CN208387649U - 鱼类生物力学特性测试装置 - Google Patents

Abstract

鱼类生物力学特性测试装置，包括声学多普勒流速仪和底架，底架上方设有实验水池，实验水池内固定有隔板，实验水池内壁与隔板外壁之间形成水流通道，实验水池外形、隔板外形以及水流通道外形均为田径跑道形结构，假定田径跑道形结构的长度方向和宽度方向分别为左右方向和前后方向，隔板的后侧开设有闸口，闸口处设有闸板；综上所述，本实用新型设计合理，易于操作，准确高效，操控性强，造价低廉，实用性强，将此装置生产并应用于各领域的鱼类生态设施建设，其先进性和实用性能为国家提供极大的社会经济效益和生态效益。同时也可用于教学，科研等关于鱼类生态力学特性的多方面研究任务，为高校的水利人才培养开辟一条新的研究思路和方向。

Description

鱼类生物力学特性测试装置

技术领域

本实用新型属于生态鱼建设技术领域，具体涉及一种鱼类生物力学特性测试装置。

背景技术

水利工程的建设导致自然河流生态条件的改变势必对工程河段的鱼类产生不利影响。许多鱼类具有在不同水域空间进行周期性迁徙的习性，它们的繁殖、索饵、越冬等生命行为需要在不同的环境中完成。而大坝的阻隔对鱼类洄游的影响较大，尤其是溯河洄游性鱼类，如我国的葛洲坝水利枢纽修建后，导致中华鲟的自然繁殖活动区域被压缩于坝下至万寿桥约7 km的江段内，产卵场分布江段的长度不足在建坝前的1%，产卵场规模大幅度缩小，导致了资源状况的逐渐衰退。

传统鱼道模拟实验装置通常采用密闭的循环水槽，由于其动力系统采用电机带动螺旋桨，且螺旋桨伸入水槽中，故其试验观测段两侧只能封闭起来，不能为鱼类提供更大的自由游泳空间。另外早期的鱼道建设往往因为只考虑鱼道的水力学性质和鱼道池室变化，而缺乏对鱼类生物特性的了解；我国的鱼道建设起步晚，其再度兴起仍需要更可靠的生物学信息，而鱼类的游泳能力及行为关系着鱼道设计的各个方面，决定着设计的成败，并且鱼道设计中最重要的参数是流速，设计流速决定了上溯鱼类能否成功通过鱼道，其中鱼道模拟试验的技术指标有：（1）感应流速：又称为初始流速或起点流速，是指鱼类刚刚能够产生趋流反应的流速值，感应流速的测定有很重要的意义，比如鱼道的建设和水库自流水高密度养鱼，在设置鱼道时，如果在鱼道池室段内主流区的流速过小，小于鱼类的感应流速，鱼类将会感应不到主流方向，在池室内打转或者徘徊；（2）临界流速：指鱼类耐久游速与持续游速的分界，用于考察鱼类最大持续游泳能力。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种操作简便、造价低廉、测试效率高、测试成果更具生态价值和社会经济价值的鱼类生物力学特性测试装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：鱼类生物力学特性测试装置，包括声学多普勒流速仪和底架，底架上方设有实验水池，实验水池内固定有隔板，实验水池内壁与隔板外壁之间形成水流通道，实验水池外形、隔板外形以及水流通道外形均为田径跑道形结构，假定田径跑道形结构的长度方向和宽度方向分别为左右方向和前后方向，隔板的后侧开设有闸口，闸口处设有闸板，隔板内部空间形成鱼类休息室，实验水池的顶部设有盖板；实验水池的底部开设有进水口和出水口，进水口和出水口位于水流通道后侧的直线段，水流通道前侧的直线段为试验观测段，进水口位于出水口的右侧，进水口和出水口处均设置有格栅形的稳流板；底架上还设有红外高清影像记录仪、变频控制器和变频静音水泵，变频静音水泵的进水端口通过进水管道与进水口连接，变频静音水泵的出水端口通过出水管道与出水口连接；

实验水池外壁表面、盖板外表面均帖设有单向透光膜；实验水池内侧壁设有诱光灯。

实验水池的池壁为双层玻璃结构。

采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型测试鱼类生物力学特性，摆脱传统鱼道只考虑水力学特性，不考虑生物特性的缺点，而本装置采用外置变频泵为水槽供水，环形水道整体为开放式，给鱼类提供更大的自由的游泳空间，可使鱼类更自然地进入观测段，减轻人为干扰，并且本装置在环形水槽四周根据不同的鱼类的生物特性增加了诱鱼灯设施，以引导鱼类更快、更准确地进入试验观测段；在水槽中布设有鱼类休息室，既可以在试验前使鱼类充分适应周围环境，又可在实验过程中为鱼类提供临时休息场所；在环形水槽四周和顶盖上增设了生态环境辅助设施，模拟鱼类自然生存环境，减轻外界环境对其游泳行为的干扰，从流场的上部和侧面采用红外摄像记录仪对水流流速及鱼类游泳行为进行影像采集，后期利用计算机进行图像和数据处理。

