本文關鍵詞：玻爾茲曼方程模擬魚等水生動物游動數(shù)學模型及工程應用　出處：《清華大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：魚類等水生動物,是河流、湖泊等生態(tài)環(huán)境中不可缺少的一部分。近年來,人工修建的水利工程建筑物改變了傳統(tǒng)的江湖關系,對魚類等水生動物造成非常大的影響。洄游性和半洄游性動物的洄游路線被截斷,大批物種隔斷在水利工程建筑物上下游,物種之間的基因交流減少,生物多樣性進一步減弱;水利工程建筑物對河道的截流也使得上下游的水文條件發(fā)生改變,使得魚類等水生動物原有的棲息地消失,新的棲息地出現(xiàn),極大地影響了水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)。已有的魚類等水生動物游動行為的研究模型大多建立在拉格朗日框架上,計算工作量極大,且多為經(jīng)驗模型。難以在河流流域中模擬其游動過程,進而難以分析其棲息地狀況,且傳統(tǒng)的棲息地評價模型的核心大多為統(tǒng)計學理論,又缺乏對研究對象本身行為的分析。本文從水生動物個體行為出發(fā),分析其運動時在水體中的受力情況,建立了其游動行為的玻爾茲曼方程,并將其它影響因素作為源項,求解后得到其數(shù)量分布公式。公式中的相關變量包括流速、其身體與水流方向之間的夾角、水深、水溫、底質和含沙量等,物種相關變量包括身體側表面積、對流速變化的感應能力和克流能力。建立的魚類等水生動物行為模型能夠良好的反映其與流速、水深和水溫等環(huán)境因素的偏好關系,同時因為模型涉及魚類等水生動物在水中游動的受力情況,使得模型能夠準確的模擬研究對象在水中的行為模式,并與水動力模型和泥沙輸移模型良好耦合,適用于各種尺度的研究區(qū)域。此外由于模型中涉及多個表征生物物種的參數(shù),模型對于各種研究對象也有著廣泛的適用性。模型被應用到江豚通過水工建筑物模擬和中華鱘棲息地選擇模擬等實際工作中,分別研究鄱陽湖擬建水利樞紐工程對江豚洄游行為的影響和三峽水利樞紐工程不同下泄流量對中華鱘棲息地的影響。模型結果表明,鄱陽湖的擬建水利樞紐工程對江豚的洄游行為有一定的影響,不同水文年優(yōu)化調度后江豚的通過率最大可達90%以上,修建水利樞紐工程前后鄱陽湖內(nèi)的江豚分布規(guī)律改變不大;不同的上游來水流量下中華鱘的數(shù)量分布區(qū)別較大,當流量處于20000m3/s到30000m3/s之間時最適合中華鱘棲息。因此,模型可以為生態(tài)環(huán)境的保護和修復工作提供重要的參考。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S917.4

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1 陳曾龍;;卡爾加林水利樞紐區(qū)段閃光鱘洄游行為的研究[J];淡水漁業(yè);1993年05期

2 王長平;;魚類行為趣談[J];水族世界;2014年01期

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1 戴東宸;玻爾茲曼方程模擬魚等水生動物游動數(shù)學模型及工程應用[D];清華大學;2016年

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本文編號：1316153