异齿裂腹鱼上溯过程中的折返行为及其与水力条件的关系

解析鱼类上溯过程中的游泳行为及其对鱼道水力学条件的响应是优化鱼道设计、提高鱼类上溯效率和成功率的关键。本文以异齿裂腹鱼为研究对象,通过将流场、紊动能场、应变率场与鱼类上溯及折返轨迹相叠加,分析各水力学因子对折返行为及重新上溯的影响,并结合鱼类上溯过程中的能量消耗率进一步探讨折返行为的内在原因。结果表明:鱼类在上溯过程中普遍存在折返行为,其折返行为大多是为了搜寻合适的上溯路径。鱼道流速是引发折返行为的主导因素,鱼类折返行为集中发生在高流速区域,折返后倾向于选取低流速区域重新上溯;紊动能在折返运动导向方面有显著贡献,鱼类趋向于从低紊动能区域折返,并选择较高紊动能区域重新上溯;水流应变率对鱼类折返行为的影响相对较小。鱼类上溯轨迹点处的水力因子与能量消耗率相关性分析表明,高能量消耗和生理压力是引发折返行为的内在原因。     

基于视频跟踪的竖缝式鱼道内鱼类运动行为分析

竖缝式鱼道过鱼对象运动行为与鱼道池室内水力条件是否相适应是进行鱼道设计的关键。研究通过视频跟踪法对竖缝式鱼道中目标鱼的运动轨迹进行实时跟踪, 获取鱼的运动加速度、运动速度, 并和人工手动跟踪的鱼类运动轨迹进行对比, 证明基于视频跟踪法的鱼类运动分析程序既能较好的应用于竖缝式鱼道中, 获取鱼类运动行为, 又可减少大量的人工操作, 有助于为竖缝式鱼道设计提供重要基础数据。     

鱼道进口不同补水形式对齐口裂腹鱼上溯行为的影响

修建补水设施是提高鱼道过鱼效果的有效措施之一,不同补水形式如何改变鱼的游泳行为策略从而吸引其进入鱼道进口是国内外关注热点。本研究基于鱼道进口概化模型,以齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)为研究对象,采用进口内部侧面补水、旁道补水和旁道顶部补水3种形式,探究不同流量和补水距离下补水方式对鱼道进口附近处目标鱼上溯行为的影响。结果表明:与没有补水的工况相比,补水距离为1 m的旁道补水和补水距离为0.65 m的旁道顶部补水,鱼类在鱼道进口通过次数显著提升(P0.05)。通过提取目标鱼成功上溯路径上对应的水流速度场和紊动场发现,齐口裂腹鱼上溯偏好流速0.6～0.8m·s~(-1),优先选择低紊动区(0.01 m~2·s~(-2)),且明显逃离高紊动区(0.04 m~2·s~(-2))进行上溯。本研究验证了紊动能和流速是影响鱼类上溯的重要水力因子,为鱼道进口补水设计及其优化提供了重要参考。     

鳙幼鱼游泳行为与紊动强度响应关系

紊流是自然界普遍存在的一种复杂流态,对鱼类生存有重要影响。鱼类游泳行为与紊流密切相关,受到广泛关注。选取体长为(10.10±0.54)cm的鳙幼鱼为实验对象,通过在水槽内设置直径10 cm球体紊动扰动器制造恒定紊流场,选取表征紊流特征量紊动强度,将球体后的紊动空间分布与鳙幼鱼典型游泳轨迹相叠加,定量分析了鳙幼鱼在上溯过程中其游泳行为与紊动强度的响应关系。结果表明:鳙幼鱼上溯游泳行为主要受紊动强度的影响;在流速分别为14、26和34 cm·s-1的实验条件下,鳙幼鱼敏感紊动强度范围为8.5~9.2 cm·s-1;其偏好紊动强度范围为5.25~8.40 cm·s-1。该结果对研究鱼类行为与水流紊动的关系,以及鳙鱼保护研究具有一定参考价值。     

鲢幼鱼通过水流速度障碍的模拟

鱼类能否通过水流速度障碍直接影响过鱼设施的过鱼效果。利用计算机技术,综合水力因素、鱼类行为、地理特征及环境因子,展开鱼类通过水流速度障碍的模拟,有助于过鱼设施的优化设计。以国外涵洞式鱼道模拟软件Fish Xing为切入点,结合主要模块和关键因子,对我国特有鱼类鲢幼鱼进行模拟,得到鲢通过不同水流速度障碍的成功率;对比鲢在物理模型中的游泳表现,从模型主要模块和影响鱼类游泳表现的关键因子角度,分析影响鱼类通过水流速度障碍模拟的因素。结果表明,Fish Xing软件不能精确模拟鲢通过水流速度障碍的表现。分析表明,该软件在地理要素、管道特征和水力信息等参数方面具备独特的优势,但对我国鱼类有一定局限性,主要体现在鱼类的生物学信息如鱼类游泳特征等方面存在不足;进行鱼过障碍的模拟需要深入研究目标鱼类的生理特征、游泳能力及其与水力环境因子的响应关系。     

