基于水利条件分析的拦鱼电栅设计布置方法与流程

本发明涉及水利工程设备领域，尤其涉及基于水利条件分析的拦鱼电栅设计布置方法。

背景技术：

1、随着水利工程的广泛建设，尤其是在水坝、引水渠和泵站等设施中，如何有效保护水生生态系统成为重要课题。拦鱼电栅作为一种生态保护装置，通过电场引导或阻止鱼类进入不适区域，在减少鱼类误入及受伤方面起到关键作用。基于水利条件分析，拦鱼电栅的设计需考虑水流速度、水深、流量波动等因素，以确保其在复杂水环境中的稳定性和有效性。同时，电栅的电极布置和电场强度应结合不同鱼类的行为特征进行优化，避免对非目标鱼种产生伤害。通过科学设计布置，拦鱼电栅不仅能有效保护鱼类资源，还能保障水利设施的安全运行。

2、现有的拦鱼电栅技术主要通过在水体中设置电极，形成电场，以引导或阻止鱼类进入特定区域。这种技术已经广泛应用于水坝、引水工程及鱼类保护设施中。在设计过程中，常通过调整电场强度和电极布置，确保不同水深、流速下电栅的有效性。然而，现有技术在实际应用中仍面临诸多挑战。比如，电场在不同水利条件下的分布不均可能导致电栅的拦截效果不稳定。此外，随着水流量的变化，电栅的效果也会受到影响。因此，现有技术逐渐向智能化和自动化方向发展，通过传感器实时监测水利条件，动态调整电场强度和布置，提高拦鱼效果和系统安全性。

3、例如公布号为：cn117926749a的专利申请公开的一种环境变化感应拦鱼电栅装置及使用方法，包括：上拦鱼板，所述上拦鱼板的两侧均固定安装有两个固定板。本发明的优点在于：当需要浮力板展开时，利用固定滑动板对准安装滑槽和安装滑轨安装滑移安装，从而将固定滑动板安装至安装滑槽和安装滑轨的内部，完成固定，当需要对浮力板进行收纳时，使固定滑动板滑出安装滑轨后，同时拉动控制块带动移动块收缩进入到移动槽内，使收纳块进入到收纳槽内，再松开对控制块的拉力，弹簧便会推动移动块伸出移动槽，进入到收纳块内，对收纳块的位置卡位固定，这样能够对该拦鱼电栅的浮力板进行收纳展开。

4、例如公告号为：cn105672190b的发明专利公告的一种水库坝前拦鱼警示缆索结构，包括：警示缆索结构、库表浮体结构、拦鱼电栅结构及效果观测系统，警示缆索结构包括主缆、辅缆、支撑结构、索鞍及锚碇，索鞍设置在支撑结构顶部，主缆、辅缆通过索鞍与锚定相连；库表浮体结构包括漂浮物及其固定螺栓，固定螺栓将漂浮物分别固定主缆和辅缆上；拦鱼电栅结构为在拦鱼警示缆索断面上设置电极阵形成电场；效果观测系统为采用声呐或超声波设置于主缆和辅缆，用于对拦鱼警示缆索断面及周边水域的拦鱼效果进行观测。

5、但本技术在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

6、现有技术中，在复杂的水文条件下，电栅设计不能很好地适应实际的水流环境并及时采取对应的措施，存在拦鱼电栅设计布置过程中水利条件分析不准确的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例通过提供基于水利条件分析的拦鱼电栅设计布置方法，解决了现有技术中拦鱼电栅设计布置过程中水利条件分析不准确的问题，实现了更准确的进行拦鱼电栅设计布置。

2、本技术实施例提供了一种基于水利条件分析的拦鱼电栅设计布置方法，包括以下步骤：通过水利条件检测设备获取的水利数据与从预设数据库中获取的参考水利数据得到水利条件变化指数，并基于水利条件变化指数得到水利条件分析指数，所述水利条件分析指数用于量化初始拦鱼电栅布置方法的适用性；将水利条件分析指数与从预设数据库获取的水利阈值进行比较以判断是否执行第一布置调控，所述第一布置调控表示根据变化的水利条件调控拦鱼电栅布置；根据水利数据与历史水利数据得出变化趋势相似指数，所述变化趋势相似指数用于量化水利条件的变化趋势与预设极端情况的趋近程度；将变化趋势相似指数与变化趋势阈值进行比较以判断是否采取对应的第二布置调控，所述第二布置调控表示根据水利条件的极端情况调控拦鱼电栅布置。

