鱼类暂养、游泳行为观测与游泳能力测试结构的制作方法

本发明属于水产和渔业领域，还涉及水利水电工程、环境科学等相关领域，具体为一种鱼类暂养、游泳行为观测与游泳能力测试结构。

背景技术：

水电工程建设，尤其是规模巨大的高水头电站建设，不可避免地破坏原有河流的连通性，阻断鱼类上行或下行的通道，破坏鱼类生境。过鱼设施作为恢复河流连通性，减缓大坝阻隔效应的重要措施，已备受国内外学者关注。过鱼设施进口附近及其内部流场被认为是过鱼设施设计与运行的关键。而鱼类游泳能力与行为作为过鱼设施进口及内部流速、流态设计依据，测试与观测结果的准确性尤为重要。

目前，鱼类游泳能力测试通常在实验室内进行，试验装置通常为环形水槽，将试验用鱼束缚在狭小空间，通过螺旋桨驱动环形水槽内水体形成不同的流速环境，通过观察鱼类在狭小空间内游动时间及游泳状态变化，建立鱼类游泳能力指标。由于野生鱼类对环境因素变化非常敏感，脱离天然环境容易导致鱼类死亡，用于游泳能力测试的鱼类通常是养殖或经过长期驯养的鱼类,而非天然野生鱼类。研究表明，鱼类在自然条件下的游泳能力要强于实验室内鱼类游泳能力，野生鱼类的游泳能力也相对强于驯化后鱼类游泳能力。显然，用以长期驯养鱼类在室内测试鱼类游泳能力的试验建立起的鱼类游泳能力指标体系，并不能真实地反映鱼类在天然条件下的游泳能力。

现有鱼类游泳能力测量装置与手段大多存在以下若干问题：

1.试验装置空间狭小，通常仅能容纳一只鱼进行试验，鱼类活动范围有限，很难反映鱼类躲避高流速的行为。

2.试验装置仅能用于鱼类个体游泳能力测试试验，不能用于鱼类群体游泳能力及行为观测试验。

3.天然环境下鱼类游动过程根据水流环境情况会做出相应调整，试验环境流速单一，有别于水库、湖泊和河道存在流速变化的情况，无法准确观测鱼类游动行为改变及对流速环境的选择过程，建立的游泳能力指标不能准确反映鱼类游泳能力及游泳行为。

4.试验装置不具备鱼类暂养环境，仅有鱼类游泳能力测试环境，使得试验用鱼以驯养鱼和养殖鱼为主。

因此，需要开发一种能用于野生鱼类暂养与游泳能力测试结构，以准确建立天然野生鱼类游泳能力指标。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种鱼类暂养、游泳行为观测与游泳能力测试结构，解决了目前鱼类游泳能力测试装置流速环境单一、空间狭小、仅用于鱼类个体游泳能力测试、无鱼类暂养环境及鱼类游泳行为过程观测等问题，可实现天然鱼类暂养、鱼类个体及群体游泳能力测试和游泳行为观测。

本发明所采取的技术方案是，一种鱼类暂养、游泳行为观测与游泳能力测试结构，包括供水系统，其进水端与水源连接，供水系统的出水端连接游泳能力测试区，该区包括透明通道，其靠供水系统端设有稳流格栅，透明通道内间隔设有至少两个红外监测系统，所述游泳能力测试区的下游为游泳行为观测与暂养区，该区包括上游的进水渠和下游的出水渠，周围设有墙体，内部设有浅滩区和深潭区，出水渠上游设闸门和拦鱼网。

进一步地，所述供水系统包括水泵和供水管道；所述水源为河道。

进一步地，所述游泳能力测试区包括底座，其制成玻璃通道，通道顶部敞开，侧面及底部采用玻璃通过框架安装固定。

进一步地，所述游泳能力测试区内还设有流速仪，流速仪位于稳流格栅下游。

进一步地，所述两个红外监测系统之间设有摄像区，测试区摄像机分别安装在该摄像区的上方和侧方。

进一步地，所述两个红外监测系统之间的距离≥2m。

进一步地，所述游泳行为观测与暂养区的从上游至下游的主体为斜坡结构，上游连接进水渠，下游连接出水渠。

进一步地，所述游泳行为观测与暂养区的底部由下至上依次设有大砾石层、小砾石层与河砂层，且河砂层上有水生植物。

进一步地，所述大砾石层的大砾石长径＞10cm，小砾石层中小砾石的长径为4-10cm。

进一步地，所述所述游泳行为观测与暂养区上方还设有观测暂养区摄像机。

采用所述结构测试的方法，包括以下步骤：

1）将水体引入试验测试结构内，调节游泳行为观测与暂养区下游的闸门高度和拦鱼网高度，将待测试鱼放入游泳行为观测与暂养区进行暂养；

2）根据观测与测量的需求，开启所有监测设备，包括摄像机、流速仪、红外监测系统，调整摄像机的镜头角度使摄像机的监视范围覆盖整个暂养区，调节水泵改变引流流量，应用流速仪对水槽内的流速分布情况进行详细的测量；

