一种鱼卵运动试验水槽系统的制作方法

本发明涉及一种水槽系统，具体涉及一种适用于鱼卵运动水力学特性研究、水库调度对鱼类影响研究、鱼类早期资源估算研究等的鱼卵运动试验水槽系统，属于生态水力学试验技术领域。

背景技术：

鱼卵漂流运动是鱼类早期发育的重要阶段，关系着鱼类卵苗的成功孵化和资源补充。天然河流中，鱼卵如何运动、鱼卵密度如何分布、河道地形和水动力条件对鱼卵运动如何作用，都将影响鱼卵的输移与最终归宿。因此，认识和理解鱼卵在天然河道中的水动力特性与运动规律，对鱼类资源保护、产卵场修复和生态调度效果评价等工作至关重要，同时，也将为鱼类产卵场位置的准确推测与早期资源量的科学估算提供理论依据。

目前，鱼卵运动的试验研究多使用传统的水力学试验水槽(唐明英、黄德林、黄立章等.草、青、鲢、鳙鱼卵水力学特性试验及其在三峡库区孵化条件初步预测.水利渔业，1989，4:26-30；罗佳、石小涛、刘德富等.两种鲟鱼卵在均匀流场中的漂移特性研究.水生生物学报，2013，37(5):978-981)。

然而经实践发现，传统的水力学试验水槽存在以下缺陷：

1、通常需要借助一般漏斗或吸管，在上游某一位置以人工方式重复多次投放鱼卵，无法实现鱼卵自动投放、回收和传输，给实际使用操作带来了不便利；

2、人工投放鱼卵，难以控制鱼卵投放流量(每秒投放鱼卵的数量)、投放位置和持续投放时间等参数；

3、鱼卵比重与水接近，比水稍重，在流速较小时易快速沉底，在流速较大时易随流漂流，传统的水力学试验水槽高度较小(一般高度低于50cm)，在流速较慢工况下，鱼卵在上游释放后运动还没稳定即已沉底，若使用高度大于80cm的大型水槽，则水槽宽度较大(大型水槽宽度一般大于80cm)，不利于鱼卵运动试验的视频采集和观测(鱼卵运动视频通常在水槽侧面拍摄，若水槽宽度过大，在距离镜头远端的鱼卵运动图像将发生严重畸变，失真)。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可调可控、操作便捷的鱼卵运动试验水槽系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种鱼卵运动试验水槽系统，包括：蓄水池，设置在蓄水池上方的矩形水槽槽身，以及设置在矩形水槽槽身尾端的旋叶式尾门，蓄水池中的水通过循环水管道送至矩形水槽槽身中，其特征在于，还包括：上游止水闸门、下游止水闸门、鱼卵投放滑轨车、鱼卵投放升降杆、l型鱼卵投放漏斗、l型鱼卵回收漏斗和鱼卵传送装置，其中，

上游止水闸门和下游止水闸门分别设置在矩形水槽槽身的两端，并且下游止水闸门位于旋叶式尾门的下游；

矩形水槽槽身上安装有滑轨，鱼卵投放滑轨车能够沿滑轨滑动，鱼卵投放升降杆安装在鱼卵投放滑轨车上，l型鱼卵投放漏斗安装在鱼卵投放升降杆上，l型鱼卵回收漏斗安装在矩形水槽槽身的出口处，鱼卵传送装置的矮端设置在l型鱼卵回收漏斗的出口的下方、高端设置在l型鱼卵投放漏斗的进口的上方，鱼卵传送装置能够将l型鱼卵回收漏斗回收的鱼卵传送至l型鱼卵投放漏斗中，l型鱼卵回收漏斗回收的水直接落入蓄水池中；

