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过鱼设施相关水槽实验

已有 2197 次阅读 2021-2-3 10:57 |系统分类:科研笔记

国内现状过鱼设施相关鱼类行为学实验大多采用LOLIGO封闭式环形水槽。其优势在于鱼类游泳能力测试时,可以接测鱼类耗氧率等指标,更好评估鱼类游泳能力指标,有条件可以购买LOLIGO的全套设备,以获得最好的效果;其缺点在于测试水槽的实际使用段较短,同时测试对象处于被动游动状态,测试指标偏离鱼类实际游泳能力较大。

1982年水利部交通部南京水利科学研究所、电力工业部华东勘测设计院、江苏淡水水产研究所联合编著的《鱼道》指出,鱼对水流的正反应是鱼道的设计依据。明确和测定对鱼类运动有影响的特征流速值和它的上下极限值,是室内外试验任务之一。鱼类的感应流速、喜好流速与极限流速的取得,可以通过江河中鱼类洄游路线和活动能力的调查测定,室内外鱼类克服流速能力试验,以及对建成鱼道的原体观测等获得。

克流能力测试水槽

室内鱼类克服流速能力试验的玻璃水槽一般长15~18米,宽50厘米左右,水深50厘米左右。槽底为固定的,也可以是能活动变坡的。试验的观测区段,以分区段多级观测的方式较好,让鱼在顶流时由缓流冲向急流,逐步适应。每区两端流速的变化幅度控制在0.15~0.20m/s范围之内(图2-1)。

 

室内试验工作条件较好,修改方便,操作容易,水流稳定,但因水槽较小,对于大个体成鱼有约束,影响试验结果。

无限循环式鱼道

在鱼类持久能力试验部分,分别介绍了水平槽测定法和无限循环式鱼道两种方法。其目的是检验,鱼类通过水头较高的鱼道后,会不会引起鱼类过分疲劳,造成某种不利的后果,这是鱼道设计中需要通过试验解答的问题,因此需要进行持久力的试验。其中,无限循环式鱼道是用闸室将试验性鱼道的最高水池与最低水池联结起来,形成一个完整的循环道(图2-3,图中数字51-67是水池的平均水面高程,单位为英尺,水池长8英尺,宽3英尺,深6.8英尺,池间水平落差为1英尺),当一尾试验的鱼上溯到鱼道的最高水池后,很快的又被关进到最低的水池里,又开始上溯。这样鱼在循环的系统中运动,一直到试验结束;可以模拟到任何要求的高度和延续到任意长度的时间。

试验时,观测人员随时都要跟随着每一尾鱼,记录它通过每一块隔板的时间,最后用渔网把鱼捞起,取出鱼的血液和组织的样本,进行生化研究。通过对鲑鳟的试验研究认为:115尾测试个体表现出悠游自在的上溯1000英尺,无论从鱼的神态上,或者从血液中乳酸的含量上,都没有明显疲劳的迹象;2)无限循环式鱼道的试验说明,没有限制鱼道设计高度的必要,除非从经济因素考虑;3)担心在一个长鱼道的上部末端,因鱼每小时上溯率的降低,而产生拥挤或阻滞的危险,是没有事实根据的;4)试验表明鱼的上溯活动能力,在熟识和适应鱼道的水流条件后,在最初两天内有所增长,只是在三天以后上溯率逐渐降低。在无限循环式鱼道中进行鱼类上溯总能力和持久力试验,鱼类可以选择它们自己的游泳速度,或快或慢,持续上溯,不易出现疲劳现象。从水平槽测定鱼的持久力,因为鱼处在固定不变的、一定的水流流速下,经过几分钟或几小时后,便会发生疲劳的现象。二者的条件不同的,鱼的自由度不同,其疲劳度也自然不同。在工程设计中应引用无限循环式鱼道试验的数据。【目前看来,可以通过沿程布设的PIT检测线圈测试PIT标志的个体,获得结果,同时也测试了PIT标签对鱼类上溯能力的影响。另一方面,目前鱼道设计流速条件下,观测到鱼类通过鱼道的时间可能会很长,这到底是因为流速过高造成的还是流速过低导致个体上溯动力不足的影响,可以探讨。有条件的同志可以尝试一下这套实验装置。该装置实验的原始来源不详。】

 

