【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及幼魚安全下行過壩，特別是一種基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法。
技術介紹
1、根據魚類洄游的特定生活史，尋找育肥場所的幼魚需要越過大壩向下游遷移找到適宜的育肥場所，以此循環形成完整的生命周期。上行洄游成魚繁殖的幼魚通常需要在下游棲息地進行發育成熟，倘若幼魚的下行通道被阻隔，其可能在上游無法順利生存、
2、我國多種魚類數量巨大的幼魚均有下行洄游需求，大壩對幼魚下行過程的干擾也廣受關注。近年來，我國多聚焦于魚類上溯過壩的相關研究，對于魚類下行研究起步較晚。成魚上溯的決定性因素是魚的克流能力，而幼魚下行與成魚上溯不同，幼魚下行過壩的過程中會因為被動卷吸而受到生存威脅，因此幼魚下行的關鍵性在于擁有可行的下行通道實現高效安全下行過壩。然而，下行過壩的幼魚常會出現無法定位下行通道入口，以及進入通道后面對復雜流態迷失方向而導致下行時間延長，可能會遭遇被捕風險，從而無法實現順利下行找育肥場。往往導致幼魚無法順利下行的主因是環境和水力等因素。因此，如何識別影響環境及水力條件是解決多目標魚類高效下行的核心問題。目前，尚未構建基于多目標魚類行為規律的下行效果評價體系，缺乏影響多目標下行效率的關鍵參數識別方法及耦合多因素的多目標魚類下行效率的預測模型，針對多目標魚類下行過壩設施診斷優化方法尚未見報道。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于克服上述不足，提供一種基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，應用于已建有過魚設施的水利工程，為興建水利設施阻礙
2、為解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是：一種基于多目標魚類下行規律及流場特征的多目標過壩設施優化策略，它包括以下步驟：
3、步驟1：進行過魚對象篩選；
4、步驟2：進行壩上河段庫區內魚類下行試驗；
5、步驟3：構建魚類下行效率評價體系；
6、步驟4：阻礙魚類順利下行的過壩設施問題診斷；
7、步驟5：基于魚類下行規律及流場特征優化下行過壩設施優化。
8、優選地，步驟1中，過魚對象篩選方法為：針對已修建過魚設施的水利工程，根據河段的流量、電站運行工況及河道地勢分布情況，采用didson雙頻識別聲吶或者ek80分裂波束魚探儀并配合流刺網網具獲取魚類資源分布特征；在了解到庫區魚類資源分布特征后，建立以洄游習性、棲息地適應性、保護等級、經濟價值、歷史地位為評分標準的過魚對象篩選標準，每種標準的等級評分是0、1、2，將評分≥7的設為主要過魚對象。
9、優選地，步驟2中，壩上河段庫區內魚類下行試驗方法為：利用魚類運動行為追蹤方法，先分別在壩上河段近壩段及過魚設施進口、出口和通道內布置陣列式nextrakr1聲學接收機組成定位網，利用gps接收機對各個接收機的投放位置進行精確記錄，隨后將v9聲學標簽植入試驗對象體內，正式試驗時，在壩上河段庫區內選用不同的地點進行魚類下行試驗，當標記有聲學標記的魚類活動在定位網內的時候，接收機會接收聲學標記發出的聲波信號，并利用水下聲波速度和聲波到達時間差解算魚類的位置，記錄標記魚的編號及到達的精確時間。
10、優選地，步驟3中，構建多目標魚類下行效率評價體系的方法包括以下內容：
11、步驟3.1：根據魚類運動行為追蹤技術監測到的數據，獲取評價多目標魚類下行效率的指標，評價指標包括嘗試率、進口吸引率、下行時間和下行率；
12、步驟3.2：采用熵權法對多目標魚類下行效率評價指標進行權重分配；
13、步驟3.3：對于每一個樣本i，利用加權求和的方法計算第i個樣本在4個指標上綜合得分si，計算公式如下：
14、si＝w1xi′1+w2xi′2+w3xi′3+w4xi′4；
15、按照此方法，計算每個樣本的綜合得分，得到綜合得分矩陣s＝[s1,s2,…,sn]，得到所有樣本的下行效率綜合得分；根據綜合得分si，對每個樣本的魚類下行效率進行排序，得分越高的樣本表示下行效率越好，反之則較差；由計算的綜合得分對魚類下行效率進行整體評價，評價等級標準由好至差依次為優、良、一般、差4個等級，若評價結果為一般和差，則需要進行過壩設施的問題診斷。
16、優選地，步驟3.1中各評價指標定義如下：
17、(1)嘗試率定義為：當試驗魚接近下行通道進口接收機并被監測到的時間超過5s則視為試驗魚發生了嘗試行為，其計算公式：
18、式中a表示嘗試率(％)，n1表示被下行通道進口接收機監測到并且監測時間超過5s的標記魚數量，n0表示壩上河段庫區內實際放流的標記魚數量；
19、(2)進口吸引率定義為：下行通道進口后3m處的接收機檢測到的標記魚數量占下行通道進口標記魚發生嘗試行為的數量的占比，其計算公式：
20、式中e0表示下行通道進口吸引率(％)，n2表示下行通道進口接收機監測到的標記魚數量，n1表示被下行通道進口接收機監測到并且監測時間超過5s的標記魚數量；
21、(3)下行時間定義為：下行通道出口接收機識別到標記魚的時間與下行通道進口接收機識別到標記魚的時間間隔；為了選用一個標準量化魚類下行時間，此處選用一個平均下行時間，超過平均下行時間的視為下行延遲，提出下行延遲率表征標記魚在下行通道內下行的快慢，其計算公式：
22、式中n3表示下行延遲的標記魚數量，n4表示下行通道出口接收機監測到的標記魚數量；
23、(4)下行率定義為：標記魚被下行通道出口接收機檢測到的標記魚數量占進口接收機檢測到的標記魚數量的百分比，其計算公示：
