CN111990317B - 一种模拟船舶及水运工程水下噪声振动对鱼类影响的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种模拟船舶及水运工程水下噪声振动对鱼类影响的试验方法属于生态环境影响技术领域，其采用振动发声装置模拟船舶噪声及打桩等水运工程建设的水下噪声振动，并传导至鱼类养殖水箱，观察和分析鱼类受噪声振动影响的类型和程度，主要试验方法步骤包括：噪声振动源制备、噪声振动传播过程试验、噪声振动影响受体的选取和试验分析。本发明可以为指导船舶制造及航行和水运工程设计与建设采取适宜的鱼类影响减缓对策，以及生态环境影响评价提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及噪声振动的生态环境影响技术领域，特别涉及一种水下噪声振动对鱼类影响的模拟试验方法。
背景技术
近年来，随着航运业的发展，港口开发和船舶运输日益繁忙。船舶运输、水运工程建设产生的水下噪声振动对鱼类的不利影响及其减缓对策受到关注。然而，由于影响实测难以实现，且又缺乏适用的试验方法，导致人们很难去真实了解和量化水下噪声振动对鱼类的影响。为此，有必要建立实验室模拟试验系统和方法，量化评估此类水下噪声振动对鱼类的影响，为指导船舶制造及航行、水运工程设计与建设采取适宜的鱼类影响减缓对策提供技术支撑。
目前，对水下噪声振动对鱼类影响的相关研究较少，且比较笼统及零散，主要停留于文献调研和定性分析，未形成试验系统和试验方法。例如：
(1)现有文献综述了不同类型噪声对鱼类听觉、行为和种群数量等相关生态影响，但未形成系统试验方法。(石妮，《噪声对鱼类的影响》，重庆师范大学学报(自然科学版)，2017(34)：28～32；黄斌，《地震勘探爆破对鱼类生态影响的试验与分析》，工程爆破，2013(19)：54～57；施慧雄，《船舶噪声对鲈鱼和大黄鱼血浆皮质醇水平的影响》，生态学报，2010，30(14)：3760-3765)
(2)现有专利提出了模拟水下振动和飞机振动的试验装置和系统，提出了鱼类行为的监测预警装置，还提出了研究电磁场对鱼类影响的装置，未见提出船舶噪声振动和水运工程噪声振动对鱼类影响的试验装置和方法。(欧阳智江等，水下振动模拟多边界试验水箱：中国，CN104897362A[P]2017-09-09；霍应元等，一种轻型飞机振动模拟测试及数据使用方法：中国，CN107512405A[P]2017-12-26；贾玉东等，一种用于研究电磁场对鱼类影响的装置及其应用：中国，CN106842078A[P]2017-03-06；唐明虎等，鱼类行为监测预警装置：中国，CN203396710U[P]2014-01-15)
发明内容
(1)发明目的
为了克服现有水下噪声振动对鱼类影响判定在试验方法上的不足和试验数据的缺失，本发明提供一种模拟船舶运输、水运工程建设水下噪声振动对鱼类影响的试验方法，其采用噪声振动源制备装置模拟船舶及打桩等水运工程建设的水下噪声振动，并传导至鱼类养殖水箱，在实验室内观察被选取和驯养的代表性鱼类受到影响后的逃避行为，以及鱼类生长状况和死亡率等参数的变化情况，进而判定鱼类受水下噪声振动影响的类型和量化分析影响的程度。本发明可以为指导船舶制造及航行和水运工程设计与建设采取适宜的鱼类影响减缓对策，以及为生态环境影响评价提供试验技术支撑。
(2)技术方案
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种水下噪声振动对鱼类影响的试验方法，该方法需要首先准备一套试验系统，该试验系统主要包括噪声振动源制备及传导装置，鱼类养殖水箱(2个)，水下摄像装置，在噪声振动源制备过程中还需要水听器、高频数字录音机和噪声振动分析软件。
该试验方法具体包括以下步骤：
步骤一：噪声振动源制备。录制船舶运输噪声、打桩等水运工程建设噪声，将录制的音频文件导入噪声振动分析软件，绘制分析出不同类型噪声振动源频谱图。
步骤二：噪声振动传播过程试验。按照步骤一获得的噪声振动源频谱图，并根据船舶运输、水运工程建设的运行状况，设置噪声振动源制备装置的发生程序，分别启用不同类型噪声振动源发生程序，再通过由金属连接杆制作的水下噪声振动源传导装置，将按照一定规律持续产生的模拟噪声振动源传导至鱼类养殖水箱1，与此同时，鱼类养殖水箱2不连接噪声振动源传导装置，作为试验对照。