河流鱼类产卵场紊动能计算与分析

通过对鱼类产卵场地形分析,认为水流能量损失是鱼类产卵场形成的重要原因之一,这种能量损失主要是由于特殊河道地貌形成的水流紊动而产生的.在此基础上探索性地推导了考虑这种河道水流能量损失的明渠非恒定流方程.以中华鲟为例,对产卵场河段进行了三维水流数值模拟,计算了产卵河段紊动能的分布,探讨了中华鲟产卵行为与水流紊动之间的关系,结果表明产卵区因紊动产生的能量损失明显大于非产卵区.以期为保护中华鲟和其他鱼类产卵场水力学环境提供参考.     

基于Matlab的鱼类游泳动力学分析

鱼类游泳动力学分析研究对解决鱼道等工程应用中水力学设计方面的关键问题有着重要的意义,利用计算机技术对鱼类游泳动力学进行分析有助于研究目标鱼类的生理特性、游泳能力及其与水力环境因子的响应关系。基于MATLAB软件对我国特有鱼类鲢幼鱼进行游泳动力学分析,借助鲢幼鱼游泳时的摆尾行为,得到不同水流速度下鲢幼鱼的摆尾频率、摆尾幅度、游泳速度和加速度;对比人工计数和手动跟踪分析方法,从实际操作复杂程度和实验数据准确性的角度,分析各数据采集方法的优劣性。结果表明基于Matlab软件采用跟踪鱼的身体中线的思路能更高效的获取大量的运动参数,比如摆尾频率、摆尾幅度、游泳速度和加速度等指标。文章介绍了一种基于Matlab开发的鱼类游泳动力学分析方法,有助于为以后鱼类游泳动力学研究提供依据。     

长洲水利枢纽鱼道过鱼种群结构

长洲水利枢纽鱼道位于西江干流,目前是我国最大的过鱼通道,其过鱼效果评估不仅是珠江中下游鱼类资源和水生态保护的重要课题,也可为国内鱼道的设计及运行提供基础资料.2011-2014年4-6月利用堵截法对长洲水利枢纽鱼道中的鱼类进行监测,共采样11批次,采集种类累计40种,洄游性种类花鳗鲡、鳗鲡、弓斑东方鲀及四大家鱼(青鱼、草鱼、鲢、鳙)等均在鱼道中出现.鱼道中优势种为瓦氏黄颡鱼(29.1％)、赤眼鳟(16.8％)、鳖条(14.7％)、银飘鱼(12.0％)、银鮈(10.8％)、鳗鲡(7.3％)及鲮(2.7％)等.通过物种累计曲线拟合,预期随着采样次数的增加,鱼道出现的种类数量可达61种,说明长洲水利枢纽鱼道具较好的过鱼能力.监测数据显示,鱼道中鱼类多样性及均匀度指数低于坝下江段.坝下江段优势种广东鲂、斑鳠在鱼道中没有采集到,这说明鱼道对不同种类的诱导力存在差异.典范对应分析结果表明,坝上水位是影响过鱼效果的关键因素,有必要优化鱼道运行方式以提高鱼道性能.根据目前珠江的鱼类资源现状,建议将四大家鱼(青鱼、草鱼、鲢、鳙)、广东鲂、赤眼鳟及鲮等列入过鱼目标,并在运行方案上进行调整.     

长白山阔叶红松林二氧化碳湍流交换特征

采用开路式涡度相关技术,研究了长白山阔叶红松林森林-大气界面的CO₂湍流交换特征.结果表明,在近中性大气层结条件下,冠层上方垂直风速和CO₂浓度功率谱在惯性子区基本符合-2/3定律,垂直方向主导湍涡尺度约为40 m.湍流通量贡献区主要在0.01～2 Hz频率范围内,冠层上方低频传输的湍涡贡献了更多的CO₂通量.这说明开路式涡度相关仪器系统可以满足冠层上方湍流通量观测的基本要求.但通过涡度相关法实测获得的森林-大气CO₂通量仍存在夜间低估现象,非湍流过程的增加是涡度相关技术应用的主要制约因素.因此,需要对弱湍流条件下的CO₂通量做相应的修订.     

