基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法，在预设检测位置采集鱼卵；对采集的鱼卵的发育时间进行鉴定得到鱼卵的漂流时间；建立网格化的二维水流模型，并计算二维水流模型中每个网格节点的流速；基于二维水流模型中每个网格节点的流速及鱼卵的漂流时间，将每颗采集到的鱼卵运动作为一个模拟对象进行反演计算，实现对产卵场的定位。本发明专利技术基于二维水流数学模型将水流进行了网格化，从而计算得到了水流的流场分布，再根据鱼卵的采集位置及漂流时间推演定位鱼类产卵场的位置。与现有技术中将水流视为匀速流体的方式相比，本发明专利技术考虑了不同位置的水流流速的不同，进而极大地提高了鱼类产卵场定位的精确性。

【技术实现步骤摘要】
基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法
本专利技术涉及定位
，具体涉及基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法。
技术介绍
长江是世界第三大河流，复杂多样的地貌地形造就了长江流域生境及物种的多样性，鱼类资源的种类和数量都在世界上占据着重要地位。鱼类资源是长江生态环境演变的指示性生物，而鱼类资源的保护首先是其生境的保护，而鱼类生境保护的核心是“三场一通道”，即产卵场、越冬场、索饵场以及回游通道生境的营造与保护。产卵和鱼卵的顺利孵化是鱼类繁殖和生长发育的基础，而漂流性鱼卵在随水迁移的同时进行孵化。在长江上游分布有20余种产漂流性卵的鱼类(如胭脂鱼和四大家鱼)，具有不可替代和十分重要的经济和物种价值。随着各个大型水利工程的建设和运行，长江上游的产卵场数量、位置和产卵规模或发生根本性的变化。目前，长江上游产漂流性卵鱼类产卵场的确切信息相当匮乏，给长江上游生态航道建设以及鱼类资源的保护带来了极大的不便。自20世纪80年代以来我国修建了大量水利工程和大规模整治河道，极大改变了河流鱼类原有的产卵和栖息环境。加之过度捕捞等人为原因，致使鱼类资源大量减少。例如，对于产漂流性鱼卵的青鱼、草鱼、鳙和鲢(四大家鱼)，其种群数量明显下降，渔获量占比从1974年的46.2％下降到1990年的10％左右。捕捞规格下降，渔获物呈小型化、低龄化趋势，四大家鱼资源量明显下降。而产卵场是鱼类栖息地中重要且敏感的场所。鱼类资源量下降与产卵场条件受到破坏密切相关，产卵场规模缩小、产卵场水动力条件的改变使鱼类产卵时间、产卵量受到影响，从而影响鱼类资源量。鱼卵是鱼类生长发育和繁殖的基础，鱼卵运动是鱼类早期发育的一个重要阶段。四大家鱼等漂流性鱼卵的孵化过程是在漂流的过程中进行的，因此鱼卵漂流运动关系着鱼类的成功孵化和资源补充。一直以来，产卵场位置主要依据所采到的各种不同发育期的鱼苗、鱼卵，同时依据当时的水温和流速来推算出卵苗漂流距离,推断产卵场位置：L＝VTL一漂流性鱼卵的漂流距离，单位为m；V一采集江段的平均流速，单位为m/s；T一胚胎发育所经历的时间，单位为s。沿用至今的产卵场位置推算方法主要利用采集到卵苗的发育时间和江水平均流速，反推上游产卵场位置。估算的产卵场范围往往在20至40公里，有些甚至达70公里，推算误差可达数十公里，不利于鱼类产卵场定位和开展精准保护。因此，如何对鱼类产卵场进行精确定位，成为了本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术实际解决的问题包括：如何对鱼类产卵场进行精确定位。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法，包括：S1、在预设检测位置采集鱼卵；S2、对采集的鱼卵的发育时间进行鉴定得到鱼卵的漂流时间；S3、建立网格化的包括产卵场的二维水流模型，并计算二维水流模型中每个网格节点的流速；S4、基于二维水流模型中每个网格节点的流速及鱼卵的漂流时间，将每颗采集到的鱼卵运动作为一个模拟对象进行反演计算，实现对产卵场的定位。优选地，步骤S3包括：S301、获取包括产卵场的二维水流模型，并将二维水流模型网格化；S302、基于对应到河道地形得到水体深度信息；S303、基于水体深度信息及二维水流数学模型计算每个网格节点的流速。优选地，二维水流数学模型包括：水流连续方程ξ方向动量方程η方向动量方程k输运方程ε输运方程式中，ξ和η分别表示正交曲线坐标系中的两个正交曲线坐标；u和v分别表示沿ξ和η方向的流速，Cξ和Cη分别表示正交曲线坐标系中的拉梅系数，xξ和yξ分别表示沿ξ方向的坐标，xη和yη分别表示沿η方向的坐标，H表示水位，t表示时间，h表示水深；g表示重力加速度，σξξ、σξη、σηξ和σηη均表示紊动切应力υt表示紊动粘性系数，υt＝CμK2/ε，k和ε分别表示紊动动能及紊动耗散系数，k和ε分别分别由对应的运输方程确定Pkv和Pεv均表示因床底切应力所引起的紊动效应，与摩阻流速u*之间的关系为：Cμ、σk、σε、C1ε和C2ε均为经验系数，n为糙率系数。