3）调整游泳能力测试区流速，当试验鱼发现发现引流并游向游泳能力测试区出口时，认为测试区出口的水流条件为试验鱼类的感应流速；

4）根据两个红外监测系统监测到的时间差计算得到试验鱼的游泳速度，游泳速度大于流速仪测量结果，试验流速条件则为鱼类游泳喜好流速条件范围；在此条件下，继续增大水槽内的试验流量，结合游泳能力测试区摄像机记录的视频进行分析，当试验鱼在两个红外监测系统之间不停往返游动时，相应的水流条件为试验鱼的冲刺流速范围；当游泳能力测试区摄像机内试验鱼仅能通过第一个红外监测系统且快速被冲回暂养区，此时相应的水流条件为试验鱼的流速壁垒。

本发明具有以下有益效果：

相比于室内的鱼类游泳能力测试装置，本发明可以在水利工程建设区域建设，在水电站正常运行情况下，利用坝下适宜河段建造，以河道水为水源，使得其结构内的环境更贴近天然环境，可以用于测试野生鱼，解决试验用鱼以养殖鱼或驯化鱼存在的问题；且观测和测试的数据更为准确。在暂养环境段上游建设鱼类游泳能力测试与游泳行为观测段，通过开挖、填筑及种植水草等方式塑造具有深潭、浅滩、流速变化的暂养区，通过改变从河段引流的流量，塑造不同的流速环境，利用设置的相应监测设备，记录鱼类游泳行为变化过程及分析鱼类游泳能力，解决鱼类游泳能力测试流速环境单一、空间狭小仅用于个体试验的问题，还能应用于鱼类群体游泳能力与行为观测。

附图说明

图1为本发明的平面布置图；

图2为本发明游泳能力测试区示意图；

图3为本发明游泳行为观测与暂养区纵剖面示意图；

图4为本发明游泳行为观测与暂养区横剖面示意图。

图中水源1，供水系统2，水泵201，供水管道202，游泳能力测试区3，玻璃301，框架302，底座303，稳流格栅304，流速仪305，红外监测系统306，测试区摄像机307，游泳行为观测与暂养区4，深潭区401，浅滩区402，墙体403,大砾石层404，小砾石层405，河砂406，水生植物407,进水渠408，出水渠409，观测暂养区摄像机410，闸门411，拦鱼网412。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

如图1-4所示，一种鱼类暂养、游泳行为观测与游泳能力测试结构，包括供水系统2，其进水端与水源1连接，供水系统的出水端连接游泳能力测试区3，该区包括透明通道，其靠供水系统2端设有稳流格栅304，透明通道内间隔设有至少两个红外监测系统306，所述游泳能力测试区的下游为游泳行为观测与暂养区4，该区包括上游的进水渠408和下游的出水渠409，周围设有墙体403，内部设有浅滩区402和深潭区401，出水渠409上游设闸门411和拦鱼网412。出水渠连接至河道的下游。所述稳流格栅为金属格栅。

优选地方案中，所述供水系统包括水泵201和供水管道202；所述水源为河道。使得本发明结构内的水体接近天然水体，测试结构更为准确。

优选地方案中，所述游泳能力测试区3包括底座303，其制成玻璃通道，通道顶部敞开，侧面及底部采用玻璃301通过框架302安装固定。框架302和底座303均采用不锈钢制成，玻璃优选钢化玻璃，长度、宽度及深度可针对不同需求进行设计，如试验用鱼大小、群体数量进行调整。本案例中，通道的长度为10m，宽度为1m，深度为1m。

优选地方案中，所述游泳能力测试区3内还设有流速仪305，流速仪位于稳流格栅下游。所述的流速仪可选声学多普勒流速仪（adv）。流速仪不采用固定安装，以便于沿玻璃通道的横向、纵向和垂向对流场进行全面测量，adv可安装在支架上，支架可以由实验人员沿光反应测试段纵向进行移动，adv在光反应测试段内的高度通过支架进行升降调节。所述稳流格栅置于距供水管道出水端2m处，以消除入流的湍动强度，使玻璃通道内的横向流速分布均匀。

