Μαθηματική προσομοίωση της συμπεριφοράς ιχθύων σε περιοχές φραγμάτων ποταμών με διόδους ιχθύων

Οικονομοπούλου, Ευγενία; Oikonomopoulou, Evgenia

dc.contributor.author	Οικονομοπούλου, Ευγενία	el
dc.contributor.author	Oikonomopoulou, Evgenia	en
dc.date.accessioned	2020-05-28T16:18:29Z
dc.date.available	2020-05-28T16:18:29Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50711
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18409
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μαθηματική προσομοίωση	el
dc.subject	Συμπεριφορά ιχθύων	el
dc.subject	Υδροδυναμικό μοντέλο	el
dc.subject	Fish behavior modelling	en
dc.subject	Fish passages	en
dc.subject	Ecological modelling	en
dc.title	Μαθηματική προσομοίωση της συμπεριφοράς ιχθύων σε περιοχές φραγμάτων ποταμών με διόδους ιχθύων	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική, Υδατικοί πόροι	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-11-13
heal.abstract	The scope of the present work is to implement an existing mathematical model that simulates fish behavior and movement through fish passages in river flows. Fish behavior, as studied and referenced in literature, consists mainly of three behaviors; 1) fish swims along with the flow, which is a biased correlated random walk (BCRW) in the direction of the flow, 2) fish swims towards regions of faster flows thus facilitating downstream migration through obstacle avoidance and 3) fish swims against flow vector, which is an escape response, where fish abandons downstream migration to swim upstream. This mathematical fish behavior model is based on the fact that fish behavior is triggered from hydrodynamic stimuli and specifically water acceleration magnitude. In order to implement the fish model based on the hydrodynamic stimuli, a case study area is used, which is a river in the area of Jedsted in Denmark, where fish movement data were recorded and available. Data of bathymetry and water velocity were also available and used for simulating the hydrodynamic flow field of the case study area. To simulate the hydrodynamic flow, a hydrodynamic model is set up and validated with the use of a computational fluid mechanics (CFD) model, Telemac-2D in particular. Velocity data derived from the hydrodynamic model is used for calculating water acceleration. Water acceleration is then used as an input in fish behavior model. Sensitivity analysis is performed in order to determine the parameters of the fish model that most affect fish behavior. After defining the most important parameters of the model, an implementation of the fish model is attempted. A set of values of the most important parameters is then selected and applied to simulate experimental fish trajectories. The results indicate that the model succeeds to simulate milling and non-milling fish behavior activating a combination of the three behaviors that are mentioned above. In particular, non-milling behavior corresponds to 1st behavior and swimming with the direction of the flow and non-milling behavior corresponds to a combination of 1st, 2nd and 3rd behavior with the fish experiencing sudden changes in direction during its movement. Experimental fish trajectories are not exactly simulated but the main goal of simulating fish behavior which appears during the experiment on the case study area is succeeded.	en