三相逆流湍动床气液传质性能的研究

由空气-水(清水/废水)-中空玻璃珠构成三相体系,在表观气速0·53~10mm·s-1、固含率为0~0·3、表观液速0~0·2mm·s-1的条件下,采用溶氧仪研究了三相逆流湍动床的气液传质性能,考察了操作参数和液体性质对液相容积传质系数kLa的影响。结果表明,在所试条件下,kLa为0·0456~1·414min-1。kLa随着表观气速和表观液速的增加而增加,随着固含率的增加先增加后减小,0·05~0·08为反应器传质的最优固含率条件。液体性质对kLa有重大影响,高浓度模拟废水和工业废水中的kLa比清水中的kLa分别减小39·0%和50·9%。研究结果可为后续逆流湍动床废水生物处理过程分析与模拟提供传质基础数据。     

基于两种轨迹模型的褐飞虱迁飞轨迹比较研究

异地预测是迁飞性害虫发生预测的重要内容,迁飞轨迹模拟和预测是能较好地反映害虫迁飞时空动态的一种异地预测方法。褐飞虱作为我国水稻生产上的一种重要迁飞性害虫,其迁飞轨迹的准确预报,可为其灾变预警和有效防控提供科学依据。为了比较选择一些准确性好、分辨率高、易于推广应用的害虫迁飞轨迹模型,选取2006年7月初发生在湖南省洪江市的一次褐飞虱重大北迁过程作为典型个例,运用中尺度天气研究和预报模式WRF,结合NCEP气象再分析数据,利用HYSPLIT和FLEXPART两种轨迹计算模式对褐飞虱迁飞轨迹进行模拟,并验证模型模拟和计算的准确度和精确度。研究结果表明:(1)WRF-HYSPLIT和WRF-FLEXPART两种轨迹计算模式在虫源地、迁飞路径(迁飞方位角和走向)、迁飞高度、迁飞速率和迁飞距离计算上总体趋势一致,但存在一定的差异,后者的起伏变化大于前者。(2)尽管两种耦合模式在调用WRF模式输出的预报场物理变量方面有很多相同之处,但WRF-FLEXPART耦合模式在运行计算过程中比WRF-HYSPLIT耦合模式多考虑了对流参数、地表胁迫和各种地形参数,因而能更全面地反映中尺度天气过程(特别是对流性天气过程)对昆虫起飞、空中飞行和降落的动力作用,也能更真实地反映地表物理过程、大气湍流结构和地形起伏对褐飞虱种群迁飞的影响。(3)从褐飞虱种群对生境和取食条件选择上看,两种模式模拟的各高度迁入种群的虫源区、迁飞路径和降落地都是合理的、准确的。但从褐飞虱迁出、空中飞行和降落所处的三维流场来看,WRF-FLEXPART模式轨迹走向与盛行气流方向的吻合度要明显高于WRF-HYSPLIT模式。(4)两种模式均可作为业务工具在迁飞性害虫测报中推广应用。     

影响加拿大一枝黄花种子非随机脱落的因素

为揭示加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)种群扩散机制, 明确种子的脱落及风传扩散在其种群蔓延中的作用, 在人工环境下测定了不同湍流强度、风速和湿度处理下种子脱落的差异, 并对脱落种子与未脱落种子进行形态学特征对比。结果表明: 加拿大一枝黄花的种子脱落受湍流、风速和湿度等因素的共同影响。水平气流下种子的脱落阈值为5.1 m·s^-1, 并随着风速增加, 种子的脱落率增加。与模拟水平气流相比, 模拟垂直气流下种子的脱落阈值显著偏小。相对于层流状态, 湍流的存在显著提高了种子的脱落率, 平均增幅超过300%; 但单纯提高湍流强度对种子脱落率的影响不显著。增加湿度则显著降低种子的脱落率。种子形态学特征对比结果表明, 脱落种子的冠毛数量和冠毛夹角显著高于未脱落种子。该研究结果为研究加拿大一枝黄花种子脱落规律和风传扩散机制提供了科学依据, 也为其他入侵性杂草种子的扩散机制及入侵过程提供了 借鉴。     

Factors influencing the nonrandom abscission of Solidago canadensis seeds

 为揭示加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)种群扩散机制, 明确种子的脱落及风传扩散在其种群蔓延中的作用, 在人工环境下测定了不同湍流强度、风速和湿度处理下种子脱落的差异, 并对脱落种子与未脱落种子进行形态学特征对比。结果表明: 加拿大一枝黄花的种子脱落受湍流、风速和湿度等因素的共同影响。水平气流下种子的脱落阈值为5.1 m·s^–1, 并随着风速增加, 种子的脱落率增加。与模拟水平气流相比, 模拟垂直气流下种子的脱落阈值显著偏小。相对于层流状态, 湍流的存在显著提高了种子的脱落率, 平均增幅超过300%; 但单纯提高湍流强度对种子脱落率的影响不显著。增加湿度则显著降低种子的脱落率。种子形态学特征对比结果表明, 脱落种子的冠毛数量和冠毛夹角显著高于未脱落种子。该研究结果为研究加拿大一枝黄花种子脱落规律和风传扩散机制提供了科学依据, 也为其他入侵性杂草种子的扩散机制及入侵过程提供了借鉴。     

