CN114223583A - 一种同步测试鱼类趋光性和趋流性的交互试验方法及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种同步测试鱼类趋光性和趋流性的交互试验方法，包括以下步骤：将水流引入两个测试通道再流入汇流区，引导汇流区植入PIT标记的鱼向测试通道游，测试通道上部放置不同的光源，通道两端布置感应天线线圈，将鱼放入汇流区，然后在黑暗的环境下，开启光源，并形成水流，处理同一PIT标记产生的PIT信号的时间记录，记录鱼游入每个测试通道中的滞留时间占比，然后对调光源，重复以上步骤。可分析出不同鱼类趋光性和趋流性的数据。
Description
技术领域
本发明涉及鱼类趋流趋光同步测试领域，尤其涉及一种同步测试鱼类趋流性和趋光性的交互试验方法及检测系统。
技术背景
流速被普遍认为是鱼类索饵、繁殖、避害的重要判别指标；鱼类的趋光性是指鱼类对光剌激产生定向运动的特性，很多鱼类具有昼夜行为节律，同对光照的响应密切相关。因此，在自然环境中，鱼类的洄游行为可能是综合流速、光照及其它环境因子综合判别洄游时间和洄游路径。国内外过鱼设施运行实践表明：暗涵段鱼道不利于过鱼，可能会影响过鱼效果。因此在鱼道不可避免有一段较长的暗涵段时，如何尽量避免黑暗环境对过鱼带来的影响，及敷设什么样的照明系统便成为该类过鱼设施需要研究的重要内容。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的空白，提供一种鱼类趋流性趋光性的同步交叉测试的方法及装置，其能够客观准确获得不同流速、不同光源交叉作用下对鱼类影响，进一步获得不同流速环境下的最佳光波长、光照度、色温量值，及鱼类在动水环境中的趋光性规律。本发明综合流速因子和光照因子，并采用二元交叉试验设计，定量测试不同光照、流速条件下鱼类的趋性行为，可为暗涵段鱼道照明系统设计提供有效的技术支持。
本发明的技术方案为，一种鱼类趋光性和趋流性的测试方法，包括以下步骤：
步骤1.使水经分流墩分流后流入两个并排且等尺寸的测试通道，并依次流经拦截网、相互间隔开的两圈感应天线后流出测试通道汇流至汇水区，再经过网栅流出，每圈感应天线线圈的面积不小于测试通道内水面以下的横截面积，每个测试通道上方安装有不同的光源；
步骤2.在汇水区每次投放植入PIT标记的鱼若干条，在黑暗的条件下，将各感应天线线圈与PIT跟踪记录设备电连接，使两个测试通道内的各感应天线线圈周期性的依次循环接通PIT跟踪记录设备，且各感应天线线圈接通PIT跟踪记录设备的时间不重合，四圈感应天线线圈循环接通PIT跟踪记录设备一次的时间不大于0.1s，同时使两个测试通道上不同的光源通电发光，利用PIT跟踪记录设备统计不同感应天线线圈感应到PIT信号的时间及对应的PIT标记的ID；
步骤3.处理同一PIT标记产生的PIT信号的时间记录：当临近测试通道出水端的感应天线线圈先感应到PIT信号，而临近测试通道进水端的感应天线线圈后感应到PIT信号时，标记植入PIT标记的鱼类游入测试通道；
当临近测试通道进水端的感应天线线圈先感应到PIT信号，而临近测试通道出水端的感应天线线圈后感应到PIT信号时，标记植入PIT标记的鱼类游出测试通道；
统计植入PIT标记的鱼类进入、游出一个测试通道的时间差，记为该测试通道的滞留时间；
统计植入PIT标记的鱼类在两个测试通道的滞留时间总和，记为总滞留时间；计算植入PIT标记的鱼类在两个测试通道的滞留时间与总滞留时间的比值，记为鱼类在两测试通道中的停留时间占比；
步骤4.对调两个测试通道中的光源，按步骤2～步骤3重复实验，对两次获得的鱼类在两测试通道中的停留时间占比求平均值，并统计各测试通道鱼游所在水层光源光色测试仪测出的水下光色、色温，采用流速仪测量各通道鱼游所在水层的流速。
进一步地，步骤4之后还包括更换两个测试通道中的光源，按步骤2～步骤4重复实验，对两次获得的鱼类在两测试通道中的停留时间占比求平均值，并统计各测试通道底部光源光色测试仪测出的水下光波长、光照度、色温、流速。
