CN104381170A - 一种鱼类突进游泳速度测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种鱼类突进游泳速度测试方法，包括：鱼类游泳测试装置，鱼类游泳测试装置的试验段布置，鱼类突进游泳速度的测试过程，测试数据的统计。尤其是在生态鱼道建设过程中采用的测试鱼类游泳速度的方法，属于水利工程中的生态环境保护试验领域。本发明提供了一种鱼类突进游泳速度测试方法；提供的鱼类突进游泳速度测试方法解决了吸盘鱼类的突进游泳速度的测试问题；本发明方法测得的速度在生态鱼道设计中采用后能够帮助吸盘鱼类通过生态鱼道。

Description

一种鱼类突进游泳速度测试方法
技术领域
本发明涉及一种测试鱼类突进游泳速度的方法，尤其是在生态鱼道建设过程中采用的测试鱼类游泳速度的方法，属于水利工程中的生态环境保护试验领域。
背景技术
突进游泳速度是鱼类所能达到的最大速度，维持时间很短，通常<20s。此速度下，鱼类通过厌氧代谢得到较大能量，获得短期的爆发速度，同时也积累了乳酸等废物。依照游泳时间的不同爆发游泳能力又可以分为猝发游泳速度和突进游泳速度。其中，猝发游泳速度指鱼类在极短时间(<2s)内达到的最大游泳速度，通常在捕食和紧急避险时使用。突进游泳速度指鱼类在较短时间内(<20s)达到的最大游泳速度。美国的TRB2009年会的报告中指出：观测到鱼类通过生态鱼道时的游泳速度为突进速度；Blake(1983)通过研究发现鱼类通过竖缝式生态鱼道的竖缝时运用突进游泳速度，直到疲劳才停下来休息，是生态鱼道设计中的重要参数。
一般时候，鱼类会通过调节它们身体和尾鳍摆动的频率和摆幅来减缓速度或加速，以保持加速—滑行(burst-and-coast)的游泳方式，这种方式下鱼类能够减少消耗的能量。清华大学吴冠豪认为此种游动方式的鱼类在加速阶段，鱼尾鳍先摆动一个完整的幅度，然后再摆动半个尾幅。认为这种加速-滑行的游动方式比稳定游动方式节约45％的能量。鱼常用持续游泳速度运动(例如洄游)，通常在困难地区则使用耐久速度，在捕食和逃避时则使用突进速度。鱼类的持续游动被认为是鱼类实行“马拉松”式的有氧代谢的游动。其持续游动速度为鱼类可以稳定的持续游动6h而不会使其筋疲力尽的最大速度。耐久游动为鱼类的有氧和无氧代谢运动相结合下的游动。耐久速度的持续时间为持续进行持续游动和突进游动后，致使鱼类产生疲劳的持续时间，一般情况下为2～200min。耐久速度的持续时间的长短与鱼类的种类、个体大小、水体温度以及突进游动和持续游动的周期等均有一定的关系。对于突进游泳速度，鱼类一般在面临捕食或被捕食以及其它特殊情况下应急采用。而对于生态鱼道的一些特殊结构及高流速区，则通常以鱼类的突进游泳速度通过。Bainbridge(1960)通过比较3种鱼的突进速度得出，鱼类的突进速度与体长有一定的关系，每秒前进的距离均约为其体长的10倍(10BL/sec)左右。不同种类的鱼类没有明显差异。但是，鱼类的突进速度并不是固定的，其会随着突进游动的持续时间而明显减小。Schwarzkopff的观测表明，突进速度在持续2s后就会显著减小到4-6BL/sec。由于突进游动所消耗的主要是进行无氧运动的白肌能，白肌能的变化也决定了鱼类的突进速度。因此Bainbridge提出的10BL/sec原则上只是一个特定条件下的瞬时行为。一般而言，突进速度的绝对值(distance/time)随体长增加，相对值(body length/time)随体长减小。一般鱼类通过生态鱼道中的特殊结构以及过鱼孔的时间一般<20s，所以一般以这个突进游速作为鱼类可通过的重要指标。
但是在实际操作中，由于有些鱼类的特殊性，采用常用的方法测量获得的突进泳速往往不能在生态鱼道设计中直接应用。比如对于石爬鮡属的鱼类，由于其有吸盘能够吸附在岩石上，在流速增加到接近2m/s的时候测试用鱼仍然吸附在试验段的边墙上，因此此时测得流速并不能作为此种鱼类的突进泳速。也就是说，在这样的流速下此种鱼类并不能上溯。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种测量具有吸盘的鱼类的突进游泳速度，使测得的突进游泳速度能够直接用于生态鱼道设计。
一种鱼类突进游泳速度测试方法，包括：鱼类游泳测试装置，鱼类游泳测试装置的试验段布置，鱼类突进游泳速度的测试过程，测试数据的统计。
所述的鱼类游泳测试装置包括：外水箱，环道，试验段，螺旋桨，变频电机，所述的环道设置在外水箱里面，试验段在环道上取平直的一段，螺旋桨深入环道中由变频电机驱动，推动环道中的水体运动。
所述的鱼类游泳测试装置的试验段布置是指：在试验鱼种的栖息地中选择卵石铺在试验段上，具体方式是在试验段内设置与试验段等尺寸的铺沙板，铺沙板上铺设在栖息地中选择的卵石；
所述的栖息地中选择的卵石是指颗粒级配中的D85卵石，所述的D85是指小于此粒径的泥沙占泥沙总重的85％；
所述的在沙槽中铺设在栖息地中选择的卵石包括以下步骤：a，在栖息地中捕捞30尾成鱼作为试验对象；b，测量每个个体的体长和体宽；c，取测得数据的中值体长作为纵向空隙，取测得数据的中值体宽作为横向空隙，所述的纵向空隙是指水流方向，横向空隙是指在水平面上与水流垂直的方向；d，采用无毒胶水将栖息地中选择的卵石粘在铺沙板上；e,各个卵石最高点到最高点的距离纵向遵从纵向空隙，横向遵从横向空隙。
