CN109883405B - 一种推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,包括如下步骤:框定产卵河道范围,建立一维水龄模拟模型,非恒定流过程模拟模块经过实测资料验证;布设鱼卵监测断面,记录鱼卵采样点,基因测序得到鱼卵采样时发育时间;通过一维水龄模拟模型复演产卵时段的非恒定流过程;在模型中代入鱼类的采样点、采样时发育时间信息,通过水龄空间分布和基因测序得到鱼卵采样时发育时间,反推每一颗鱼卵的产卵位置;对大量鱼卵产卵位置数据进行统计分析,得出该鱼类的主要产卵场;本发明所述的方法通过一维水龄模拟模型和基因检测技术,能更为精确地推求江河产漂流性卵鱼类产卵场的位置,从而为鱼类栖息地研究和保护提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及产卵场位置的推求方法,具体是一种推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法。
背景技术
由于大量水电工程的开发与运行,改变了河流的水文与水动力条件,从而影响了鱼类栖息地的分布和生存环境。鱼类产卵场是鱼类栖息地中重要且敏感的场所,是鱼类进行交配、产卵、解化及育幼的水域,关系到鱼类种群的繁衍生息。因此,精确地推求鱼类产卵场的位置是鱼类保护生态学研究的重点,也是目前涉水工程影响重点关注的对象。
对于产漂流性卵鱼类来说,产卵场位置的确定主要有两种方法:经验法和平均流速法。经验法是根据渔民提供的捕捞信息和已有资料,分析目标鱼类产卵场的地形特性来确定产卵场的位置;流速法则通过在下游采集卵苗,识别和区分各种鱼卵、苗不同发育期的形态特点和经历的时间,再结合该河段的平均流速,用河段平均流速乘卵苗的发育时间,得到鱼卵的漂流距离,这样即可根据采集点和漂流距离向上游反推产卵场位置。公式如下:
S=V·T
式中:S为产卵场距采集点的距离(m);V为鱼卵漂流河段平均流速(m/s);T为鱼卵发育所经历的时间(S)。
从确定方法来看,经验法相对比较准确,但不够全面;平均流速法则具有一定的偶然性和不确定性,比如,河段流速的变化、鱼卵发育时间的鉴定精度、水温变化引起的鱼卵胚胎发育速度的变化、鱼卵采样点的数量和分布等因素都会影响产卵场位置的判断。
发明内容
本发明针对上述技术状况及局限性,提供一种推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,能够科学、准确地推求产漂流性卵鱼类产卵场的位置。
本发明采用的技术方案为:
一种推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,包括以下步骤:
根据关注鱼类历史产卵信息和水文信息框定产卵河道范围;
建立框定河道范围的一维水龄模拟模型,其中非恒定流过程模拟模块经过实测资料验证;
在框定产卵河道下游布设鱼卵监测断面,并在产卵期实施监测活动;
在获取到鱼卵时,即刻记录鱼卵发育时刻,做好标记与存储,对所获取鱼卵进行基因测序,进而得到各种类鱼卵的采样点、采样时发育时间;
通过一维水龄模拟模型的非恒定流过程模拟模块结合鱼卵的发育时长,复演产卵时段的非恒定流过程;
在一维水龄模拟模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,通过水龄空间分布,反推每一颗鱼卵的产卵位置;
对大量鱼卵产卵位置数据进行统计分析,得出该鱼类的主要产卵场。
进一步的,所述鱼类历史产卵信息包括历史鱼类产卵期、产卵场信息,所述水文信息包括水文站的流量、水位信息。
进一步的,所述基因测序是将采集的鱼卵样本保存于95%的乙醇中,带回实验室提取鱼卵DNA,经PCR扩增细胞色素B进行测序,使用DNA STAR软件包中的SeqM对返回序列进行检查,然后在NCBI网站中进行比对,以序列相似度最高为鉴定标准,即通过分子鉴定技术确定鱼卵发育时间。
进一步的,在一维水龄模拟模型模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,通过水龄空间分布,反推每一颗鱼卵的产卵位置具体步骤为:
在一维水龄模拟模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,得到每一颗鱼卵在采样断面以上的水龄空间分布,即该颗鱼卵到达采样点的漂流时间的分布情况;
假设框定河道范围内,采样点以上的河道有n个断面,采样点处为第n个断面,通过该鱼卵在采样断面以上的水龄空间分布,逐步反推从第n个断面到第n-1,n-2,n-3…n-k…3,2,1个断面的水龄;
