一种测试鱼类最大游泳能力的方法与流程

本发明涉及生态与鱼类保护，尤其涉及一种测试鱼类最大游泳能力的方法。

背景技术：

1、鱼类的游泳能力的测试方法有许多种，目前广泛采用的方法是在封闭方形水槽中使用固定/递增流速法进行测试，该方法是由brett(1964)开发的，该方法是评估封闭水槽中鱼类的运动。对封闭水槽中鱼类游动能力的估计一般分为感应流速、临界(ucrit)和突进(usprint)三种模式，这有助于鱼道水力学的设计准则。

2、然而，最近有大部分研究者对此测试方法及测试装置提出质疑，其认为封闭水槽内的均匀水流条件与自然河流中的复杂流态条件相差较大，并且封闭水槽内的鱼类是被动的游泳，封闭水槽的测试空间相对狭小，无法满足较大体长的鱼类测试需求，故限制鱼类的自由游泳行为，并且忽略限制了鱼类在中低流速下游泳过程中的减少耗能的游泳行为，比如，爆发—滑行行为、贴底或贴壁行为等。因此，对部分研究成果造成一定的误差，导致鱼道流速设计过于保守，可能阻碍有效通过，故在封闭水槽测试无法真实反映出鱼类的游泳能力及其行为。

3、近年来，研究者认识到开放水槽能创造出更接近自然流态的水力条件，从而能准确分析，故开始使用开放明渠对鱼类行为及游泳能力进行探索。在开放水槽中，鱼可以表现出自主无干扰上溯，也可以表现出比在封闭水槽中更丰富的游泳行为，如游泳姿态的转变、爆发—滑行行为、贴底或贴壁行为、鱼的游泳速度和水力偏好等行为特征，这些行为特征可以为鱼道设计提供有用的信息，识别出鱼类行为和鱼道内水力条件相互融合的有利情形。在开放水槽中，鱼类游泳性能和游泳行为可以通过各种指标来量化，利用这些指标也更能反映出鱼类的实际上溯通过情况，比如，鱼在开放水槽中的最大游泳速度、鱼的上溯行为及比较封闭水槽和开放水槽的游泳能力差异性等。但目前研究中多聚焦于封闭水槽下的鱼类游泳行为测试或营造比封闭水槽较大的测试环境。了解游泳能力的行为数据对于确定鱼类通过过鱼设施流速值，定义鱼道关键部位的尺寸设计，如休息池、竖缝处及进出口，均具有重要的科学意义。较以往研究结论，开放式水槽下的鱼类游泳能力测试结果均大于封闭水槽下的测试结果，在较长开放水槽测试鱼类的突进游泳能力，鱼类可增加使用爆发—滑行行为的频率，从而表现出比在封闭池室更大的突进游泳能力。另结合其他研究成果，得出封闭水槽适合鱼类的持续—耐力测试，开放水槽内的微扰动流场更适合量化鱼类游泳能力这一特点。

4、现有技术中，如公告号为cn106577377a的专利申请公开了一种基于鱼类游泳能力的过鱼设施水流速度的设计方法，具体包括选择目标用鱼，利用自制的水槽装置，测试鱼类游泳能力，但测试环境仍是在封闭狭小空间内，会对鱼类的游泳行为产生束缚。

5、又如，公告号cn111642449a的专利申请公开了一种变坡式鱼类游泳能力测试水槽，其包括开敞式的水槽槽体，该槽体一端连通消能池，另一端出口安装可翻转开闭的尾门，槽体中部底面、槽体两端和槽体底部均由t型换向支座支撑。该装置可测试大个体鱼类，能在接近于天然无压流状态进行游泳能力测试。但该发明仅提供了比封闭水槽稍大的游泳空间，但是未在不同流速、水温和盐碱性等多种水体环境下对鱼类游泳行为进行评估。

6、综上所述，在测试鱼类游泳行为的研究中，未有封闭水槽与开放水槽下的分别测试出的游泳能力结果差异性的相关的研究技术方案。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种测试鱼类最大游泳能力的方法，测试装置是在开放条件下，可更好地评估鱼类在近自然状态下的最大游泳速度，并明晰开放水槽测试最大游泳能力较封闭环境条件下的增幅，以解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种测试鱼类最大游泳能力的方法，包括以下步骤：