实施上述的交互试验方法的检测系统，包括一个封闭不透入室外光的室内水池，室内水池中设置有一圈围墙包围形成的测试区，测试区相互远离的两侧的围墙上分别开设有进水口和出水口，水泵放置在进水口处，使测试区外的水经进水口流入测试区再从出水口流出，出水口处布置有网栅，阻止测试区内的鱼类游出，测试区内设置有正对进水口的隔水墙，使隔水墙两侧形成距围墙距离相等的测试通道，隔水墙靠近进水口的一端布置有三角墩，使水泵出水经过三角墩后在两通道形成不同流速的两道明渠水流，每个测试通道对齐三角墩的进水端布置有拦截网，阻止测试区内的鱼类游出，每个测试通道内临近进水端和出水端的位置分别设置有两圈感应天线线圈，每圈感应天线线圈的面积不小于测试通道内水面以下的横截面积，每个测试通道上方安装有不同的光源，每个测试通道的两圈感应天线线圈之间的底面放置有光源光色测试仪，测试通道与测试区出水口之间形成汇水区。
本发明于现有技术相比，优点在于：
室内水池中建造测试区，可规避外界自然光源对测试结果的干扰，设置两个测试通道，并对调光源，可排除两个测试通道内流速对鱼类趋光性影响的干扰，PIT跟踪记录设备的技术已在CN209216130U中公开，其利用RFID射频识别技术标记鱼类，当RFID射频芯片通过天线时，会发射唯一的编码即ID号，并记录信号接收时间。
附图说明
图1为本发明的装置的俯视图；
图2为本发明的装置的侧面剖视图；
图3为本发明的装置的测试通道的结构示意图；
图4为本发明测试方法中标记鱼类过程；
其中，1-室内水池，2-围墙，3-进水口，4-出水口，5-网栅，6-隔墙，7-测试通道，8-三角墩，9-拦截网，10-遮光顶棚。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明一种同步测试鱼类趋光性和趋流性的交互试验装置，包括由测试区和蓄水区组成的室内水池1，和在测试区域内的测试通道7。
具体的测试的室内水池1为尺寸6.4m长×4.8m宽×(1-2.1)m深，水池内一侧设4.9m长×2.1m宽的测试区，其余水域为蓄水区。测试区底面为平底，嵌有约3cm直径的鹅卵石，整体较蓄水区抬高0.3-0.4m，一方面因为测试水深不可过高，便于观察鱼类行为；一方面为保证水泵有足够高的水头，以充分发挥功效。测试区的水由水泵供水，经进水口3后流入两并行测试区域的上游区，经三角墩8分流后进入1.4m长×0.7m宽的两条并行的测试通道7，即12号通道和34号通道，在三角墩8与并行的测试通道7的连接处，设拦截网9，防止鱼类游出；水流分别经两并行的测试通道7后，汇入测试区域的下游汇水区，再经设置在测试区域末端出水口4的网栅5流回蓄水区，从而形成水循环回路，出水口4处设置的网栅5可防止鱼类游出测试区。同时，为保证水温和氧条件，水池蓄水区一直保持有0.5L/s的进水和出水同外界水进行交换。整个水池上方安装遮光顶棚10，四周安装幕帘，制造全黑环境，避免外部自然光对试验的影响，在两并行的测试通道上方安装不同的光源，在通道之间的三角墩上方设置从三角墩延伸到顶棚的幕帘隔光，形成不同的光照通道。各测试通道出口断面0.5m水深处放入测试面朝上的水下光源光色测试仪，水下光源光色测试仪型号为HOPOO。
PIT跟踪记录设备，采用Oregon RFID Datalogger(Version 3.91)，对被标记后的鱼类，在穿过两个测试通道时，进行PIT标记跟踪。该PIT设备感应天线接收频率为134.2KHz，为国际上针对低频动物跟踪的标准频率。其中电磁感应范围为21.0-281.3uH，最佳电感范围为30-100uH。
结合测试通道的尺寸和结构定制感应天线线圈4套，即编号为1#、2#、3#、4#，均为宽0.7m×高0.2cm的线圈。天线线圈采用0.5平方毫米的专用软电线进行多圈缠绕的方式制成。制作完成的电线线圈电感值约为80±10uH，在该PIT标记跟踪设备的监测最佳电感值范围以内。如图3所示，按照鱼类逆流而上的方向，将制定好的感应天线分别安装在距测试通道进口0.1m、0.3m处断面。在12通道内安装1#、2#线圈，在34通道内安装3#、4#线圈，编号在前的线圈，安装在测试通道的上游。