综上所述，本实用新型设计合理，易于操作，准确高效，操控性强，造价低廉，实用性强，将此装置生产并应用于各领域的鱼类生态设施建设，其先进性和实用性能为国家提供极大的社会经济效益和生态效益。同时也可用于教学，科研等关于鱼类生态力学特性的多方面研究任务，为高校的水利人才培养开辟一条新的研究思路和方向。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本实施例中变频静音水泵的频率f与水流速度v的线性关系图；

图4是本实施例中试验鱼的体长与感应流速的关系图；

图5是本实施例中试验鱼的体长与临界流速的关系图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的鱼类生物力学特性测试装置，包括声学多普勒流速仪和底架1，底架1上方设有实验水池2，实验水池2内固定有隔板3，实验水池2内壁与隔板3外壁之间形成水流通道4，实验水池2外形、隔板3外形以及水流通道4外形均为田径跑道形结构，假定田径跑道形结构的长度方向和宽度方向分别为左右方向和前后方向，隔板3的后侧开设有闸口，闸口处设有闸板5，隔板3内部空间形成鱼类休息室6，实验水池2的顶部设有盖板；实验水池2的底部开设有进水口7和出水口8，进水口7和出水口8位于水流通道4后侧的直线段，水流通道4前侧的直线段为试验观测段，进水口7位于出水口8的右侧，进水口7和出水口8处均设置有格栅形的稳流板；底架1上还设有红外高清影像记录仪9、变频控制器10和变频静音水泵11，变频静音水泵11的进水端口通过进水管道12与进水口7连接，变频静音水泵11的出水端口通过出水管道13与出水口8连接；

实验水池2外壁表面、盖板外表面均帖设有单向透光膜；实验水池2内侧壁设有诱光灯。

实验水池2的池壁为双层玻璃结构。

采用本实用新型进行鱼类生物力学特性测试方法，包括以下步骤：

（1）将试验鱼根据不同规格的体长分为三组，本实施例中所选用的试验鱼种类为草鱼幼鱼，第一组试验鱼的体长为3-5cm，第二组试验鱼的体长为5-7cm，第三组试验鱼的体长为7-9cm，每组试验鱼的数量为5尾；

（2）停止对试验鱼摄食，将试验鱼放置在室内阴凉处的驯养水槽内，24h后进行实验；

（3）控制实验水池2内水的温度在（26±2）℃，并24h持续充氧；

（4）将声学多普勒流速仪插设在试验观测段内，启动变频静音水泵11，变频静音水泵11通过进水管道12将实验水池2内的水抽入，并通过出水管道13将水排入实验水池2内，实验水池2内水形成水流，接着通过变频控制器10控制变频静音水泵11的频率f，并同时通过声学多普勒流速仪测得试验观测段水流速度v，之后多次改变变频静音水泵11的频率f，并记录相应的试验观测段水流速度v，最后得出变频静音水泵11的频率f与水流速度v的拟合关系（如图3所示），其中变频静音水泵11的最大的频率为F；

（5）测试出试验鱼的感应流速和临界流速。

步骤（5）中测试试验鱼的感应流速的方法为：

A1）、首先从第一组试验鱼、第二组试验鱼和第三组试验鱼中分别随机选择1尾试验鱼依次进行试验，分别得出3尾试验鱼的感应流速；

A2）、接着重复步骤A1）共四次，得出其余12尾试验鱼的感应流速；

A3）、根据得出的试验鱼与对应的感应流速，拟合出试验鱼的体长与感应流速的关系图（如图4所示），并得出试验鱼的体长x（cm）与感应流速Y（cm/s）的拟合关系式Y=0.2576x + 5.6767。

