姜红羽 胡宇祥 王思铭

摘 要：过鱼水轮机的目的是在保证水轮机正常工作的前提下，提高鱼类的存活几率。本文通过相关资料查阅，总结了鱼类通过水轮机时的受伤机理，并从机械结构、流体动力学、鱼类生物特性方面进行可行性探讨，可为我国“过鱼水轮机”的进一步研发与设计提供参考依据与建议。

关键词：过鱼水轮机;损伤机理;设计

水利水电工程的建设会对环境造成了一定负面影响。鱼类在穿过水轮机，或者被吸入水轮机时将遭受严重的伤害。据文献介绍，对于普通的水轮机，鱼类通过水轮机的死亡率超过30%。本文探讨了鱼类通过水轮机的受伤机理，提出了过鱼水轮机的设计可行性及建议，旨在使水利工程与自然生态协调发展。

1 水轮机过鱼损伤机理研究

鱼类通过水轮机可能的损伤分为机械、压力、剪切力和空蚀等四类：

（1）机械伤害。鱼类在水轮机流道内与水轮机组件以及管壁的摩擦、碰撞可造成鱼类的机械损伤。其损伤程度与水轮机转速、流量、叶片数有关。水轮机转轮转速越快，过鱼撞击死亡率越高。

（2）压力伤害。鱼在水轮机管道系统内经受快速的压力改变，会造成器官和组织的损伤损伤，损伤程度取决于鱼的种类和压力变化速率。

（3）空蚀伤害。空化汽泡的溃灭产生的高压冲击波，致使鱼类经过附近时受到损伤。

（4）剪切力伤害。在固体与水流的交界面处会出现较大的剪切力，例如叶片前缘处。当鱼类进入水轮机系统的剪应力区域时，鱼会受到致命的伤害。

2 现有过鱼水轮机的设计理念

2.1 转桨式过鱼水轮机的设計理念

对于转桨式过鱼水轮机可以减少和消除缝隙，避免对鱼类造成挤压伤害，其中包括导叶处的缝隙，转轮体、叶片之间的缝隙。合理布置导叶，使其位置、方向趋向一致，避免或减少扰流，是鱼类造成压力损伤和机械伤害。

2.2 混流式过鱼水轮机的设计理念

对于混流式过鱼水轮机，可以减少叶片的个数，以降低对鱼类造成机械伤害的概率，并尽可能地加大流道尺寸。对于叶片个数较少的水轮机，可以采用较长叶片代替，以维持相同的装机容量。将导叶和尾水管上部锥管表面采用光滑处理，以减少对鱼类造成擦伤。

3 对过鱼水轮机设计的思考

对于各类水轮机的机械结构改进，可以减小剪切力和空蚀，但是严重影响水轮机的运行效率，因此可以从流体动力学、生物学方面进行研究

3.1 流体动力学方面

随着计算模拟技术的不断发展，可以通过计算流体动力学（CFD）对水轮机的流场进行数值模拟，以分析水轮机内部水力学特性，研究不同工况下的转速和压力分布状况，分析对鱼类存活率的影响。

3.2 生物学方面

过鱼水轮机的研发还可以结合该流域典型鱼类的体型、习性等特征展开。在特定的水轮机水力学特性和几何外观条件下，不同尺寸的鱼体通过水轮机后存活率是不相同的。还需要从生物学的角度来确定水力学特性导致各种鱼类受伤害的程度以及死亡的极限值，这样其性能设计也可以针对某些特定通过水轮机的鱼类展开。

总之相对于发达国家，我国在该领域的研究还有很长的路要走。对于符合环保标准又高效的过鱼水轮机，应当积极大力开展研发设计工作。

参考文献：

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[6]欧阳波.用电子鱼测试水轮机对鱼类的作用力[J].水利水电快报，2000.

基金项目：大学生创新创业项目

作者简介：姜红羽（1999-），女，吉林辽源人，本科，研究方向：水利水电工程。

*通讯作者：胡宇祥（1983-），男，吉林吉林人，博士，讲师，主要从事农业水土工程方面研究。