鲟鱼通过鱼梯的研究
本文探讨FLOW-3D在鲟鱼洄游鱼梯设计中的应用。AECOM Tecsult公司通过FLOW-3D成功优化了鱼梯设计，使鲟鱼能够顺利通过，而不需进行模型试验。目前我们的土木及环境工程客户已广泛采用FLOW-3D HYDRO 进行此类模拟与分析。由于场地限制与成本考虑，模型试验在该项目中被排除在外。因此，FLOW-3D HYDRO数值模拟结果的精确性至关重要。
SEBJ（Hydro-Québec）在2005-2006年期间在加拿大魁北克省詹姆斯湾的Eastmain河上建造了一座鱼梯。2006年和2007年进行的后续研究表明，鲟鱼无法成功通过该鱼梯，而其他鱼类则能够爬上梯子。现有鱼道存在两个主要问题：对鱼类的吸引力不足及及水流速度过高。AECOM Tecsult公司的工程师决定采用FLOW-3D HYDRO进行数值模拟研究，以找到这些问题的解决方案。
重新设计鱼梯
AECOM Tecsult公司的工程师运行了三个模型，以确定改善鱼梯设计的最佳方案。
区域模型：评估河流和鱼道之间的流量分配，以最大程度吸引鱼群。在产卵季节正常情况下，鱼道以22立方米/秒接收45％的流量
局部模型：针对凹槽和导流板进行改良的模拟
鱼道模型：平衡整个鱼道长度的水位
鱼梯规格（翻修前）
长度：150米
级数：17级
落差：3米
峰值流速：2.6米/秒
鱼道设计优化前的水流情况
图1. 鱼梯45%水流对鲟鱼速度过高，无法通行
图2. 鱼梯10%水流符合鲟鱼通行所需的1.8m/s标准
图3. 使用不同的挡块（粉色）和导流板（黑色）进行测试，以找出最佳配置
数值模型验证
经过CFD模型仿真后，工程师将数值结果与实验数据进行了比对。FLOW-3D HYDRO仿真结果与水文数据中的水位高程进行了比较。在124个测得的水流速数据中，有80%与数值结果非常一致。不一致的数据地点位于高度紊流区域，同一地点进行两次不同时间的测量，结果存在显著差异。
符合标准-调整流量
工程师们决定修改鱼道壁，将流量从45%减少到15%-20%，以避免鱼直接游到堰上。相较于图1鱼道流量为45%的情况，图2显示鱼道流量为10%时的流速显著降低。图3显示了添加挡块和导流板以减缓流速。设定的标准是最大速度为1.8 m/s。如图1和图2所示，模型很好地代表了整体流动条件。
结论
AECOM Tecsult公司的工程师验证了数值模型的准确性，并利用FLOW-3D HYDRO的数据，将鱼道重新设计为适合鲟鱼攀爬的条件，避免了与现场测试相关的高昂成本。2008年夏季的后续研究显示，即使在高流量下，鲟鱼也能成功通过鱼道。