步骤A1）中测试3尾试验鱼的感应流速的方法相同；从第一组试验鱼中随机选择1尾试验鱼进行感应流速的试验方法包括：

a1）、首先从第一组试验鱼中随机选择1尾试验鱼放入鱼类休息室6，适应5min至试验鱼无突然的变向游泳行为；

a2）、启动变频静音水泵11，并通过变频控制器10控制变频静音水泵11的频率，使得水流通道4内水流速度为预设感应流速值；

a3）、打开闸门，在诱光灯的诱使下，试验鱼从鱼类休息室6内游入水流通道4，之后逐渐改变变频静音水泵11的频率，直到试验鱼调整身体方向并开始逆流游泳时，记下此时变频静音水泵11的频率，并根据变频静音水泵11的频率f与水流速度v的拟合关系式，得出此时水流速度，即为该试验鱼的感应流速；

a4）、接着将试验鱼取回并重新放回至第一组试验鱼中，关闭变频静音水泵11。

步骤（5）中测试试验鱼的临界流速的方法为：

B1）、首先进行三次预实验，从第一组试验鱼、第二组试验鱼和第三组试验鱼中分别随机选择1尾试验鱼依次进行试验，得出3尾试验鱼的临界流速值，并分别作为第一组试验鱼的临界流速预估值、第二组试验鱼的临界流速预估值以及第三组试验鱼的临界流速预估值；

B2)、开始进行正式试验，从第一组试验鱼、第二组试验鱼和第三组试验鱼中分别随机选择1尾试验鱼依次进行试验，分别得出3尾试验鱼的临界流速；

B3）、接着重复步骤B2）共四次，得出其余12尾试验鱼的临界流速；

B4）、根据得出的试验鱼与对应的临界流速，拟合出试验鱼的体长与临界流速的关系图（如图5所示），并得出试验鱼的体长x（cm）与临界流速Z（cm/s）的拟合关系式Z=0.2576x + 5.6767。

步骤B1）中测试3尾试验鱼的临界流速预估值的方法相同；从第一组试验鱼中随机选择1尾试验鱼进行临界流速预估值的试验方法包括：

b1）、首先从第一组试验鱼中随机选择1尾试验鱼放入鱼类休息室6，适应5min至试验鱼无突然的变向游泳行为；

b2）、启动变频静音水泵11，并通过变频控制器10控制变频静音水泵11的频率，使得频率为20％F；

b3）、打开闸门，在诱光灯的诱使下，试验鱼从鱼类休息室6内游入水流通道4，使其在频率为20％F的变频静音水泵11的作用下适应1h；

b4）、接着每隔2min增加10％F的变频静音水泵11频率，直至试验鱼疲劳，记录此时的变频静音水泵11的频率，并根据变频静音水泵11的频率f与水流速度v的拟合关系式，得出此时水流速度，即为该试验鱼的临界流速预估值m；其中试验鱼疲劳的判断标准为：试验鱼被水流冲至下游无法游动时间超过20s；

b5）、将试验鱼取回并重新放回至第一组试验鱼中，关闭变频静音水泵11。

步骤B2）中测试3尾试验鱼的临界流速的方法相同；从第一组试验鱼中随机选择1尾试验鱼进行临界流速的试验方法包括：

t1）、首先从第一组试验鱼中随机选择1尾试验鱼放入鱼类休息室6，适应5min至试验鱼无突然的变向游泳行为；

t2）、启动变频静音水泵11，并通过变频控制器10控制变频静音水泵11的频率，使得频率为20％F；

t3）、打开闸门，在诱光灯的诱使下，试验鱼从鱼类休息室6内游入水流通道4，使其在频率为20％F的变频静音水泵11的作用下适应1h；

t4）、每隔5min增加5％m的水流速度直至60％m；

t5）、接着每隔20min增加10％m的水流速度直至90％m，同时观察记录试验鱼的游泳行为，并逐渐缓慢增加变频静音水泵11的频率，直至试验鱼疲劳，记录此时的变频静音水泵11的频率，并根据变频静音水泵11的频率f与水流速度v的拟合关系式，得出此时水流速度，即为该试验鱼的临界流速；

t6）、将试验鱼取回并重新放回至第一组试验鱼中，关闭变频静音水泵11。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.鱼类生物力学特性测试装置，其特征在于：包括声学多普勒流速仪和底架，底架上方设有实验水池，实验水池内固定有隔板，实验水池内壁与隔板外壁之间形成水流通道，实验水池外形、隔板外形以及水流通道外形均为田径跑道形结构，假定田径跑道形结构的长度方向和宽度方向分别为左右方向和前后方向，隔板的后侧开设有闸口，闸口处设有闸板，隔板内部空间形成鱼类休息室，实验水池的顶部设有盖板；实验水池的底部开设有进水口和出水口，进水口和出水口位于水流通道后侧的直线段，水流通道前侧的直线段为试验观测段，进水口位于出水口的右侧，进水口和出水口处均设置有格栅形的稳流板；底架上还设有红外高清影像记录仪、变频控制器和变频静音水泵，变频静音水泵的进水端口通过进水管道与进水口连接，变频静音水泵的出水端口通过出水管道与出水口连接；

实验水池外壁表面、盖板外表面均帖设有单向透光膜；实验水池内侧壁设有诱光灯；实验水池的池壁为双层玻璃结构。