所述的鱼类突进游泳速度的测试过程是指：t1，将测试样本置入准备好的试验装置；t2，调整变频电机使流速达到被测鱼类的感应流速；按照每隔5s增加0.1m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.1m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t3，按照每隔5s增加0.2m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.2m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t4，按照每隔5s增加0.3m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.3m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t5，按照每隔5s增加0.5m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.5m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t6，进行以上过程时记录每次测试样本运动时的流速；记录t1到t5中的最大流速作为此样本的突进游泳速度。
对30尾试验鱼样本重复以上过程，获得每个样本的速度值。
所述的测试数据的统计是指，将上述各测试鱼的所有获得流速值数据进行排序，取中位数作为最终测得的鱼类突进游泳速度值。
本发明有如下有益效果：
(1)本发明提供了一种鱼类突进游泳速度测试方法；
(2)本发明提供的鱼类突进游泳速度测试方法解决了吸盘鱼类的突进游泳速度的测试问题；
(3)本发明方法测得的速度在生态鱼道设计中采用后能够帮助吸盘鱼类通过生态鱼道。
附图说明
图1为发明鱼类游泳测试装置的整体示意图；
图2为发明鱼类游泳测试装置的试验段布置示意图；
图3为发明鱼类游泳测试装置的试验段布置示意图A-A剖面图。
具体实施方式
实施例一
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
一种鱼类突进游泳速度测试方法，包括：鱼类游泳测试装置，鱼类游泳测试装置的试验段布置，鱼类突进游泳速度的测试过程，测试数据的统计。
所述的鱼类游泳测试装置包括(见图1)：外水箱1，环道2，试验段3，螺旋桨4，变频电机5，所述的环道2设置在外水箱1里面，试验段3在环道2上取平直的一段，螺旋桨4深入环道2中由变频电机5驱动，推动环道2中的水体运动。
所述的鱼类游泳测试装置的试验段布置是指(见图2)：在试验鱼种的栖息地中选择卵石铺在试验段上，具体方式是在试验段内设置与试验段等尺寸的铺沙板，铺沙板上铺设在栖息地中选择的卵石；
所述的栖息地中选择的卵石是指颗粒级配中的D85卵石，所述的D85是指小于此粒径的泥沙占泥沙总重的85％；本实施例中D85＝5.1cm，起动流速为V＝1.35m/s。
所述的在沙槽中铺设在栖息地中选择的卵石包括以下步骤：a，在栖息地中捕捞30尾成鱼作为试验对象；b，测量每个个体的体长和体宽(见表1)；c，取测得数据的中值9.2cm体长作为纵向空隙，取测得数据的中值体宽4.4cm作为横向空隙，所述的纵向空隙是指水流方向，横向空隙是指在水平面上与水流垂直的方向；d，采用无毒胶水将栖息地中选择的卵石粘在铺沙板上；e,各个卵石边到边的距离纵向遵从纵向空隙9.2cm，横向遵从横向空隙4.2cm。
所述的鱼类突进游泳速度的测试过程是指：t1，将测试样本置入准备好的试验装置；
t2，调整变频电机使流速达到被测鱼类的感应流速0.22m/s；按照每隔5s增加0.1m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，或者达到1.35m/s；按照每隔5s减小0.1m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，或者达到0.22m/s；本过程得到流速0.32m/s时试验鱼有运动；
t3，按照每隔5s增加0.2m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大流速达到1.35m/s；按照每隔5s减小0.2m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到0.22m/s；本过程得到流速0.42m/s时试验鱼有运动；
t4，按照每隔5s增加0.3m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大流速达到1.35m/s；按照每隔5s减小0.3m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到0.22m/s；本过程得到流速0.52m/s时试验鱼有运动(样本6)；
t5，按照每隔5s增加0.5m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大流速达到1.35m/s；按照每隔5s减小0.5m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到0.22m/s；本过程试验鱼无运动。