线圈的工作模式，一个主机带四个线圈，各线圈按逆时针顺序，即按照3#、1#、2#、4#的顺序依次工作，各线圈之间工作时长间隔为50毫秒，即1秒时长，各线圈按顺序依次运行20次。既能保证线圈间信号不相互干扰，也可保证鱼类在经过各监测断面的信号被有效接收。
线圈感应区域的测试确定，采用人工绑定标记扫码感应天线的方式进行感应天线现场灵敏度的测试，排除现场电磁干扰。最后确定为，测试通道中感应区域从并行的两测试通道的进口到达至其进口上游0.4m处，而从汇水区至网栅的区域信号不会被感应到。
一种基于上述测试装置的鱼类趋光性和趋流性的交叉试验方法，包括以下步骤：
步骤1.建造一个封闭不透入室外光的室内水池1，在室内水池1中设置一圈围墙2包围形成测试区，测试区相互远离的两侧的围墙上分别开设进水口3和出水口4，在进水口3处放置水泵，使测试区外的水经进水口3流入测试区再从出水口4流出，在出水口4处布置网栅5，阻止测试区内的鱼类游出，在测试区内设置正对进水口3的隔水墙6，使隔水墙两侧形成距围墙距离相等的测试通道7，在隔水墙靠近进水口的一端布置三角墩8，在每个测试通道对齐三角墩的进水端布置拦截网9，阻止测试区内的鱼类游出，在每个测试通道内临近进水端和出水端的位置分别设置两圈感应天线线圈1#、2#、3#、4#，每圈感应天线线圈布设的面积不小于测试通道内水面以下的横截面积，以不遗漏该断面信号为准，在每个测试通道上方安装不同的光源，在每个测试通道的两圈感应天线线圈之间的底面放置光源光色测试仪；
步骤2.在测试通道与测试区出水口的区域每次投放植入PIT标记的鱼若干条，将各感应天线线圈与PIT跟踪记录设备电连接，使两个测试通道内的各感应天线线圈在周期性的依次循环接通PIT跟踪记录设备，且各感应天线线圈接通PIT跟踪记录设备的时间不重合，四圈感应天线线圈循环接通PIT跟踪记录设备一次的时间不大于0.1s，同时使两个测试通道上不同的光源通电发光，利用PIT跟踪记录设备统计不同感应天线线圈感应到PIT信号的时间及对应的PIT标记的ID；
步骤3.处理同一PIT标记产生的PIT信号的时间记录：当临近测试通道出水端的感应天线线圈先感应到PIT信号，而临近测试通道进水端的感应天线线圈后感应到PIT信号时，标记植入PIT标记的鱼类游入测试通道；
当临近测试通道进水端的感应天线线圈先感应到PIT信号，而临近测试通道出水端的感应天线线圈后感应到PIT信号时，标记植入PIT标记的鱼类游出测试通道；
统计植入PIT标记的鱼类进入、游出一个测试通道的时间差，记为该测试通道的滞留时间；
统计植入PIT标记的鱼类在两个测试通道的滞留时间总和，记为总滞留时间；计算植入PIT标记的鱼类在两个测试通道的滞留时间与总滞留时间的比值，记为鱼类在两测试通道中的停留时间占比；
步骤4.对调两个测试通道中的光源，按步骤2～步骤3重复实验，对两次获得的鱼类在两测试通道中的停留时间占比求平均值，并统计各测试通道鱼游所在水层光源光色测试仪测出的水下光波长、光照度、色温，采用流速仪测量各通道鱼游所在水层的流速。
进一步地，步骤4之后还包括更换两个测试通道中的光源，按步骤2～步骤4重复实验，对两次获得的鱼类在两测试通道中的停留时间占比求平均值，并统计各测试通道底部光源光色测试仪测出的水下光波长、光照度、色温、流速。
具体地，步骤2～步骤4为：
1、试验鱼的采集与投放
试验期间，共在测试区域末端，即测试通道的下游，投放PIT标记鱼109尾。其中大渡河软刺裸裂尻鱼65尾，齐口裂腹鱼37尾，重口裂腹鱼7尾，长须裂腹鱼2尾。具体如下表1所示。
表1光试验投放日期、种类、规格及数量
试验期为6月11-27日，标记鱼分批在6月10日、6月16日、6月21日和6月25日投放。每个工况完成后，打捞出试验鱼中的伤亡个体，每间隔4-6天，对试验鱼进行补充，保证水池内试验鱼数量始终大于20尾。由于试验过程中的伤亡、及试验样本采集的不确定性，各工况无法保证每种鱼的试验鱼数量完全相等。为此，每个工况将各种鱼类分别在两个通道的进入数量、滞留时长占总量的百分比作为结果进行统计，不做绝对值的比较。
2、试验鱼的标记
将试验鱼进行麻醉处理，测量体长体重。随后如图4所示，将酒精消毒过的32mm、23mm HDX半双工信标植入鱼体腹腔，其中大渡河软刺裸裂尻鱼和全长300mm以下的裂腹鱼腹腔注射23mm的PIT标记，全长300mm以上的裂腹鱼注射32mm的PIT标记。随后采用红霉素软膏涂抹伤口，在鱼类基本稳定后转入测试水道下游汇水区，以避免对鱼类转运造成的二次伤害。