步骤三：噪声振动影响受体的选取和试验分析。
(1)试验鱼群选择。试验鱼群的选择标准为：
①试验鱼种需同时满足易获得、易饲养、对噪声振动比较敏感三个方面的要求。
②试验鱼群需选择体态雄壮、大小相近、无损伤的个体，且生长年龄相仿。
③2个鱼类养殖水箱需分别选取相同尾数试验鱼群进行试验，受试鱼群的个体数量需使鱼群具有适当的空间密度。
(2)试验鱼群驯养。将试验鱼群分别放入玻璃制鱼类养殖水箱，进行一定时间段的实验室驯养，驯养期间保持持续供氧和水体循环过滤净化，控制适宜的试验水温，水体溶解氧浓度保持大于5mg/L，定时投放鱼食，日投喂率为鱼体重的3％～5％，喂饱为准。
(3)短期和中长期影响对照试验。供氧、水体过滤净化、喂食同驯养期。在鱼类养殖水箱1中，每天间隔固定时间，开启噪声振动源，刺激一段时间，在开启噪声振动源的同时，开启鱼类养殖水箱1、2的水下录像机。短期影响试验时间40天，中长期影响试验时间不少于6个月。
①获得系列录像文件。对照分析试验鱼群的生活行为、逃避行为等。
②短期影响试验每隔10天、中长期影响试验每隔30天，分别在2个鱼类养殖水箱内随机取鱼n尾，分别测定并计算以下平均指标：全长Lall(cm)(从吻端至尾鳍前端的长度)、体长L(cm)(从吻端至尾鳍末端的长度)、体高(cm)(背鳍前端至腹部前基部的垂直高度)、体重W(g)，并分别统计2个鱼类养殖水箱的死亡鱼数量ND。
(3)按照式-1、式-2、式-3分别计算2个鱼类养殖水箱试验鱼群的特定生长率SGR(％/d)、肥满度K(％)、存活率SR(％)，对照分析船舶航行、水运工程施工的模拟噪声振动源对试验鱼群的影响。
SGR＝(Lall*W1-Lall*W0)*100/t 式-1
K＝(W/L3)*100 式-2
SR＝(NS/Nall)*100 式-3
其中：W0为初始平均体重(g)，W1为终末平均体重，t为试验时间(d)，Nall为试验鱼群个体总数，NS为试验鱼群个体成活数，NS＝Nall-ND。
(3)优点和功效
本发明的优点是提供了一种模拟船舶航行及水运工程建设的水下噪声振动对鱼类影响的试验方法。弥补了现有对水下噪声振动的鱼类影响类型和程度判定在试验方法上的不足和试验数据的缺失。
本方法采用噪声振动源制备装置模拟船舶航行及打桩等水运工程建设的水下噪声振动源，采用水下噪声振动源传导装置连接鱼类养殖水箱，并选取代表性鱼类，在实验室内，观察鱼类受噪声振动影响后的逃避行为，根据鱼类生长和死亡率等参数的变化情况，定量判定鱼类受噪声影响的类型和程度。另外，本方法采用水下摄像系统获得系列录像文件，记录鱼群受噪声影响的逃避行为参数，并采取对比试验的方法，对比分析鱼类受影响程度。本发明为指导生态友好型船舶建造及航行和水运工程建设设计及施工，定量评估相应的生态环境影响，提供了一种科学、系统、真实、有效、规范的试验方法支持。
附图说明
图1试验流程图
图2试验系统图
图中序号说明如下：
| 1：噪声振动分析软件 | 2：噪声振动源制备装置 | 3：水下噪声振动源传导装置 |
| 4：氧气供应装置 | 5：水体循环过滤净化装置 | 6：玻璃制鱼类养殖水箱 |
| 7：水下摄像机 |
具体实施方式
一种模拟船舶及水运工程建设水下噪声振动对鱼类影响的试验方法，其实施方式和具体的操作过程如下：
实施例1“模拟船舶运输水下噪声振动对鱼类影响的试验方法”
该试验方法具体包括以下步骤：
步骤一：噪声振动源制备。船舶水下噪声振动源的频谱信息源，采用2万吨级散货船满载经过水域时录制的信息，即：将水听器电缆悬于散货试验船的船舷一侧，将水听器置于水下10m，使用数字录音机录制船舶发动机发出的水下噪声，形成音频文件。将该音频文件导入噪声振动分析软件，绘制噪声振动频谱图。经录制，船舶运输水下噪声的分贝数在150～200分贝左右。主要能量集中于50kHz以下的频段，谱级峰值基本在1000Hz以下。
步骤二：噪声振动传播过程试验。将噪声振动频谱图中特征频率随时间分布值输入电脑控制软件，按照该频谱图的特征频率时间分布，并根据过往船舶特点反复多次，带动噪声振动源制备装置发出噪声振动，并通过水下噪声振动源传导装置，将发出的噪声振动传导至鱼类养殖水箱1，持续模拟水下船舶噪声振动源，而鱼类养殖水箱2未连接噪声振动源传导装置，作为试验对照。上述两个鱼类养殖水箱内已放置了经过挑选和驯养的试验鱼群。
