本發(fā)明涉及水庫(kù)生態(tài)調(diào)度，具體涉及最大化滿足不同魚(yú)類需求的分組生態(tài)調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、水庫(kù)的興建造成了河流連續(xù)性阻隔，其改變了上、下游的水文過(guò)程，導(dǎo)致包括水溫、水深、流速等水生生境條件發(fā)生變化，影響生活在河流中的魚(yú)類產(chǎn)卵。為此，水庫(kù)生態(tài)調(diào)度是一種降低水庫(kù)興建和運(yùn)行對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響的措施。

2、目前，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度的思路以保護(hù)“四大家魚(yú)”等重點(diǎn)魚(yú)類產(chǎn)卵需求為主，其顯著促進(jìn)了部分魚(yú)類的繁殖規(guī)模。但是，現(xiàn)有技術(shù)中采用的生態(tài)調(diào)庫(kù)方法對(duì)魚(yú)類物種多樣性恢復(fù)效果并不明顯。

3、為此，本發(fā)明旨在提供最大化滿足不同魚(yú)類需求的分組生態(tài)調(diào)度方法，從促進(jìn)更多魚(yú)類產(chǎn)卵的角度，根據(jù)魚(yú)類產(chǎn)卵時(shí)間和類型進(jìn)行分組，最大化滿足土著魚(yú)類產(chǎn)卵需求的分組分類生態(tài)調(diào)度，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提供了最大化滿足不同魚(yú)類需求的分組生態(tài)調(diào)度方法，本發(fā)明的方法在現(xiàn)有水庫(kù)生態(tài)調(diào)度技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了兼顧魚(yú)類差異化需求的分組分類生態(tài)調(diào)度優(yōu)化思路；通過(guò)環(huán)境dna調(diào)查，明確研究河段現(xiàn)存魚(yú)類物種；根據(jù)各物種產(chǎn)卵水溫和產(chǎn)卵類型分組，劃分生態(tài)調(diào)度期及各調(diào)度期覆蓋魚(yú)類；基于產(chǎn)卵規(guī)模與水文因子的相關(guān)性分析，確定各生態(tài)調(diào)度期調(diào)度時(shí)機(jī)；并利用加權(quán)平均法改進(jìn)了產(chǎn)卵生境適宜度評(píng)價(jià)，界定了能夠最大化覆蓋各調(diào)控期土著魚(yú)類產(chǎn)卵的出庫(kù)流量范圍；統(tǒng)籌考慮產(chǎn)卵刺激和天然水文過(guò)程恢復(fù)，優(yōu)化了出庫(kù)流量日變幅等關(guān)鍵指標(biāo)；最后協(xié)調(diào)不同產(chǎn)卵類型魚(yú)類出庫(kù)流量和水位變化約束，形成不同時(shí)段面向不同魚(yú)類需求的生態(tài)調(diào)度方法。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明提供了最大化滿足不同魚(yú)類需求的分組生態(tài)調(diào)度方法，所述方法包括以下步驟：

4、s1、通過(guò)環(huán)境dna調(diào)查，獲取目標(biāo)河段現(xiàn)存魚(yú)類物種；

5、s2、根據(jù)研究區(qū)魚(yú)類產(chǎn)卵時(shí)間、類型和水溫要求進(jìn)行分組，確定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度的總體框架，其中產(chǎn)卵類型主要分為粘沉性卵和漂流性卵，同一產(chǎn)卵類型的魚(yú)類根據(jù)產(chǎn)卵水溫分成2-3組；

6、s3、整理魚(yú)類產(chǎn)卵量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及水溫、流量等水文數(shù)據(jù)，利用逐步多元回歸模型，分析產(chǎn)卵規(guī)模與水文數(shù)據(jù)的相關(guān)性，明確影響魚(yú)類產(chǎn)卵的關(guān)鍵水文要素和閾值，根據(jù)閾值確定各分組生態(tài)調(diào)度時(shí)機(jī)；

