一种面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法技术

本发明专利技术公开了一种面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法，建立水库变动回水区深度二维平面数值模型，记作二维水动力学模型；模拟变动回水区天然河道时多年平均流量下的鱼类有效栖息地面积(WUA)，进而确定目标WUA值，然后再模拟建库以后不同流量、水位工况下的WUA，进而明确能够使变动回水区产卵场满足目标WUA值的工况，针对来流情况选定满足营造需求的水位区间进行水位调度。本发明专利技术通过整合二维水动力学模型和鱼类栖息地模型，建立水库流量

【技术实现步骤摘要】
一种面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法


[0001]本专利技术属于水库管理
，涉及鱼类产卵场生态调度，尤其涉及一种面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法。

技术介绍

[0002]水库群在发挥其防洪、发电、灌溉等兴利功能的同时，也改变了河流的天然水文情势，使得河流的地形、水动力、水温等环境状况发生了变化，进而破坏了水生生物的原有繁殖生长条件。水库调节性能越强，对河流的天然水文情势影响越大，以鱼类为代表的水生生物的生活习性也将因此改变。为了降低水库的这种不利影响，需要进行生态调度研究。但目前研究水库建设对鱼类产卵场的影响大都集中聚焦在坝址下游河段，对水库变动回水区关注甚少，使得水库变动回水区的产卵场被弃用。由于水库的可调度的特殊性，水库变动回水区的产卵场并不会完全消失，最具代表性的是长江三峡水库的变动回水区鱼类产卵场生境研究，在进行水库野外观测时，在原有天然河道产卵场附近发现了鱼卵，这表明鱼类仍然会在适宜其产卵的变动回水区进行繁殖。
[0003]目前对变动回水区鱼类产卵场生境的研究仅针对平原地区水库的四大家鱼，但四大家鱼对水动力条件的适宜性范围较大，且主要是分析大坝建立前后的鱼类有效栖息地面积(Weighted Usable Area)(以下简称为WUA)变化，定性评价水库运行管理要兼顾考虑变动回水区产卵场。这些研究方法很难满足山区河道型水库变动回水区以及例如齐口裂腹鱼之类的底栖性冷水鱼类的产卵场定量生态调度。