3、试验光源的准备
本试验光源选用红、蓝、黄、绿、白色五种。所有光源均采用型号为JH-L100、功率为100w的LED广角灯，透镜夹角120°。为充分还原天然情况下自然光从顶部空气中射入水中，而非水下光源，本试验的所有光源灯均悬挂于测试通道中部上方1.5m高处。
光照度、波长、色温以水下光源光色测试仪的测试值为准，水下光源光色测试仪型号为HOPOO，试验过程中，将水下测试探头测试面朝上放入测试通道出口断面0.5m水深处，以测试鱼类进入通道时实际感知到的光强、色温及光波长。
4、试验工况的设置
金川鱼道隧洞段为动水条件，为了充分论证鱼类在动水环境中对光的趋性行为，本试验设置了两个并排的动水通道对比开展鱼类的趋光性试验，即在两通道同时安装不同光源，观测鱼类的行为选择，统计分析鱼类的上溯率、喜好进入通道的累计时长等。同时，因两通道流速、位置等条件难以做到完全一致，为充分排除其它因素对流速趋性、光趋性试验产生的影响，本试验所有光对比试验均采用二元试验，即一个工况在开展完成试验后，其它条件保持不变，仅将两个通道上方的光源进行对调，再次开展一组实验，如表2中所示，为本研究设置的二元试验。试验完成后，对相同光照因子在不同通道的结果进行统计平均，以排除其它因子如流态、左右位置等对结果造成的影响。
12通道(安装1#、2#线圈的通道)流速为0.30-0.42m/s，34通道(安装3#、4#线圈的通道)流速为0.18-0.34m/s。12通道和34通道的流速不同、光照不同，但水温、水深和溶氧条件完全相同，试验期间，水温为12-16℃，溶氧为7.16-8.25mg/L。具体采用的光照条件如表2所示。
表1趋光性试验工况
5、试验时感应信号的监测
将实验鱼PIT标记后，投入下游汇水区，待水流、水温及鱼游状态稳定后，开启Oregon RFID Datalogger(Version 3.91)主机自动记录1#、2#、3#、4#线圈接收到的PIT标记信号编号、及接收时间，24h后结束该工况试验。其它条件不变，将两通道光源对调，再次开展24h试验。
具体的，当1#线圈先感应到PIT标记信号、2#线圈后感应到PIT标记信号，即认为鱼类进入12通道；当2#线圈先感应到PIT标记信号、1#线圈后感应到PIT标记信号，即认为鱼类自12通道游出。同上，当3#线圈先感应到PIT标记信号、4#线圈后感应到PIT标记信号，即认为鱼类进入34通道；当4#线圈先感应到PIT标记信号、3#线圈后感应到PIT标记信号，即认为鱼类自34通道游出。统计分析每尾标记鱼进入、游出12通道和34通道的时间，计算标记鱼在测试通道中的滞留时长。将24h鱼类在各通道中的滞留时长除以总滞留时长，得出鱼类在两测试通道中的停留时间占比。最后，合计各组二元试验，计算得到每个光源对应在12通道、34通道中的总停留时间占比，开展流速、试验光源对鱼类吸引性的两两比较分析。
6、试验结果
(1)光色诱鱼的试验结果
将上述步骤5中的监测时间进行统计获得如表3所示的结果，由表3可知，蓝光和红光相比，红光更能吸引标记鱼在测试通道内穿行，黄光和绿光相比，黄光更能吸引标记鱼在测试通道内穿行，在此基础上，红光和黄光相比，黄光更能吸引标记鱼在测试通道内穿行。
但如表3所示，红光和蓝光、绿光和黄光、黄光和红光的总累计停留时间占比均较为接近，差异非常少。而无论在任何光照条件下，同一工况中，通道34的累计停留时间占比均远远大于通道12的累计停留时间占比。由此可见，流速对鱼类趋性行为的影响远远大于光照条件。
表2光趋性试验，第一阶段测试结果表
(2)光强诱鱼的试验结果
将上述步骤5中的监测时间进行统计获得如表4所示的结果，白光和无光相比，白天中，测试通道有光和无光对鱼类的吸引率差异并不大；2倍黄光和白光相比，白光更能吸引标记鱼在测试通道内穿行。夜晚下，测试通道无光的环境更吸引标记鱼在测试通道内穿行(重口裂腹鱼除外；同时由于测试数量较少，重口裂腹鱼结果的统计学意义较小)。
