(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210674407.7 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 三峡大学 地址 443002 湖北省宜昌市西陵区大 学路8 号 (72)发明人 柯森繁　石小涛　雷青松　谭均军　 焦易林　陶宇　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 高阳 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/08(2012.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (54)发明名称 应用于评估涵洞过鱼能力的预测方法 (57)摘要 一种应用于评估涵洞过鱼能力的预测方法， 步骤为： 步骤1： 涵洞流态判别及水力计算过程； 步骤2： 过鱼对象游泳能力数据库 构建； 步骤3： 涵 洞过鱼能力判别原则； 步骤4： 涵洞过鱼能力预判 模型构建方法； 步骤5： 涵洞过鱼效果数值预测评 价。 本发明依托现有涵洞工程， 根据现有的涵洞 基本信息， 计算涵洞相关的水力参数； 通过文献 调研收集不同过鱼对象游泳能力数据， 形成游泳 能力函数表达式； 结合涵洞的水力信息， 提出可 能判定涵洞过鱼能力的三个原则； 利用Pyt hon语 言构建涵洞过鱼能力预判模型， 预测过鱼对象成 功通过涵洞的概率。 本发明提出的应用于评估涵 洞过鱼能力的预测方法， 可应用于我国已建涵洞 工程过鱼效果评价中， 为以后辅助涵洞过鱼提供 优化建议。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 115081201 A 2022.09.20 CN 115081201 A 1.一种应用于 评估涵洞过鱼能力的预测方法， 其特 征在于包括以下步骤： 步骤1： 确定涵洞流态判别及水力计算过程； 步骤2： 构建过鱼对象游泳能力数据库； 步骤3： 确定涵洞过鱼能力判别原则； 步骤4： 确认涵洞过鱼能力预判模型构建方法； 步骤5： 进行涵洞过鱼效果数值预测评价。 2.根据权利要求1所述的应用于评估涵洞过鱼能力的预测方法， 其特征在于： 步骤1中， 根据涵洞进口水深、 出口水深和洞高参数的不同， 将涵洞流态分为无压流、 半压力流、 非淹 没压力流和淹没压力流， 四种涵洞流态的判别标准如下： 1)当H≤1.2D时， 若h＜D， 则涵洞流态为无压流； 若h≥D， 则涵洞流态为淹没压力流； 2)当1.2D＜H≤1.5D时， 若h＜D， 则涵洞流态为半压力流； 若h≥D， 涵洞流态为淹没压力 流； 3)当＞1.5D时， 若h＜D， 则涵洞流态为非淹没压力流； 若h≥D， 则涵洞流态为淹没压力 流； 上述判别标准中， H为上游水深； h为下游水深； D为洞高； 其中， 无压流态根据涵洞洞长L 与上游水深H的关系， 分为长洞和短洞； L<8H时为短洞， 反 之为长洞； 四种涵洞流态， 采用的流 量计算公式， 如下： 1)无压流： 不分长短洞， 无压流计算公式为： 式中Q为流量； σ 为淹没 系数； m为 流量系数； B为洞宽； g为重力加速度； H0为包括行进流速水头在内的进口水深； 式中U0为上游行进流速； α 为动 能修正系数； 当 时， 若 则为非淹没流态， 淹没系数σ ＝1， 对于短洞： hs＝h‑iL， 式中hs为洞进口内水深， i为坡度； 对于长洞， 则需以出口水深 为控 制水深， 从出口断面向上游推算洞内水面线以确定洞进口内水深。 2)半压力流： 半压力流涵洞流量计算公式为： 其中， m为 流量系数， β1为修正系数； 3)非淹没压力流： 非淹没压力流涵洞流 量计算公式为： 、 式中 ∑ω＝ω1+ω2+ω3+ω4；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115081201 A 2上式中A为洞身断面面积； m2为流量系数； i为坡度； R为水力半径； χ为湿周； C为谢才系 数； n为糙率； ∑ω为除出口损失系数以外的局部损失系数之和， ω1为进口损失系数， ω2为 闸门槽损失系数， ω3进口渐变段损失系数， ω4出口渐变段损失系数； 4)淹没压力流： 淹没压力流涵洞流 量计算公式为： ∑ω＝ω1+ω2+ω3+ω4； 上式中m3为流量系数， h为出口水深； 流量计算完成之后， 由于断面形状、 尺寸固定不变， 由连续性方程计算涵洞内平均流 速， 矩形断面流速方程为： 式中Q为流量； B为洞宽； 为涵洞进口水深H、 出口水深h 和中间水深h0的算数平均值； U为涵洞平均流速； 圆形断面 流速方程 为： 3.根据权利要求1所述的应用于评估涵洞过鱼能力的预测方法， 其特征在于： 步骤2中， 通过文献检索及工程调研方式收集我国过鱼对象的游泳能力数据， 收集与涵洞设计有关的 游泳能力数据， 形成可预测 不同过鱼对 象游泳能力函数关系式数据库； 所述的游泳能力数 据包括游泳耐力和游泳距离， 根据游泳耐力时间将游泳速度定义为持续游泳速度阶段、 耐久游泳速度阶段和爆 发游 泳速度阶段， 由此计算出最大 可持续游泳 速度和最小爆发游泳 速度； 确定鱼类游泳耐力与体长、 游泳速度和水温的函数关系后， 游泳距离的计算公式D＝ (V‑U)×t， 式中D为游泳距离， U为水流速度， V为游泳 速度， t为游泳耐力时间。 4.根据权利要求1所述的应用于 评估涵洞过鱼能力的预测方法， 其特 征在于： 步骤3中， 对涵洞过鱼能力进行判别是根据测量的水深， 快速判断是否存在水深障碍； 排除水深 障碍后， 对流速进行验证； 若某节点流速大于鱼类最小爆发游泳速度， 则该点存在流速障 碍； 若将流速障碍也排除后， 则根据 游泳耐力时间与 游泳速度的关系函数及游泳距离公式， 推算出鱼类可以上溯的最大距离， 判断该距离是否大于涵洞长 。 5.根据权利要求1所述的应用于评估涵洞过鱼能力的预测方法， 其特征在于： 步骤4中， 利用Python语言构建涵盖涵洞尺寸信息、 水力信息和鱼类信息模拟预测涵洞过鱼能力的方 法。 6.根据权利要求1所述的应用于评估涵洞过鱼能力的预测方法， 其特征在于： 步骤5 中， 用步骤4构建的涵洞过鱼能力预判模型， 预测不同流量和涵洞尺寸下， 不同鱼种、 体长大小 过鱼对象通过涵洞的概 率， 并通过构建物理模型， 开展放鱼试验， 验证模型 预测的准确性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115081201 A 3