بخشی از مقاله
مقدمه :
سدها و بندهای انحرافی موانعی برای جلوگیری از مهاجرت ماهی ها در طول رودخانه به حساب می آیند. به منظور رفع این مشکل در طراحی سد، یک سازه هیدرولیکی تحت عنوان راه ماهی در کنار سد تعبیه می شود. راه ماهی سرریز و روزنه یکی از انواع راه ماهی می باشد که مهاجرت ماهی به بالادست سد را امکان پذیر می نماید. سرعت، عمق آب و آشفتگی از پارامترهای موثر در شناکردن ماهی می باشند.
در این مقاله معادلات حاکم بر آب های کم عمق در حالت سه بعدی در راه ماهی از نوع سرریز و روزنه در سد انحرافی کرخه حمیدیه استان خوزستان با استفاده از مدل های آشفتگی مناسب حل گردید تا الگوی جریان و آشفتگی محاسبه شود.
نتایج حاصل از مدل عددی برای اندازه گیری سرعت با نتایج حاصل از میکرومولینه در راه ماهی سد انحرافی کرخه حمیدیه مقایسه شد. سرعت های به دست آمده از حل عددی بسیار قرین به داده های صحرایی می باشند. نتایج نشان می دهد که اهمیت مدل آشفتگی در شبیه سازی عددی می تواند به عنوان ابزاری موثر برای اهداف طراحی قابل ملاحظه باشد.
راه ماهی سرریز و روزنه، مهاجرت ماهی، مستهلک کننده انرژی، مدل های آشفتگی، جریان آشفته.
راه ماهی سازه هیدرولیکی است که مهاجرت ماهی به بالادست موانع طبیعی یا سدها را فراهم می کند. عمومی ترین راه ماهی از یک سری استخرهای پلکانی تشکیل شده است. جریان آب از استخری به استخر دیگر حرکت می کند. ماهی با پریدن از استخری به استخر دیگر صعودمی کند. استخرها به وسیله ی سرریز1هایی جداشده اند که سطح آب را در هر استخر کنترل می کنند. این راه ماهی به عنوان راه ماهی استخر و سرریز شناخته می شود. امروزه این نوع راه ماهی معمولا" با تقسیم کردن یک مجرای مستطیل شکل به یک سری از استخرها به وسیله ی دیوارهای عرضی ساخته می شوند. این دیوارهای عرضی مشهور به حایل2 ها می باشند. ممکن است جریان از روی سرریز عبور نکند و از روزنه هایی که دردیوارهای حایل ساخته شده است عبور کند.
این راه ماهی به عنوان راه ماهی استخر و روزنه شناخته می شود. اغلب راه ماهی های مدرن نوع استخر و سرریز همچنین روزنه هایی در دیوارهای حایل دارند، آنها هنوز به عنوان نوع استخر و سرریز معرفی می شوند درصورتی که جریان کافی بالای حایل ها برای ماهی موجود باشد تا بالای حایل ها شنا کند. درهردونوع راه ماهی استخر و سرریز و راه ماهی استخر و روزنه انرژی جریان درعبور از استخری به استخر دیگر مستهلک می شود. درراه ماهی استخر و سرریز، جریان بالای سرریز در مقایسه با حجم آب درون استخر بزرگ نیست. بنابراین برای هراستخر ممکن است تا آشفتگی جریان را جذب کند و انرژی جریان را مستهلک کند.
شرایط هیدرولیکی در طراحی این راه ماهی شامل منظور نمودن حداکثر سرعت جریان از میان روزنه ها می باشد که این سرعت نبایستی از سرعت انفجاری عبور ماهی بیشتر باشد. سرعت انفجاری یک سرعت شنای خیلی بالاست که ماهی می تواند در کمتر از پانزده ثانیه ادامه دهد . این مقدار برای ماهی های آزاد بالغ 2/5متر بر ثانیه در نظر گرفته شده است
در سال 1984 سه سطح سرعت برای راه ماهی مشخص شد که بحرانی هستند - بل : - Bell - 1984 - -1 سرعت مداوم: سرعتی که می تواند برای یک دوره زمانی طولانی ثابت نگه داشته شود.-2 سرعتی که بتوان برای دقایقی ثابت نگه داشته شود. -3 سرعت انفجاری: یک تلاش واحد و نه همیشگی. سرعت مداوم و سرعت انفجاری در دوره های بهره گیری به وسیله ماهی به ترتیب با عضلات هوازی و بیهوازی ایجاد می شوند - بیچ - . - Beach - 1984 دو سرعت بحرانی بیشتر به سرعت های بحرانی فوق الذکر اضافه شده است
شکل :1 نمایی شماتیک راه ماهی از نوع استخر و سرریز در دو حالت جریان رویه ای و غوطه ور
درساحل غربی امریکای شمالی، در سواحل اقیانوس آرام، راه ماهی ها از نوع استخروسرریز با روزنه هایی در میان حایل ها کاربردی با قدمت دیرینه در سدها دارند. در بسیاری از سدهای بزرگ روی رودخانه کلمبیا3، این راه ماهی ها با اختلاف سطح یک فوت - 30 cm - از سرحایل ها نسبت به هم، دایرشدند. در ایس- هاربور4 روی رودخانه اسنک1 نزدیک محل تلاقی اش با رود کلمبیا از راه ماهی استخروسرریز باروزنه هایی در میان حایل ها استفاده شدورفتار 5 نوع ماهی آزاد اقیانوس آرام درآن ملاحظه شد.
