一种大型鱼类水力学条件的研究方法技术

一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法，该方法包括以下步骤：步骤1：建立目标鱼类栖息地三维水动力学模型；步骤2：采用实测断面流速值验证模型；步骤3：利用双频声纳视频系统对目标鱼类栖息地进行监测；步骤4：采用验证好的模型对步骤3探测到的每一个目标鱼类信号出现时的流场进行模拟计算；步骤5：从模拟结果中提取出每个信号的水力学条件值；步骤6：统计目标信号在不同水力学条件值上的频次，得出适宜水力学条件；步骤7：长期对目标鱼类栖息地进行监测，反复修正。本发明专利技术为大型鱼类适宜水力学条件提供一种方法，该方法将野外监测与数值模拟相结合，可以反复修正研究结果，准确可靠，对目标鱼类不接触不伤害。

A study method for hydraulic conditions of large fish

A method for studying the suitable hydraulic conditions of large-scale fish includes the following steps: 1. Establishing a three-dimensional hydrodynamic model of the target fish habitat; 2. Validating the model with measured cross-section velocity values; 3. Monitoring the target fish habitat with a dual-frequency sonar video system; 4. Adopting the following steps: Using a dual-frequency sonar video system. The validated model simulates the flow field of each target fish signal detected in step 3; step 5: extract the hydraulic condition values of each signal from the simulation results; step 6: count the frequency of the target signal in different hydraulic condition values, and obtain the appropriate hydraulic conditions; step 7: long-term. Target fish habitat was monitored and revised repeatedly. The invention provides a method for suitable hydraulic conditions of large-scale fish. The method combines field monitoring with numerical simulation, and can revise the research results repeatedly. The method is accurate and reliable, and does not touch or damage the target fish.

