水深-流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法技术

本发明专利技术涉及一种水深

【技术实现步骤摘要】
水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法


[0001]本专利技术涉及一种水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法。适用于生态修复工程领域。

技术介绍

[0002]目前，在设计鱼类人工产卵场时，将流速和水深作为独立的设计要素，同时兼顾水面宽度。而一些研究指出，鱼类在天然条件下，产卵场的流速和水深不尽相同，水面宽度各异，因此目前的人工鱼类产卵场设计方法并不能满足鱼类产卵的实际要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法，其特征在于：
[0005]调查鱼类在天然条件下的产卵场，测量天然产卵场的水深和流速，基于水深和流速计算天然产卵场的最优弗劳德数；
[0006]通过改造河床地形，以在人工鱼类产卵场及其上游形成缓流，缓流为弗劳德数小于1；
[0007]通过设置调流工程设施调整水流流态，从而以天然产卵场的最优弗劳德数为目标值调整人工鱼类产卵场的弗劳德数。
[0008]所述调查鱼类在天然条件下的产卵场，测量产卵场的水深和流速，基于水深和流速计算天然产卵场的最优弗劳德数，包括：
[0009]如果天然产卵场有多处，则按产卵场规模加权，计算多个天然产卵场弗劳德数的加权平均值，记为最优弗劳德数；
[0010]如果天然产卵场只有一处，则该处天然产卵场的弗劳德数就是最优弗劳德数。
[0011]所述改造河床地形，包括：
[0012]人工产卵场及其上游河道的底坡小于临界底坡，该临界底坡为弗劳德数等于1时的底坡。
[0013]所述调流工程设施包括砂砾垫层、透水堰和原木基质中的一种或几种。
[0014]所述砂砾垫层作为产卵垫设置于所述人工鱼类产卵场，砂砾垫层控制平均粒径D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％，其余20％由100mm和小部分2～5mm粗砂组成。
[0015]所述透水堰设置于所述人工鱼类产卵场上游侧，透水堰下游侧紧接设置有深潭。
[0016]所述透水堰堰臂长度和平潭河道宽度的比率根据平潭河道的曲率半径与平潭河道宽度比和堰臂离去角确定。
[0017]所述透水堰采用V型透水堰、W型透水堰或J型透水堰。
[0018]所述原木基质具有基质主体和固定于基质主体上能使该原木基质沉于河底的配重，基质主体由多根小圆木绑扎而成；
[0019]所述原木基质放置于人工鱼类产卵场区域内，且原木基质与水流方向夹角不大于45
°
。
[0020]一种水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场，其特征在于：根据权利1～9任意一项所述水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法进行设计。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术将水深和流速耦合起来，通过基于水深和流速计算得到的弗劳德数来评判产卵场，通过改造人工产卵场区域的河床地形和调整水流流态，使人工产卵场的弗劳德数和天然产卵场的相等或接近，从而提供更适合鱼类产卵的产卵场。
附图说明
[0022]图1为实施例中W型透水堰的平面布置示意图。
[0023]图2为实施例中W型透水堰的横剖图。
[0024]图3为实施例中V型透水堰的平面布置示意图。
[0025]图4为实施例中V型透水堰的横剖图。
[0026]图5为实施例中圆木基质的结构示意图。
[0027]图6为实施例中圆木基质的端面示意图。
[0028]图7为实施例中人工产卵场的平面布置示意图。
[0029]图8为实施例中另一个人工产卵场的平面布置示意图。
[0030]1、透水堰；101、基脚岩石；2、圆木基质；201、小圆木；202、配重；3、砂砾垫层；4、深潭；
具体实施方式
[0031]本实施例提供一种水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法，具体包括以下步骤：
[0032]S1、调查鱼类在天然条件下的产卵场，测量产卵场的水深和流速，基于天然产卵场的水深和流速计算天然产卵场的弗劳德数，弗劳德数的定义为：
[0033][0034]式中，Fr为弗劳德数，无量纲；v为流速，m/s；g为重力加速度，9.8m/s2；h为水深，m。