前述循环水管道上安装有电磁流量计、变频离心泵和管道电磁阀门，电磁流量计、变频离心泵和管道电磁阀门用于调控水槽水位流量以及鱼卵投放流量和时间。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述上游止水闸门、下游止水闸门、旋叶式尾门、电磁流量计、变频离心泵、管道电磁阀门、鱼卵投放升降杆和鱼卵传送装置均由相应的开关控制，每个开关位置均配备远程电子开关和手动开关，并配套水槽智能开关操作平台软件。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述矩形水槽槽身长20m、宽30cm、高1m，底部和两侧均采用透明有机玻璃制成。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，还包括：进水导向槽和出水导向槽，二者均呈喇叭状，并且分别设置在矩形水槽槽身的两端，进水导向槽的进口与循环水管道的出口相接，出水导向槽的底部出口与l型鱼卵回收漏斗的进口相连。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述进水导向槽的下部设置有横向消能孔板和竖向消能孔板，横向消能孔板在上、竖向消能孔板在下，并且竖向消能孔板正对循环水管道的出口。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述横向消能孔板和竖向消能孔板均设置三道，竖向消能孔板的高度是循环水管道管径的1.5倍-2倍，横向消能孔板和竖向消能孔板的孔径均为1.0cm-1.5cm，孔隙率均为60％-80％。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述出水导向槽的侧方安装有尾水出口，出水导向槽与尾水出口之间设置有柔性过滤网，从矩形水槽槽身流出的一部分水经柔性过滤网过滤后从尾水出口落入蓄水池中。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述鱼卵传送装置包括：鱼卵传送带、鱼卵挡板、水幕喷管、可伸缩立杆、滑轮和引水软管，其中，

鱼卵传送带和鱼卵挡板均由柔性网布制成，鱼卵传送带由电机驱动，鱼卵挡板固定安装在鱼卵传送带上，水幕喷管位于鱼卵传送带的较高一侧并与引水软管连通，可伸缩立杆设置在鱼卵传送带的下方，滑轮安装在可伸缩立杆的末端。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述鱼卵传送装置为多级传送，每一级均可根据l型鱼卵投放漏斗的位置进行灵活移动摆放。

前述的鱼卵运动试验水槽系统，其特征在于，前述鱼卵传送装置的开关为无极电子调节开关。

本发明的有益之处在于：

1、通过设置l型鱼卵投放漏斗、l型鱼卵回收漏斗和鱼卵传送装置(鱼卵传送装置能够将l型鱼卵回收漏斗回收的鱼卵传送至l型鱼卵投放漏斗中)，不仅实现了鱼卵投放、回收和传送的自动循环，而且实现了鱼卵投放流量和持续投放时间的可调可控，同时还有效降低了鱼卵的损伤率；

(2)通过设置鱼卵投放升降杆，实现了鱼卵在水槽竖向不同高度位置的投放，可模拟表层产卵鱼类(如四大家鱼)和底层产卵鱼类(如中华鲟)的鱼卵释放过程；

(3)通过设置可灵活移动的鱼卵投放滑轨车和多级鱼卵传送装置，实现了鱼卵在水槽横向不同位置的投放，试验时可通过改变投放断面与观测断面之间的距离，观测鱼卵非稳定运动前的扩散过程以及均匀扩散后相对稳定的运动过程；

(4)矩形水槽槽身的尺寸是针对鱼卵运动试验设计的，较高的高度和较窄的宽度，以及底部和两侧的有机玻璃设计，可进行小流速工况(0.2m/s以下)、中等流速工况(0.2m/s-0.5m/s)和大流速工况(0.5m/s-1m/s)的鱼卵运动试验，可有效模拟和研究水库缓流环境及天然河流急流环境下的鱼卵运动规律；

(5)通过设置上游止水闸门和下游止水闸门，实现了既能进行常规动水试验，还能进行鱼卵静水沉降试验和静水紊动试验(同时关闭上游止水闸门和下游止水闸门，形成静水环境)；

(6)通过在每个开关位置同时配备远程电子开关和手动开关，并配套水槽智能开关操作平台软件，实现了在台式电脑、平板电脑、手机等终端智能调控试验水槽系统的相关电源开关、电磁阀门、止水闸门等的启闭与开度，以及调节变频离心泵频数和鱼卵传送电机频数等操作，自动化程度高；

(7)通过设置喇叭状的进水导向槽和出水导向槽，以及在进水导向槽的下部设置横向消能孔板和竖向消能孔板，实现了最大程度的减小离心泵的脉冲紊动，使水槽内水流平稳，为鱼卵运动创造了良好的水流条件。