heal.abstract	Ο κύριος σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εφαρμογή ενός μαθηματικού μοντέλου με το οποίο θα είναι εφικτή η προσομοίωση της συμπεριφοράς και της κίνησης των ιχθύων σε διόδους ιχθύων σε περιοχές φραγμάτων ποταμών. Οι συμπεριφορές που ακολουθούν οι ιχθύες σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία είναι οι εξής: 1) κολύμβηση με την κατεύθυνση της ροής, 2) παρατεταμένη κολύμβηση προς τις υψηλότερες ταχύτητες και 3) κολύμβηση αντίθετα στη ροή. Το παρόν μαθηματικό μοντέλο βασίστηκε σε προηγούμενη μεταπτυχιακή διατριβή και τροποποιήθηκε σε κάποιες λεπτομέρειες που αφορούν την χωρική κατανομή που καλύπτει ο ιχθύς κατά την κίνηση του και όχι στον βασικό κορμό που περιγράφει τη συμπεριφορά των ιχθύων. Πιο αναλυτικά, το μοντέλο βασίζεται στο γεγονός ότι οι ιχθύες λαμβάνουν υπόψη τους τα υδροδυναμικά χαρακτηριστικά μιας περιοχής και με βάση αυτά αποφασίζουν τη συμπεριφορά που θα ακολουθήσουν. Επιλέγεται περιοχή μελέτης για την οποία υπάρχουν πειραματικά δεδομένα τροχιών ιχθύων ώστε να γίνει προσπάθεια εφαρμογής του μοντέλου με βάση τις τροχιές αυτές. Αρχικά, με τη βοήθεια του μοντέλου υπολογιστικής υδροδυναμικής Telemac-2D έγινε βαθμονόμηση του υδροδυναμικού μοντέλου του πεδίου ροής της περιοχής μελέτης με βάση τις μετρήσεις παροχών που καταγράφονται πειραματικά. Από την υδροδυναμική προσομοίωση λαμβάνονται τα αποτελέσματα των ταχυτήτων του πεδίου ροής, από τα οποία υπολογίζονται οι επιταχύνσεις του πεδίου ροής που αποτελούν το βασικό ερέθισμα της συμπεριφοράς των ιχθύων και άρα δεδομένα εισόδου στο μοντέλο ιχθύων. Στη συνέχεια, όπως αναφέρεται παραπάνω, έγιναν τροποποιήσεις στο μοντέλο ώστε να αντιμετωπιστούν προβλήματα της χωρικής έκτασης που καταλαμβάνουν οι ιχθύες, όπως ο περιορισμός τους μέσα στα υδάτινα όρια του ποταμού και όχι εκτός των οχθών. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις δισδιάστατης κίνησης ιχθύων με διαφορετικές θέσεις εκκίνησης του ιχθύος, συμπεριλαμβανομένων των θέσεων εκκίνησης από τις πειραματικές μετρήσεις παρακολούθησης και καταγραφής πραγματικών ιχθύων στο πεδίο. Οι πειραματικές μετρήσεις περιλαμβάνουν τροχιές ιχθύων σε μορφή Χ και Υ συντεταγμένων, οι οποίες λήφθηκαν με τη βοήθεια υδροφώνων που ήταν τοποθετημένα στην περιοχή μελέτης και λειτούργησαν ως δέκτες σήματος από τους πομπούς που είχαν τοποθετηθεί στους μελετώμενους ιχθύες. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησίας στις παραμέτρους του μοντέλου, ώστε να καθοριστεί από ποιες παραμέτρους εξαρτάται η συμπεριφορά ιχθύων, όπως οι τιμές κατωφλιού οι οποίες αν ξεπεραστούν ενεργοποιείται η εκάστοτε συμπεριφορά, αφού ο ιχθύς θα έχει αντιληφθεί διαφορά ανάμεσα στην επιτάχυνση που έχει εγκλιματιστεί και στην επιτάχυνση που δέχεται. Επίσης, σημαντικοί αποδεικνύονται οι συντελεστές μνήμης κάθε συμπεριφοράς οι οποίοι μεταφέρουν πληροφορία στον ιχθύ από την προηγούμενη χρονική στιγμή στην επόμενη και καθορίζουν αν ο ιχθύς θα συνεχίσει να ακολουθεί μια συμπεριφορά. Ακόμη, με βάση το είδος του ιχθύος που εξετάζεται, το οποίο είναι ο Ατλαντικός Σολομός, κατασκευάστηκαν οι καμπύλες καταλληλότητας ταχύτητας και βάθους νερού με βάση την περιοχή μελέτης. Τέλος, όσον αφορά τα συμπεράσματα, προκύπτει ότι το μοντέλο συμπεριφοράς ιχθύων προσομοιώνει τη γενική συμπεριφορά του συνόλου των πειραματικών ιχθύων, αλλά η ακριβής προσομοίωση των πειραματικών τροχιών δεν είναι δυνατή καθώς η κίνηση τους βασίζεται αρκετά στον παράγοντα της τυχαιότητας.	el
heal.advisorName	Στάμου, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Στάμου, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Μπαλτάς, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Νάνου - Γιάνναρου, Αικατερίνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	123 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false