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针对水电站机组检修期间尾水洞停机脱水导致溯流聚集鱼类死亡问题,结合尾水区域高流速、作业空间受限等特殊工况,提出一种基于脉冲直流电的临时性拦鱼电栅系统设计方案.通过分析尾水水流特性与鱼类趋电行为规律,提出 4 种电栅布置方案,从结构稳定性、施工可行性、环境影响及经济性等方面开展综合比选.结果表明,布置于尾水洞出口两侧低流速回流区、配备水平旋转调节机构的方案 4 综合性能最优,其球形配重与刚性连接设计能够有效抵御水流冲击,多锚栓、大底座结构增强了锚固可靠性.水力计算、结构有限元分析及锚固稳定性验算表明:在 0.6 m/s 极限流速下,系统最大等效应力为29.3～40.8 MPa,最大位移为 11.2～11.4 mm,均满足设计要求.研究成果可为长江流域鱼类资源保护及水电工程绿色运维提供参考.
水电站尾水洞拦鱼电栅脉冲直流鱼类保护生态运维
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[目的]为探究不同驱离方式(光照、声音、气泡幕)对许氏平鲉幼鱼的驱离效果.[方法]本研究采用室内水槽实验,设置 3 类驱离工况:光照(颜色:白光、蓝光、绿光;强度:5 000、8 000 和 10 000 lx)、声音(频率:150、300 和 450 Hz;声压级:130、140 和150 dB re 1 µPa)和气泡幕(气量为60、120 和180 L/min;鱼群密度为1.56、2.35 和3.13 尾/m2),系统评估其驱离效果.[结果]气泡幕作为最优驱离手段,在气量为 120 L/min、鱼群密度为2.35 尾/m2 的条件下驱离效果最佳,驱离率达66.7%±5.4%,平均驱离距离达(2.35±0.16)m.相比之下,光照与声音的驱离效果不显著,其中光照方式的驱离率不高于 25%,声音方式的驱离率低于 30%.[结论]气泡幕在特定参数下能显著提高许氏平鲉幼鱼的驱离效率,而光照与声音对其驱离作用较弱.上述研究结果可为核电站取排水口等海洋工程场景中的鱼类驱离装备选型、拦鱼设施设计及鱼群行为干预提供理论参考与技术支撑.
许氏平鲉光照声音气泡幕驱离效果
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环北部湾广东水资源配置工程是跨流域调配水资源的国家水网骨干工程.工程聚焦解决粤西水资源短缺问题,采用"一江两库三分干"布局,注重生态修复,退减地下水超采量,保障生态基流,增设拦鱼栅和增殖放流措施.规划建设雷州半岛灌区和储水网络,推动水美乡村建设,满足城乡生活、工业和农业灌溉需求,提升节水潜力,助力粤西产业升级.该工程为国家水网建设提供"广东方案",助力区域可持续发展.
水资源配置工程水资源短缺生态修复
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该文基于全球视角,系统梳理了拦鱼设施技术创新的新进展与发展趋势,研究表明:① 现代可调节式物理屏障通过结构创新将适用河道宽度范围扩展达10～50 m,以提升河道拦鱼效率;② 人工智能识别系统可实现目标鱼种的高精度计数和体长测量;③ 生态复合材料在发挥阻隔或防渗防污性能的同时,降低对生态环境的影响.布兰登路跨流域分级拦鱼系统和中国滇中引水工程大跨度拦鱼设施,验证了生态优先理念与智慧管理手段协同的重要性;未来技术发展需着力突破极端环境适应性、多目标协同优化及成本效益平衡等挑战,推动拦鱼设施向智能化、生态化和标准化方向演进,为全球水域可持续管理提供科技支撑.