若第n-k(n≥2,k=1,2,...n-1,n和k为正整数)个断面到采样点断面的水龄和基因测序所的的鱼卵的发育时长相等,则该位置即为鱼卵的产卵位置。
进一步的,所述非恒定流模拟模块经过实测资料验证是指:天然情况下,以年为周期的计算时段内,河道中的水流为非恒定流,利用一维水龄模拟模型中的非恒定流过程模拟模块,并就收集到的水文站流量和水位信息对框定产卵河道的水动力过程进行验证,模拟边界条件设为上游流量边界和下游水位边界,考虑支流入流量。
进一步的,所述一维水龄模拟模型通过非恒定流过程模拟模块和水质模块分别获得流场、浓度场后,求解水体中各种污染物的年龄浓度的输运过程得到年龄浓度场,通过年龄浓度场进一步求得平均年龄分布场。
本发明的有益效果是:基于基因测序确定鱼卵发育时间以及一维水龄模拟模型复演产卵时段的非恒定流过程,通过水龄空间分布,反推每一颗鱼卵的产卵位置,从而更为科学、准确的推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置,为鱼类栖息地研究和保护提供依据。
附图说明
图1是本发明一种推求江河产漂流性卵鱼类产卵场位置的方法的流程示意图;
图2(a)-图2(e)是本发明实施例一的河道非恒定流过程复演验证结果图;
图3是本发明实施例一的铜鱼产卵位置推算结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
一种推求江河产漂流性卵鱼类产卵场位置的方法,实施步骤如图1,具体包括以下步骤:
S1、根据关注鱼类历史产卵信息和水文信息框定产卵河道范围。所述鱼类历史产卵信息包括历史鱼类产卵期、产卵场信息,所述水文信息包括水文站的流量、水位信息,即产卵河道范围是依据历史鱼类产卵期、产卵场信息以及水文站的流量、水位信息进行框定。
S2、建立框定河道范围的一维水龄模拟模型,其中非恒定流过程模拟模块经过实测资料验证。
所述一维水龄模拟模型适用于流速较大的河道,这样鱼卵在一维水动力模拟条件下随流漂流性较好,因此假定鱼卵漂流历时与水龄具有一致性,故可采用水龄模型来研究产卵场分布情况。
所述一维水龄模拟模型的模型理论为:水龄是目前表示物质交换和传输过程的使用最为广泛的时间尺度参量。Bolin对水体年龄进行了严格定义,对单个粒子来说,可定义为粒子从进入水体到达给定的位置所需的时间。
Deleersnijder定义年龄浓度为:
则平均年龄即为年龄浓度和示踪物浓度的比值,即:
年龄浓度和示踪物浓度可通过求解物质的输运方程求解。本模型通过非恒定流过程模拟模块和水质模块分别获得流场、浓度场后,采用下式(7)求解水体中各种污染物的年龄浓度的输运过程得到年龄浓度场:
所述非恒定流模拟模块经过实测资料验证是指:天然情况下,以年为周期的计算时段内,河道中的水流为非恒定流,利用一维水龄模拟模型中的非恒定流过程模拟模块,并就收集到的水文站流量和水位信息对框定产卵河道的水动力过程进行验证。模拟边界条件设为上游流量边界和下游水位边界,考虑支流入流量。因鱼卵漂流时间也随河道流量条件变化而变化,就可利用水流动态传播时间,根据监测捕获鱼卵的发育时间来推算实际产卵场位置。
S3、在框定河道下游布设鱼卵监测断面,并在产卵期实施监测活动。
S4、在获取到鱼卵时,即刻记录采集鱼卵时刻,做好标记与存储,对所获取鱼卵进行基因测序,进而得到各种类鱼卵的采样点、采样时发育时间。
所述基因测序是将采集的鱼卵样本保存于95%的乙醇中,带回实验室提取鱼卵DNA,经PCR扩增细胞色素B进行测序,使用DNA STAR软件包中的SeqM对返回序列进行检查,然后在NCBI网站中进行比对,以序列相似度最高为鉴定标准,即通过分子鉴定技术确定鱼卵发育时间。
S5、通过一维水龄模拟模型的非恒定流过程模拟模块结合鱼卵的发育时长,复演产卵时段的非恒定流过程。
S6、在一维水龄模拟模型模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,通过水龄空间分布,反推每一颗鱼卵的产卵位置。
S7、对大量鱼卵产卵位置数据进行统计分析,得出该鱼类的主要产卵场。
以长江干流江津断面为鱼卵监测断面,进行长江上游铜鱼产卵场推算为例。推算年份为2015年。
第一步:根据2015年江津断面的铜鱼监测数据可知从距寸滩水文站上游90km-390km的江段都有铜鱼产卵,宜宾水位站和寸滩水文站水文资料充足,因此框定模拟河道范围为向家坝至寸滩的长江干流,包含主要支流入流影响。
第二步:建立一维水龄模拟模型,其中非恒定流过程模拟模块经过实测宜宾水位、朱沱水位与流量、泸州水位和寸滩流量资料验证。
第三步:2015年江津断面共获取铜鱼鱼卵30颗,得到鱼卵的采样点,并通过基因测序得到铜鱼采样产卵时刻发育时间。
