CN111183927A - 一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统及方法，所述实验系统包括水槽装置和数据分析系统，所述水槽装置包括水槽、设于水槽两端且与水槽连通的进水箱和尾水箱、设于水槽中的整流格栅、紊流扰动器、拦网、隔网、尾门以及水循环系统，所述数据分析系统包括CCD相机、可伸缩T型支架、录像机和数据处理器。本发明基于开放水槽，通过紊流扰动器产生恒定的紊流场，然后根据实时记录的鱼类上溯运动轨迹变化分析得出目标实验鱼偏好水力因子区间范围。本发明确定鱼类偏好水力因子区间范围设计合理，数据可靠，可为鱼类栖息地水动力环境营造和鱼道水力学参数设计及优化提供有益帮助，同时该水槽方便拆装和运输，便于室内实验和野外实验。
Description
技术领域
本发明涉及生态水力学领域，具体是一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统及方法。
背景技术
水电工程建设后引起一系列水域生态变化，如河流的水文、水温和连通性等自然生态属性。其中，上溯性鱼类的洄游通道被阻隔，非洄游性鱼类的栖息地大部分丧失，导致河流原有鱼类难以正常繁衍，鱼类多样性降低和数量锐减。因此，鱼类栖息地修复和鱼道修建对于缓解和恢复鱼类多样性和数量具有重要意义。而天然河道中的水流绝大多数是紊流，水动力环境复杂，定量确定紊流对鱼类游泳行为的影响是鱼类栖息地水动力环境营造和鱼道内部水力学参数设计及优化的关键。
目前研究鱼类偏好水力因子区间大多数采用封闭循环水槽进行实验，如利用封闭循环水槽测定目标实验鱼的感应游泳速度、临界游泳速度和爆发游泳速度，以此作为鱼道水力学设计参数，过鱼效果往往难以达到预期。管道均匀流中鱼类被迫游泳测定方法不仅在生理上缺乏依据，而且缺乏实践意义，不能有效地指导鱼类栖息地水动力环境营造，如其测试环境为自然界几乎不存在的管道均匀流。相关研究表明，鱼类行为受水流流速和紊动强度共同影响，其中紊动强度是影响鱼类习性的主要因素，而一部分国内学者仅定性指出紊流对鱼类习性有重要影响，未能定量其区间范围，另一部分学者利用格栅紊流发生器产生紊流，研究不同紊流场下鱼类能维持正常游动姿势的紊动强度范围，据此得出鱼类偏好紊动强度区间范围，但是格栅紊流发生器产生的紊流场，其紊动强度变化范围小，实验冗繁，且该实验中实验鱼存在受迫游泳，所产生的紊流场与天然河道中的水流流态有较大差距，其实验结果应用受到一定限制，也不能应用于指导工程实践。
发明内容
为量化鱼类对紊流偏好水力因子区间范围选择，本发明提供一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统及方法，其基于开放水槽，通过紊流扰动器产生恒定的紊流场，然后根据实时记录的鱼类上溯运动轨迹变化分析得出目标实验鱼偏好水力因子区间范围，该方法确定鱼类偏好水力因子区间范围设计合理，数据可靠，可为鱼类栖息地水动力环境营造和鱼道水力学参数设计及优化提供有益帮助，同时该水槽方便拆装和运输，便于室内实验和野外实验。
本发明采用如下技术方案实现：
一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：包括水槽装置和数据分析系统，所述水槽装置用于完成目标鱼类上溯放鱼实验，所述数据分析系统用于提取和分析所述水槽装置在进行目标鱼类上溯放鱼实验时目标鱼类上溯轨迹点坐标及其对应水力因子值，并检验其差异性，根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
进一步的，所述水槽装置包括水槽、设于水槽两端且与水槽连通的进水箱和尾水箱、设于水槽中的整流格栅、紊流扰动器、拦网、隔网、尾门以及水循环系统，所述整流格栅靠近进水箱设置，所述拦网、隔网、尾门靠近尾水箱设置，且隔网位于拦网和尾门之间，其中拦网和隔网之间的区域为实验适应区，间距大于目标实验鱼体长的3倍，所述水循环系统用于使水流在进水箱和尾水箱之间循环流动。
进一步的，所述水槽宽度大于目标鱼类体长的3倍。
进一步的，所述水循环系统包括设于进水箱下方的回水箱，进水箱与回水箱通过进水装置连通，所述进水装置包括进水管、出水管、变频水泵，进水管的一端与回水箱连通，进水管的另一端通过变频水泵与出水管的一端连接，出水管的另一端与进水箱连通。
进一步的，所述尾门上设有多个转动连接的叶片，通过调节叶片开度控制水槽内水深。
进一步的，还包括固定于水槽上方的可移动T型支架，所述可移动T型支架与紊流扰动器刚性连接。
进一步的，还包括固定于水槽上方的可移动T型支架，所述可移动T型支架与紊流扰动器刚性连接。
