鱼类对光的行为反应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及鱼类行为科学等相关领域，具体为一种鱼类对光的行为反应测试结构。

背景技术：

在水电工程建设破坏原有河流的连通性，破坏鱼类生境，阻断鱼类上行或下行通道的背景下，过鱼设施被视为鱼类减缓大坝阻隔效应的重要措施。已备受国内外学者关注。目前，国内过鱼设施设计的重点通常放在其内部流速、流态方面，但以此设计出来的鱼道运行结果远远没有达到预期的过鱼效果。为增加过鱼设施的过鱼效果，相应的诱鱼措施研发也逐步开展。实践表明，光诱鱼措施具有一定的效果，由于鱼类对光的行为反应存在一定的差别，部分鱼类具有趋光行为，如竹刀鱼、玉筋鱼、青鱼等，部分鱼类则存在避光行为，如泥鳅、鳗鱼、淡水鲶等，不同的鱼类对光的颜色、不同龄期的鱼、同一种鱼在不同季节对光亦表现出不同的行为反应，故诱鱼的效果也存在一定的差异。若要更进一步提升光诱鱼的效果，亟需针对电站所在河段的保护鱼类或过鱼目标开展相应对光行为反应研究。

现有涉及光行为反应测试的装置往往针对个体鱼进行设计，装置体型较小，不能进行群体鱼类对光的行为反应；不能进行不同光色对鱼类行为影响试验或试验时各色光之间存在干扰；测试结构不能用于光照度对鱼类行为试验研究或试验时各光照区域之间存在重叠，相互干扰，同时试验往往不对鱼类趋光域照度和适光域照度进行研究；测试结构也不能进行光源闪烁对鱼类行为影响研究。

因此，需要研发一种能针对鱼类个体或鱼类群体进不同光色、不同光照度及闪烁频率对鱼类行为反应测试的试验结构。

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对光的行为反应测试结构，解决现有测试结构功能不全面，不能用于同时进行不同光色、照度、闪烁频率等光因素对鱼类行为影响的测试试验，同时还能满足鱼类群体行为反应测试问题。

本发明所采取的技术方案是，一种鱼类对光的行为反应测试结构，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到试验暗房内，试验暗房内包括至少3条光反应行为测试段，光反应行为测试段的下游端连接到仿自然暂养池，光反应行为测试段靠供水系统端设有稳流格栅，另一端设有红外监测系统，纵向轨道位于光反应行为测试段和仿自然暂养池的上方，仿自然暂养池上方还设有横向轨道，纵向轨道和横向轨道上均安装有灯，光反应行为测试段和仿自然暂养池的上方均安装有摄像机。

进一步地，所述供水系统包括水泵和供水管道，供水管道连接分流总管、分流总管连接有多个支管，支管上安装有支管阀门，支管的出水端连接到试验暗房内。

进一步地，所述光反应行为测试段为水槽结构，其外侧设有遮光罩。

进一步地，所述光反应行为测试段内还设有流速仪，流速仪位于稳流格栅下游。

进一步地，所述光反应行为测试段内及仿自然暂养池均设有水下照度计。

进一步地，所述仿自然暂养池从上游至下游的主体为斜坡结构，下游设置闸门和拦鱼网，闸门下游设置出水渠。

进一步地，所述仿自然暂养池包括底部和边墙，底部由下至上依次设有大砾石层、小砾石与河砂混合层，底部上种植有水生植物。

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，所述边墙为钢筋混凝土结构。

进一步地，所述摄像机为红外摄像机。

采用所述结构进行测试的方法，包括以下步骤：

1）启动供水系统，将水引入试验暗房内，调节仿自然暂养池和光行为反应测试段的水位及流量；

2）调节灯达到需要的光环境，每个光行为反应测试段的灯调节时单独进行，避免相互影响，符合要求后将各个光行为反应测试段用遮光罩进行遮蔽，仅保留出口与仿自然暂养池相连；

3）将试验鱼放进仿自然暂养池，关闭试验暗房内灯光，开启摄像机和红外监测系统开始试验，试验过程中和结束后通过摄像机观测试验鱼的行为反应，通过红外监测系统所记录的数据，分析试验鱼进入各个光行为反应测试段的情况，确定试验鱼喜好的光环境。

所述的光环境可以考虑光色、强度及闪烁频率等影响。

本发明的装置可以在电站正常运行情况下，利用坝下适宜河段建造，构建封闭的试验结构，以河道水为水源，使得其结构内的环境更贴近野生鱼类生存环境。仿自然暂养池上方设横向、纵向轨道，布设灯及摄像机。同时在仿自然暂养池上游修建至少三条水槽作为光反应行为测试段，光反应行为测试段仅保留出口敞开与仿自然暂养池相接，顶部设摄像机、灯，内部布设红外监测系统和流速仪，通过调整引流流量在水槽内塑造不同的流速工况，利用流速仪监测水槽内流速分布情况，通过调整灯的光色、光源强度及闪烁频率等塑造不同的光环境，通过摄像机记录仿自然暂养池内鱼类对水槽段内光的行为反应，通过红外监测系统记录试验鱼通过水槽进口的情况。