7、s4、分析各生態(tài)調(diào)控期土著魚(yú)類產(chǎn)卵生境要素(包括流速、水深、底質(zhì))偏好，構(gòu)建二維水動(dòng)力學(xué)模型，利用改進(jìn)的生境模擬法確定各調(diào)控期最大化刺激魚(yú)類產(chǎn)卵的水庫(kù)出庫(kù)流量范圍；

8、s5、耦合生境模擬法與天然水文情勢(shì)分析，分析各調(diào)控期內(nèi)天然情況下水位和流量波動(dòng)情況，確定日內(nèi)水位變幅、流量日均變幅等指標(biāo)；

9、s6、針對(duì)每一分組，協(xié)調(diào)產(chǎn)粘沉性卵和漂流性卵魚(yú)類出庫(kù)流量和水位變化約束，界定能夠最大化覆蓋各組魚(yú)類產(chǎn)卵需求的出庫(kù)流量、流量日變幅等關(guān)鍵指標(biāo)，形成不同時(shí)段兼顧魚(yú)類差異化需求的生態(tài)調(diào)度方案。

10、進(jìn)一步的，開(kāi)展環(huán)境dna樣品采集的過(guò)程中，各河段采集斷面不少于3個(gè)，每個(gè)斷面采樣點(diǎn)位不少于3個(gè)，各點(diǎn)位采集不同季節(jié)樣品不少于四次；物種綜合識(shí)別過(guò)程中，最終確定的物種至少在三分之一的點(diǎn)位中被采集到，且同一斷面被采集到不少于兩次。

11、進(jìn)一步的，步驟s3中，逐步多元回歸分析的水文參數(shù)包括：水溫、產(chǎn)卵當(dāng)日流量、產(chǎn)卵前1日流量、產(chǎn)卵前兩日流量、產(chǎn)卵當(dāng)日流量漲幅、產(chǎn)卵前1日流量漲幅、產(chǎn)卵前2日流量漲幅、產(chǎn)卵流量水位漲幅、產(chǎn)卵前1日水位漲幅、產(chǎn)卵前2日水位漲幅。

12、進(jìn)一步的，步驟s4中，改進(jìn)生境模擬法具體包括：為最大限度滿足各分組內(nèi)更多魚(yú)類的生境偏好，采用加權(quán)平均法計(jì)算刺激不同土著魚(yú)類產(chǎn)卵的生境要素最適值；采用加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算各生境要素的適宜區(qū)間，并采用t檢驗(yàn)驗(yàn)證最適值與平均值的差異性；計(jì)算公式分別為公式(1)和公式(2)：

13、sw＝∑ij(nixj/∑ni)??????(公式1)

14、

15、式中：sw為生境要素的最適值，其中s表示水深、流速等生境要素；xi為物種i的生境要素適宜值；ssd為生境要素的加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差，即生境要素的適宜區(qū)間；ni為環(huán)境dna調(diào)查中物種i的個(gè)體數(shù)。

16、進(jìn)一步的，步驟s4中，利用改進(jìn)后生境模擬法分別確定不同類型魚(yú)類生態(tài)調(diào)度期間水電站出庫(kù)流量范圍，以粘沉性卵魚(yú)類為例，計(jì)算公式如下：

17、wua＝f[q]???????????????(公式3)

18、

19、

20、

21、式中：wua為有效棲息地面積，m2；q為出庫(kù)流量，m3/s；f[]為wua隨流量變化的函數(shù)關(guān)系；為有效棲息地面積最大值對(duì)應(yīng)流量；為適宜粘沉性卵魚(yú)類產(chǎn)卵的出庫(kù)流量下限值，為適宜粘沉性卵魚(yú)類產(chǎn)卵的出庫(kù)流量上限值，m3/s。