步骤一和步骤二的试验系统详见图2。
步骤三：噪声振动影响受体的选取和试验分析。
(1)依据易获得，易饲养，对噪声比较敏感的选取原则，选择罗非鱼、草鱼、鲤鱼、鲫鱼、鲶鱼等作为备选试验鱼种，并前往附近养鱼场，选择大小相近，年龄相仿、鱼体雄壮、无损伤的鱼苗100尾作为试验鱼群，在鱼类养殖水箱1、鱼类养殖水箱2中分别放入50尾进行后续试验。
(2)将试验鱼群分别放入玻璃制鱼类养殖水箱之后，先进行为期5天的实验室驯养。持续供氧，每天循环过滤净水1/2，保证鱼类生存环境，减少对鱼类扰动。每天定时向养殖水箱内投放鱼食，一天2次，日投喂率为鱼体重的3％～5％，喂饱为准。控制试验鱼适宜水温，保持溶解氧浓度大于5mg/L。
(3)开始对照试验40d。供氧、换水、喂食等同驯养期。在鱼类养殖水箱1中，每天每2小时开启噪声振动源刺激10min，在噪声振动源开启的同时，开启养殖水箱1和养殖水箱2的水下录像机，获得系列录像文件。
(4)数据测定分析。
①录像文件数据分析。将2个养殖箱内获得的录像文件对比分析，观察试验鱼群的集群行为、逃避行为等。
②2个鱼类养殖箱内，在10d、20d、30d、40d分别随机捞取样鱼6尾，分别测定每条样鱼的全长Lall(cm)(从吻端至尾鳍前端的长度)、体长L(cm)(从吻端至尾鳍末端的长度)、体高(cm)(背鳍前端至腹部前基部的垂直高度)、体重W(g)，并分别计算每个养殖水箱样鱼以上指标的平均值，统计死亡鱼数量ND，将样鱼放回原养殖水箱。
③按照式-1～式-3，采用实测平均值，分别计算两个养殖水箱试验鱼群的特定生长率SGR(％/d)、肥满度K、存活率SR(％)，对照分析船舶模拟噪声对试验鱼的影响。
实施例2“模拟水下打桩噪声对鱼类影响的试验方法”
本实施例部分实施过程与实施例1不同，其余实施过程与实施例1一致。
步骤一：噪声振动源制备。港口建设水下打桩噪声振动源的频谱信息源采用在距离打桩点不同位置(如50m、100m、150m、200m)录制的水下音频信息，即：利用激光测距仪测量试验船舶与打桩点的距离，将水听器电缆悬于试验船舶船舷一侧，将水听器置于水下10m。使用数字录音机录制水下噪声，形成距离打桩地点不同距离的音频文件，测量时需关闭试验船舶的发动机。将距离最近的50m录制音频文件导入噪声振动分析软件，用于绘制噪声振动源频谱图的基础，并根据较远距离录制的噪声振动频谱衰减趋势，适当予以加强，作为噪声振动源频谱图。冲击式打桩产生的声音具有“多脉冲”的特点，为低频、高声源级的脉冲信号，其主要能量的频带一般在1kHz以下，峰值声压级为180～210dB，均方根值声压级约为170～200dB，每分钟约打击约40次，打一根桩约30min。
步骤二：噪声振动传播过程试验。将噪声振动频谱图中特征频率随时间分布值输入电脑控制软件，按照该频谱图的特征频率时间分布，并根据打桩施工特点反复多次，带动噪声振动源制备装置发出噪声振动，并通过水下噪声振动源传导装置，将发出的噪声振动传导至鱼类养殖水箱1，持续模拟水下打桩噪声振动源，而鱼类养殖水箱2未连接噪声振动源传导装置，作为试验对照。上述两个鱼类养殖水箱内已放置了经过挑选和驯养的试验鱼群。
步骤三：噪声振动影响受体的选取和分析。
同实施例1。
Claims (1)
1.一种模拟船舶及水运工程水下噪声振动对鱼类影响的试验方法，其特征在于，提供了一套模拟船舶运输和打桩水运工程建设的噪声振动，并传导至鱼类养殖水箱，观察和分析鱼类所受影响的类型和程度的完整试验方法，其主体试验步骤包括：(1)噪声振动源制备、(2)噪声振动传播过程试验、(3)噪声振动影响受体的选取和试验分析；
三个步骤的相互联系如下：
所述步骤(1)噪声振动源制备，是从真实环境中录制来自不同类型水下噪声振动源的音频文件，将录制的音频文件导入噪声振动分析软件，绘制分析出不同类型噪声振动源频谱图，用于在所述步骤(2)噪声振动传播过程试验的源项输入；
所述步骤(2)噪声振动传播过程试验，是将按照步骤(1)噪声振动源制备的步骤获得的不同类型噪声振动源频谱图，分别按照一定的持续过程，设置噪声振动源制备装置的发生程序，分别启用不同类型噪声振动源发生程序，将按照一定规律持续产生的模拟噪声振动源传导至鱼类养殖水箱一，与此同时，鱼类养殖水箱二不连接噪声振动源传导装置，作为试验对照；