附图说明

图1是本发明的鱼卵运动试验水槽系统的组成示意图；

图2是图1中的鱼卵运动试验水槽系统的部分结构的俯视图；

图3是图1中的鱼卵传送装置的立体图；

图4是图1中的l型鱼卵投放漏斗的立体图；

图5是图1中的l型鱼卵回收漏斗的立体图。

图中附图标记的含义：1-横向消能孔板；2-竖向消能孔板；3-进水导向槽；4-上游止水闸门；5-滑轨；6-矩形水槽槽身；7-旋叶式尾门；8-下游止水闸门；9-出水导向槽；10-l型鱼卵回收漏斗；11-柔性过滤网；12-尾水出口；13-蓄水池；14-电磁流量计；15-变频离心泵；16-管道电磁阀门；17-循环水管道；18-鱼卵传送装置；19-鱼卵投放升降杆；20-l型鱼卵投放漏斗；21-鱼卵投放滑轨车；180-鱼卵传送带；181-鱼卵挡板；182-水幕喷管；183-可伸缩立杆；184-滑轮；185-引水软管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1和图2，本发明的鱼卵运动试验水槽系统，其包括：蓄水池13、矩形水槽槽身6、旋叶式尾门7、上游止水闸门4、下游止水闸门8、鱼卵投放滑轨车21、鱼卵投放升降杆19、l型鱼卵投放漏斗20、l型鱼卵回收漏斗10、鱼卵传送装置18以及相应的控制开关。

一、蓄水池和矩形水槽槽身

矩形水槽槽身6设置在蓄水池13的上方。矩形水槽槽身6长20m、宽30cm、高1m，底部和两侧均采用透明有机玻璃制成。矩形水槽槽身6的尺寸是针对鱼卵运动试验设计的，较高的高度和较窄的宽度，以及底部和两侧的有机玻璃设计，可进行小流速工况(0.2m/s以下)、中等流速工况(0.2m/s-0.5m/s)和大流速工况(0.5m/s-1m/s)的鱼卵运动试验，可有效模拟和研究水库缓流环境及天然河流急流环境下的鱼卵运动规律。

矩形水槽槽身6上安装有滑轨5，具体位置是水槽的顶部、底部和两侧，其中，位于水槽顶部的滑轨是用来架设鱼卵投放滑轨车21和声学多普勒流速仪(adv)的，位于水槽底部和两侧的滑轨是用来架设其他测量仪器和设备的，例如：高速摄像机。

矩形水槽槽身6的两端还分别设置有进水导向槽3和出水导向槽9，二者均呈喇叭状，其中，进水导向槽3的进口与循环水管道17的出口相接，出水导向槽9的底部出口与l型鱼卵回收漏斗10的进口相连。

进水导向槽3的下部设置有横向消能孔板1和竖向消能孔板2，均设置三道，横向消能孔板1在上、竖向消能孔板2在下，并且竖向消能孔板2正对循环水管道17的出口，竖向消能孔板2的高度是循环水管道17管径的1.5倍-2倍，横向消能孔板1和竖向消能孔板2的孔径均为1.0cm-1.5cm，孔隙率均为60％-80％，这样可以最大程度消除变频离心泵15造成的水流脉冲紊动，使水槽内水流平稳，为鱼卵运动创造了良好的水流条件。

出水导向槽9的侧方安装有尾水出口12，出水导向槽9与尾水出口12之间设置有柔性过滤网11，柔性过滤网11目数为16目，从矩形水槽槽身6流出的一部分水经柔性过滤网11过滤后从尾水出口12落入蓄水池13中。

蓄水池13中的水通过循环水管道17送至矩形水槽槽身6中，循环水管道17上安装有电磁流量计14、变频离心泵15和管道电磁阀门16，电磁流量计14、变频离心泵15和管道电磁阀门16用于调控水槽水位流量以及鱼卵投放流量和时间。

二、旋叶式尾门、上游止水闸门和下游止水闸门

旋叶式尾门7设置在矩形水槽槽身6的尾端，上游止水闸门4和下游止水闸门8分别设置在矩形水槽槽身6的两端，并且下游止水闸门8位于旋叶式尾门7的下游。

通过设置上游止水闸门4和下游止水闸门8，本发明的系统既能进行常规动水试验，还能进行鱼卵静水沉降试验和静水紊动试验。

三、鱼卵投放滑轨车和鱼卵投放升降杆

鱼卵投放滑轨车21能够沿滑轨5滑动。

鱼卵投放升降杆19安装在鱼卵投放滑轨车21上。通过设置鱼卵投放升降杆19，可以实现鱼卵在水槽竖向不同高度位置的投放，进而可模拟表层产卵鱼类(如四大家鱼)和底层产卵鱼类(如中华鲟)的鱼卵释放过程。