进一步的，所述数据分析系统包括CCD相机、可伸缩T型支架、录像机和数据处理器，所述CCD相机与录像机连接，所述录像机与数据处理器连接，所述CCD相机与可移动T型支架一端表面固定连接。
进一步的，所述CCD相机与录像机用于录制放鱼实验时实验鱼上溯过程，所述数据处理器用于实时记录鱼类上溯运动轨迹变化，通过视频转码软件将录制的视频转换为·avi格式视频，通过视频转码软件将录制的视频转换为·avi格式视频，利用Logger Pro软件提取目标实验鱼上溯轨迹点坐标，同时采用Fluent软件模拟水槽内的紊流场分布，将目标实验鱼上溯轨迹点坐标和紊流场分布文件依次导入suffer软件，提取上溯轨迹点对应的流速、紊动强度水力因子值，采用非参数统计方法检验其差异性，并根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验方法，其特征在于：采用上述实验系统进行，所述方法包括如下步骤：
1)选择目标鱼类：选定并网捕目标鱼类，并将目标鱼类暂养24h；
2)设计水槽：根据目标鱼类体长选择合适宽度的水槽和合适直径的紊流扰动器，水槽宽度大于目标实验鱼体长的3倍；紊流扰动器直径小于目标实验鱼体长；
3)放鱼预实验：在未安装紊流扰动器情况下，打开变频水泵调至合适出流量，水流由进水箱进入水槽，经整流格栅平顺后水流近似为明渠均匀流，随意捞取一条暂养后的实验鱼，放置水槽适应区适应水流环境10min，撤去拦网，目标鱼自主上溯，观测实验鱼活动的水层，其中水流通过尾门流入尾水箱，经回水管进入回水箱，再由变频水泵抽送至进水箱，形成一个水循环系统；
4)放鱼实验：安装紊流扰动器，根据实验鱼活动的水层，调整紊流扰动器距离水槽底部的高度，打开变频水泵调至合适出流量，水流由进水箱进入水槽，经整流格栅平顺后水流近似为明渠均匀流，通过紊流扰动器后产生恒定紊流场，随意捞取一条暂养后的实验鱼，放置水槽适应区适应水流环境10min，撤去拦网，目标鱼自主上溯，实验鱼上溯绕过紊流扰动器视为一次有效实验；
5)视频录制：利用CCD相机和录像机全程录制实验鱼上溯过程；
6)目标实验鱼上溯轨迹提取：在水槽装置中的数据处理器利用视频转码软件将录制的视频转换为.avi格式视频，导入Logger Pro软件中提取每一帧画面中实验鱼头部的运动轨迹点坐标，并输出.xls格式文件，各相邻轨迹点间保持相同帧数；
7)紊流场数值模拟：采用Fluent软件模拟不同流速工况下水槽内紊流场分布，并输出为.txt文件；
8)目标实验鱼上溯轨迹点坐标与紊流场云图分布叠加：利用数据处理器将实验鱼上溯轨迹点坐标的.xls格式文件和紊流场.txt格式文件分别转换成.dat格式文件，并依次导入Suffer软件叠加分析；
9)目标实验鱼上溯过程中选择的水力因子值提取：利用Suffer软件提取每条实验鱼上溯轨迹点坐标对应的流速、紊动强度水力因子值，并输出其.txt格式文件；
10)鱼类偏好水力因子区间确定：在数据处理器中将模拟的紊流场.txt文件和实验鱼上溯轨迹水力因子选择值的.txt文件处理后，按照从小到大进行排列，等间距划分若干个相同区间范围，采用非参数统计方法Kruskal-Wallis test检验其差异性，并根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
本发明的优点是：
1、本发明量化了目标实验鱼偏好水力因子如目标鱼类偏好紊动强度区间范围选择，设计合理，数据可靠，可用于指导目标鱼类栖息地水动力环境营造、鱼道水力学参数设计及优化。
2、该装置可根据目标鱼体长选择不同宽度水槽和变频水泵出水流量以适应不同鱼种不同体长研究需求，用途范围广。
3、该装置各组成部分均可拆卸打包，便于运输，方便室内实验和野外实验；水槽、回水管、进水管、出水管和紊流扰动器等可采用不锈钢材质，尾水箱、进水箱和回水箱可采用塑性材料，装置材料易获取，造价低，耐久性好。
附图说明
图1为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验方法的实验鱼上溯轨迹点坐标提取图；
图2为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验方法在流速为18cm·s-1流速工况下实验鱼上溯轨迹点坐标与紊流场分布叠加图；
图3为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验方法在流速为27cm·s-1流速工况下实验鱼上溯轨迹点坐标与紊流场分布叠加图；
图4为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验方法在流速为36cm·s-1流速工况下实验鱼上溯轨迹点坐标与紊流场分布叠加图；
