A fishway is a structure on or around artificial and natural barriers, such as dams, locks and waterfalls, to help fishes' natural migration. In this paper, a computational fluid dynamics (CFD) code, termed SNUFOAM is used to analyze vertical hydraulic characteristic of rollway of fishway. Volume-of-fluid (VOF) method was used to handle free-surface. It is important to determine the factors influencing flow characteristics in fishway because fish use directional information from the flow characteristics to navigate through fishway. Fishway was modeled in 2-D and the influence of the stream velocity, slope, and weir height of fishway was tested. In results, the transition Reynolds number was $2{\times}10^5{\sim}3{\times}10^5$.
Fishways are constructed to ensure the fish migration because river-crossing structures such as dams and weirs cut off the stream longitudinal connectivity and influence on aquatic ecosystems. However, the passage efficiency of fishes varies depending on flow characteristics in the fishway and fish species. In this study, three-dimensional numerical simulations are carried out using a RANS model and the volume of fluid method for resolving free surface fluctuations to calculate the turbulent flow in the pool and weir type fishway. The Flow velocity and turbulent kinetic energy in the pool of fishway are analyzed according to variation of the upstream water level and the length of pool. The present numerical simulations reasonably well reproduce the stream flow and plunging flow characteristics in the pool. The simulation results show that the stream flow changes to the plunging flow as the length of the pool increases. When the upstream level increases, the stream flow becomes more evident. Key parameters related to the fish migration within the fishway such as the flow velocity and the turbulent kinetic energy are examined to assess the ascending possibility of fishes.
In this study, flow patterns in the ice-harbor fishway were analyzed according to fluctuations of the upstream water level, an increase of weir interval, and the presence or absence of orifices using a three-dimensional commercial numerical model, Flow-3D. In order to prove the suitability of the numerical simulation results, the flow velocity and flow rate at the exit of the fishway were observed using a 3D ultrasonic velocimetry on an actual ice-harbor fishway installed downstream of the Daegok bridge in Gyeongan-Cheon. Four types of turbulence modules can be selected for the Flow-3D model. As a result of verification with observation data, the RNG model best described the flow characteristics in the ice-harbor fishway. The velocity structure in the fishway according to fluctuations of the upstream water level was simulated. The results showed that the plunging flow and the streaming flow were mixed at the lowest water level. When the water level increased about 10 cm or more from the lowest water level, the plunging flow disappeared in all pools and only the streaming flow occurred. Contrary to expectations, even when the water level is rose a little, the flow simply occurred mainly on the streaming flow. If the interval between the weirs is increased, both the plunging flow and the streaming flow are showed continued even if the water level rises. In addition, compared to the case where there are no orifices at the bottom of the weirs, the plunging flow tends to be generated in several pools. It is necessary to prevent blocking orifices through active management so that various flow patterns in the fishway can be generated in multiple pools.
The purpose of this study is to analyze the hydraulic characteristics of the ice-harbor fishway by considering its geometrical form and utilize such analysis results as the foundational database to be used when establishing fishways in the future. first of all, the study realizes the same form as an ice-harbor fishway that is currently implemented via a FLOW-3D model and estimated the parameters that were optimal to the numerical mock test. Then, this study analyzed the level of sensitivity of the flow conditions which fluctuated due to the changes in geometrical changes by adjusting the inclination and pocket spacing by using the estimated optimal parameters. As a result, the study arrived at the following conclusions. The vortical velocity increased and had a significant effect on the inclination of the fishway. Furthermore, as the velocity within the vorticity increased due to the narrowed vortical area, it was determined that further studies on vorticities or the determination of the design method for the decrease in vortical velocity were imperative.
