CN104813977B - 一种测试鱼类水流速度偏好的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试鱼类水流速度偏好的试验装置，包括水槽，其特征在于：所述水槽内依次顺序设置有整流板、透明的过渡水道、放射状筛板和梯度水道，在整流板的前部还设置有变频造浪器，在梯度水道的后部设置有回流装置；其中整流板的截面被两个以上的隔板分隔为多个均匀区域；放射状筛板内设置有发散状的薄壁细管，梯度水道的形状为一端小、一端大的喇叭状，薄壁细管的发散幅度与梯度水道的放散幅度一致；在梯度水道的末端封闭有导流筛板，其中导流筛板的中部具有开口，开口部位设置有活动筛板；该装置可以排除测定过程中基底质、水深以及泳道宽度等生态因子的影响，较为精确的测定鱼类的水流速度偏好行为。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试鱼类行为的装置，特别涉及测试鱼类水流速度偏好的试验装置。
背景技术
鱼类行为学是研究鱼类对内部或外部环境变化外在反应的学科，对渔业生产、鱼类资源保护等方面具有重要的指导意义。在流水环境中，鱼类为了保持位置需要不断的游泳。自然界中水流速度随时间和空间变化巨大，而水流速度的变化也伴随着种内竞争压力、捕食压力和食物资源的改变，因此鱼类对特定水流速度的偏好和选择对其生存和繁衍至关重要，相关研究具有十分重要的生态学意义。
目前国内外对鱼类水流速度偏好的研究一般在循环水道中进行，水道采用设置障碍物或单纯改变水道横截面积来改变水流速度，用以产生不同的水流速度区域。但此类装置产生的水流速度变化并不均匀和连续，很难人为控制，且往往掺杂其他生态因子的干扰，例如基底质、水深、泳道宽度等。这些实验装置的限制很容易导致实验数据可靠性和稳定性降低，其他研究者很难重复。
发明内容
本发明的目的是提供一种单独测定鱼类水流速度偏好的试验装置。
为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种测试鱼类水流速度偏好的试验装置，所述装置包括水槽，其特征在于：所述水槽内依次顺序设置有整流板、透明的过渡水道、放射状筛板和梯度水道，在整流板的前部还设置有变频造浪器，在梯度水道的后部设置有回流装置；其中整流板的截面被两个以上的隔板分隔为多个均匀区域；放射状筛板内设置有放散状的薄壁细管，梯度水道的形状为一端小、一端大的喇叭状，薄壁细管的放散幅度与梯度水道的放散幅度一致；在梯度水道的末端封闭有导流筛板，其中导流筛板的中部具有开口，开口部位设置有活动筛板；在放射状筛板和开口之间设置有由螺旋状环绕的细钢丝和加固钢丝构成的泳道，回流装置朝向梯度水道的侧面设置有凹球面。
所述梯度水道的前部还设置有具有盖子的投饵管。
梯度水道等距离的横截面半径与其对应水流速度的关系具体满足如下条件：
vn+1＝vn-10
rn+1/rn＝(vn/vn+1)0.5
n＝a、b、c、....，vn为在n点的截面处的水流速度，10为参数，代表水流速度在截面均匀变化量为10cm/s，rn为梯度水道中n点截面处梯度水道的半径。
本发明的积极效果为：
1.该装置可以排除测定过程中基底质、水深以及泳道宽度等生态因子的影响，较为精确的测定鱼类的水流速度偏好行为；
2.该装置能实现梯度水道中的水流速度横向均一稳定，纵向均匀变化，进一步提高测量的精度和稳定性；
3.该装置水流速度范围可根据试验需求进行自由调节，能够满足不同大小和游泳能力试验鱼的测定要求；
4.该装置安装了投饵管，可根据试验需求极为方便地向水道中的试验鱼投入饵料或信号物质等。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中整流板的截面图；
图3为梯度水道的结构示意图。
图中，1为摄像机，2为计算机，3为步进电机驱动器，4为变频造浪器，5为整流板，6为过渡水道，7为放射状筛板，8为梯度水道，9为泳道，10为导流筛板，11为活动筛板，12为投饵管，13为盖子，14为梯度水道支架，15为回流装置，16为加固钢丝，17为细钢丝，18为外部水槽，19为内置薄板。
具体实施方式