راه ماهی از نوع استخروسرریز در یک سد روی رودخانه یوکان2 نزدیک وایت هورس3 در سال 1959 به بهره برداری رسید - کلی - . - Clay - 1995 در سال 1985، ارسبون4 گزارش داده است که یک نوع جدید از حایل ها برای راه ماهی نوع استخر و سرریز آزمایش شده است که تعداد حایل ها کاهش یافته وارتفاع هر حایل افزایش می یابد. این طرح برای ماهی آزاد اقیانوس آرام ارائه شده است ونتیجه کار هنوز در شک باقی مانده است.
دربخش مرکزی کانادا و امریکا تعداد زیادی راه ماهی در سدهای تنظیم آب و غالبا" از نوع استخروسرریز وجود دارد. این راه ماهی ها به طور موفقیت آمیزی ماهی های والای و پایک5 را از خود عبور می دادند. انواع مختلف راه ماهی ها آزمایش شده بود ولی به علت شرایط ورودی جریان که تحت تاثیر نوسان های بزرگ جریان قرار می گرفت عملکرد نامناسبی داشتند
در کانادا 35 راه ماهی در استان های آلبرتا، ساسکاچوان و مانیتوبا6 گزارش شده است وتقریبا" همه از نوع استخروسرریز هستند - واشبورن و جلیس اسوس، . - Washburn & Gillis Assoc - 1985 - از زمان های پیشین راه ماهی نوع استخر و سرریز در شکل های مختلف در اروپای غربی استفاده شده است. در ایسلند - مک گراس - - McGrath - 1960 راه ماهی ها در سدها را مطالعه کرد.
او یک نوع راه ماهی استخر و سرریز را در سرریز پارتین7 روی رودخانه شانون8 با ارتفاع 26 فوت و بالابر ماهی بورلند در سه سد روی رودخانه لایفی9 و روی رودخانه لی10 با ارتفاعهای 58.99 فوت و 45 فوت و راه ماهی از نوع استخر و روزنه در دو سد روی رودخانه ایرن11 با ارتفاعهای 94 فوت و 33 فوت و دیگر انواع بالابرهای ماهی در آردنا کروشا12 روی رودخانه شانون و روی رودخانه کلادی 13 در کانتی دونیگال14 را فهرست کرد.
او گزارش داد که بیش از 6000 سالمون اطلس از طریق روزنههای مستغرق راه ماهی روی رودخانه ایرن سالیانه عبور میکنند و تعداد کمتری از دیگر تاسیسات عبور میکنند. در انگلیس و ولز با توجه به گزارشات - بیچ - Beach - 1984 - راه ماهی نوع استخر و سرریز و نوع دنیل به طور گسترده ای استفاده شده اند. انواع دیگر مانند استخر و روزنه مستغرق زیاد یافت نمیشود.
در اسکاتلند راه ماهی از نوع استخر و سرریز با روزنه مستغرق به طور موفق برای عبوردادن سالمون اطلس به کاررفته است. همچنین راه ماهی از نوع استخر و سرریز بدون روزنه و بالابرهای ماهی از نوع بورلند استفاده شده است. - زارنکی - - Zarnecki - 1960 توانایی صعود تروت دریایی15 را از راه ماهی گزارش کرد.
همچنین گذرگاههای استخر و سرریز مناسب برای عبور سالمون در دو سد روی شاخه فرعی رودخانه ویسچولا16 در لهستان یکی با 10 متر ارتفاع و دیگری با 32 متر ارتفاع وجود دارند. نشریه دیگر توسط ساکروویس17 و زارنکی - 1962 - منتشر شد که گذرگاه ماهی در غرب و شرق اروپا را مطالعه کردند و نتیجه گرفتند که راه ماهی نوع استخر و سرریز برای سالمون خوشایند بوده است. در ژاپن تقریبا" 1400 راه ماهی وجود دارد و اغلب از نوع استخر و سرریز هستند.