Jo, Jae An;Han, Eun Jin;Kim, Young Do;Baek, Kyong Oh
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.5
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pp.1841-1850
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2013
The various types of fishways are installed at the multi-functional weirs in the four major rivers to minimize the negative effect due to the construction of the transverse structures. The movable weir was installed at the upstream of the ice-harbor type artificial fishway of the Dalseong weir in the Nakdong river, which can control the fishway flowrate regardless of the river flowrate. The incoming flowrate to the artificial fishway is closely related with the hydraulic characteristics that dominate the fish passage efficiency. Thus, it is crucial to find out the weir operation rule for properly sustaining efficient fish-passage, such as the optimized flowrate. In this study, the FLOW-3D was used to analyze and compare the various hydraulic characteristics associated with the passage efficiency, based upon the given different flowrate, and subsequently provide the optimized flowrate for the fishway movable weir to maintain the best efficient flow condition for the fish-passage.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.49
no.5
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pp.11-20
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2007
In this study, we reviewed the optimal space for the fishway and fish storage establishment in the section between the downstream of the Hwacheon dam and the confluence of the Pungsan river. The hydraulic stability of these facilities was also examined. In the section between the downstream of Hwacheon dam and the confluence of Pungsan river, the release flow of Hwacheon dam was set at $5,495m^3/s,\;6,110m^3/s$ and $7,537m^3/s$, and numerical simulations were executed for each instance using the HEC-RAS model and RMA-2. In the analysis of the flow velocity distributions in the subject section by release flows of Hwacheon dam, it was shown that there was over 5.0m/s of high flow velocity at Sta. $#1{\sim}Sta.$ #3, Sta. $#4{\sim}Sta.$ #6, and Sta. $#12{\sim}Sta.$ #13 of the sections analyzed in this study. The Sta. $#0{\sim}Sta.$ #1 was considered appropriate for the fishway and fish storage establishment. As seen in the results of the numerical stability review by release flow conditions of Hwacheon dam subject to the selected available areas fur fishway and fish storage, the topographically available section for the establishment of fishway and fish storage exists at Sta. $#1{\sim}Sta.$ #3 when the release flow of Hwacheon dam is $5,495m^3/s$, whereas Sta. $#0{\sim}Sta.$ #1 should be reviewed for the subject section for the establishment of fishway at release flows of $6,110m^3/s$ and $7,537m^3/s$, in addition to the figures gathered at the $5,495m^3/s$ release flow. Finally, the available section for the establishment of fishway and fish storage was determined to be Sta. $#0{\sim}Sta.$ #3. Further, if fishway and fish storage are established in the outer bank within this section, the high flow velocity section should be avoided. An alternative would be to establish for the fishway in the inner band on the section of Sta. #1 or Sta. #3.
In this study, hydraulic characteristics for upstream migration of fish in a pool-and-weir fishway were analyzed through experiment. The results showed that streaming flow was preferable to plunging flow for upstream migration of fish and it was not good to make an orifice beneath the septum since it generates turbulent jet and eddies. Protrusions on the side wall of fishway were preferable to grooves since they decelerate flow velocity and make upstream migration easy. A vertically movable septum was necessary for a flushing of deposited bed material, and net installing over fishway was also needed for birds not to approach the fishway and eat fish.
Chanjin Jeong;Dong Hyun Kim;Hyung Suk Kim;Seung Oh Lee
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.2
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pp.65-73
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2023
Fishways are essential structures that must be installed in rivers to facilitate the movement of fish between upstream and downstream areas. However, the efficiency of fish passage varies depending on the flow conditions within the fishway. Therefore, this study examined the fish-friendly flow characteristics within a stepped fishway at different overflow depths using FLOW-3D, and conducted experiments for model validation. The key parameters affecting fish swimming ability include velocity, turbulent kinetic energy, and energy dissipation rate. These factors were assessed using a simulated fish species, the zacco platypus, to evaluate the suitability of fish-friendly flow condition. It was confirmed that overflow depth significantly influences fish behavior, and an appropriate overflow depth is required for stepped fishway design. The results of this study are expected to serve as fundamental data for the design of stepped fishways in the future.
Park, Seong-Yong;Choi, Ji-Woong;Yoon, Byung-Man;Kim, Seo-Jun
Journal of Korea Water Resources Association
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v.41
no.1
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pp.75-85
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2008
The pale chub (Zacco platypus) is a dominant species that migrates locally and inhabits in rivers in Korea. The fish movement at confluences or hydraulic connections is very important especially for the life of small fish as pale chub. If main stream and off-channel habitats are connected with culverts, they would restrict the fish movement due to the high flow velocities and low depths. In foreign conturies, design flow conditions of fish friendly culvert, including flood flow capacity and fish-passage flow capacity, were assigned. Installation of culvert fishways is one way to improve the fish-passing capacity of culverts. On the contrary, in Korea, the design flow of culvert contains only the flood flow capacity. The effect of the fish passage with offset baffles was tested with the fixed velocity method in an experimental flume. As a result, An occasion velocity 1.2m/s, proportional success of pale chubs pass is maximum 20% improve than without baffle flume for energy dissipate. Offset baffle fishway(baffle height 5cm) provides that resting areas and/or a continuous channel of low velocity water in culverts. Especially, short baffle areas are domain where the pale chubs pass. And, FLOW-3D, a three dimentional numerical model, was used in order to evaluate detailed hydraulic characteristics and application possibility in a culvert fishway design.
This study deals with hydraulic characteristics and their effects on upstream migration of fish by the weir type in a pool-weir fishway, and presents an optimal type of weir for an easy upstream migration. Experiment was performed to estimate hydraulic conditions by the weir type and to determine which type was good. The results showed that a rectangular weir with a small rectangular notch installed by a zig-zag type was preferable to a simple weir with no notch or to a trapezoidal weir, since it makes possible for upstream migration even when a water level draws down and moreover, it makes falling flow through a notch which facilitates upstream migration. It was proposed that the notch must be designed that the flow situation may keep the streaming flow so long as the maximum flow velocity does not exceed the critical swiming velocity, i.e., the dimensionless flow rate may exist whthin the range of 0.27 and 0.41.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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