优选地方案中，所述两个红外监测系统之间设有摄像区，测试区摄像机310分别安装在该摄像区的上方和侧方。摄像区位于两个红外监测系统之间，以观测试验鱼游泳行为的变化。另外，本方案中红外监测系统可以更换为雷达或遥感信号接收器，将试验鱼用相应的标志物进行标记，暂养恢复后再进行试验；同样根据接收器记录的时间及接收器间距可以计算鱼类游泳速度。

优选地方案中，所述两个红外监测系统306之间的距离≥2m。当试验鱼游经两个红外监测系306时，红外监测系统306会记录试验鱼经过的时间、试验鱼的数量体型大小等信息，通过时间信息可以计算出鱼类的游泳速度。

红外监测系统实为红外过鱼监测系统，如riverwatcher鱼道观测计数系统，厂家为冰岛的vaki，自带winari软件用于分析和显示riverwatcher获取的数据。通过winari软件，可以分析每条鱼的轮廓图，按不同的标准（如种类、大小、通过时间等）对鱼进行分类，可以通过鱼的尺寸和一天中的特殊时间段检查鱼的迁移模式，也可以检查水温的变化，或者通过获取的鱼的轮廓图验证鱼的计数精度等。

摄像机可选型号为hd-f330，厂家为富京。

优选地方案中，所述游泳行为观测与暂养区的从上游至下游的主体为斜坡结构，长度为20m，宽度为10m，坡降大于主河道，上游连接进水渠，下游连接出水渠。进水渠、出水渠、墙体、深潭区、浅滩区均采用钢筋混凝土材料，进水渠408坡降为0，出水渠409坡降根据现场情况设计。

游泳行为观测与暂养区的底质，包括深潭区和浅滩区，均由层厚为25cm、长径大于10cm的大砾石404和层厚为10cm、长径为4-10cm的小砾石405与河砂406组成，底质上面栽植有一定高度的水生植物407，以构成优质的鱼类生存微生境，为捕获的野生试验鱼类提供接近天然的暂养环境。主体坡度、形状及规模都可以根据实际需求进行设计。其底质可以进行厚度、比例等调整以适应不同的目标鱼类。除深潭、浅滩外，还可以设置人工鱼巢或更多近似天然河道的地形，如跌水结构等。

优选地方案中，所述所述游泳行为观测与暂养区上方还设有观测暂养区摄像机410。摄像机观测范围覆盖整个观测与暂养区。

进一步地，观测与暂养区4末端设有闸门411和拦鱼网412，其中闸门411由分段分层的小块闸门组成，闸门可选组装式铸铁闸门，是一种小型平板闸门，由门叶和门框组成，材料均为铸铁。厂家为四川飞瀑水利机械有限公司。门叶上设有中空环状挂耳，起重机上设挂钩来钩住挂耳进行门叶的安装与拆卸。以调节观测暂养区4末端的水位，同时观测暂养区4末端设有拦鱼网，以防止试验鱼逃出观测暂养区4。

另外，也可以在游泳能力测试区3、游泳行为观测与暂养区4的底部设置水下摄像机可选厂家为syanspan，型号为f01a。

本发明的主要工作原理如下：

（1）启动水泵，将河道水体引入试验测试结构，调节观测暂养区下游的闸门高度和拦鱼网高度，将野生鱼类或驯养的鱼类个体或鱼群放入观测暂养区进行暂养。

（2）试验鱼在观测暂养区暂养一定时间后可进行鱼类游泳能力和行为的观测试验。根据观测与测量的需求，开启所有监测设备，包括摄像机、adv流速仪、红外监测系统等设备，调整摄像机的镜头角度使摄像机的监视范围覆盖整个暂养区，调节水泵改变引流流量，应用adv流速仪对水槽内的流速分布情况进行详细的测量。

（3）试验过程中，摄像机将记录试验鱼类在不同流速条件下的游泳轨迹的变化过程，后期根据数值模拟方法反演暂养区的流场情况，结合流场和鱼类游泳轨迹可进行鱼类对流场生境选择过程的机制分析。

（4）缓慢调整水泵，改变游泳能力测试区水槽内的流速，当试验鱼发现发现引流并游向游泳能力测试区出口时，可认为测试区出口的水流条件为试验鱼类的感应流速。

（5）根据两个红外监测系统监测到的时间差可计算得到试验鱼的游泳速度，若游泳速度大于adv流速仪测量结果，试验流速条件则为鱼类游泳喜好流速条件范围；在此条件下，可继续增大水槽内的试验流量，结合游泳能力测试区摄像机记录的视频进行分析，当试验鱼在两个红外监测系统之间不停往返游动时，相应的水流条件为试验鱼的冲刺流速范围；当游泳能力测试区摄像机内试验鱼仅能通过第一个红外监测系统且快速被冲回暂养区，此时相应的水流条件为试验鱼的流速壁垒。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。