[发明专利]基于鱼类生境需求的多闸坝平原河流生态流量过程推求方法

摘要

本发明公开了一种基于鱼类生境需求的多闸坝平原河流生态流量过程推求方法，包含：(1)对研究区域采用层次分析方法筛选目标鱼类；(2)针对筛选出的目标鱼类，建立其产卵期、捕食期和越冬期对关键生境因子的定量响应关系曲线；(3)建立水动力水环境模型，并结合定量响应关系曲线，构建栖息地模型，并对栖息地空间特性进行评价；(4)对于产卵期，根据非线性响应关系，采用栖息地法推求对应月份的生态流量，对于捕食期和越冬期，采用水量平衡法推求，最终得出完整水文年生态流量过程。该发明可指导多闸坝平原河流生态修复及保护，对流域水资源规划及配置具有重要的理论与实践意义。

主权项

1.一种基于鱼类生境需求的多闸坝平原河流生态流量过程推求方法，其特征在于该方法包括：(1)对研究区域开展鱼类资源现状调查，然后采用层次分析方法筛选目标鱼类；(2)针对筛选出的目标鱼类，通过室内胁迫实验及历史资料收集，建立目标鱼类产卵期、捕食期和越冬期对关键生境因子的定量响应关系曲线；(3)根据研究区域的水文、水质、地形及气象基础数据建立水动力水环境模型，并结合目标鱼类对关键生境因子的定量响应关系曲线，建立面向鱼类生境的栖息地模型，并对栖息地模拟结果进行空间特性分析，分别得出目标鱼类产卵期、捕食期和越冬期栖息地空间特性评价指标与流量之间的非线性响应关系；所述步骤(3)具体包括：(3‑1)收集研究区域的水文、水质、地形及气象基础数据，根据所述基础数据采用开源模型SELFE建立水动力水环境模型，并以实测资料进行验证；其中，水动力水环境模型的控制方程具体包括：A、连续方程：B、动量方程：C、温度和盐度输运方程：其中，(x,y)为笛卡尔坐标，单位为m；z为垂向坐标，向上为正，单位为m；t为时间，单位为s；η(x,y,t)为自由面水位，单位为m；h(x,y)为水深，单位为m；u(x,y,z,t)为水平速度，单位为m·s^‑1；w为垂向对流速度，单位为m·s^‑1；H_R为垂向坐标，单位为m；为潮汐势函数，单位为m；ρ(x,y,z,t)为水体的密度，默认取值为ρ₀＝1025kg/m³；P_A(x,y,t)为自由水面的大气压强，单位为N·m^‑2；f为柯氏力因子，单位为s^‑1；g为重力加速度，单位为m·s^‑2；k为符号因子；α为有效地球弹性因子，约为0.69；S,T为水体的温度和盐度，盐度单位为psu，温度单位为℃；ν为垂直涡粘度，单位为m²·s^‑1；κ为垂向扩散系数，单位为m²·s^‑1；μ为水平涡粘度，单位为m²·s^‑1；Q为太阳辐射吸收率，单位为W·m^‑2；C_p为水的比热，单位为J·kg·K^‑1；F_s、F_h为输运方程的水平扩散项；(3‑2)将目标鱼类不同生命阶段对关键生境因子的定量响应关系曲线和水动力水环境模型做为输入参数，采用软件CASIMIR建立面向鱼类生境的栖息地模型，并根据历史资料和现状调查数据，验证模型可靠性；(3‑3)根据面向鱼类生境的栖息地模型，通过栖息地空间特性分析得出栖息地空间特性评价指标加权栖息地面积与流量之间的非线性响应关系；其中，加权栖息地面积WUA计算公式如下：式中，A_j表示研究区域划分出的网格计算单元j的面积，单位为m²；HSI_j表示网格计算单元j的栖息地适宜性指数；N表示网格计算单元数量，栖息地模型与水动力水环境模型采用同一套网格划分，网格计算单元为三角形；(4)对于产卵期的月份，根据产卵期目标鱼类栖息地空间特性评价指标与流量之间的非线性响应关系，采用栖息地法推求对应月份的生态流量，对于捕食期和越冬期，采用水量平衡法推求对应月份的生态流量，从而得到多闸坝平原河流完整水文年生态流量过程。