拦鱼设施物理屏障拦鱼效率智能识别生态复合材料阻隔协同优化
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针对目前市面上的拦鱼电栅存在输出脉冲电压不能连续可调,单极脉冲电极易腐蚀且系统扩展性和网络化程度普遍较低的问题,基于电力电子及自动化和物联网技术设计一种拦鱼电栅装置.以欧姆龙网络型PLC为中控核心,结合物联网关通讯,实现系统易扩展性和控制网络化及远程化;使用PWM脉冲发生器输出高频(50 kHz)脉冲控制同步BUCK电路中MOSFET通断实现连续调压的目的;使用PWM脉冲发生器输出低频(≤30 Hz)脉冲控制脉冲发生电路中的IGBT通断实现输出频率和占空比可调的电源脉冲;通过选用驱动芯片和设计保护电路实现安全及可靠的MOSFET和IGBT通断控制过程.结果显示:拦鱼电栅输出脉冲电压连续可调具有更好的适配性,可实现拦鱼效果与环境的匹配;双极脉冲的拦鱼电栅作用电压比单极脉冲的拦鱼电栅作用电压低10～15 V,且效果更明显.该研究为电栅拦鱼的研究提供了部分试验依据和素材,也为拦鱼电栅系统设备的发展提供了技术设计参考.
拦鱼电栅装置电路设计程序设计FINS/TCP协议物联网
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铁电晶体管(ferroelectric field-effect transistor,FeFET)兼具无损读取、低功耗以及栅压可调的非易失沟道电导等优势,被认为是实现高性能人工突触器件的重要候选之一.为满足神经形态系统对多模态信息处理的需求,本研究设计并制备一种融合电信号与光信号感知功能的 FeFET型突触器件.采用 Hf0.5Zr0.5O2(HZO)作为铁电栅介质层,以光敏 Sb2Se3 半导体作为导电沟道层,成功制备出 Sb2Se3 铁电晶体管.实验结果表明,通过调控栅极电脉冲参数,该器件能够有效模拟兴奋性突触后电流(excitatory postsynaptic current,EPSC)、双脉冲易化(paired-pulse facilitation,PPF)以及短时程可塑性到长时程可塑性转变等一系列生物突触行为.在手写数据集识别任务中,该器件实现了 90.2%的识别精度.在光信号感知方面,该器件在 405～1 050 nm的宽光谱范围内表现出优异的光电响应特性.当光信号与电信号协同输入时,该器件成功实现了布尔逻辑"与"运算,展现了在光电信息感知与逻辑处理方面的综合性能.研究为开发高效多模态的神经形态计算系统提供了新的材料与器件选择.
铁电晶体管人工突触Sb2Se3Hf0.5Zr0.5O2
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西北荒漠半荒漠草原地区是我国风能资源富集区,集中式大型风电场运行会对鸟类产生怎样的影响,且其主要影响因素尚未得到关注.于2024年春季和秋季,采用栅格抽样法对宁夏太阳山风电场的鸟类多样性及其相关环境因子进行了调查研究.结果表明:风电栅格鸟类群落多样性特征指标低于对照栅格;风电机组密度和额定功率显著影响鸟类群落多样性,中等额定功率(2000 kW)风电机组所在区域鸟类多样性水平相对较高;风电机组运行产生的噪声强度并未对鸟类多样性产生明显影响,而电磁辐射强度显著影响春季鸟类群落的均匀度;与风电机组的距离是影响鸟类群落多样性的首要因素,鸟类对风电机组存在一定的规避效应,此外,风电机组尺寸、植物丰富度和高度等也是影响太阳山风电场鸟类多样性的重要因素.因此,在荒漠半荒漠草原地区风电场规划与建设过程中,可通过增加间距降低风电机组密度、优先架设中等额定功率的风电机组、定向提升风电场内部植被丰富度与平均高度等实现鸟类多样性保护与绿色能源开发的协同优化.