图5为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统的立体结构示意图；
图6为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统的立体结构透视图；
图7为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统的侧剖视图；
图8为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统的侧透视图；
图9为本发明量化鱼类偏好水力因子区间的实验方法的流程示意图。
图中，1—水槽，2—整流格栅，3—可移动T型支架，4—紊流扰动器，5—CCD相机，6—可伸缩T型支架，7—拦网，8—隔网，9—尾门，10—尾水箱，11—回水管，12—刚架，13—支架，14—回水箱，15—变频水泵，16—进水管，17—出水管，18—进水箱，19—录像机，20—数据处理器。
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。
本发明实施例提供一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，包括水槽装置和数据分析系统，所述水槽装置用于完成目标鱼类上溯放鱼实验，所述数据分析系统用于提取和分析所述水槽装置在进行目标鱼类上溯放鱼实验时，目标鱼类上溯轨迹点坐标及其对应水力因子值，并检验其差异性，根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
如图5-8所示，所述水槽装置包括水槽1、整流格栅2、可移动T型支架3、紊流扰动器4、拦网7、隔网8、尾门9、尾水箱10、回水管11、钢架12、支架13、回水箱14、变频水泵15、进水管16、出水管17和进水箱18。
所述水槽1宽度应大于目标实验鱼体长的3倍，以避免目标实验鱼出现受迫游泳行为，进水箱18和尾水箱10分别设于水槽1两端且与水槽1连通，所述整流格栅2靠近进水箱18固定放置于水槽1前端；所述可移动T型支架3固定于水槽1上方，且与位于水槽1中的紊流扰动器4刚性连接；所述紊流扰动器4直径应小于目标实验鱼体长，紊流扰动器4球心距离水槽1底部的高度由目标鱼类活动所在的水层确定；所述拦网7、隔网8、尾门9靠近尾水箱10，且固接在水槽1内，隔网8位于拦网7和尾门9之间，其中拦网7和隔网8之间的区域为实验适应区，间距大于目标实验鱼体长的3倍，避免其出现胁迫反应。
所述尾门9上设有多个转动连接的叶片，通过调节其叶片开度控制水槽1内水深；所述尾水箱10与水槽1末端固定相连；进水箱18的下方设有回水箱14，进水箱18与回水箱14通过进水装置连通。所述进水装置包括进水管16、出水管17、变频水泵15，进水管16的一端与回水箱14连通，进水管16的另一端通过变频水泵15与出水管17的一端连接，出水管17的另一端与进水箱18连通，所述尾水箱10与回水箱14之间通过回水管11连通。
所述变频水泵15通过调节变频器改变其出水流量大小，与进水管16和出水管17刚性连接。所述进水箱18由钢架12固定于回水箱14上方。
所述数据分析系统包括CCD相机5、可伸缩T型支架6、录像机19和数据处理器20，所述CCD相机5与录像机19连接；所述录像机19与数据处理器20连接；所述CCD相机5与可移动T型支架6一端表面固定连接，可移动T型支架6滑动设于水槽1的边缘，CCD相机5通过可移动T型支架6固定于水槽1上方，所述CCD相机5与录像机19用于采集实验时实验鱼上溯流程，所述数据处理器20用于实时记录鱼类上溯运动轨迹变化，通过视频转码软件(例如狸窝视频转码软件)将录制的视频转换格式为avi格式，将用鱼类运动行为软件提取的目标实验鱼上溯轨迹点坐标和数值模拟水槽内紊流场云图文件导入suffer软件，提取上溯轨迹点对应的水力因子数值，采用非参数统计方法检验其差异性，并根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
本发明实施例还提供一种量化鱼类偏好水力因子区间的水槽方法，其采用上述实验系统进行，如图9所示，所述实验方法包括如下步骤：
(1)选择目标鱼类：选定并网捕目标鱼类，并将目标鱼类暂养24h；
(2)设计水槽：根据目标鱼类体长选择合适宽度的水槽1和合适直径的紊流扰动器4，水槽1宽度应大于目标实验鱼体长的3倍；紊流扰动器4直径应小于目标实验鱼体长；
