一种考虑鱼类在库区内洄游需求的水库调度方法

本发明属于水资源供应管理以及河流生态环境保护领域，涉及一种考虑鱼类在库区内洄游需求的水库调度方法。

背景技术：

1、保障鱼类在库区内的成功洄游是建库河流水资源供应管理的一项基本需求，也是河流生态环境保护的一项重要工作，还是水库调度的一项重要内容。洄游鱼类需要水流的刺激来确定游泳方向。然而，库区内的流速极低(低于鱼类的感应流速)，洄游鱼类通过鱼道进入库区后就会失去游泳方向，导致它们无法到达水库上游的产卵场，从而无法完成繁殖。现有的考虑鱼类在库区内洄游需求的水库调度方法是沿用常规的兴利调度方法，只对调度曲线上的参数值进行微调。然而，这种调度方法没有根据鱼类洄游的关键因素(鱼类的流速需求、鱼类的游泳速度、鱼类的洄游路程长度等)建立有针对性的调度方法，不能充分满足鱼类的洄游需求，从而导致鱼类洄游成功率很低。要保障鱼类在库区内的成功洄游，需要根据目标鱼类洄游的流速需求、游泳速度、鱼类洄游路程长度等因素，确定针对鱼类洄游需求的关键参数值，并与常规的水库兴利调度方法相结合，建立新的调度方法。另外，如果在长达几个月的鱼类洄游时期都将库区流速提高到鱼类的感应流速，将会显著降低水库的供水保证率，从而难以实施。针对现有水库调度方法难以有效保障鱼类在库区内成功洄游的问题，建立新的水库调度方法，以有效地保障鱼类在库区内的成功洄游，并最大化水库的供水保证率，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明拟建立一种新的水库调度方法，保障鱼类在库区内的成功洄游，并最大化水库的供水保证率。为此，本发明将根据目标鱼类洄游的流速需求、游泳速度、鱼类洄游路程长度等因素，建立满足鱼类洄游需求的调度方法，以保障鱼类在库区内的成功洄游。另外，考虑到在长达几个月的鱼类洄游时期都将库区流速提高到鱼类的感应流速，将会显著降低水库供水保证率的问题，本方法将采用脉冲流量下泄(在有限的几天提高水库下泄流量)的方式，在鱼类洄游期的几天内将库区流速提高到鱼类的感应流速，从而减少水库存水量的消耗，最大化供水保证率。此外，本发明引入了洄游通道启动水位(当水库水位不低于该水位时，启动库区内鱼类洄游通道的连通，开始下泄脉冲流量)和洄游通道启动流量(当水库入流量不小于该流量时，启动库区内鱼类洄游通道的连通，开始下泄脉冲流量)两个技术参数，并根据鱼类洄游需求和水库供水需求对这两个参数进行优化，以科学确定脉冲流量下泄的时机，从而可以更好地平衡库区内鱼类洄游需求和水库兴利需求。

2、本发明拟采用的技术方案如下：首先，根据目标鱼类的关键洄游特征，确定保障鱼类洄游的关键水库调度参数值；然后，将这些保障鱼类洄游的关键水库调度参数值与水库兴利调度规则相结合，建立新的水库调度规则；最后，以保证鱼类洄游为约束，以最大化水库供水保证率为目标，对水库调度参数进行优化。具体步骤如下：

3、(1)脉冲流量大小的确定

4、通过水动力模拟，在不同水位下确定库区洄游路径上最低流速达到目标鱼类感应流速时的最小下泄流量q1，建立水库水位与最小下泄流量q1的关系曲线；

5、(2)脉冲流量下泄的可行时间范围及持续时间确定

6、将目标鱼类洄游开始月份t1和终止月份t2，设为水库实施脉冲流量下泄的可行时间范围；用目标鱼类在库区内的洄游路径的长度除以目标鱼类平均游泳速度，确定出目标鱼类在库区内洄游所需的天数t，设为脉冲流量下泄的持续时间t；

7、(3)水库日调度规则确定

8、①在t1月-t2月，当水库尚未下泄步骤1和步骤2所确定的脉冲流量时，日调度规则为：

9、●当水库水位高于上调度曲线时，水库下泄脉冲流量，脉冲流量的大小为当前水库水位对应的q1，并向用水户提供规划的水量；

10、●当水库水位位于上调度曲线和死库容线之间时，水库向用水户提供规划的水量；此时，如果水库水位高于或等于洄游通道启动水位h，且未来3日的日均入库流量大于或等于洄游通道启动流量q2时，水库连续t日下泄脉冲流量，脉冲流量的大小为当前水库水位对应的q1；

11、●当水库水位低于死库容线时，水库不向用水户供水，也不下泄；

12、②在t1月-t2月以外的月份，或者在t1月-t2月水库已经下泄了步骤1和步骤2所确定的脉冲流量，日调度规则为：

13、●当水库水位高于上调度曲线时，向用水户提供规划的水量，并通过溢洪道泄流使水库的水位降到上调度曲线水位；

14、●当水库水位位于上调度曲线和死库容线之间时，水库向用水户提供规划的水量；

15、●当水库水位低于死库容线时，水库不向用水户供水，也不下泄；

16、(4)水库调度目标量化

17、将保障脉冲流量下泄作为水库调度的主要约束；水库调度的目标量化为：在满足脉冲流量年均下泄不少于t日的前提下，使水库供水保证率最大化；

18、(5)水库调度参数优化

19、采用穷举法，确定洄游通道启动水位h和洄游通道启动流量q2的不同组合情景；上调度曲线和死库容线采用水库原有的曲线，在本发明中保持不变；按照步骤(3)中构建的调度规则，对不同h和q2情景下的水库运行情况进行模拟，得出不同h和q2值下的实际供水保证率和脉冲流量下泄情况，进而得出脉冲流量年均下泄不少于t日且水库供水保证率最大的h和q2参数值，即为最优的水库调度参数值。

技术特征：

1.一种考虑鱼类在库区内洄游需求的水库调度方法，其确定步骤如下：

技术总结
本发明涉及一种考虑鱼类在库区内洄游需求的水库调度方法。首先，根据目标鱼类的感应流速，确定脉冲流量的大小；根据目标鱼类洄游的起止时间，确定需要下泄脉冲流量的可行时间范围；根据目标鱼类的持续游泳速度和洄游距离，确定脉冲流量下泄的持续时间。然后，建立水库日调度规则，其中，在鱼类洄游期内，当水库水位和未来入库流量都不小于阈值时，按照已确定脉冲流量的持续时间和大小进行下泄；在洄游期内，当水库水位或未来入库流量小于阈值时，不下泄脉冲流量。最后，在保证脉冲流量下泄的前提下，以水库供水保证率最大化为目标，对水库调度参数进行优化。该方法可以保障鱼类在库区内的成功洄游，同时最大化水库的供水保证率，对建坝河流生态系统保护和恢复具有重要的理论和实践意义。

技术研发人员：尹心安,杨柏蘅,高子捷,檀怡,杨林,徐志豪
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29