四、l型鱼卵投放漏斗和l型鱼卵回收漏斗

l型鱼卵投放漏斗20安装在鱼卵投放升降杆19上。参照图4，l型鱼卵投放漏斗20的进口和出口均为圆形，进口的侧面安装有用于连接鱼卵投放升降杆19的螺杆连接部件。

l型鱼卵回收漏斗10安装在矩形水槽槽身6的出口处。参照图5，l型鱼卵回收漏斗10的进口和出口均为矩形。

从l型鱼卵回收漏斗10出口流出的水(含有鱼卵)经过滤后，鱼卵被送入鱼卵传送装置18，不含鱼卵的水直接落入蓄水池13中。

五、鱼卵传送装置

参照图3，鱼卵传送装置18包括：鱼卵传送带180、鱼卵挡板181、水幕喷管182、可伸缩立杆183、滑轮184和引水软管185。

鱼卵传送带180由柔性网布制成，目数16目(孔径<1.5mm，大多数鱼卵粒径为2mm-4mm，可将鱼卵从水中过滤分离出来)，鱼卵传送带180由电机驱动。

鱼卵挡板181也由柔性网布制成，目数16目，鱼卵挡板181固定安装在鱼卵传送带180上，通过硬质边框撑起来，柔性网布覆盖在边框上，可防止鱼卵向低处滚落。

水幕喷管182位于鱼卵传送带180的较高一侧，并与引水软管185连通，通过引水软管185引入自来水，可实现水幕喷淋，将鱼卵传送带180上的鱼卵温和冲入l型鱼卵投放漏斗20内(或下一级鱼卵传送带180)。

可伸缩立杆183设置在鱼卵传送带180的下方，其长度可自由调节，从而可改变鱼卵传送带180的传送坡度。

滑轮184安装在可伸缩立杆183的末端。

鱼卵传送装置18的矮端设置在l型鱼卵回收漏斗10的出口的下方、高端设置在l型鱼卵投放漏斗20的进口的上方，鱼卵传送装置18能够将l型鱼卵回收漏斗10回收的鱼卵传送至l型鱼卵投放漏斗20中。

鱼卵传送装置18为多级传送，每一级均可根据l型鱼卵投放漏斗20的位置进行灵活移动摆放。

鱼卵传送装置18的开关为无极电子调节开关，可通过调节鱼卵传送带180的电机频数改变鱼卵传送带180的速度，从而控制鱼卵投放流量。

六、控制开关

上游止水闸门4、下游止水闸门8、旋叶式尾门7、电磁流量计14、变频离心泵15、管道电磁阀门16、鱼卵投放升降杆19和鱼卵传送装置18均由相应的控制开关控制，每个开关位置均配备远程电子开关和手动开关，并配套水槽智能开关操作平台软件，可以实现远程终端(台式电脑、平板电脑、手机等)的智能操作与紧急故障情况下的手动操作，自动化程度高，使用极为方便。

进行低流速工况(例如：流速0.2m/s，流量0.054m³/s，水深0.9m)下的鱼卵运动特性试验，试验过程及操作步骤如下：

step1：试验前准备工作

检查柔性过滤网11、鱼卵传送带180、鱼卵挡板181的柔性网布是否破损，如有破损，及时更换。

检查l型鱼卵回收漏斗10和l型鱼卵投放漏斗20是否有被异物堵塞，如有堵塞，用清水冲洗漏斗，排除异物。

检查l型鱼卵投放漏斗20与鱼卵投放升降杆19的连接是否松动，如有松动，拧紧。

在蓄水池13中注满清水，将鱼卵传送装置18的引水软管185接至自来水管，以备试验。

在进行不同鱼类鱼卵或不同材料模型鱼卵的运动试验前，需率定鱼卵流量与传送带电机频数之间的关系。

step2：水槽水位流量调控

在台式电脑、平板电脑或手机等远程终端进入水槽智能开关操作平台，激活智能开关系统。

首先，选择动水试验模式，上游止水闸门4和下游止水闸门8自动开启，点击进水按钮，电磁流量计14、变频离心泵15和管道电磁阀门16自动开启，变频离心泵15处于低频率运转。