(3)放鱼预实验：在未安装紊流扰动器4情况下，打开变频水泵15调至合适出流量，水流由进水箱18进入水槽1，经整流格栅2平顺后水流近似为明渠均匀流，随意捞取一条暂养后的实验鱼，放置水槽1中拦网7和隔网8之间适应区适应水流环境10min，撤去拦网7，目标鱼自主上溯，观测实验鱼活动的水层，其中水流通过尾门9流入尾水箱10，经回水管11进入回水箱14，再由变频水泵15抽送至进水箱18，形成一个水循环系统；
(4)放鱼实验：安装紊流扰动器4，根据实验鱼活动的水层，调整紊流扰动器4距离水槽1底部的高度，打开变频水泵15调至合适出流量，水流由进水箱18进入水槽1，经整流格栅2平顺后水流近似为明渠均匀流，通过紊流扰动器4后产生恒定紊流场，随意捞取一条暂养后的实验鱼，放置水槽1适应区适应水流环境10min，撤去拦网7，目标鱼自主上溯，实验鱼上溯绕过紊流扰动器4视为一次有效实验；
(5)视频录制：利用CCD相机5和录像机19全程录制实验鱼上溯过程；
(6)目标实验鱼上溯轨迹提取：在水槽1装置中的数据处理器20利用视频转码软件将录制的视频转换为.avi格式视频，导入鱼类运动行为软件(例如Logger Pro软件)中提取每一帧画面中实验鱼头部的运动轨迹点坐标，并输出.xls格式文件，各相邻轨迹点间保持相同帧数；
(7)紊流场数值模拟：采用Fluent软件模拟不同流速工况下水槽1内紊流场分布，并输出为.txt文件；
(8)目标实验鱼上溯轨迹点坐标与紊流场云图分布叠加：利用数据处理器20将实验鱼上溯轨迹点坐标的.xls格式文件和紊流场.txt格式文件分别转换成.dat格式文件，并依次导入Suffer软件叠加分析；
(9)目标实验鱼上溯过程中选择的水力因子值提取：利用Suffer软件提取每条实验鱼上溯轨迹点坐标对应的流速、紊动强度水力因子值，并输出其.txt格式文件；
(10)鱼类偏好水力因子区间确定：在数据处理器20中将模拟的紊流场.txt文件和实验鱼上溯轨迹水力因子选择值的.txt文件转换成.xls格式文件处理后，按照从小到大进行排列，等间距划分若干个相同区间范围，采用非参数统计方法Kruskal-Wallis test检验其差异性，并根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
实施例二
基于实施例一的实验系统和方法步骤，可实现如下实验的实施：
如图5-9，所述水槽1宽度应大于目标实验鱼体长的3倍，根据所用实验草鱼的平均体长为(12.13±1.96)cm，选定宽度为50cm的水槽，紊流发生器4直径设定为10cm，紊流发生器4球心距离水槽1底部8cm，打开变频器水泵15，调节变频器水泵15出水流量使水槽水流流速为18cm·s-1，调整尾门9的叶片开度使水槽1内水深为18cm，待水槽1内紊流场稳定后，随机选取一条实验鱼放置于拦网7和隔网8之间，适应水流环境10min后，撤去拦网7，实验鱼自主游泳上溯，实验鱼上溯通过紊流扰动器4视为一次有效实验，然后调节变频水泵15出水流量使水槽水流流速为27cm·s-1和36cm·s-1，重复上述三种流速工况实验。每条实验鱼仅使用一次，每次实验均录制完整视频，每种流速工况重复有效实验40次。
将录制的视频通过视频转码软件转换格式为avi格式，导入数据处理器20中的Logger Pro软件进行分析，提取每一帧画面中实验鱼头部的运动轨迹点坐标(见图1)，输出坐标点.xls格式文件；通过现有成熟应用的Fluent软件模拟各流速工况下的紊流场分布，输出其紊流场分布.txt文本文件。分别将三种流速工况下鳙幼鱼上溯轨迹点坐标的.xls格式文件和数值模拟的紊流场.txt文本文件转换成.dat文件，依次导入Suffer软件中叠加分析，三种流速工况下的叠加结果依次见图2-4，提取实验鱼上溯轨迹点坐标对应的水力因子值，采用非参数统计方法Kruskal-Wallis test检验其差异性，分析得出流速范围为14.20～27.26cm·s-1(P<0.05)，紊动强度范围为5.85～9.20cm·s-1(P<0.01)和9.45～10.2cm·s-1(P<0.01)均存在显著性差异：体长为(12.13±1.96)cm的草鱼偏好流速范围为14.20～27.26cm·s-1，偏好紊动强度范围为5.85～9.20cm·s-1，敏感紊动强度范围为9.45～10.2cm·s-1。
实施例三
基于实施例一的实验系统和方法步骤，可实现如下实验的实施：
如图5-9，所述水槽1宽度应大于目标实验鱼体长的3倍，根据所用实验鳙鱼的平均体长为(11.29±1.85)cm，选定宽度为50cm的水槽，紊流发生器4直径为10cm，紊流发生器4球心距离水槽底部10cm，打开变频器水泵15，调节变频器水泵15出水流量使水槽水流流速依次为17cm·s-1、26cm·s-1和35cm·s-1。在恒定紊流场下，重复上述实施例二实验，分析得出体长为(11.29±1.85)cm的鳙鱼偏好流速范围为16.84～26.20cm·s-1，偏好紊动强度范围为5.85～9.20cm·s-1，敏感紊动强度范围为9.45～9.80cm·s-1。