24、式中r表示魚類下行率(％)，n4表示下行通道出口接收機監測到的標記魚數量，n1表示被下行通道進口接收機監測到并且監測時間超過5s的標記魚數量。
25、更為優選地，步驟3.2中熵權法賦權的過程如下：
26、(1)構建原始數據矩陣x，其中n個樣本，4個評價指標對應的列如下：
27、
28、式中xij代表第i個樣本在第j個指標上的值；
29、(2)由于各指標的量綱不同，采用最大最小歸一化min-max標準化方法對原始數據進行標準化處理，其計算公式如下：
30、
31、式中min(xi)是第j個指標的最小值，max(xj)是第j個指標的最大值；
32、采用標準化處理后的數據矩陣x'如下：
33、
34、標準化后的數據矩陣x'的所有元素將落在[0,1]的區間內；
35、(3)計算每個樣本在各指標中的占比pij，其計算公式如下：
36、
37、式中是第j個指標下所有樣本的標準化之后，表示該指標的總量；
38、(4)對于每個指標j，根據占比矩陣pij，計算其信息熵hj，信息熵hj反應了第j個指標的不確定性，熵值越大，表示該指標的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于多目標魚類下行規律及流場特征的多目標過壩設施優化策略，其特征在于：它包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：步驟1中，過魚對象篩選方法為：針對已修建過魚設施的水利工程，根據河段的流量、電站運行工況及河道地勢分布情況，采用DIDSON雙頻識別聲吶或者EK80分裂波束魚探儀并配合流刺網網具獲取魚類資源分布特征；在了解到庫區魚類資源分布特征后，建立以洄游習性、棲息地適應性、保護等級、經濟價值、歷史地位為評分標準的過魚對象篩選標準，每種標準的等級評分是0、1、2，將評分≥7的設為主要過魚對象。
3.根據權利要求1所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：步驟2中，壩上河段庫區內魚類下行試驗方法為：利用魚類運動行為追蹤方法，先分別在壩上河段近壩段及過魚設施進口、出口和通道內布置陣列式NexTrakR1聲學接收機組成定位網，利用GPS接收機對各個接收機的投放位置進行精確記錄，隨后將V9聲學標簽植入試驗對象體內，正式試驗時，在壩上河段庫區內選用不同的地點進行魚類下行試
4.根據權利要求1所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：步驟3中，構建多目標魚類下行效率評價體系的方法包括以下內容：
5.根據權利要求4所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：步驟3.1中各評價指標定義如下：
6.根據權利要求4所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：步驟3.2中熵權法賦權的過程如下：
7.根據權利要求1所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：所述步驟4包括：過壩設施問題診斷是先根據野外試驗所獲取的環境及水力參數，采用隨機森林RF模型識別影響多目標魚類下行效率的關鍵因素，為后期優化方案提供思路；再利用FLOW-3D構建水文水動力模型，找到多目標魚類下行過程中需要面對的水文水動力特征，精準識別出阻礙多目標魚類順利下行的水力因子。
8.根據權利要求7所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：過壩設施問題診斷具體過程如下：
9.根據權利要求1所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：所述步驟5具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于多目標魚類下行規律及流場特征的多目標過壩設施優化策略，其特征在于：它包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：步驟1中，過魚對象篩選方法為：針對已修建過魚設施的水利工程，根據河段的流量、電站運行工況及河道地勢分布情況，采用didson雙頻識別聲吶或者ek80分裂波束魚探儀并配合流刺網網具獲取魚類資源分布特征；在了解到庫區魚類資源分布特征后，建立以洄游習性、棲息地適應性、保護等級、經濟價值、歷史地位為評分標準的過魚對象篩選標準，每種標準的等級評分是0、1、2，將評分≥7的設為主要過魚對象。
3.根據權利要求1所述的基于多目標魚類下行規律及流場特征的過壩設施優化方法，其特征在于：步驟2中，壩上河段庫區內魚類下行試驗方法為：利用魚類運動行為追蹤方法，先分別在壩上河段近壩段及過魚設施進口、出口和通道內布置陣列式nextrakr1聲學接收機組成定位網，利用gps接收機對各個接收機的投放位置進行精確記錄，隨后將v9聲學標簽植入試驗對象體內，正式試驗時，在壩上河段庫區內選用不同的地點進行魚類下行試驗，當標記有聲學標記的魚類活動在定位網內的時候，接收機會接收聲學標記發出的聲波信號，并利用水下聲波速度和聲波到達時間差解算魚...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李冬晴，許家煒，柯森繁，向詩翱，徐港，朱世龍，
申請(專利權)人：三峽大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。