接着，在水槽智能开关操作平台界面内输入试验所需的流量参数0.054m³/s，并点击确认按钮，变频离心泵15的频数将缓慢调整至相应流量对应的频数。

最后，通过点击旋叶式尾门7的开、关按钮，缓慢调节旋叶式尾门7的开度，待水槽内水位上升至试验预设水位0.9m时，停止旋叶式尾门7的开关操作，结束水槽水位流量的调控。

step3：鱼卵投放流量和时间调控

将鱼卵投放滑轨车21沿着水槽顶部的滑轨5移动至矩形水槽槽身6的最上游侧，调整各级鱼卵传送装置18的摆放位置，保证鱼卵传送过程中不会滑落到地面上。

点击鱼卵投放升降杆19的升降按钮，将l型鱼卵投放漏斗20的漏斗出口升至水面处，在水槽中加入定量鱼卵(500ml，约20000个鱼卵)，然后在水槽智能开关操作平台界面内输入鱼卵传送带180的电机的频数800hz和持续时间5h，使鱼卵投放的流量(个/秒)达到预设值(500±50个/秒)，待运行20分钟后，鱼卵循环投入的流量稳定且达到预设值。

step4：鱼卵运动试验测量

完成水槽水位流量和鱼卵投放流量与时间的调控后，在距离投放断面10m的下游位置，设置鱼卵观测断面，在水槽顶部的滑轨5上架设声学多普勒流速仪(adv)，在水槽侧面的滑轨5上架设高速摄像机，测量水槽流场，采集鱼卵运动轨迹数据，研究鱼卵颗粒群体在低流速条件下的运动规律。

进行鱼卵静水沉降试验，试验过程及操作步骤如下：

step1：试验前准备工作

检查柔性过滤网11、鱼卵传送带180、鱼卵挡板181的柔性网布是否破损，如有破损，及时更换。

检查l型鱼卵回收漏斗10和l型鱼卵投放漏斗20是否有被异物堵塞，如有堵塞，用清水冲洗漏斗，排除异物。

检查l型鱼卵投放漏斗20与鱼卵投放升降杆19的连接是否松动，如有松动，拧紧。

在蓄水池13中注满清水，将鱼卵传送装置18的引水软管185接至自来水管，以备试验。

在进行不同鱼类鱼卵或不同材料模型鱼卵的运动试验前，需率定鱼卵流量与传送带电机频数之间的关系。

step2：水槽水位调控

在台式电脑、平板电脑或手机等远程终端进入水槽智能开关操作平台，激活智能开关系统。

首先，选择静水试验模式，上游止水闸门4自动开启、下游止水闸门8自动关闭，点击进水按钮，电磁流量计14、变频离心泵15和管道电磁阀门16自动开启，变频离心泵15处于低频率运转，缓慢将蓄水池13中的清水抽至矩形水槽槽身6中。

待水槽内水位上升至试验预设水位0.9m时，点击变频离心泵15的关闭按钮，点击上游止水闸门4的关闭按钮，形成静水试验条件，结束水槽水位的调控。

step3：鱼卵静水沉速测量

将鱼卵投放滑轨车21沿着水槽顶部的滑轨5移动至测量断面，在水槽侧面的滑轨5上架设高速摄像机。

点击鱼卵投放升降杆19的升降按钮，将l型鱼卵投放漏斗20的漏斗出口升至水面处，在l型鱼卵投放漏斗20中加入定量鱼卵(50ml，约2000个鱼卵)。

开启高速摄像机，采集鱼卵静水沉降的轨迹数据，研究鱼卵颗粒群体在静水条件下的沉降规律。

由此可见，本发明通过设置l型鱼卵投放漏斗20、l型鱼卵回收漏斗10和鱼卵传送装置18(鱼卵传送装置18能够将l型鱼卵回收漏斗10回收的鱼卵传送至l型鱼卵投放漏斗20中)，不仅实现了鱼卵投放、回收和传送的自动循环，而且实现了鱼卵投放流量和持续投放时间的可调可控，同时还有效降低了鱼卵的损伤率。

此外，本发明通过设置可灵活移动的鱼卵投放滑轨车21和多级鱼卵传送装置18，实现了鱼卵在水槽横向不同位置的投放，试验时可通过改变投放断面与观测断面之间的距离，观测鱼卵非稳定运动前的扩散过程以及均匀扩散后相对稳定的运动过程。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。