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 (10)
1.一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：包括水槽装置和数据分析系统，所述水槽装置用于完成目标鱼类上溯放鱼实验，所述数据分析系统用于提取和分析所述水槽装置在进行目标鱼类上溯放鱼实验时目标鱼类上溯轨迹点坐标及其对应水力因子值，并检验其差异性，根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
2.如权利要求1所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：所述水槽装置包括水槽(1)、设于水槽(1)两端且与水槽(1)连通的进水箱(18)和尾水箱(10)、设于水槽(1)中的整流格栅(2)、紊流扰动器(4)、拦网(7)、隔网(8)、尾门(9)以及水循环系统，所述整流格栅(2)靠近进水箱(18)设置，所述拦网(7)、隔网(8)、尾门(9)靠近尾水箱(10)设置，且隔网(8)位于拦网(7)和尾门(9)之间，其中拦网(7)和隔网(8)之间的区域为实验适应区，间距大于目标实验鱼体长的3倍，所述水循环系统用于使水流在进水箱(18)和尾水箱(10)之间循环流动。
3.如权利要求2所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：所述水槽(1)宽度大于目标鱼类体长的3倍。
4.如权利要求1所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：所述水循环系统包括设于进水箱(18)下方的回水箱(14)，进水箱(18)与回水箱(14)通过进水装置连通，所述进水装置包括进水管(16)、出水管(17)、变频水泵(15)，进水管(16)的一端与回水箱(14)连通，进水管(16)的另一端通过变频水泵(15)与出水管(17)的一端连接，出水管(17)的另一端与进水箱(18)连通。
5.如权利要求4所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：所述尾门(9)上设有多个转动连接的叶片，通过调节叶片开度控制水槽(1)内水深。
6.如权利要求2所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：还包括固定于水槽(1)上方的可移动T型支架(3)，所述可移动T型支架(3)与紊流扰动器(4)刚性连接。
7.如权利要求2所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：所述紊流扰动器(4)直径小于目标实验鱼体长，紊流扰动器(4)球心距离水槽(1)底部的高度由目标鱼类活动所在的水层确定。
8.根据权利要求1所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：所述数据分析系统包括CCD相机(5)、可伸缩T型支架(6)、录像机(19)和数据处理器(20)，所述CCD相机(5)与录像机(19)连接，所述录像机(19)与数据处理器(20)连接，所述CCD相机(5)与可移动T型支架(6)一端表面固定连接。
9.根据权利要求8所述的量化鱼类偏好水力因子区间的实验系统，其特征在于：所述CCD相机(5)与录像机(19)用于录制放鱼实验时实验鱼上溯过程，所述数据处理器(20)用于实时记录实验鱼上溯运动轨迹变化，通过视频转码软件将录制的视频转换为·avi格式视频，利用Logger Pro软件提取目标实验鱼上溯轨迹点坐标，同时采用Fluent软件模拟水槽内的紊流场分布，将目标实验鱼上溯轨迹点坐标和紊流场分布文件依次导入suffer软件，提取上溯轨迹点对应的流速、紊动强度水力因子值，采用非参数统计方法检验其差异性，并根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
10.一种量化鱼类偏好水力因子区间的实验方法，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述实验系统进行，所述方法包括如下步骤：
1)选择目标鱼类：选定并网捕目标鱼类，并将目标鱼类暂养24h；