技术实现思路

[0004]针对缺乏山区河道型水库变动回水区生态调度，尤其是缺乏针对底栖性冷水鱼类产卵场定量生态调度现状，本专利技术旨在提供一种基于水库变动回水区鱼类产卵场确定水库生态调度的方法，能够对不同工况下鱼类有效栖息地面积进行预测，进而得到水库变动回水区鱼类有效栖息地面积(WUA)和水库调度的关系，从而为水库的运行调度提供技术支持，有利于水库管理和变动回水区鱼类产卵场保护。
[0005]本专利技术的专利技术思路为，首先建立水库模型，模拟天然河道的WUA，进而确定目标WUA值，然后再模拟建库以后不同工况下的WUA，进而明确能够使变动回水区产卵场满足目标WUA值的工况，根据筛选出的工况进行水库调度。
[0006]基于上述专利技术思路，本专利技术提供了一种面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤一，建立包含水库变动回水区的水库深度二维平面数值模型，记作二维水动力学模型；
[0008]步骤二，利用二维水动力学模型计算天然河道多年平均流量不同百分比下变动回水区的底栖性冷水鱼类有效栖息地面积WUA，以确定目标WUA值；
[0009]步骤三，依据历史水文数据，确定底栖性冷水鱼类产卵期时出现过的流量和水位
工况；
[0010]步骤四，利用二维水动力学模型计算步骤三中不同流量和水位工况下变动回水区的水动力条件，并根据鱼类流速水深适宜性曲线计算变动回水区的WUA值；
[0011]步骤五，根据满足目标WUA值以上的流量和水位工况，确定水库水位调度方案。
[0012]上述步骤一，收集水库地形资料、水文资料和鱼类流速水深适宜性曲线，水文资料包括入库流量、出库流量、坝前水位，流速水深适宜性曲线从文献中查得，包括流速适宜性曲线和水深适宜性曲线。收集的水文资料用于模型验证和统计产卵期水库出现过的流量水位情况。统计产卵期出现的流量水位工况将可为后续明确计算工况，所以应尽可能多的收集水文资料以全面反映水库变动回水区鱼类WUA对水文资料的响应。
[0013]利用收集的地形资料建立水库深度二维平面数值模型；利用收集的水文资料对建立的数值模型进行参数率定，确保模型模拟的水动力条件是可靠的。
[0014]具体操作为：利用记事本将地形资料和边界资料转换成XYZ格式文件，将XYZ格式文件导入MIKE Zero中的Mesh Generator模块生成计算网格和地形插值，生成mesh文件并导入。在MIKE21中选择Flow Mode模块，导入mesh文件，设置模拟时间、模拟步长、干湿边界、密度、涡粘系数、底床糙率、风场、降雨量、蒸发量、流量和水位数据，运行生成m21fm格式的文件，完成水动力学模型构建；生成的二维水动力学模型中变动回水区网格数量占整个水库网格数量的70～98％。根据收集的水文资料对水动力学模型进行率定，模拟值和实测值的误差控制在10％以内。
[0015]上述步骤二，模拟水库变动回水区天然河道情况下多年平均流量不同百分比下变动回水区的WUA值，得到流量
‑
WUA曲线，根据曲线确定最大WUA值，将WUA最大值的60％作为目标WUA值，具体步骤如下：
[0016](1)利用二维水动力学模型模拟包含水库变动回水区的水库天然河道情况下多年平均流量不同百分比下的水动力条件；所述水动力条件包括流速和水深；
[0017](2)提取各计算单元不同百分比情况下的流速和水深数据；
[0018](3)从流速水深适宜性曲线查得每个流速水深数据对应的适宜度，并用几何平均法计算每个计算单元的综合栖息地适宜性指数HSI；HSI计算公式为：
[0019][0020]其中，HSI
i
为计算单元的综合栖息地适宜性指数，由SI
vi
，SI
di
和SI
ci
(即流速、水深、河道适宜度(SI
ci
综合考虑了底质和覆盖物状况))组合而成，这三者是河流物理栖息地最具有代表性的变量，三者的取值范围均为0～1；对于已经明确可以作为鱼类产卵场的水库变动回水区，计算中河道适宜指数SI
ci
均为1；
[0021](4)计算变动回水区的鱼类有效栖息地面积WUA；WUA是指鱼类可在河流中生存的有效栖息地面积，定义为计算单元的栖息地适宜性指数和该单元面积的乘积，计算公式为：
[0022][0023]其中，n为水库变动回水区的计算单元个数；A
i
为计算单元的面积；由此计算出各个工况下变动回水区的鱼类有效栖息地面积WUA；
[0024](5)依据多年平均流量不同百分比对应流量及相应的鱼类有效栖息地面积WUA确
定流量
‑
WUA曲线，并根据曲线得到最大WUA值，将WUA最大值的60％作为目标WUA值。
[0025]本专利技术所针对的底栖性冷水鱼类是指高原地区特产、常生活于急流中的裂腹鱼，例如齐口裂腹鱼、重口裂腹鱼等。
[0026]上述步骤三，根据收集到的水文资料，统计底栖性冷水鱼类产卵期出现的来流流量和水库水位情况，包括流量阈值范围和水位阈值范围。对于流量而言，从最低流量开始，每间隔20
‑
100m3/s设置一个流量工况，直至最高流量；对水位而言，从最低水位开始，每间隔2
‑
5米设置一个水位工况，直至最高水位；利用流量工况和水位工况构建若干流量水位组合。
[0027]上述步骤四，利用二维水动力学模型计算步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立包含水库变动回水区的水库深度二维平面数值模型，记作二维水动力学模型；步骤二，利用二维水动力学模型计算天然河道多年平均流量不同百分比下变动回水区的底栖性冷水鱼类有效栖息地面积WUA，以确定目标WUA值；步骤三，依据历史水文数据，确定底栖性冷水鱼类产卵期时出现过的流量和水位工况；步骤四，利用二维水动力学模型计算步骤三中不同流量和水位工况下变动回水区的水动力条件，并根据鱼类流速水深适宜性曲线计算变动回水区的WUA值；步骤五，根据满足目标WUA值以上的流量和水位工况，确定水库水位调度方案。2.根据权利要求1所述的面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法，其特征在于，生成的二维水动力学模型中变动回水区网格数量占整个水库网格数量的70
‑
98％。3.根据权利要求1或2所述的面向变动回水区鱼类产卵场生境重塑的生态调度方法，其特征在于，步骤二中，模拟水库变动回水区天然河道情况下多年平均流量不同百分比下变动回水区的WUA值，得到流量
‑
WUA曲线，根据曲线确定最大WUA值，将WUA最大值的60％作为目标WUA值，具体步骤如下：(1)利用二维水动力学模型模拟包含水库变动回水区的水库天然河道情况下多年平均流量不同百分比下的水动力条件；所述水动力条件包括流速和水深；(2)提取各计算单元不同百分比情况下的流速和水深数据；(3)从流速水深适宜性曲线查得每个流速水深数据对应的适宜度，并用几何平均法计算每个计算单元的综合栖息地适宜性指数H...

【专利技术属性】
技术研发人员：张陵蕾，李福霜，陈旻，李嘉，廖宁，安瑞冬，邓云，脱友才，方思倩，李东海，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：