t6，进行以上过程时记录每次测试样本运动时的流速；记录t1到t5中的最大流速作为此样本的突进游泳速度。
对每个样本重复上述过程，获得所有试验样本的突进游泳速度值(见表2)。
所述的测试数据的统计是指，将上述各测试鱼的所有获得流速值数据进行排序，取中位数作为最终测得的该种鱼类的突进游泳速度值，由表2可见该种鱼类的突进游泳速度为0.92m/s。
表1单位：cm
样本号 体长 体宽 样本号 体长 体宽 样本号 体长 体宽
1 10.8 4.8 11 9.7 4.8 21 9.7 4.4
2 9.2 4.6 12 9.9 4.8 22 9.4 4.4
3 9.2 4.6 13 10.1 4.7 23 9.1 4.3
4 8.7 4.3 14 10.3 4.7 24 8.8 4.3
5 6.5 4.3 15 10.5 4.8 25 8.5 4.2
6 5.4 3.2 16 10.7 4.7 26 8.2 4.2
7 7.9 4.2 17 10.9 4.9 27 7.9 4.2
8 7.6 4.1 18 10.6 4.9 28 7.6 3.9
9 9.3 4.7 19 10.3 4.8 29 7.3 3.8
10 9.5 4.7 20 10 4.5 30 7 3.5
表2单位m/s
样本号 突进泳速 样本号 突进泳速 样本号 突进泳速
1 1.08 11 0.97 21 0.97
2 0.92 12 0.99 22 0.94
3 0.92 13 1.01 23 0.91
4 0.87 14 1.03 24 0.88
5 0.65 15 1.05 25 0.85
6 0.52 16 1.07 26 0.82
7 0.79 17 1.09 27 0.79
8 0.76 18 1.06 28 0.76
9 0.93 19 1.03 29 0.73
10 0.95 20 1 30 0.7

Claims (6)

1.一种鱼类突进游泳速度测试方法，其特征在于：包括：鱼类游泳测试装置，鱼类游泳测试装置的试验段布置，鱼类突进游泳速度的测试过程，测试数据的统计；
所述的鱼类游泳测试装置包括：外水箱，环道，试验段，螺旋桨，变频电机，所述的环道设置在外水箱里面，试验段在环道上取平直的一段，螺旋桨深入环道中由变频电机驱动，推动环道中的水体运动。
2.根据权利要求1所述的一种鱼类突进游泳速度测试方法，其特征在于：所述的鱼类游泳测试装置的试验段布置是指：在试验鱼种的栖息地中选择卵石铺在试验段上，具体方式是在试验段内设置与试验段等尺寸的铺沙板，铺沙板上铺设在栖息地中选择的卵石；
所述的栖息地中选择的卵石是指颗粒级配中小于此粒径的泥沙占泥沙总重的85％。
3.根据权利要求2所述的一种鱼类突进游泳速度测试方法，其特征在于：所述的在沙槽中铺设在栖息地中选择的卵石包括以下步骤：a，在栖息地中捕捞30尾成鱼作为试验对象；b，测量每个个体的体长和体宽；c，取测得数据的中值体长作为纵向空隙，取测得数据的中值体宽作为横向空隙，所述的纵向空隙是指水流方向，横向空隙是指在水平面上与水流垂直的方向；d，采用无毒胶水将栖息地中选择的卵石粘在铺沙板上；e,各个卵石最高点到最高点的距离纵向遵从纵向空隙，横向遵从横向空隙。
4.根据权利要求1所述的一种鱼类突进游泳速度测试方法，其特征在于：所述的鱼类突进游泳速度的测试过程是指：t1，将测试样本置入准备好的试验装置；t2，调整变频电机使流速达到被测鱼类的感应流速；按照每隔5s增加0.1m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.1m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t3，按照每隔5s增加0.2m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.2m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t4，按照每隔5s增加0.3m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.3m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t5，按照每隔5s增加0.5m/s的梯度增大流速，直到测试样本出现明显运动，继续增大到D85粒径卵石的起动流速值；按照每隔5s减小0.5m/s的梯度减小流速，直到测试样本出现明显运动，继续减小到鱼类的感应流速；t6，进行以上过程时记录每次测试样本运动时的流速；记录t1到t5中的最大流速作为此样本的突进游泳速度。
5.根据权利要求1所述的一种鱼类突进游泳速度测试方法，其特征在于：对30尾试验鱼样本重复以上过程，获得每个样本的速度值。
6.根据权利要求1所述的一种鱼类突进游泳速度测试方法，其特征在于：所述的测试数据的统计是指，将上述各测试鱼的所有获得流速值数据进行排序，取中位数作为最终测得的鱼类突进游泳速度值。
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