22、進(jìn)一步的，步驟s5中，漂流性卵魚(yú)類生態(tài)調(diào)度期間，重點(diǎn)營(yíng)造持續(xù)漲水過(guò)程刺激產(chǎn)卵、營(yíng)造平緩的退水過(guò)程以支撐魚(yú)卵漂流孵化，漲-退水過(guò)程關(guān)鍵指標(biāo)分析具體包括：根據(jù)產(chǎn)卵量和流量逐日實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，篩選現(xiàn)狀有效刺激產(chǎn)卵的脈沖流量過(guò)程；分析脈沖流量過(guò)程的漲水指標(biāo)，按照90％保證率要求，界定能夠刺激產(chǎn)卵的水位總漲幅標(biāo)準(zhǔn)δwstd、持續(xù)漲水時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)tstd；基于上述漲水過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)，分析產(chǎn)卵場(chǎng)相鄰水文站斷面長(zhǎng)序列天然逐日流量數(shù)據(jù)，篩選出符合同時(shí)滿足δwstd和δtstd的所有漲水過(guò)程，按照75％保證率要求，最終確定生態(tài)調(diào)度期間出庫(kù)流量日漲幅δq漂、漲水持續(xù)時(shí)間t漂。

23、進(jìn)一步的，步驟s5中，粘沉性卵魚(yú)類生態(tài)調(diào)度期間，重點(diǎn)控制水庫(kù)出庫(kù)流量和水位日內(nèi)變幅，刺激魚(yú)類產(chǎn)卵、保證魚(yú)卵不因水位陡降而裸露死亡；其中，水位日內(nèi)變幅δw粘根據(jù)天然流場(chǎng)條件下產(chǎn)卵期(4-7月)連續(xù)n日內(nèi)最大水位差確定，其中n為魚(yú)卵孵化時(shí)間，其原理為假設(shè)天然條件下超過(guò)一半天數(shù)的連續(xù)n天內(nèi)的水位波動(dòng)不會(huì)影響粘沉性卵發(fā)育；進(jìn)而根據(jù)水位-流量關(guān)系確定水電站出庫(kù)流量日內(nèi)變幅δq粘；

24、

25、δw粘＝quartlle(δwj，3)?????(公式8)

26、δq粘＝g[δw粘]??????????(公式9)

27、式中：wi為第i天的日平均水位，m；δwj為天然條件下產(chǎn)卵期連續(xù)n天最大水位差，m；j取值從1到產(chǎn)卵期最大天數(shù)，n值根據(jù)魚(yú)卵孵化時(shí)間確定；δw粘為粘沉性卵魚(yú)類生態(tài)調(diào)度期日內(nèi)最大水位變幅，m；δq粘為粘沉性卵魚(yú)類生態(tài)調(diào)度期日內(nèi)最大流量變幅，m3/s；g[]為控制斷面水位-流量關(guān)系曲線。

28、進(jìn)一步的，步驟s6中，兼顧魚(yú)類差異化需求的生態(tài)調(diào)度方案具體包括：出庫(kù)流量取不同產(chǎn)卵類型魚(yú)類適宜流量范圍的并集，并營(yíng)造漲水過(guò)程刺激漂流性卵魚(yú)卵產(chǎn)卵，但漲水-退水過(guò)程考慮日內(nèi)水位最大變幅的約束，以滿足粘沉性卵魚(yú)類產(chǎn)卵生境；調(diào)度方案關(guān)鍵控制指標(biāo)包括起始出庫(kù)流量q初、日均流量漲幅δq漲、漲水持續(xù)時(shí)間t漲、日均流量降幅δq退、退水持續(xù)時(shí)間t退、日內(nèi)水位最大變幅δwmax；各指標(biāo)計(jì)算過(guò)程如下：

29、出庫(kù)流量初始值q初不小于粘沉性卵適宜流量下限值q粘和漂流性卵適宜流量下限值q漂；出庫(kù)流量峰值q峰由初始值和流量總漲幅決定的；公式如下：

30、

31、q峰≥q初+δq漂×t漂????(公式11)