灌草与林带搭配条件下防护效应的数值模拟

在对林带和灌草进行参数化的基础上,将有、无灌草带存在情况下绕林带流场进行了数值模拟,分析比较了两种流场中沿流相对风速、不同断面风速廓线及湍动能的变化。结果表明,灌草在防护林体系中起着重要作用,在林带迎风面和带后一定区域内,均使风速减小。最后将数值模拟结果与实验结果进行了对比,并从实验角度分析了灌草的作用。     

鱼类寄生虫动态变化相关生态因子的研究进展

寄生虫所造成的疾病给养殖鱼类造成了较大损失, 研究寄生虫的动态变化规律在寄生虫的防治中具有重要意义。宿主、寄生虫、环境三者之间相互作用, 引起养殖鱼类寄生虫的动态变化, 水体环境的各种因子, 无不直接或间接地作用于寄生虫。分别从物理因子、化学因子、生物因子等方面分析其对寄生虫动态变化的影响; 综合其多种生态因素的相互作用, 分析采用数学建模、风险评估方法, 建立寄生虫病害发生预测预报的可能性; 同时提出生态防控技术在鱼类寄生虫疾病防治中具有广阔前景。     

中华鲟产卵场平面平均涡量计算与分析

采用Delft3D-Flow模型对葛洲坝下游中华鲟产卵场河段进行流场模拟,用实测资料对模型进行验证和参数率定,模拟结果和实测资料基本吻合.在此基础上,阐述了平面平均涡量计算方法,利用模拟所得流速场,通过计算得到中华鲟产卵场河段区域平面平均涡量强度分布.计算结果表明,鱼卵密集区的平面平均涡量为1.38×10-3～1.64×10-3s-1,说明中华鲟产卵对区域平面涡量强度有偏好选择,这种选择具有生物学意义.可为今后保护中华鲟产卵场水力学环境提供理论支持和参考.     

青、草、鲢、鳙、鲤对氢离子浓度的生存适应性

一、引言氢离子浓度(pH值)的变化对于水生生物,特别是鱼类的生活常常被认为是直接或间接发生影响的因子之一。1920年,M.E.Jewell氏开始注意到水质的氢离子浓度变化对于两栖类蝌蚪代谢和再生作用的影响,他发现最适宜的氢离子浓度是中性或接近中性,同时发现再生率和再生总量和水中溶氧含量有密切关系。E.B.Power氏(1922)开始注意到氢离子浓度与鱼类呼吸生理之间的关系。此后,有许多学者研究了氢离子浓度对鱼类耗氧率的影响,以及氢离子浓度对鱼类从水中吸取溶氧机能的影响。其中     

鱼类群落多样性研究的理论与方法

我国水域面积巨大,生物多样性居世界第三。然而因水体污染、水生植被破坏、湖泊围垦、江湖阻隔、过度捕捞等因素影响,目前我国许多水体的鱼类群落多样性不断下降,水生生态系统功能逐渐退化。通过鱼类群落多样性的相关研究,可在群落水平上反映水域生态系统结构与功能对生态环境变化的响应。为此,综述了鱼类群落研究中水下观察、蹦网、罩网、刺网、电捕、拖网、围网、定置张网等各种采样方法的特点,测度鱼类群落多样性的各种指数类型,距岸距离、水生植物、水深、底质、溶氧、温度、盐度等环境因子对鱼类群落多样性的影响,以及鱼类群落多样性与生态系统功能间的关系,旨在为鱼类群落多样性的研究提供理论参考,推动渔业生产与环境保护的协调发展。     

人工林冠层的湍流微气象特征

利用涡动相关系统测定黄河小浪底森林生态系统定位研究站人工林在萌芽期(2015年3月15日至4月15日,春季)和叶片成型期(2015年7月15日至8月15日,夏季)的微气象数据,分析了冠层湍流微气象特征、湍流强度、湍流风速标准差和总体输送系数,旨在深入了解森林生态系统的微气象特征,为进一步研究能量平衡与物质交换提供工作基础.结果表明: 冠层湍流谱在低频部分具有峰值频率,惯性副区具有明显的耗散趋势,基本符合-5/3规律.冠层结构对湍流强度影响明显,春季湍流旺盛时,风速小于3 m·s^-1,而夏季时风速小于2 m·s^-1.湍流风速标准差符合1/3次幂相似规律,且水平方向比垂直方向的拟合效果好.冠层风速在u、v、w 3个方向分量的风速标准差与摩擦风速比值在春季为2.55、2.06和1.30,在夏季为2.61、2.45和1.21.总体输送系数随稳定度的增加而逐渐减小,在不稳定层结和稳定层结条件下可相差1～2个量级,冠层结构对各方向的湍流风速具有直接影响,从而改变物质能量在冠层的扩散方向.