2)设计水槽：根据目标鱼类体长选择合适宽度的水槽(1)和合适直径的紊流扰动器(4)，水槽(1)宽度大于目标实验鱼体长的3倍；紊流扰动器(4)直径小于目标实验鱼体长；
3)放鱼预实验：在未安装紊流扰动器(4)情况下，打开变频水泵(15)调至合适出流量，水流由进水箱(18)进入水槽(1)，经整流格栅(2)平顺后水流近似为明渠均匀流，随意捞取一条暂养后的实验鱼，放置水槽(1)适应区适应水流环境10min，撤去拦网(7)，目标鱼自主上溯，观测实验鱼活动的水层，其中水流通过尾门(9)流入尾水箱(10)，经回水管(11)进入回水箱(14)，再由变频水泵(15)抽送至进水箱(18)，形成一个水循环系统；
4)放鱼实验：安装紊流扰动器(4)，根据实验鱼活动的水层，调整紊流扰动器(4)距离水槽(1)底部的高度，打开变频水泵(15)调至合适出流量，水流由进水箱(18)进入水槽(1)，经整流格栅(2)平顺后水流近似为明渠均匀流，通过紊流扰动器(4)后产生恒定紊流场，随意捞取一条暂养后的实验鱼，放置水槽(1)适应区适应水流环境10min，撤去拦网(7)，目标鱼自主上溯，实验鱼上溯绕过紊流扰动器(4)视为一次有效实验；
5)视频录制：利用CCD相机(5)和录像机(19)全程录制实验鱼上溯过程；
6)目标实验鱼上溯轨迹提取：在水槽(1)装置中的数据处理器(20)利用视频转码软件将录制的视频转换为.avi格式视频，导入Logger Pro软件中提取每一帧画面中实验鱼头部的运动轨迹点坐标，并输出.xls格式文件，各相邻轨迹点间保持相同帧数；
7)紊流场数值模拟：采用Fluent软件模拟不同流速工况下水槽(1)内紊流场分布，并输出为.txt文件；
8)目标实验鱼上溯轨迹点坐标与紊流场云图分布叠加：利用数据处理器(20)将实验鱼上溯轨迹点坐标的.xls格式文件和紊流场.txt格式文件分别转换成.dat格式文件，并依次导入Suffer软件叠加分析；
9)目标实验鱼上溯过程中选择的水力因子值提取：利用Suffer软件提取每条实验鱼上溯轨迹点坐标对应的流速、紊动强度水力因子值，并输出其.txt格式文件；
10)鱼类偏好水力因子区间确定：在数据处理器(20)中将模拟的紊流场.txt文件和实验鱼上溯轨迹水力因子选择值的.txt文件处理后，按照从小到大进行排列，等间距划分若干个相同区间范围，采用非参数统计方法Kruskal-Wallis test检验其差异性，并根据数理统计分析结果确定目标实验鱼偏好水力因子区间范围。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111642449A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-11 | 水利部中国科学院水工程生态研究所 | 一种变坡式鱼类游泳能力测试水槽 |
| CN111802307A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-23 | 湖南工商大学 | 一种斑马鱼类训练装置 |
| CN115316316A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-11-11 | 中国长江三峡集团有限公司 | 鱼类游泳能力测定装置 |
| CN115500309A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-23 | 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 | 一种测量鱼类行为的装置及方法 |
| CN116686756A (zh) * | 2023-07-11 | 2023-09-05 | 重庆交通大学 | 一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103461232A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-12-25 | 中国水产科学研究院长江水产研究所 | 一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置及试验方法 |
| CN206157686U (zh) * | 2016-08-31 | 2017-05-10 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 对通过鱼道的鱼类进行观察采集分拣的系统 |
| CN206220046U (zh) * | 2016-11-14 | 2017-06-06 | 三峡大学 | 一种应用于水垫塘的挑流消能试验装置 |