如图1至图3所示，试验时，向水槽中注水至没过回流装置15约10cm。运行时，开启计算机2、步进电机驱动器3和变频造浪器4。在计算机上操作事先设计好的程序，向步进电机驱动器3发出特定电脉冲数，控制造浪器4螺旋桨的转速，进而控制初始水流速度(大于80cm/s)，即图3中a处的水流速度。由于电脉冲数可自由、精确设定，使得梯度水道8的初始水流速度可自由调控。造浪器4产生的水流为旋转水流，旋转水流向前经过整流板5，整流板5由4块内置薄板19将整个截面均分，在尽可能不降低水流的前提下削减水体旋转，水流经过整流板5之后基本为平流，继续向前经过透明过渡水道6进入放射状筛板7。筛板7由呈放散状的薄壁细管构成，其放散幅度与梯度水道8保持一致，使得从筛板7流出的水流均一、稳定，呈放散状，避免了死角的产生，保证梯度水道8中水流的均匀。梯度水道8由透明、硬质薄膜构成，利于试验鱼的观察的拍摄。水流进入梯度水道8后，通过水道横截面积的增大，实现水流速度持续降低。本发明通过设置水道横截面积不均匀但有规律的增大，实现水道中水流速度的均匀降低。水道中等距离的横截面半径与其对应水流速度的关系具体满足如下条件：
lab＝lbc＝lcd＝lde＝lef＝lfg＝lgh＝lhi
vb＝va-10
vc＝vb-10
…
rb/ra＝(va/vb)0.5
rc/rb＝(vb/vc)0.5
…
其中lab、lbc、lcd等为a截面与b截面，b截面与c截面，c截面与d截面等之间的距离；ra、rb、rc等为梯度水道中a，b，c等截面处梯度水道的半径；va、vb、vc等为对应a，b，c等截面处的水流速度；10为参数，代表水流速度在截面a，b，c等的均匀变化量为10cm/s。试验时可根据试验场所的大小和试验鱼大小来决定梯度水道8的长度，梯度水道8越长，其半径的变化就越为缓慢，水道内的水流速度变化也更为缓和，使得测定结果更为精确。
梯度水道中水流速度的标定方法为：在梯度水道8的正下方平行于水道中轴线放置一把长直尺，打开投饵管12的盖子13，用注射器注入约一滴红色墨水，用高速相机拍摄红色墨水在梯度水道中的前进过程。然后通过记录红墨水相对直尺的移动距离，计算梯度水道各截面的水流速度。所测梯度水道8各截面的水流速度最后可通过水流速度与对应横截面积的关系(二者成反比)进行矫正。
梯度水道8中心安装环状钢丝网构成的泳道9，泳道9前后直径保持一致，由螺旋状环绕的细钢丝17和两条加固钢丝16构成，钢丝足够细且排列较为稀疏，避免产生较大的阻力和遮挡视线。泳道9用于限定试验鱼的游泳空间，保证试验鱼在测定过程中周围空间恒定，避免了泳道横截面大小(游泳空间)对其流速偏好的影响。梯度水道末端连接导流筛板10和活动筛板11，具有导流和防止试验鱼逃逸的作用，其中活动筛板11安装于导流筛板10中部，可从导流筛板10中拆卸，利于取出和放入试验鱼。回流装置15固定位于筛板10前方20cm处，面对筛板10的方向有一个凹球面，利于水的回流。
投饵管12可根据研究需求，开盖后投入饵料、颜色标记物以及气味物质等，可丰富该发明装置的研究内容，平时上盖为闭合状态。
具体试验操作为：该发明装置使用前，首先需要运用上文提到的方法对梯度水道8的水流布局进行标定，然后根据水流速度的均匀递减，将水道8区分为若干个流速区域。试验时，在计算机端将初始速度调至预设值，打开活动筛板11，放入试验鱼后再关闭活动筛板11，将试验鱼进行1小时的驯化，使其适应泳道9内的环境及水流速度的变化。1小时后开启摄像机1，对试验鱼在泳道内的游泳行为进行为时1小时的拍摄，拍摄结束后打开活动筛板11，取出试验鱼。拍摄的视频采用专用行为学软件EthoVision XT9(Nodus公司)进行分析，计算的指标为试验鱼在每个流速区域的停留时间、出现频率等。
Claims (3)
1.一种测试鱼类水流速度偏好的试验装置，所述装置包括水槽，其特征在于：所述水槽内依次顺序设置有整流板(5)、透明的过渡水道(6)、放射状筛板(7)和梯度水道(8)，在整流板(5)的前部还设置有变频造浪器(4)，在梯度水道(8)的后部设置有回流装置(15)；其中整流板(5)的截面被两个以上的隔板分隔为多个均匀区域；放射状筛板(7)内设置有放散状的薄壁细管，梯度水道(8)的形状为一端小、一端大的喇叭状，薄壁细管的放散幅度与梯度水道(8)的放散幅度一致；在梯度水道(8)的末端封闭有导流筛板，其中导流筛板的中部具有开口，开口部位设置有活动筛板；在放射状筛板(7)和开口之间设置有由螺旋状环绕的细钢丝(17)和加固钢丝(16)构成的泳道(9)，回流装置(15)朝向梯度水道(8)的侧面设置有凹球面。
2.如权利要求1所述的测试鱼类水流速度偏好的试验装置，其特征在于：所述梯度水道(8)的前部还设置有具有盖子(13)的投饵管(12)。
3.如权利要求2所述的测试鱼类水流速度偏好的试验装置，其特征在于：梯度水道(8)等距离的横截面半径与其对应水流速度的关系具体满足如下条件：vn+1＝vn-10
rn+1/rn＝(vn/vn+1)0.5
n＝a、b、c、....，vn为在n点的截面处的水流速度，10为参数，代表水流速度在截面均匀变化量为10cm/s，rn为梯度水道中n点截面处梯度水道的半径。
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