相比现有测试结构，本发明除结构简单、操作方便的优点外，还有如下几个重要的优点：

1.测试结构空间足够大，可以容纳10只个体体长超过30cm的试验鱼，可进行群体行为试验，且鱼类活动范围不受空间限制，可避免空间尺度对试验结果的影响；

2.测试结构可采用多色led灯作光源，可通过控制器进行光色、强度及闪烁频率等参数进行调节，设置不同的试验光环境；

3.测试结构光源可通过调节装置变换位置，如布设在水表面一定高度，或水下一定深度，以配合光源强度调节，改变照射在水面光柱中心的照度；

4.测试结构应用遮光罩将光源置于相对封闭环境，各光色、各光柱或各闪烁频率的光之间不会存在干扰，不会对试验结果造成影响；

5.试验环境可自由选择动水条件和静水条件，动水条件下，可设置不同的水流流速条件，用于流速与光耦合条件下鱼类行为观测研究，以分析不同鱼类、不同龄期、不同条件流速与光对鱼类行为影响的主次关系。

附图说明

图1为本发明的平面布置图；

图2为本发明光反应行为测试段示意图；

图3为本发明仿自然暂养池横剖面示意图；

图4为本发明仿自然暂养池纵剖面示意图。

图中，水源1，供水系统2，水泵201，供水管道202，分流总管203，支管阀门204，支管205，试验暗房3，遮光罩301，光反应行为测试段302，稳流格栅303，红外监测系统304，纵向轨道305，横向轨道306，摄像机307，流速仪308，灯309，水下照度计310，混凝土底板311，仿自然暂养池312，边墙313，大砾石层314，小砾石层315，河砂316，水生植物317，闸门318，拦鱼网319，出水渠320，排水管道321。

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，一种鱼类对光的行为反应测试结构，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到试验暗房3内，试验暗房内包括至少一条光反应行为测试段302，光反应行为测试段302的下游端连接到仿自然暂养池312，光反应行为测试段靠供水系统端设有稳流格栅303，另一端设有红外监测系统304，纵向轨道305位于光反应行为测试段和仿自然暂养池的上方，仿自然暂养池上方还设有横向轨道306，纵向轨道和横向轨道上均安装有灯309，光反应行为测试段和仿自然暂养池的上方均安装有摄像机307。所述稳流格栅为金属格栅。

优选地方案中，试验暗房是一个不透光的封闭房间，其内部设有至少为三条光行为反应测试段302和一个仿自然暂养池312组成。

优选地方案中，所述供水系统包括水泵201和供水管道202，供水管道202连接分流总管203、分流总管连接有多个支管205，支管上安装有支管阀门204，支管的出水端连接到试验暗房3内。支管阀门204用于控制进入各光行为反应测试段302的流量。

优选地方案中，所述光反应行为测试段为水槽结构，其断面为矩形，由混凝土制成，长度为3m、宽度为1m、深度为1m，包括混凝土底板311，侧壁为混凝土材料，顶部敞开，光行为反应测试段外部以遮光罩301进行遮挡，仅保留出口与仿自然暂养池312相连，防止光在暗房3内折射，对其他地方的光环境产生影响。遮光罩301由材料为0.5cm厚的、黑色塑料薄板拼接而成，试验时，通常在流速分布情况测量完成后进行拼装。

优选地方案中，所述光反应行为测试段内还设有流速仪308，流速仪位于稳流格栅下游。稳流格栅置于距支管205出口1m处，以消除入流的湍动强度，使光行为反应测试段302的水槽内横向流速分布均匀，用于以平稳水流流态。所述的流速仪可选声学多普勒流速仪（adv）。流速仪用于监测流速分布情况，不采用固定安装，以便于沿横向、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。

优选地方案中，所述光反应行为测试段内及仿自然暂养池均设有水下照度计310。用于试验过程中环境光的照度测量，既可以测量水体表层的照度，也可置于水下任意深度测量相应照度。

所述的红外监测系统304，布置在光反应行为测试段下游末端，当试验鱼游经红外监测系统304时，红外监测系统304会记录试验鱼经过的时间、试验鱼的数量体型大小等信息。

红外监测系统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。

优选地方案中，所述仿自然暂养池从上游至下游的主体为斜坡结构，长度为15m，宽度为10m，坡降大于河道1，下游设置闸门318和拦鱼网319，闸门318下游设置出水渠319。