优选地，步骤S4包括：S401、获取鱼卵初始位置坐标，并将其作为鱼卵当前位置坐标；S402、基于鱼卵当前位置坐标对应的网格节点流速计算平面二维水流流速Vx0和Vy0；S403、基于公式计算鱼卵上一时刻位置，式中，X和Y为鱼卵上一时刻位置坐标，X0和Y0为鱼卵当前位置坐标，dt为时间步长；S404、若T-dt＝0，则将X和Y作为产卵场坐标，T表示鱼卵漂流时间；若T-dt＞0，则将T-dt作为新的鱼卵漂流时间，将鱼卵上一时刻位置坐标作为鱼卵当前位置坐标，将上一时刻作为新的当前时刻，返回执行步骤S402。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术基于二维水流数学模型将水流进行了网格化，从而计算得到了水流的流场分布，再根据鱼卵的采集位置及漂流时间推演定位鱼类产卵场的位置。与现有技术中将水流视为匀速流体的方式相比，本专利技术考虑了不同位置的水流流速的不同，进而极大地提高了鱼类产卵场定位的精确性。附图说明为了使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为本专利技术公开的基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法的方法流程图；图2为现有的一维水流计算示意图；图3为本专利技术中对一具体水流进行网格化的示意图；图4为图3对应的深度示意图；图5为图3对应的流场分布示意图；图6为基于网格节点流速计算平面二维水流流速的示意图；图7为二维流场分布示意图；图8为单颗鱼卵反演推算示意图；图9为多颗鱼卵反演推算示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术公开了基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法，包括：S1、在预设检测位置采集鱼卵；本专利技术中，可在河道典型或特征断面对漂流性鱼卵进行采集。具体可在河流弯曲系数小于预设阈值的平直段沿河流宽度方向进行鱼卵的采集，这样便于确保能有效采集到鱼卵和估算鱼卵总量。S2、对采集的鱼卵的发育时间进行鉴定得到鱼卵的漂流时间；如表1所示，为部分鱼类的鱼卵胚体孵化时间对照表。对采集的鱼卵进行胚体发育时间鉴定，再根据鱼卵胚体发育阶段，即可相应得到其漂流时间。表1典型的漂流性鱼卵胚体孵化时间对照表(h:min)S3、建立网格化的包括产卵场的二维水流模型，并计算二维水流模型中每个网格节点的流速；在对包含产卵场区域的二维水流进行数值模拟时，需要采集包含产卵场区域的二维水流的进口流量及出口水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法，其特征在于，包括：/nS1、在预设检测位置采集鱼卵；/nS2、对采集的鱼卵的发育时间进行鉴定得到鱼卵的漂流时间；/nS3、建立网格化的包括产卵场的二维水流模型，并计算二维水流模型中每个网格节点的流速；/nS4、基于二维水流模型中每个网格节点的流速及鱼卵的漂流时间，将每颗采集到的鱼卵运动作为一个模拟对象进行反演计算，实现对产卵场的定位。/n

【技术特征摘要】
1.基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法，其特征在于，包括：
S1、在预设检测位置采集鱼卵；
S2、对采集的鱼卵的发育时间进行鉴定得到鱼卵的漂流时间；
S3、建立网格化的包括产卵场的二维水流模型，并计算二维水流模型中每个网格节点的流速；
S4、基于二维水流模型中每个网格节点的流速及鱼卵的漂流时间，将每颗采集到的鱼卵运动作为一个模拟对象进行反演计算，实现对产卵场的定位。


2.如权利要求1所述的漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法，其特征在于，步骤S3包括：
S301、获取包括产卵场的二维水流模型，并将二维水流模型网格化；
S302、基于对应到河道地形得到水体深度信息；
S303、基于水体深度信息及二维水流数学模型计算每个网格节点的流速。


3.如权利要求1所述的基于漂流性鱼卵胚体发育时间的产卵场定位反演模拟方法，其特征在于，二维水流数学模型包括：
水流连续方程



ξ方向动量方程









η方向动量方程



k输运方程



ε输运方程






式中，ξ和η分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：童思陈，蒋聘凤，唐小娅，蒋孜伟，王啸，李昌耀，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50