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水 利 学 报

2025 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2025）07-0853-09

自适应库水位变幅的竖缝式鱼道出口优化及通过性分析

郑铁刚 ，张志广 ，孙双科 ，李广宁 ，柳海涛 ，温静雅 3
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（1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟及调控国家重点实验室，北京 100038；
2. 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024；3. 生态环境部环境工程评估中心，北京 100041）
摘要：在过去的 30 年里，竖缝式鱼道是国内外流行的鱼道设计型式之一。鱼道出口段水深设计是影响整个鱼道运
行过程中鱼类洄游的主要因素之一。为了适应鱼道上游水位的频繁变动，提出了一种新的竖缝式鱼道出口段设计
方法，鱼道出口段由深水段、溢流段和浅水段三部分组成。通过开展物理模型试验与数值模拟计算对鱼道出口段
水力特性进行详细研究。研究结果表明，无论鱼道出口处的水位如何，浅水段的水深和速度分布都是均匀的；但
由于溢流段的设置，深水段的水力学指标沿程分布不均匀，受壅水影响导致溢流段上游池室竖缝断面流速降低；
不同上游水位条件下，溢流段通过溢流平衡了鱼道出口和入口之间的流量，且溢流量满足薄壁侧堰泄流关系式。
综合分析可见，鱼道出口段水力特性满足洄游鱼类上溯需求，表明竖缝式鱼道单出口设计方案是可行的，适用于
日调节水库。
关键词：竖缝式鱼道；单出口；水位变幅；溢流段；水力特性
中图分类号：TV131 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240742

1 研究背景

竖缝式鱼道是国内外应用最多的鱼道型式，占我国已建鱼道约 60% 左右 ［1-3］ 。鱼道研究是鱼类生
态行为学与水力学等多学科交织的课题，其中水力学特征是影响鱼道成败的关键因素之一 ［4-7］ 。Raja⁃
ratnam 等 ［8-9］ 率先系统性开展了竖缝式鱼道池室体型的研究，并提出了系列无量纲方程来表示鱼道运行
参数。基于此，随后的几十年里学者们针对竖缝式鱼道进行了不同程度的优化研究，例如：Quaranta
等 ［10］ 分析了不同底板坡度对竖缝式鱼道池室水力特性的影响；Marriner 等 ［11］ 基于现场试验与数值模拟
开展了竖缝式鱼道转弯段的优化研究工作；Zheng 等 ［12］ 采用水力学与生物学相结合的方法提出了适合
我国草鱼上溯的竖缝式鱼道结构型式。此外，还有部分学者针对鱼道进口吸引流开展研究，提出了适
宜提升过鱼效率的吸引流流量或流速大小等 ［13-15］ 。上述研究为鱼道池室及进口段设计运行提供了强有
力的技术支撑。
鱼道出口段是连接鱼道主体与上游水库的重要建筑物。考虑到鱼道出口位置选择不合适，上溯鱼
类可能将被带入取水口区域或进入缺乏正常生存条件的水域，进而产生威胁 ［16-17］ 。因此，关于鱼道出
口段，目前学者们较多地关注鱼道出口位置的适宜性选择。例如：陈静等 ［18］ 、骆辉煌等 ［19］ 分别指出
了鱼道出口位置的选择要求，指出鱼道出口通常位于水库岸边，且该区域内流速量值低于洄游鱼类的
巡航游泳速度，同时远离溢洪道或发电厂房进水口，以尽量减少洄游鱼类非自愿地从溢洪道或发电厂
房下行的风险；王猛等 ［20］ 、陈申 ［21］ 分别结合实际工程分析了鱼道出口附近区域流场等水力特性，并
进行了必要的优化以适应洄游鱼类继续上溯。

收稿日期：2024-11-14；网络首发日期：2025-06-30
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网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250630.0854.001
基金项目：国家重点研发计划项目（2022YFC3204203）；重大工程科研项目（12IJG202400055，2020070604-ky-2021-09，KY20240281）
作者简介：郑铁刚 （1983-），博士，正高级工程师，主要从事生态水力学研究。E-mail：zhengtg@iwhr.com
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