Artificial Stream

美国Bozeman Fish Technology CenterBFTC)的鱼类通过和屏障研究计划是蒙大拿州立大学生态系,MSU-Western Transport InstituteBFTC之间的长期,多机构合作伙伴关系大平原和落基山地区鱼类通过信息的需求。使用最先进的设备和方法进行鱼类游泳和传代研究。使用明渠水槽实验和Loligo游泳管室确定游泳能力。在1-D3-D中对水力环境进行特征化和测量,以帮助制定游泳性能曲线。结果可用于评估障碍,确定清除的优先次序以及设计鱼道以恢复鱼种的连通性。其研究中采用了Artificial Stream的设备,可以认为是上述无限循环式水槽的改进升级版,其关键在于通过桨叶造流形成环道内的持续水流。该设施在大古过鱼设施设计相关研究中已经有所应用,但采取泵机造流时,环道内整体流速偏低。最高仅1.2m/s利用该设备进行游泳能力和行为趋性研究建议拥有。结合PIT标志检测,并通过内部结构的改进可以获得更多可控条件下的实验结果。用于流水性鱼类的动水养殖也很不错。

 

示环道整体

示实验中的环道外部设施

示环道观测窗效果

示环道内造流设施

流速选择试验

流速选择是鱼道设计中也常用的一种指标,总体上也是趋性特征的一种。

Pavlov1989)工作中,开展了一些鱼类的流速选择试验,部分结论试译如下:

趋流反应受温度、光照水平、湍流程度、流速和鱼的生理条件的影响。了解这些参数的作用对于控制水利工程附近的鱼类行为至关重要。在均匀的水流中,所有的鱼都表现出趋流反应,逆着水流运动。它们在水流宽度上的分布通常是均匀的,只有底部栖息物种优先向触觉定向条件较好的外围区域移动。然而,在自然环境中,即在非均匀流中,速度梯度通常非常不同,因此鱼对它们的反应也不同。底栖鱼类和中上层鱼类都选择确定的流速区。可以看出对水流的两种主要反应(4)。第一个涉及精确的方向和逆流运动,其中水流速度超过0.3 Ucr(选定速度Vsel = 0.3-0.95 Ucr)。第二种情况是,流速低于0.3 Ucr,相对于主流方向的方向混乱。这往往表现为圆周运动。在洋流中度过大半生的物种表现出前一种反应。表现出后一种反应的物种是那些典型地栖息在缓慢流动的水体(池塘和湖泊)或在其他流动的水体中缓慢流动的水域的物种。它们经常出现在近岸植被区。

在表现出第一类反应的物种中,所选择的水流速度(Vsel)不仅与上述因素有关,还与速度分布有关。速度分布越平坦或越均匀,Vsel越趋向于Ucr,并在斜槽中达到最大速度。剖面越陡,Vsel越低。当平均流速(Vav)增加时,Vsel也增加,但是速度剖面的陡度对鱼分布的相对影响被保留。可以说,在Vav < Ucr的固定范围内,这些参数在整个水流宽度上的比率在确定水流中的鱼类分布方面比它们的绝对值更重要。这个比率是流动水体中最恒定的因素,几乎不受可变速度状态的影响。利用流动水体的速度结构可以让鱼选择一个稳定的栖息地。

因为洄游鱼类是逆着流速(Vfl)游泳,所以可以区分相对(Vfr)和绝对(Vfa)游泳速度(Vfa = Vfl + Vfr)。相对游泳速度表示鱼在固定点之间的速度,而绝对速度表示鱼在静止水中的速度。根据实验数据(Pavlov1979),在均匀流的条件下,Vfl > Ucr,当Vfl增加时,VfaVfr都增加,即鱼过度补偿流速的增加,从而其速度超过流速的余量增加。因此,这种鱼加快了逆流而上的速度。然而,在非均匀流中,这些值的比率是不同的;尽管Vfl在很宽的速度范围内不断增加,但Vfr保持不变。因此,与均匀流中的响应相反,在速度梯度中,无论水力条件如何,鱼都保持其相对速度和恒定的上游前进速度。

该流速选择试验也可以在环道中开展。国内在《云南金沙江龙开口水电站集运鱼系统(捕捞过坝)科研及设计》、大古及杨房沟相关工作中已有应用。但仍亟待深入。

 

其他工作

部分利用环形水槽开展繁殖或生长相关研究如下:

2008.Breeding Success of Wild and First-Generation Hatchery Female Spring Chinook Salmon Spawning in an Artificial Stream

 

2009.水动力学条件对鱼类生长影响的试验研究

 

 




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