3、step.1：利用开放式水槽装置进行放鱼实验；

4、step.2：获取不同因素条件下鱼类的游泳行为及对应的时间；

5、step.3：确定在开放水槽下的不同因素条件下的鱼类游泳速度；

6、step.4：建立在开放水槽下的不同因素条件下的鱼类最大游泳速度模型和鱼类最大上溯距离成功率预测模型；

7、所述因素包括开放式水槽装置中的工况流量、水温、以及鱼的体长。

8、优选的，所述开放式水槽装置包括测试水槽、水泵、监控装置以及输水管；所述测试水槽的上游端设置有进水口，下游端设置有水槽尾门，在所述水槽尾门处设置有蓄水池；所述输水管的一端设置在所述蓄水池内，另一端与所述进水口连接；所述水泵安装在所述输水管上；在所述测试水槽内设置有试验区；所述监控装置设置在靠近试验区位置处，用于监控所述试验区内部的鱼类行为。

9、优选的，在所述输水管上设置有流量控制器。

10、优选的，在所述测试水槽的底部设置有坡度调节装置。

11、优选的，在所述测试水槽中试验区的其中一侧壁内表面上设置有控制板，所述控制板用于调节试验区的横向宽度w试验区，所述控制板上游端设置有导流斜面。

12、优选的，所述试验区的横向宽度w试验区为试验鱼类摆尾幅度的1.5～3.0倍；所述试验区的水深≥30cm，试验区的长度l试验区≥6.0m。

13、优选的，所述水槽尾门为折叠门；在靠近所述水槽尾门位置处设置有下游拦网和适应拦网，所述下游拦网与适应拦网间隔设置形成鱼类适应区，在放鱼实验时，先将试验鱼在所述鱼类适应区内进行适应，适应时间t适应＝30～60min。

14、优选的，在所述测试水槽的上游端设置有整流栅。

15、优选的，在step.3中，鱼类游泳速度通过以下公式进行计算：

16、dmax＝(umax-us)*e，

17、其中，dmax：试验鱼相对地面的上溯距离，m；

18、umax：开放水槽下试验鱼的上溯最大游泳速度，m/s；

19、us：试验区内的平均水流速度，m/s；

20、e：试验鱼在试验区内的上溯时间，s。

21、优选的，在step.4中，所述鱼类最大游泳速度模型为：

22、umax＝β1q+β2t+β3fl+ε，

23、其中，q：试验区的工况流量，l/s；t：试验区的水温，℃；fl：试验鱼的体长，cm；βi：权重系数，i＝1，2，3；ε：误差系数；umax：开放水槽下试验鱼的上溯最大游泳速度，m/s；

24、所述鱼类最大上溯距离成功率预测模型为：

25、y＝(a1-a2)/[1+(dmax/x0)^p)]+a2，

26、其中，a1：表示起始值，接近于1；a2：表示最终值，为函数拟合接近平稳时的系数值；x0：表示函数拟合的中心值；p：指数，即函数的次数；y：上溯成功率；dmax：试验鱼相对地面的上溯距离，m。

27、由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

28、(1)相比传统的鱼类游泳能力测试方法，通过采用开放式水槽装置，采用不同的水力条件，在开放水槽中研究目标鱼类的自主游泳能力及行为。可以通过统计最大上溯距离、游泳速度、通过率和通过时间等指标，分析在不同水力条件下的水流速度-游泳距离和水流速度-游泳速度的关系，及分析在不同水力条件下的测试鱼的尝试率、上溯成功率、尝试时间和成功上溯时间的差异性，并通过多元线性回归拟合得出鱼类在近自然开放流态下的游泳速度与流量、水温和体长的关系，为开放水槽下的不同种属鱼类的游泳能力数据库或游泳能力预测模型作基础。

29、(2)本发明中的开放式水槽装置，可更好地评估鱼类在近自然状态最大游泳速度，即评估鱼类在不同温度、不同体长和不同工况流量的水流环境下的最大游泳速度，并明晰开放水槽测试最大游泳能力较封闭环境条件下的增幅。

30、(3)依托该模型为鱼道的关键部位的流速设计提供建议，关键部位——进口流速建议、鱼道竖缝流速建议和鱼道池室长度等建议。对有过鱼要求的挡水建筑物而修建过鱼设施时，比如鱼道，当该挡水建筑确定过鱼对象后，选取相关参数(q-流量、t-温度和fl-体长)带入最大游泳速度(umax)预测模型及上溯距离(dmax)-成功率(y)的预测模型，将相关因素的取值带入模型，可预测目标鱼的最大游泳速度和游泳距离，为以该目标鱼为过鱼对象的鱼道提供设计参考。