在2倍黄光下，白天和夜晚相比，统计结果表明，除重口裂腹鱼外，白天环境下更吸引标记鱼在测试通道内游动；在无光的条件下，白天和夜晚相比，统计结果表明，除重口裂腹鱼外，夜晚环境下更吸引标记鱼在测试通道内穿行。这样的结果可能是由于流速等其它条件对鱼类的影响远远大于光照，但整体上，白天的有光环境仍然有助于增加诱鱼率。
表3光趋性试验，第一阶段测试结果表
Claims (3)
1.一种同步测试鱼类趋光性和趋流性的交互试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.使水经分流墩分流后流入两个并排且等尺寸的测试通道，并依次流经拦截网、相互间隔开的两圈感应天线后流出测试通道汇流至汇水区，再经过网栅流出，每圈感应天线线圈的面积不小于测试通道内水面以下的横截面积，每个测试通道上方安装有不同的光源；
步骤2.在汇水区每次投放植入PIT标记的鱼若干条，在黑暗的条件下，将各感应天线线圈与PIT跟踪记录设备电连接，使两个测试通道内的各感应天线线圈周期性的依次循环接通PIT跟踪记录设备，且各感应天线线圈接通PIT跟踪记录设备的时间不重合，四圈感应天线线圈循环接通PIT跟踪记录设备一次的时间不大于0.1s，同时使两个测试通道上不同的光源通电发光，利用PIT跟踪记录设备统计不同感应天线线圈感应到PIT信号的时间及对应的PIT标记的ID；
步骤3.处理同一PIT标记产生的PIT信号的时间记录：当临近测试通道出水端的感应天线线圈先感应到PIT信号，而临近测试通道进水端的感应天线线圈后感应到PIT信号时，标记植入PIT标记的鱼类游入测试通道；
当临近测试通道进水端的感应天线线圈先感应到PIT信号，而临近测试通道出水端的感应天线线圈后感应到PIT信号时，标记植入PIT标记的鱼类游出测试通道；
统计植入PIT标记的鱼类进入、游出一个测试通道的时间差，记为该测试通道的滞留时间；
统计植入PIT标记的鱼类在两个测试通道的滞留时间总和，记为总滞留时间；
计算植入PIT标记的鱼类在两个测试通道的滞留时间与总滞留时间的比值，记为鱼类在两测试通道中的停留时间占比；
步骤4.对调两个测试通道中的光源，按步骤2～步骤3重复实验，对两次获得的鱼类在两测试通道中的停留时间占比求平均值，并统计各测试通道鱼游所在水层光源光色测试仪测出的水下光波长、光照度、色温，采用流速仪测量各通道鱼游所在水层的流速。
2.根据权利要求1的测试方法，其特征在于，步骤4之后还包括更换两个测试通道中的光源，按步骤2～步骤4重复实验，对两次获得的鱼类在两测试通道中的停留时间占比求平均值，并统计各测试通道底部光源光色测试仪测出的水下光波长、光强度、色温、流速。
3.实施如权利要求1～2任一项所述的交互试验方法的检测系统，其特征在于，包括一个封闭不透入室外光的室内水池，室内水池中设置有一圈围墙包围形成的测试区，测试区相互远离的两侧的围墙上分别开设有进水口和出水口，水泵放置在进水口处，使测试区外的水经进水口流入测试区再从出水口流出，出水口处布置有网栅，阻止测试区内的鱼类游出，测试区内设置有正对进水口的隔水墙，使隔水墙两侧形成距围墙距离相等的测试通道，隔水墙靠近进水口的一端布置有三角墩，使水泵出水经过三角墩后在两通道形成不同流速的两道明渠水流，每个测试通道对齐三角墩的进水端布置有拦截网，阻止测试区内的鱼类游出，每个测试通道内临近进水端和出水端的位置分别设置有两圈感应天线线圈，每圈感应天线线圈的面积不小于测试通道内水面以下的横截面积，每个测试通道上方安装有不同的光源，每个测试通道的两圈感应天线线圈之间的底面放置有光源光色测试仪，测试通道与测试区出水口之间形成汇水区。
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| CN206162617U (zh) * | 2016-11-02 | 2017-05-10 | 三峡大学 | 一种基于rfid系统的鱼类监测系统 |
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-
2021
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