[发明专利]一种M型人工鱼礁空间布局优化方法

权利要求书

1.一种M型人工鱼礁空间布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，制作M型鱼礁单体模型，制作材料为有机玻璃，按照几何比尺50:1制作。

步骤2，建立正方形单位鱼礁，其排布在水槽底板中，22个M型鱼礁单体礁模型构成一组正方形单位鱼礁，单位鱼礁的的四个边角分别设置四个M型鱼礁单体礁模型，为四组鱼礁组，单位鱼礁中心设置六个M型鱼礁单体礁模型为一组鱼礁组，四个边角的M型鱼礁单体礁模型两两之间的间距为1倍礁长；单位鱼礁中心的的M型鱼礁单体礁模型为两排，且两两之间的间距也为1倍礁长。

步骤3，选择单位鱼礁排布中与水流方向平行的对角线上的三个鱼礁组为实验对象。实验时，M型鱼礁单位鱼礁由14个M型鱼礁单体礁模型组成，一个鱼礁组由4个或6个M型鱼礁单体礁模型组成，以4个，6个，4个的形式摆放，设置4种不同的鱼礁组间距条件。

步骤4，通过水槽实验获取到的数据，整理得到不同空间布局下的各个评价指标数据；共选取11个评价指标，其中上升流指标5个，包括最大上升流速度、上升流平均速度、上升流最大高度、上升流最大长度和上升流总面积；背涡流指标3个，包括背涡流最大高度、背涡流最大长度和背涡流总面积；紊动强度指标2个，包括整个流场的平均纵向紊动强度和平均垂向紊动强度；经济成本指标1个，为单位鱼礁每平方米造价；选择极值处理法对单位鱼礁流场效应评价指标进行无量纲化；

步骤5，采用客观赋权法中的熵值法作为单位鱼礁流场效应评价的赋权方法，具体步骤如下:

(1)构建多对象、多指标矩阵；设评价指标体系中有n个对象(n₁，n₂，…，n_n)，m个指标(m₁，m₂，…，m_m)，令第i个评价对象(i＝1，2，3，...，n)的第j个指标(j＝1，2，3，...，m)取值为X_ij，构建原始指标数据矩阵X：

(2)将原始数据无量纲化，消除量纲的影响，计算第j个指标下，第i个评价对象的特征比重或贡献度(p_ij)：

其中Z_ij代表第i个评价对象在j指标下的得分；

(3)计算第j项指标的熵值(e_j)：

式中，ln是自然对数，e_j≥0；

(4)计算第j项指标的差异系数(g_j)：

g_j＝1-e_j (4)

(5)对差异系数归一化，计算第j项指标的权重(W_j)：

(6)计算第i个评价对象的各项指标的综合得分(Y_i)：

步骤6，选取4种间距下的单位鱼礁的流场效应为评价对象，每个评价对象包括5个不同流速的样本；在基于水动力学特性进行评价时，只选取与水动力相关的上升流、背涡流和紊动强度指标，而不纳入经济成本指标，按照熵值法的具体步骤进行相应计算，获得各评价指标的权重和综合得分，进行比较分析得到结果为流场效应综合得分；

步骤7，选取4种间距下的单位鱼礁的流场效应为评价对象，每个对象包括5个不同流速的样本；在基于水动力学和经济成本的单位鱼礁布局方案评价时，选取上升流指标、背涡流指标、紊动强度指标和经济成本指标，按照熵值法的具体步骤进行相应计算，获得各评价指标的权重和综合得分，进行比较分析得到结果为流场效应综合得分；

步骤8，调整后布局方案应用分析；

根据水动力学特性的方案评价和水动力学和经济成本的方案评价的评价结果，综合考虑生态效益与经济成本，最终确定最佳的布局优化方案。