风电场鸟类多样性环境因子半荒漠草原宁夏
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针对深远海大型设施养殖平台单体产量突破百吨级后面临的活鱼高效起捕难题,设计了一种利用离心水泵驱动形成稳定负压的大流量吸鱼系统.基于理想气体状态方程得出:液位变化仅为集鱼箱容积总高度的10.3％以内就能形成适于吸鱼的工作压力,在此基础上设计了集鱼箱装置关键尺寸,并利用多孔介质模型构建拦鱼格栅模型,基于VOF与CFD-DEM耦合方法对吸鱼过程流动进行三维瞬态数值分析.数值结果表明:吸鱼过程液位保持基本恒定,压力波动范围在-37.5～-26.5 kPa之间,最大压力变化率为0.037 kPa/s,远低于鱼类损伤阈值,工作压力相对初始值(负压-35 kPa)的变化不到7％;集鱼箱内鱼群分布随着流量增大呈显著差异:流量为150 m3/h时鱼群初期沿进口至出水口密集分布,后期缓慢扩散;流量为225 m3/h时因高流量则强涡流作用使鱼群更快分散至箱体四周,且流速越高扩散越明显;拦鱼格栅处的鱼群聚集行为随流量增加呈非线性变化:流量150 m3/h时数量较稳定,流量200 m3/h时波动加剧,接触数量峰值达55条,流量225 m3/h时非稳态波动显著,与拦鱼格栅接触数量为63条,占总接触数量的32％,说明流量升高会增加堵塞风险,需要通过弧形格栅设计、扩大开口尺寸及增设导鱼通道优化拦鱼格栅结构以降低堵塞风险,进一步提升吸捕量.
深远海养殖平台吸鱼装置压力波动堵塞预测三相流离散元模型
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大型混合式抽水蓄能电站具有抽水和发电的双向调节能力,其运行过程显著改变了进/出水口附近水域流态.在抽水工况下,下水库进/出水口下游将形成局部反向流速区,阻碍鱼类上溯行为,影响依托工程过鱼设施效果.本文以四川某大型混合式抽水蓄能电站为研究对象,针对电站运行时阻碍鱼类上溯的影响,综合考虑混合式抽水蓄能工程枢纽布置、运行方式、河段水文水力学特性以及技术可行性,提出了"布设脉冲式拦鱼栅+下水库电站鱼道内增设集鱼设施进行集运鱼"的过鱼设施优化方案,为同类工程过鱼方案优化设计提供了技术参考.
大型混合式抽水蓄能电站过鱼设施反向流鱼类上溯
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[目的]探求动水条件下利用声驱鱼技术能否提高鱼道进口的通过数量.
[方法]本研究在室内搭建1∶50的湘河水利枢纽物理模型并在鱼道进口上游的河道内布置水下扬声器,以不播放声音为对照,探讨捕食者的声音和脉冲声能否在动水条件下阻拦鱼类在河道的上溯行为,提高鱼道进口通过率,并以齐口裂腹鱼为研究对象进行监测.
[结果]①供试声音均在动水条件下发生变形,但变形后的声音仍高于环境噪声且仍处于鲤科鱼类接收的频率范围内;②供试声音均能使鱼类产生较为明显的负趋音行为,且声场呈现"中间强,两端弱"的趋势,声场横向衰减速率快于纵向;③当河道流速为0.15 m/s、鱼道进口流速为0.40 m/s时130 dB脉冲声的驱鱼效果最佳,当河道流速为0.15 m/s、鱼道进口流速0.60 m/s时130 dB扬子鳄吼叫声驱鱼效果最佳;④鱼道进口流速为0.40 m/s时,130dB扬子鳄吼叫声实验组和130 dB脉冲声实验组的鱼道进口通过率均显著高于对照组,声音类别和鱼道进口流速对鱼道进口通过率存在显著影响,且鱼道进口流速和声音类别对鱼道进口通过率存在交互影响.
[结论]在流水条件下,声驱鱼技术能在一定程度上阻止鱼类在河道内的上溯.本研究旨在为声驱鱼技术的工程应用和优化水电站的生态调度提供一定的科学依据和参考价值.
齐口裂腹鱼负趋音行为扬子鳄吼叫声水利工程脉冲声