第四步:通过一维水龄模拟模型就宜宾水位、朱沱水位与流量、泸州水位和寸滩流量进行2015年河道非恒定流过程复演,得到非恒定流过程(即鱼卵漂流的流场),如图2所示。
第五步:利用30颗鱼卵信息(鱼卵的采样点、铜鱼采样产卵时刻发育时间),在一维水龄模拟模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,通过水龄空间分布,推算出各自的产卵位置,如图3所示。
第六步:经统计分析,距寸滩水文站之间的河道产卵个数占80%,为2015年铜鱼主要产卵范围,验证了本发明推求方法所获得结果的准确性。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,其特征在于包括如下步骤:
根据关注鱼类历史产卵信息和水文信息框定产卵河道范围;
建立框定河道范围的一维水龄模拟模型,其中非恒定流过程模拟模块经过实测资料验证;在框定产卵河道下游布设鱼卵监测断面,并在产卵期实施监测活动;
在获取到鱼卵时,即刻记录采集鱼卵时刻,做好标记与存储,对所获取鱼卵进行基因测序,进而得到各种类鱼卵的采样点、采样时发育时间;
通过一维水龄模拟模型的非恒定流过程模拟模块结合鱼卵的发育时长,复演产卵时段的非恒定流过程;
在一维水龄模拟模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,通过水龄空间分布,反推每一颗鱼卵的产卵位置;
对大量鱼卵产卵位置数据进行统计分析,得出该鱼类的主要产卵场;
所述一维水龄模拟模型的模型理论为:水龄是目前表示物质交换和传输过程的使用最为广泛的时间尺度参量;
Deleersnijder定义年龄浓度为:
则平均年龄即为年龄浓度和示踪物浓度的比值,即:
年龄浓度和示踪物浓度通过求解物质的输运方程求解,所述一维水龄模拟模型通过非恒定流过程模拟模块和水质模块分别获得流场、浓度场后,采用下式(7)求解水体中各种污染物的年龄浓度的输运过程得到年龄浓度场:
所述在一维水龄模拟模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,通过水龄空间分布,反推每一颗鱼卵的产卵位置,具体步骤为:
在一维水龄模拟模型中代入关注鱼类的采样点、采样时发育时间信息,得到每一颗鱼卵在采样断面以上的水龄空间分布,即该颗鱼卵到达采样点的漂流时间的分布情况;
假设框定河道范围内,采样点以上的河道有n个断面,采样点处为第n个断面,通过该鱼卵在采样断面以上的水龄空间分布,逐步反推从第n个断面到第n-1,n-2,n-3…n-k…3,2,1个断面的水龄;
若第n-k个断面到采样点断面的水龄和基因测序所得的鱼卵的发育时长相等,则该位置即为鱼卵的产卵位置,其中n≥2,k=1,2,...n-1,n和k为正整数。
2.如权利要求1所述的推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,其特征在于:所述鱼类历史产卵信息包括历史鱼类产卵期、产卵场信息,所述水文信息包括水文站的流量、水位信息。
3.如权利要求1所述的推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,其特征在于:所述基因测序是将采集的鱼卵样本保存于95%的乙醇中,带回实验室提取鱼卵DNA,经PCR扩增细胞色素B进行测序,使用DNA STAR软件包中的SeqM对返回序列进行检查,然后在NCBI网站中进行比对,以序列相似度最高为鉴定标准,即通过分子鉴定技术确定鱼卵发育时间。
4.如权利要求1所述的推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,其特征在于:所述非恒定流过程模拟模块经过实测资料验证是指:天然情况下,以年为周期的计算时段内,河道中的水流为非恒定流,利用一维水龄模拟模型中的非恒定流过程模拟模块,并就收集到的水文站流量和水位信息对框定产卵河道的水动力过程进行验证,模拟边界条件设为上游流量边界和下游水位边界,考虑支流入流量。
5.如权利要求1所述的推求江河产漂流性卵鱼类的产卵场位置的方法,其特征在于:所述一维水龄模拟模型通过非恒定流过程模拟模块和水质模块分别获得流场、浓度场后,求解水体中各种污染物的年龄浓度的输运过程得到年龄浓度场,通过年龄浓度场进一步求得平均年龄分布场。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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