[發(fā)明專利]考慮致災(zāi)生物運(yùn)動(dòng)特征及節(jié)律行為的取水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310430759.2
• 申請(qǐng)日: 2023-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN116468275B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓瑞;趙懿珺;梁洪華;段亞飛;紀(jì)平;曾利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06Q10/0635
• 分類號(hào): G06Q10/0635;G06Q50/06;G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 北京國(guó)林貿(mào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 袁建水

1.一種考慮致災(zāi)生物運(yùn)動(dòng)特征及節(jié)律行為的取水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于，所述方法的步驟如下：

步驟1，構(gòu)建包括電廠取水工程在內(nèi)的取水海域流場(chǎng)模型：獲取取水海域地形、潮流條件、岸線特征，以及電廠取水工程的設(shè)計(jì)尺寸、取水流速、取水水深，建立取水海域流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，確定模擬范圍，劃分計(jì)算網(wǎng)格，確定流場(chǎng)模擬的邊界條件、初始條件并選擇合適的計(jì)算參數(shù)，計(jì)算參數(shù)包括：海床糙率系數(shù)、渦黏系數(shù)；選擇計(jì)算控制潮型，模擬包含核電取水工程，以及取水可能影響海域在內(nèi)的海域流場(chǎng)模擬，流場(chǎng)模型以水深積分形式的淺水方程為基礎(chǔ)，模型采用基于Boussinesq和垂向靜水壓力假定并采用曲線坐標(biāo)，垂向上使用σ垂向坐標(biāo)系統(tǒng)：

其中：d為參考平面以下的水深值，H為全水深，z為物理空間垂向坐標(biāo)，ζ為自由水面高程，在海床底部σ＝-1，在自由水面σ＝0；

模型控制方程包括連續(xù)方程、動(dòng)量方程及密度狀態(tài)方程，并通過湍流理論使方程閉合，具體控制方程如下：

水深平均的連續(xù)方程：

其中，ζ為自由水面高程；t為時(shí)間；ξ和η為曲線坐標(biāo)系下水平方向的坐標(biāo)；G_ξξ、G_ηη為曲線坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換系數(shù)；U、V分別為ξ和η方向的水深平均流速；Q表示源匯項(xiàng)；

模型在水平方向ξ和η的動(dòng)量方程：

其中：u、v為曲線正交坐標(biāo)系下ξ和η方向的流速分量，f為Coriolis參數(shù)，f＝2Ωsinφ，Ω為地球自轉(zhuǎn)角速度，φ為緯度；F_ξ和F_η分別為ξ和η方向的紊動(dòng)動(dòng)量通量，反應(yīng)雷諾應(yīng)力；P_ξ和P_η為ξ和η方向的水壓力梯度；M_ξ和M_η為ξ和η方向上動(dòng)量的源匯項(xiàng)；

由于基于淺水方程，模型基于靜水壓力：二維模型不考慮水體密度ρ₀變化；

床底阻力采用二次型形式：

其中謝才系數(shù)C_2D，根據(jù)謝才公式計(jì)算，n為糙率系數(shù)；

步驟2，流場(chǎng)模型結(jié)果驗(yàn)證及流場(chǎng)分析：采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)流場(chǎng)模擬結(jié)果進(jìn)行潮位及流場(chǎng)的驗(yàn)證，以確保計(jì)算的潮位過程與實(shí)測(cè)過程基本一致或整體上計(jì)算潮位與實(shí)測(cè)值符合；

步驟3，構(gòu)建典型取水致災(zāi)生物遷移模型：根據(jù)致災(zāi)生物的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度，隨晝夜時(shí)間在水體中的位置變化，及其運(yùn)動(dòng)特征和節(jié)律行為提出致災(zāi)生物遷移模型；

模擬方程如下：

(1)致災(zāi)生物運(yùn)動(dòng)方程：

或

ΔS＝(u_live+u_flow)×Δt，

其中：ΔS為致災(zāi)生物運(yùn)動(dòng)位移；Δt為致災(zāi)生物運(yùn)動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)；u_live為致災(zāi)生物游動(dòng)速度矢量；u_flow為該時(shí)間步長(zhǎng)下致災(zāi)生物所在位置水流速度矢量；

(2)致災(zāi)生物節(jié)律行為運(yùn)動(dòng)方程：

Height＝f(Time)其中：Height為致災(zāi)生物所在位置水深，f(Time)為致災(zāi)生物在水體中所處的垂向位置隨時(shí)刻變化的相關(guān)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系通過對(duì)致災(zāi)生物晝夜垂直分布的相關(guān)研究或?qū)嶒?yàn)獲得；

步驟4，典型取水致災(zāi)生物遷移模型與取水海域流場(chǎng)模型耦合：取水海域流場(chǎng)模型的輸出結(jié)果將作為致災(zāi)生物遷移模型的輸入條件，驅(qū)動(dòng)致災(zāi)生物在流場(chǎng)變化下進(jìn)行遷移運(yùn)動(dòng)，水力信息單向傳遞給致災(zāi)生物遷移模型，根據(jù)生物的遷移運(yùn)動(dòng)規(guī)律獲取生物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、生物所處位置隨時(shí)間的變化，進(jìn)而獲得致災(zāi)生物在取水環(huán)境流場(chǎng)作用下的遷移過程；

步驟5，取水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：以一個(gè)完整的典型潮作為計(jì)算時(shí)間總長(zhǎng)度，以進(jìn)入取水明渠口門的致災(zāi)生物占初始投放數(shù)量的百分比作為評(píng)價(jià)取水風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)，基于取水海域流場(chǎng)變化規(guī)律、致災(zāi)生物遷移模型計(jì)算結(jié)果，分析得到對(duì)應(yīng)環(huán)境水流和取水工程結(jié)構(gòu)下，取水運(yùn)行時(shí)受到取水匯流作用影響進(jìn)入取水系統(tǒng)的致災(zāi)生物占初始投放致災(zāi)生物數(shù)量的百分比作為評(píng)價(jià)取水風(fēng)險(xiǎn)，100％為取水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估最大值，0％為取水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估最小值。