优选地方案中，所述仿自然暂养池包括底部和边墙，底部由下至上依次设有大砾石层314、小砾石315与河砂316混合层，底部上种植有水生植物317。所述大砾石层的大砾石长径＞10cm，小砾石与河砂混合层中小砾石的长径为4-10cm，河砂粒径为200μm~2mm。大砾石层厚为20cm，小砾石与河砂混合层厚4-10cm，。底质上面栽植有水生植物317，为试验鱼类提供仿自然的暂养环境。

优选地方案中，所述边墙为钢筋混凝土结构。

所述灯为led灯，如华为智选全彩灯泡。

优选地方案中，所述摄像机为红外摄像机。光反应行为测试段的红外摄像机307安装于光反应行为测试段302的首、末两端，其监视范围覆盖整个光反应行为测试段302。仿自然暂养池安装的红外摄像机307镜头捕捉范围可覆盖整个仿自然暂养池312，以记录试验时鱼类从仿自然暂养池312向光反应行为测试段302游动过程。红外摄像机安装在轨道上。

闸门318由分段分层的小块闸门组成，通过人工方式进行闸门安放，以调节仿自然暂养池312末端的水位；同时设有拦鱼网319，以防止试验鱼逃出仿自然暂养池312。所述的仿自然暂养池312末端的闸门318下接钢筋混凝土结构出水渠320，出水渠320通过排水管321连接河道1。

本发明的主要工作原理如下：

（1）试验准备时，启动水泵，将河道水体引入试验暗房内，调节仿自然暂养池下游的闸门高度，布置好拦鱼网，调节仿自然暂养池和光行为反应测试段的水位。待水位满足试验要求时，可关闭泵房，停止引水进入试验平台；若需要动水状态可不关闭泵房；若需要各光行为反应测试段的流速环境不同，可通过各测试段的入流支管阀门进行流量的调节。

（2）待水流环境设置好后，根据试验的具体情况进行光环境的设置。以鱼类对光色的行为反应试验为例，将各个光行为反应测试段的灯调节为试验需要的不同颜色，调试单个灯时关闭其他灯，调节灯的强度和及与水面的距离，用水下照度计对光照中心水体表层的照度进行测量，控制表层最大照度在10勒克斯，然后将各个光行为反应测试段用遮光罩进行遮蔽，仅保留出口与仿自然暂养池相连。

（3）待光环境设置好后，将试验鱼放进仿自然暂养池，关闭试验暗房内灯光，开启红外摄像机和红外监测系统开始试验，试验过程中和结束后通过红外摄像机可观测试验鱼的行为反应，通过红外监测系统所记录的数据，分析试验鱼进入各个光行为反应测试段的情况，确定试验鱼喜好的光色。

（4）在进行完光色试验后，可进一步进行鱼类对光照度的行为反应测试试验。在光照试验时，按照步骤（2），根据光色试验的结果，将所有灯调节成试验鱼的喜好光色，继续调节所有灯光源强度，使照射在水面表层中心点的照度在1~100勒克斯，并进行分级。待光环境设置好后，按照步骤（3）进行试验，确定试验鱼喜好的照度条件。同样，可以根据试验的结果确定试验鱼的趋光域照度和适光域照度。

（5）在进行照度试验后，亦可进一步进行闪烁频率的试验。在闪烁频率试验时，按照步骤（2），根据照度试验结果，将所有灯调节成试验鱼的喜好光色，调节所有多色led灯光源强度，使照射在水面表层中心点的照度为照度试验结果的值，并对各个灯的闪烁频率进行设置，由0.1~25hz变化。待光环境设置好后，按照步骤（3）进行试验，确定试验鱼喜好的闪烁频率。同样，可以根据试验的结果确定试验鱼的对光闪烁频率有反应范围和无反应范围。

实际上，本试验平台中的仿自然暂养池也可以利用设置的横向轨道和纵向轨道，设置灯和摄像机的位置，以减少灯光柱之间的干扰，同时保证摄像机监视范围能覆盖整个仿自然暂养池。

本发明提供的结构空间足够大，可以容纳10只个体体长超过30cm的试验鱼，可进行群体行为试验，且鱼类活动范围不受空间限制，可避免空间尺度对试验结果的影响；采用led灯作光源，可通过控制器进行光色、强度及闪烁频率等参数进行调节，设置不同的试验光环境；光源可通过横向轨道或纵向轨道变换位置，还能变换高度如布设在水表面一定高度，或水下一定深度，以配合光源强度调节，改变照射在水面光柱中心的照度；本发明将光源置于相对封闭环境，各光色、各光柱或各闪烁频率的光之间不会存在干扰，不会对试验结果造成影响；最后本发明的结构可自由选择动水条件和静水条件，动水条件下，可设置不同的水流流速条件，用于流速与光耦合条件下鱼类行为观测研究，以分析不同鱼类、不同龄期、不同条件流速与光对鱼类行为影响的主次关系。

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。