所述步骤(3)噪声振动影响受体的选取和试验分析，是首先进行试验鱼群的选取以及在鱼类养殖水箱内的驯养，之后针对不同类型水下噪声振动源，分别启动所述步骤(2)噪声振动传播过程试验，并定期测试分析影响受体样本及其对照样本的指标状况；
其中，具体的试验方法如下：
步骤(1)噪声振动源制备：首先在距噪声振动源一定远近的位置录制水下噪声振动音频文件，然后根据较远距离录制的噪声振动频谱衰减趋势，推导出噪声振动源频谱图；
步骤(2)噪声振动传播过程试验：按照所述步骤(1)中获得的噪声振动源频谱图，并根据船舶航行、港口建设打桩的噪声振动持续过程特点，设置噪声振动源制备装置的发生程序、间隔时间和重复次数，通过启动噪声振动源制备装置，带动连接的水下噪声振动源传导装置，模拟对鱼类养殖水箱中的试验鱼群造成的影响；
步骤(3)噪声振动影响受体的选取和试验分析：分别开展不同水下噪声振动源对选取鱼种试验受体的短期或中长期影响模拟对照试验，其间定时随机捞取影响受体样本及其对照样本，测定特定生长率、肥满度、存活率指标状况，以及观察鱼类逃避行为，对照分析判定影响类型和程度；
其中，
步骤(2)包括：将噪声振动源频谱图中特征频率随时间分布值输入电脑控制软件，按照该频谱图的特征频率时间分布，并根据过往船舶特点或打桩施工特点反复多次，设置噪声振动源制备装置的发生程序，分别启用不同类型噪声振动源发生程序，再通过由金属连接杆制作的水下噪声振动源传导装置，将按照一定规律持续产生的模拟噪声振动源传导至鱼类养殖水箱。
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| CN202010892739.3A Active CN111990317B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种模拟船舶及水运工程水下噪声振动对鱼类影响的试验方法 |
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113532796B (zh) * | 2021-07-19 | 2022-09-09 | 哈尔滨工程大学船舶装备科技有限公司 | 一种测试超疏水涂层水动力噪声降噪效果的装置及方法 |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104667407A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-06-03 | 首都医科大学 | 磁共振环境下睡眠训练机 |
| CN106508738A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-22 | 三峡大学 | 筛选鱼类敏感声音的方法及装置 |
-
2020
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Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Vessel noise affects routine swimming andescape response of a coral reef fish;Laura V J等;《PLOS ONE》;20200723;第15卷(第7期);第1-13页Abstract、Materials and methods * |
| 水下打桩噪声对我国珍稀海洋哺乳动物（中华白海豚与斑海豹）的影响研究;苏冠龙;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20140615(第06期);正文第34-37、47页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111990317A (zh) | 2020-11-27 |
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