3、进一步的，所述水利条件检测设备包括多普勒流速仪、雷达水位计、温度记录仪、泥沙监测仪和电导率仪；所述水利数据包括水流速度、水深、水温、水体浊度和水体电导率。

4、进一步的，所述水利条件变化指数的具体获取过程如下：实时获取预设数量的预设时间点的水利数据，并对预设时间点进行编号；将预设时间点的水流速度和从预设数据库获取的参考水流速度区间进行比较，若预设时间点的水流速度属于参考水流速度区间，则根据预设时间点的水流速度与参考水流速度区间得到水速指数，否则将对应的水速指数记为1，所述参考水流速度区间包括水流速度最小值和水流速度最大值，所述水速指数为预设时间点的水流速度和水流速度最小值的差值与水流最大速度和水流最小速度差值的比值进行双曲正切运算的结果，所述水速指数用于量化对应预设时间点的水流速度的变化程度；将预设时间点的水深与从预设数据库获取的初始水深进行比较，若预设时间点的水深不小于初始水深，则根据预设时间点的水深与初始水深得到水深偏差，根据水深偏差得到水深指数，否则将对应的水深指数记为0，所述水深指数为预设时间点的水深和初始水深差值与初始水深的比值与1之和进行对数运算的结果，所述水深指数用于量化对应预设时间点的水体深度的变化程度；将预设时间点的水温与从预设数据库获取的参考水温区间进行对比，若预设时间点的水温属于参考水温区间，则根据预设时间点的水温与水温最小值和水温最大值得到水温指数，否则将对应的水温指数记为1，所述参考水温区间包括水温最小值和水温最大值，所述水温指数为预设时间点的水温和水温最小值的差值与水温最大值和水温最小值的差值的比值进行双曲正切运算的结果，所述水温指数用于量化对应预设时间点的水体温度的变化程度；将预设时间点的水体浊度与从预设数据库获取的水体浊度限值进行比较，若预设时间点的水体浊度不大于水体浊度限值，则根据预设时间点的水体浊度与水体浊度限制得到水浊指数，否则将对应的水浊指数记为1，所述水浊指数为水体浊度限值和预设时间点的水体浊度的差值与水体浊度限值的比值进行双曲正割运算的结果，所述水浊指数用于量化对应预设时间点的水体浊度的变化程度；将预设时间点的水体电导率与从预设数据库获取的参考电导率区间进行比较，若预设时间点的水体电导率属于参考电导率区间，则根据预设时间点的水体电导率与电导率最小值和电导率最大值得到电导率指数，否则将对应的电导率指数记为1，所述参考电导率区间包括电导率最小值和电导率最大值，所述电导率指数为预设时间点的水体电导率和电导率最小值的差值与电导率最大值和电导率最小值的差值的比值进行双曲正切运算的结果，所述电导率指数用于量化对应预设时间点的水体电导率的变化程度；所述参考水利数据包括参考水流速度区间、初始水深、参考水温区间、水体浊度限值和参考电导率区间；所述水利条件变化指数包括水速指数、水深指数、水温指数、水浊指数和电导率指数。

5、进一步的，所述根据水利条件变化指数得出水利条件分析指数的方法为：从预设数据库获取水利条件变化指数对应的水利条件变化权重，所述水利条件变化权重包括水速权重、水深权重、水温权重、水浊权重和电导率权重；将水利条件变化指数与水利条件变化权重的乘积运算结果进行求和运算得到指数变化总值，对指数变化总值进行双曲正割运算和指数运算得到水利条件分析指数，所述水利条件分析指数的数值表达式具体如下：

6、

7、式中，表示第n个预设时间点的水速指数，表示第n个预设时间点的水深指数，表示第n个预设时间点的水温指数，表示第n个预设时间点的水浊指数，表示第n个预设时间点的电导率指数，γ1表示水速权重，γ2表示水深权重，γ3表示水温权重，γ4表示水浊权重，γ5表示电导率权重，wain表示第n个预设时间点的水利条件分析指数，e表示自然常数。

8、进一步的，所述将水利条件分析指数与从预设数据库获取的水利阈值进行比较以判断是否执行第一布置调控的具体过程为：若水利条件分析指数小于水利阈值，则不执行拦鱼电栅布置调控；若水利条件分析指数不小于水利阈值，则采取第一布置调控；所述采取第一布置调控的具体过程为：将水深与初始水深进行比较：若水深大于初始水深，则提高拦鱼电栅电极的高度并减小拦鱼电栅电极的间距；若水深不大于初始水深，则减小拦鱼电栅电极的间距。