【技术实现步骤摘要】
一种大型鱼类水力学条件的研究方法
本专利技术涉及生态保护领域，尤其是一种大型鱼类水力学条件的研究方法。
技术介绍
鱼类生长繁殖是栖息地环境及水文条件共同作用的结果，各种水文、水力条件均有个阈值范围，只有在这些阈值范围之内，鱼类的生长繁殖才能顺利进行。关于水力学条件阈值的定量研究，对指导鱼类栖息地条件改善具有重要意义。而对于大型鱼类，尤其是大型珍稀鱼类，无法在实验室获得其适宜水力学条件，只能在野外栖息地进行研究。需要在野外对大型鱼类进行定位和栖息地流场进行测量，目前常用的定位方法有标志回捕、超声波标志、卫星标志、水下视频、声纳技术等，但是多数方法对鱼类都有伤害。水力学条件测量方式主要有旋桨流速仪、电磁流速仪、多普勒流速仪、激光流速仪等，但是很难做到测量和定位同步进行。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法，该方法通过声纳探测和数学模型相结合，克服了目标鱼类定位和水力学条件测量不同步的困难，而且不接触不伤害目标鱼类，提供一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法。包括以下步骤：步骤1：建立目标鱼类产卵场三维水动力学模型；步骤2：采用实测断面流速值验证模型；步骤3：利用双频声纳视频系统对目标鱼类栖息地进行监测；步骤4：采用所述步骤2验证好的模型对所述步骤3探测到的每一个目标鱼类信号出现时的流场进行模拟计算；步骤5：从所述步骤4模拟结果中提取出每个信号的水力学条件值；步骤6：统计目标鱼类信号在不同水力学条件值上的频次，得出适宜水力学条件；步骤7：长期对目标鱼类栖息地进行监测，重复步骤3、4、5、6，对结果进行反复修正；即完成了目标鱼类适宜水力学条件的研究。步骤1中，三维水动力学模型(1)要求根据实际地形和建筑构件建立；(2)要求计算垂向水力学条件；(3)要求采用紊流动力模型。步骤2中，实测断面要求采用多普勒流速仪对断面各层流速值进行测量。步骤3中，要求记录监测的目标鱼类信号的位置，同时记录发现该信号时的流量、水位等水文要素以及出水口的泄流方式。步骤4中，要求计算出每个目标鱼类信号的水力学条件值。步骤3、4、5、6可以反复进行对研究结果进行修正。1、本专利技术提供一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法，首次提出一种将声纳探测和数值模拟相结合的一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法，本方法解决了鱼类定位和水力学条件测量无法同步的困难。该方法可以反复修正研究结果，结果准确可靠，不接触不伤害目标鱼类，可得到目标鱼类的适宜水力学条件。为保护目标鱼类和指导目标鱼类栖息地条件改善具有重要意义。2、采用多普勒流速仪测量断面各层流速对正常水流影响较小。3、三维水动力学模型:(1)要求根据实际地形和建筑构件建立；(2)要求计算垂向水力学条件；(3)要求采用紊流动力模型。这样可以使三维水动力学模型更加符合真实情况。附图说明图1为本专利技术步骤流程图；图2为本专利技术河道底层CS3断面流速计算值和实测值比较；图3为本专利技术河道底层CS4断面流速计算值和实测值比较；图4中华鲟信号不同流速分布情况；图5中华鲟信号不同流速的频率分布情况。具体实施方式下面结合具体实施例，对本专利技术作进一步详细的阐述，但本专利技术的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本专利技术，而非用于限制本专利技术的范围。此外，在阅读本专利技术的内容后，本领域的技术人员可以对专利技术作各种修改，这些等价变化同样落于本专利技术所附权利要求书所限定的范围。实施例1步骤1：建立目标鱼类栖息地三维水动力学模型。中华鲟是我国特有的大型溯河洄游性底栖鱼类，也是国家一级保护动物。葛洲坝工程截流后，中华鲟群体在葛洲坝下游宜昌江段形成了新的产卵场。建立葛洲坝下中华鲟栖息地三维k-ε紊流模型。具体表达式如下：(1)湍动能k方程：(2)湍动能耗散率ε方程：式中：ρ为水的密度，本文取1000kg/m3；x,y,z为三个方向距离(m)；u,v,w为三个方向的流速(m/s)；t为时间(s)；k为湍动能；ε为湍动能耗散率；μ为分子粘性系数，Gk为由平均速度梯度引起的紊动动能产生项，定义为μt为涡粘系数，μt＝ρCμk2/ε，Cμ＝0.0845；σk,σε分别为湍动能和湍能耗散率所对应的Prandtl数，取值均为1.39；Cε1、Cε2是经验常数，取值分别为1.44和1.92。中华鲟栖息地采用三维k-ε紊流模型，更加符合真实情况，能够模拟更加复杂的水流状态。步骤2：采用实测断面流速验证模型。采用葛洲坝下实测断面底层流速进行模型验证，测量时大坝下泄流量14904m3/s。各断面验证结果如图2-3所示。从图中可看出，计算得出的各断面底层流速分布规律与实测结果总体吻合较好。由此可见，本研究建立的三维水流数学模型具有较高的计算精度，能够较好地模拟葛洲坝下中华鲟产卵场三维水流运动特性。步骤3：利用双频声纳视频系统对目标鱼类栖息地进行监测。2016年11月-12月中华鲟研究所在葛洲坝下开展中华鲟自然繁殖监测工作，主要工作内容包括声纳探测、鱼获物采集、江底捞卵等，其中声纳探测采用DIDSON双频视频声纳系统，该设备是运用声频透镜系统的成像声呐，可以在昏暗的浑水中生成几乎等同影像质量图像的高清晰图像。2016年中华鲟研究所采用DIDSON双频视频声纳系统两个月共探测中华鲟信号49个，其中有47个在葛洲坝上产卵场。步骤4：采用验证好的模型对步骤3探测到的每一个目标鱼类信号出现时的流场进行模拟计算；利用三维水动力学模型对声呐探测到大江上产卵场出现的47个中华鲟信号流场分别进行模拟计算。步骤5：从模拟结果中提取出每个信号的水力学要素，本应用案例以流速为例。步骤6：统计目标信号在不同流速值上的频次，得出偏好流速；统计中华鲟信号在不同流速值上的频次如图4-5所示。可以明显看出，大部分信号出现时的流速在1.0m/s左右，其中流速分布在0.7～1.3m/s的频率占89.3％，初步选择0.7～1.3m/s作为中华鲟适宜流速范围。步骤7：长期对中华鲟栖息地进行监测，重复步骤3、4、5、6，对结果进行反复修正，最终得到更加准确的中华鲟适宜流速范围。以上所述实施例仅为本专利技术的较佳实施例，并不因此而限制本专利技术的保护范围，故凡依本专利技术之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：建立目标鱼类栖息地三维水动力学模型；步骤2：采用实测断面流速值进行验证模型；步骤3：利用双频声纳视频系统对目标鱼类栖息地进行监测；步骤4：采用所述步骤2验证好的模型对所述步骤3探测到的每一个目标鱼类信号出现时的流场进行模拟计算；步骤5：从所述步骤4模拟结果中提取出每个信号的水力学条件值；步骤6：统计目标鱼类信号在不同水力学条件值上的频次，得出适宜水力学条件；步骤7：长期对目标鱼类栖息地进行监测，重复步骤3、4、5、6，对结果进行反复修正；即完成了大型鱼类适宜水力学条件的研究。

【技术特征摘要】
1.一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤1：建立目标鱼类栖息地三维水动力学模型；步骤2：采用实测断面流速值进行验证模型；步骤3：利用双频声纳视频系统对目标鱼类栖息地进行监测；步骤4：采用所述步骤2验证好的模型对所述步骤3探测到的每一个目标鱼类信号出现时的流场进行模拟计算；步骤5：从所述步骤4模拟结果中提取出每个信号的水力学条件值；步骤6：统计目标鱼类信号在不同水力学条件值上的频次，得出适宜水力学条件；步骤7：长期对目标鱼类栖息地进行监测，重复步骤3、4、5、6，对结果进行反复修正；即完成了大型鱼类适宜水力学条件的研究。2.根据权利要求1所述的一种大型鱼类适宜水力学条件的研究方法，其特征在于步骤1中，三维水动力学模型（1）要求根据栖息地实际地...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄安阳，高勇，姜伟，白云钦，朱佳志，郜星晨，张琪，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团公司中华鲟研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42