32、式中：q初為兼顧粘沉性卵和漂流性卵生態(tài)調(diào)度的出庫(kù)流量起始值，m3/s；q峰為出庫(kù)流量最大值，m3/s；

33、漲水過(guò)程中，優(yōu)先考慮粘沉性卵魚(yú)類的水位穩(wěn)定性，要求出庫(kù)流量日內(nèi)最大變幅δq漲原則上不超過(guò)δq粘，則兼顧粘沉性卵與漂流性卵的出庫(kù)流量日漲幅公式為：

34、

35、而當(dāng)漂流性卵水位上漲幅度要求超過(guò)粘沉性卵水位變幅要求時(shí)，為同時(shí)保障水位總漲幅和日內(nèi)水位變幅，需增加持續(xù)漲水時(shí)間，則漲水持續(xù)時(shí)間為

36、t漲≥roundup[(q峰-q初)/δq漲，0]??(公式13)

37、退水過(guò)程中，出庫(kù)流量日降幅根據(jù)粘性卵魚(yú)類水位穩(wěn)定控制指標(biāo)，即δq退＝δq粘，則漲水持續(xù)時(shí)間為

38、t退≥roundup[(q峰-q初)/δq退，0]??(公式14)。

39、本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的難度及意義在于：

40、目前，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于生態(tài)調(diào)度的思路是以保護(hù)“四大家魚(yú)”等重點(diǎn)魚(yú)類產(chǎn)卵需求為主，其雖然顯著促進(jìn)了部分魚(yú)類的繁殖規(guī)模，但對(duì)魚(yú)類物種多樣性恢復(fù)效果并不明顯。為此，本發(fā)明的方案從促進(jìn)更多魚(yú)類產(chǎn)卵的角度，并根據(jù)魚(yú)類產(chǎn)卵時(shí)間和類型進(jìn)行分組，最大化滿足土著魚(yú)類產(chǎn)卵需求的分組分類生態(tài)調(diào)度，采用本發(fā)明的方案通過(guò)4次分組調(diào)度對(duì)長(zhǎng)江上游土著魚(yú)類的覆蓋率達(dá)到90％以上。

41、綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方案具備以下有益效果：

42、1、現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)漂流性卵生態(tài)調(diào)度重點(diǎn)圍繞“四大家魚(yú)”的生境需求，調(diào)度期間刺激產(chǎn)卵的魚(yú)類物種不足現(xiàn)存物種的一半，尤其是圓口銅魚(yú)、長(zhǎng)薄鰍等珍稀特有魚(yú)類產(chǎn)卵效果不佳，本發(fā)明的方案通過(guò)分組分類的調(diào)控方式，其中分組依據(jù)是產(chǎn)卵水溫、分類依據(jù)是產(chǎn)卵類型，并相應(yīng)改進(jìn)了生境適宜度評(píng)價(jià)方法，最大化協(xié)調(diào)不同魚(yú)類產(chǎn)卵的差異化需求，通過(guò)4次分組調(diào)度對(duì)長(zhǎng)江上游土著魚(yú)類的覆蓋率達(dá)到90％以上。

43、2、現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)粘沉性卵魚(yú)類的“基荷發(fā)電調(diào)度”和針對(duì)漂流性卵魚(yú)類的“人造洪峰調(diào)度”是分開(kāi)進(jìn)行的，但魚(yú)卵監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，“基荷發(fā)電調(diào)度”期間也能促進(jìn)漂流性卵魚(yú)類產(chǎn)卵，反之亦然；本發(fā)明的方案將部分時(shí)段兩種產(chǎn)卵類型的生態(tài)調(diào)度合在一起，前提是該水溫能同時(shí)刺激部分粘沉性卵和漂流性卵魚(yú)類，主要方式是營(yíng)造漲水過(guò)程刺激漂流性卵魚(yú)卵產(chǎn)卵，但出庫(kù)流量及漲水-退水過(guò)程中的日內(nèi)水位變幅均考慮了粘沉性卵的約束。