9、进一步的，所述提高拦鱼电栅电极的高度的具体过程如下：获取水深以及初始水深，所述初始水深表示在第一个预设时间点的水体深度；将预设时间点的水深与初始水深进行差值运算得到水深差，所述水深差表示水深与初始水深的差值；按照水深差相应的高度提高对应预设时间点内的拦鱼电栅电极的高度。

10、进一步的，所述减小拦鱼电栅电极的间距的具体步骤如下：步骤一，获取目标电场强度，所述目标电场强度表示通过查阅文献资料获得的鱼类的耐受电场强度；步骤二，将目标电场强度以及电栅供电电压代入电场强度公式得到目标电极间距；步骤三，将当前电极间距与目标电极间距进行差值运算得到减小拦鱼电栅电极的间距。

11、进一步的，所述变化趋势相似指数的获取过程如下：从预设数据库中获取历史水利数据以及预设时间点之间的间隔时长，并按照极端情况的类别对历史水利数据进行分类编号，所述间隔时长的时长均相同；获取预设数量的预设时间点的水利数据和历史水利数据，并对预设时间点进行编号；根据数据类别对水利数据以及对应的历史水利数据进行分类编号；基于历史水利数据与间隔时长得到每一类历史水利数据的历史水利数据评估值；基于水利数据与间隔时长得出每一类水利数据的实时水利数据评估值；将历史水利数据评估值与实时水利数据评估值的差值运算结果进行绝对值运算得到评估差，并对所有预设时间点的所有类别的水利数据以及对应的历史水利数据的评估差进行统计得到评估差总和；将评估差总和与评估差对应的数量进行比值运算得出评估差平均值，基于评估差平均值得出变化趋势相似指数。

12、进一步的，所述将变化趋势相似指数与变化趋势阈值进行比较以判断是否采取对应的第二布置调控的具体过程如下：将洪水趋势相似指数与洪水阈值进行比较，若洪水趋势相似指数大于洪水阈值，则不执行第二布置调控，否则缩短拦鱼电栅电极的间距；将干旱趋势相似指数与干旱阈值进行比较，若干旱趋势相似指数大于干旱阈值，则不执行第二布置调控，否则延长吊索长度直至拦鱼电栅电极完全没入水中；将冰冻趋势相似指数与冰冻阈值进行比较，若冰冻趋势相似指数大于冰冻阈值，则不执行第二布置调控，否则启用加热装置；将高温趋势相似指数与高温阈值进行比较，若高温趋势相似指数大于高温阈值，则不执行第二布置调控，否则启用散热装置；将台风趋势相似指数与台风阈值进行比较，若台风趋势相似指数大于台风阈值，则不执行第二布置调控，否则启用自动断电装置；所述变化趋势阈值包括洪水阈值、干旱阈值、冰冻阈值、高温阈值和台风阈值；所述变化趋势相似指数包括洪水趋势相似指数、干旱趋势相似指数、冰冻趋势相似指数、高温趋势相似指数和台风趋势相似指数。

13、进一步的，若第一布置调控和第二布置调控同时执行，则优先执行第二布置调控并向预设工作人员发出预警提醒；所述预警提醒包括指令提醒、视觉提醒和听觉提醒。

14、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

15、1、通过水利数据与参考水利数据得到水利条件变化指数，并基于水利条件变化指数得到水利条件分析指数，接着将水利条件分析指数与水利阈值进行比较以判断是否执行第一布置调控，同时根据水利数据与历史水利数据得出变化趋势相似指数，将变化趋势相似指数与变化趋势阈值进行比较以判断是否采取对应的第二布置调控，从而实现了有效的应对多变的水利条件，进而实现了更准确的进行拦鱼电栅设计布置，有效解决了现有技术中拦鱼电栅设计布置过程中水利条件分析不准确的问题。

16、2、通过获取水利条件变化指数及对应的水利条件变化权重，并将水利条件变化指数与水利条件变化权重的乘积运算结果进行求和运算得到指数变化总值，然后对指数变化总值进行双曲正割运算和指数运算得到水利条件分析指数，从而实现了执行第一布置调控的更准确判断，进而实现了实时监测水利条件的变化并及时采取对应的措施。

17、3、通过将获取的目标电场强度以及电栅供电电压代入电场强度公式得到目标电极间距，并将当前电极间距与目标电极间距进行差值运算得到减小拦鱼电栅电极的间距，从而准确增大了电场强度，进而实现了更准确的拦鱼电栅设计布置。