[发明专利]一种内河航道整治工程生态影响模拟预测方法

说明书

本发明公开了一种内河航道整治工程生态影响模拟预测方法，确定整治河段的指示水生生物以及构成该水生生物的生境因子及生境因子的时空分布，建立该水生生物栖息地的适宜度模型；建立整治河段的三维水沙数学模型，并预测整治河段在不同航道整治措施参数下的水深、流速、流态及含沙量三维时空分布数据；在内河航道整治工程设计阶段，通过调整三维水沙数学模型中不同整治措施参数，将预测的生境因子三维时空分布数据，输入适宜度模型中，预测在不同航道整治参数下对生境的影响，达到航道整治目标和水生境保护的有机融合。本发明内河航道整治工程对指示性生物栖息地条件的三维空间影响，在开发河流通航功能的同时，兼顾河流生态功能的保护与修复。

技术领域

本发明涉及一种内河航道整治领域，特别涉及一种内河航道整治工程生态影响模拟预测方法。

背景技术

目前，河流水文情势和动力条件等水文机制的改变是河流生态系统退化的主要驱动力。内河航道整治工程(疏浚、清礁、筑坝、护滩、护岸等)改变了航道水位、流态、流速在三维空间上的显著变化及河床变形与冲淤分布特征，进而导致河流水生生物栖息地的时空分布发生不同程度的变化。目前的水生态模拟理论构筑起了水力学计算与生态学特征表述间的理论联系，能够依据特有鱼类的栖息、产卵习性通过对水文过程的调节，人工提供出适宜的栖息环境。水生生物，特别是指示鱼类及其关键生境，是航道整治工程生态影响预测和后评估的关注焦点，当前基于河道内流量增加方法开展了内河航道整治工程对物理栖息地影响的模拟和评估研究，仍多采用一、二维模型，因物理栖息地三维空间特性对生物多样性有重要影响，上述模拟方法仍有一定的局限性，因此合理科学预测内河航道整治工程对物理栖息地的影响是十分必要的。

发明内容

针对内河航道整治工程建设对河流栖息地条件的影响预测难题，本发明基于不同通航条件下的物理栖息地指示性物种的特征与变化趋势，建立三维水流泥沙数学模型水力参量与栖息地特征量间的响应过程，为科学评价内河航道工程方案生态影响提供一种更加科学有效的模拟预测方法。本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种三维的内河航道整治工程生态影响模拟预测方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种内河航道整治工程生态影响模拟预测方法，调查统计整治河段指示水生生物在流速、水深、底质和含沙量的某个区间范围的出现频次，采用多元线性回归建立整治河段指示性水生生物响应与栖息地生境因子变量之间的关系，建立该水生生物栖息地的适宜度模型；建立整治河段的三维水沙数学模型，由三维水沙数学模型，预测整治河段在不同航道整治措施参数下水深、流速、流态及含沙量的三维时空分布数据；将预测得到的水深、流速、流态及含沙量三维时空分布数据，输入适宜度模型中，预测整治河段在不同航道整治措施参数下的该水生生物栖息地的适宜度的变化，通过指示生物栖息地生境因子适宜度的分布范围和适宜生境面积的大小，优化航道整治措施参数和平面布局。

进一步地，根据整治河段水生生物状况的历史资料，以及通过渔获物和鱼探仪相结合的生态调查与监测方法，确定整治河段的指示水生生物以及构成该水生生物栖息地生境因子及生境因子的时空分布。

进一步地，指示水生生物为指示鱼类。

进一步地，该水生生物的生境因子包括栖息地流速、流态、水深、含沙量。

进一步地，由三维水沙控制方程，建立整治河段的三维水沙数学模型。

进一步地，三维水沙控制方程包括流体连续性方程、流体动量方程、标准k-ε紊流方程以及泥沙输移控制方程。

进一步地，三维水沙数学模型，采用有限体积法进行离散求解,三维计算域在平面上采用三角形网格离散、沿水深方向进行分层离散。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明着重考虑了内河航道整治工程对河流生态系统中指示性生物关键生境要素的三维分布影响，采用生态学、水力学及河流动力学、计算水力学等多种方法科学合理确定内河航道整治工程对指示性生物栖息地条件的三维分布影响，在开发河流通航功能的同时，兼顾河流生态功能的保护与修复。