[0035]如果调查到天然产卵场有多处，则按产卵场规模加权，计算多个天然产卵场弗劳德数的加权平均值，记为最优弗劳德数Fr
opt
；如果天然产卵场只有一处，则该处天然产卵场的弗劳德数就是最优弗劳德数Fr
opt
。
[0036]弗劳德数是水深和流速的关系，满足最优弗劳德数的水深
‑
流速关系，称为最优水深
‑
流速关系。
[0037]S2、河床整体地形对流态起到控制性的作用，对于顺直河道，弗劳德数小于1为缓流，大于1为急流，通过河床地形改造在产卵场及其上游形成缓流，以满足鱼类产卵条件。
[0038]弗劳德数等于1时的底坡称为临界底坡，地形改造时，应满足人工产卵场及其上游河道的底坡小于临界底坡，进而使产卵场及其上游的弗劳德数小于1。
[0039]S3、在步骤S2明渠缓流的基础上，通过设置恰当的调流工程设施，调整水流流态，进一步以最优弗劳德数Fr
opt
为目标微调人工鱼类产卵场的弗劳德数，同时满足鱼类产卵的其他需求。
[0040]本实施例中通过调流工程设施能够微调水流的弗劳德数和其他水动力参数，进而满足鱼类产卵需求，调流工程设施包括但不限于砂砾垫层、透水堰和原木基质中的一种或几种。
[0041]目前，产卵砂砾条件出现退化，多是因为细泥沙沉积填埋或限制了砂砾石间的水流条件。砾石特征指的是砂砾级配或河床砂砾组，影响河流的环境因子可能会限制适宜产卵砾石组成。砂砾产卵垫层是产粘沉性鱼类产卵的基本条件，本实施例中对不同节点产卵场设计主要在于通过在产卵场设置砂砾垫层恢复或构筑级配砂砾石补给机制，修复产卵边滩垫层结构。
[0042]产卵砾石必须足够小以便母鱼挖掘巢穴，但小粒径砂砾料在高流速下容易冲刷携带。根据山溪性河流产粘沉性鱼卵的底质条件的相关研究成果，结合本工程水力情况，砂砾垫层控制平均粒径D50＝20mm，其中10～50mm粒径组含量约占80％，其余20％由100mm和小部分2～5mm粗砂组成。
[0043]砂砾垫层(产卵垫)作为产卵场增强材料，采用当地砂、砾、卵石为构筑材料。为确保产卵垫层被来砂填埋或大水冲刷，垫层铺设位置选择尤为关键，选址应尽量避免冲积区，另可考虑配合控流结构物进行设置。
[0044]本实施例中砂砾垫层选址主要考虑天然产卵场分布情况，砂砾垫层深入平滩水位(100m3/s对应水位)一下0.5m，水位以上部分作为后期砂砾料补给源。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水深
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流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法，其特征在于：调查鱼类在天然条件下的产卵场，测量天然产卵场的水深和流速，基于水深和流速计算天然产卵场的最优弗劳德数；通过改造河床地形，以在人工鱼类产卵场及其上游形成缓流，缓流为弗劳德数小于1；通过设置调流工程设施调整水流流态，从而以天然产卵场的最优弗劳德数为目标值调整人工鱼类产卵场的弗劳德数。2.根据权利要求1所述的水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法，其特征在于，所述调查鱼类在天然条件下的产卵场，测量产卵场的水深和流速，基于水深和流速计算天然产卵场的最优弗劳德数，包括：如果天然产卵场有多处，则按产卵场规模加权，计算多个天然产卵场弗劳德数的加权平均值，记为最优弗劳德数；如果天然产卵场只有一处，则该处天然产卵场的弗劳德数就是最优弗劳德数。3.根据权利要求1所述的水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法，其特征在于，所述改造河床地形，包括：人工鱼类产卵场及其上游河道的底坡小于临界底坡，该临界底坡为弗劳德数等于1时的底坡。4.根据权利要求1所述的水深
‑
流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法，其特征在于：所述调流工程设施包括砂砾垫层(3)、透水堰(1)和圆木基质(2)中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的水深
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流速耦合的人工鱼类产卵场设计方法，其特征在于：所述砂砾垫层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：施家月，张祺，黄滨，周武，汤优敏，谭升魁，李军，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：