申请/专利权人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院

申请日：2020-06-15

公开（公告）日：2023-11-28

公开（公告）号：CN111651895B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F30/13;E02B3/02;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.11.28#授权;2020.10.13#实质审查的生效;2020.09.11#公开

摘要：本发明公开了一种基于拆坝及局部微地貌人工干预的支流替代生境构造方法，包括：1从目标干流的支流中，选择与目标干流鱼类群落结构特征和生境异质性最相似的支流，作为替代生境支流；2构建替代生境支流的一维生态河貌模型，模拟拆坝后替代生境支流的河貌变化和生境质量变化；3针对替代生境支流拆坝后生境质量低于预设阈值的局部河段，构建二维生态河貌演变模型，模拟实施不同局部生态改善措施后局部河段的河貌变化及生境质量变化；4对选择作为替代生境的支流的水坝进行拆除，并对局部河段按照模拟得到的生境质量改善最大的生态改善措施，对局部河段地貌进行改造。本发明可以构造更适宜鱼类的支流替代生境。

主权项：1.一种基于拆坝及局部微地貌人工干预的支流替代生境构造方法，其特征在于该方法包括：1从目标干流的支流中，选择与目标干流鱼类群落结构特征和生境异质性最相似的支流，作为替代生境支流；2构建替代生境支流的一维生态河貌模型，模拟拆坝后替代生境支流的河貌变化和生境质量变化，所述一维生态河貌模型通过耦合一维水动力模型、泥沙输移及河貌变化模型和鱼类栖息地模型得到，各模型具体介绍如下：①、一维水动力模型包括水流的连续性方程及动量方程，具体如下： 式中：x为沿着水流方向的空间坐标；t表示时间坐标；A表示过流面积；Q表示流量；q表示单位长度的流入或者分出的流量；α表示动量校准系数；g表示重力加速度；h是水面高程；C表示谢才系数；R表示水力半径，β为修正系数，β的取值由Froude数Fr的大小来决定，当Fr≤1时，水流为缓流，可以正常求解方程；当Fr＞1时，水流转化为急流，动量方程忽略对流项的影响；②泥沙输移及河貌变化模型A、泥沙输移模型为： qt*＝udGgruu*n式中：Sk为第k组泥沙组分的断面平均含沙量；ρ'为泥沙的干容重；A0k为第k组泥沙组分导致的冲淤面积，Z0k为推移质和悬移质引起的总的河床变形量；qtk为第k组泥沙组分的单宽输沙率；Db和Eb分别是悬移质泥沙沉降和冲起的数量，Ls为不平衡输移调整长度，为第k组泥沙组分的饱和单宽平衡输沙率，n是非均匀泥沙组分的总数；d为泥沙组分的中值粒径；u为断面平均流速；u*表示摩阻流速；Ggr表示泥沙组分的无量纲输移参数，Ggr的确定依赖于描述水流运动的无量纲运动参数Fgr与描述泥沙运动的无量纲参数Agr以及泥沙粒径的无量纲参数Dgr：且 Dgr＝d[gs-1v2]13s是泥沙颗粒的相对密度，其计算公式可表示为：s＝ρs-ρρ，ρs和ρ分别是泥沙密度与水的密度；Cgr、n、m分别是和Dgr相关的无量纲系数，在Dgr60的情况下，其取值如下：n＝0m＝1.5Cgr＝0.025当1Dgr≤60，其计算的表达式如下：n＝1.0-0.56logDgrm＝9.66Dgr+1.34logCgr＝2.86logDgr-logDgr2-3.53B、河貌变化模型为：混合层厚度：河床变形控制方程：式中，Em为混合层厚度，混合层的上边界为床面，下边界为不受水流波及的原始河床，dl为床沙中不动颗粒的最小粒径；l为对应的颗粒组序数；nk为颗粒组数目，ε为泥沙颗粒的孔隙率；Pk为泥沙组分的百分比；Zk为第k组泥沙冲淤造成的河床高程变化；③水沙模型边界处理溢流坝的溢流流量和上下游水位之间的关系可通过堰流公式计算：淹没出流：非淹没出流：式中，mm为溢流坝的过流系数；b为溢流坝的宽度，Zs为坝顶高程；Z11和Z12分别是坝址上下游计算节点的水位高程；④鱼类栖息地模型HSI＝IwIvIs13式中，HSI表示栖息地适宜度指数，用于评价生境质量，Iw、Iv和Is分别表示产卵行为对水深、流速和底质的适合度，环境因子的适合度指数在0～1之间，0表示对应条件完全不适合产卵，1表示最适的产卵条件；3针对替代生境支流拆坝后生境质量低于预设阈值的局部河段，构建二维生态河貌演变模型，模拟实施不同局部生态改善措施后局部河段的河貌变化及生境质量变化；其中，所述二维生态河貌演变模型利用一维生态河貌模型的计算结果作为边界条件，通过耦合二维水动力模型、二维泥沙输移模型与鱼类栖息地模型得到；所述局部生态改善措施具体为：调整河床冲淤演变格局、改变局部流场和河道坡降、从而达到增强水域栖息地功能的水流控制结构措施；4对选择的替代生境支流进行拆坝，并对局部河段按照模拟得到的生境质量改善最大的生态改善措施，对局部河段地貌进行改造。

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