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作者 ：
Jean-Fran?ois Mercier , Tecsult inc.
简介：
- 2005~2006 年 ，
SEBJ (Hydro-Quebec) 在加拿大魁北克省詹姆士湾的
伊斯特梅恩河（
Eastmain River in James Bay, Quebec, Canada.
） 建造了一座鱼梯。
- 在 2006 及
2007 两年 ，在
接续的研究中发现原本设计给鳟鱼的鱼梯并没有发挥希望的效果。
- 因此，决定采用 FLOW-3D
针对这座鱼梯进行数值模拟计算，找出鱼梯设计上可能的问题，并且加以解决！
计划位置：
- Eastmain-1 project 计划中，在伊恩斯特大坝的下游 14 公里处有一个 480 MW 的发电厂。
- 在该处有一座泄洪堰以及一座鱼梯，鱼梯的设计是为了让鱼类能够顺利进入附近小溪的产卵区。
- 大家一致认为采用鱼梯的概念，希望能够设计出最大的流量，以吸引鱼类往鱼梯的位置游动，迁移至上游。
- 该鱼梯长度达 150 米 ，由 17 个混凝土墙组合而成。这些混凝土墙长度为 15m
，混凝土墙设计了相当深的凹型槽，能够让底栖鱼类使用。鱼梯的底部以大石头铺设。
- 鱼梯的高度落差为 3 米 。
- 在正常的繁殖季节，鱼梯位置的流量为最大流量（ 22 m 3 /s ）的 45% ，鱼梯凹型槽位置的最高速度为 2, 6 m
/s 。
鱼梯最佳化设计前的状况
有待解决的问题：
- 在 2006 以及 2007 年的相继研究中，发现鳟鱼以外的鱼种可以顺利使用该鱼梯（但是鳟鱼却不行）。
- 研究指出了两个可能的问题：该鱼梯无法吸引鳟鱼，或者是该鱼梯的水流速度过快。
- 最佳化的设计关键
- 减少水流于鱼梯位置的流速，避免鱼群从泄洪堰走，吸引鱼群走鱼梯的位置。
- 让鱼梯位置的水流速度在短距离内（ 1~ 2m ）降低至 1.8m /sec 。
FLOW-3D 分析模型设定
在此分析项目中，采用了三种不同的网格尺寸， CAD 图档的部份则是分为三大部分：
• 区域模型（ regional model ）：包含了河流以及鱼梯附近的地形
• 局部模型（ local model ）：包含了凹型槽以及鱼梯周围的导流设计
• 鱼梯模型（ fishway model ）：包含了鱼梯的排列设计
- 研究显示， FLOW-3D 分析结果得到的水流高度与实际量测的高度几乎完全一致。
- 124 个实际量测点中，有 80 % 的结果与分析结果几乎重合。
- 由于实际流场相当紊乱，有时候同一个位置甚至会量测到两组差异极大的速度，因此我们对于目前 FLOW-3D 得到的结果相当满意。
分析结果与实际照片比对
分析结果显示，调整鱼梯的设计，可改变通过鱼梯的水流量大小
鱼梯的凹型槽与导流槽设计
上图显示鱼梯的修改方式。粉红色是凹型槽的设计，而灰色的部份则是导流板的设计。
凹槽附近增加导流板对于流场的影响
1. 截面显示增加导流板后的流场分析
2. 截面显示鱼梯混凝土造型对于流场的影响
3. 截面速度向量显示流场的运动状况
- 除了前述分析验证外，根据研究中量测的水文数据，搭配 FLOW-3D 进行了下列研究。
- 2006 年的研究中显示，在整个鱼梯设计中，有几个区域必须减少水流的速度。
- 在鱼梯的上游安装钢制导流板会影响整个结构体的强度，希望能够尽量避免这种设计。
- 敏感度分析：
- 水力发电厂运作时对下游的流场影响
- 不同的水流流量通过鱼梯后的速度场分布
最后修改完成后的鱼梯设计
结论：
- 2008 年夏天，研究显示修改后的鱼梯的确改变了水流的高度以及速度，量测数据显示与 FLOW-3D 分析的结果一致。
- 研究同时显示鳟鱼开始使用该鱼梯（即使流场的速度比设计速度来得高）。
- 本研究特别感谢 SEBJ (Hydro-Quebec).
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