少水流的速度。 在魚梯的上游安裝鋼制導流板會影響整個結構體的強度，希望能夠盡量避免這種設計。 敏感度分析：

• 水力發電廠運作時對下游的流場影響
• 不同的水流流量通過魚梯后的速度場分布

最后修改完成后的魚梯設計

結論：

• 2008 年夏天，研究顯示修改后的魚梯的確改變了水流的高度以及速度，量測數據顯示與 FLOW-3D 分析的結果一致。
• 研究同時顯示鱒魚開始使用該魚梯（即使流場的速度比設計速度來得高）。

本研究特別感謝 SEBJ (Hydro-Quebec).