| CN206462209U (zh) * | 2017-02-16 | 2017-09-05 | 三峡大学 | 一种研究鱼类连续通过障碍能力的装置 |
| CN207944416U (zh) * | 2018-01-08 | 2018-10-09 | 三峡大学 | 一种用于野外鱼道进口实验的水槽 |
| CN109644901A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-19 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种确定鱼类对水力因子偏好区间的试验水槽及试验方法 |
-
2020
- 2020-01-17 CN CN202010051380.7A patent/CN111183927A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103461232A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-12-25 | 中国水产科学研究院长江水产研究所 | 一种测试鱼类环境偏好行为的试验装置及试验方法 |
| CN206157686U (zh) * | 2016-08-31 | 2017-05-10 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 对通过鱼道的鱼类进行观察采集分拣的系统 |
| CN206220046U (zh) * | 2016-11-14 | 2017-06-06 | 三峡大学 | 一种应用于水垫塘的挑流消能试验装置 |
| CN206462209U (zh) * | 2017-02-16 | 2017-09-05 | 三峡大学 | 一种研究鱼类连续通过障碍能力的装置 |
| CN207944416U (zh) * | 2018-01-08 | 2018-10-09 | 三峡大学 | 一种用于野外鱼道进口实验的水槽 |
| CN109644901A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-19 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种确定鱼类对水力因子偏好区间的试验水槽及试验方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 庄平等: "《长江口中华鲟自然保护区科学考察与综合管理》", 31 December 2009, 海洋出版社 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111642449A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-11 | 水利部中国科学院水工程生态研究所 | 一种变坡式鱼类游泳能力测试水槽 |
| CN111642449B (zh) * | 2020-05-28 | 2021-11-30 | 水利部中国科学院水工程生态研究所 | 一种变坡式鱼类游泳能力测试水槽 |
| CN111802307A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-23 | 湖南工商大学 | 一种斑马鱼类训练装置 |
| CN111802307B (zh) * | 2020-07-29 | 2022-03-29 | 湖南工商大学 | 一种斑马鱼类训练装置 |
| CN115316316A (zh) * | 2022-08-30 | 2022-11-11 | 中国长江三峡集团有限公司 | 鱼类游泳能力测定装置 |
| CN115316316B (zh) * | 2022-08-30 | 2023-06-09 | 中国长江三峡集团有限公司 | 鱼类游泳能力测定装置 |
| CN115500309A (zh) * | 2022-10-28 | 2022-12-23 | 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 | 一种测量鱼类行为的装置及方法 |
| CN116686756A (zh) * | 2023-07-11 | 2023-09-05 | 重庆交通大学 | 一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法 |
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