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。     

鱼类通过鱼道内水流速度障碍能力的评估方法

鱼类通过鱼道内水流速度障碍能力的量化对鱼道设计有重要理论和实际价值,其基础是鱼类游泳能力的测定.首先对鱼类游泳能力的研究方法进行了概述总结,指出了鱼类游泳能力经典测试方法存在测定流场与自然情况相差较大的不足;分析了关键要素如鱼类行为特征、生理耗能规律及水力特性对鱼类通过水流速度障碍能力的影响;提出了分析鱼类游泳行为和能力与特征流场的关系,探讨鱼类通过水流障碍行为规律和生理疲劳恢复特征,通过研究仿自然流态下的鱼类自由游泳行为、水力计算及生理耗能的关系,构建多因素鱼类游泳能力关系式,定量评价鱼类通过鱼道内水流速度障碍的发展方向.     

松花江流域青鱼、草鱼、鲢及鳙突进游速比较研究

利用自制的鱼类游泳能力测定实验装置, 采用递增流速法, 研究了松花江流域的青鱼(Mylopharyngodon piceus)、草鱼( Ctenopharyngodon idellus)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)及鳙(Aristichthys nobilis)的突进游泳速度。研究结果表明: 青鱼、草鱼、鲢及鳙的相对突进游泳速度大小排序为鲢>草鱼>青鱼>鳙, 这四种鱼类的绝对突进游泳速度随着体长的增加而呈递增趋势, 而相对突进游泳速度随体长的增大而呈递减趋势。研究结果旨在为鱼类游泳能力及鱼类行为学的研究提供了基础资料, 同时也为过鱼设施的流速设计提供了一定的参考, 并对鱼类资源的保护具有指导意义。     

我国过鱼设施建设需求、成果及存在的问题

本文首先阐述了水利水电工程对河流连通性的影响以及修建过鱼设施的对策,然后从河流破碎化程度和鱼类洄游习性的角度分析了国内建设过鱼设施的需求,介绍了国内建设过鱼设施的成果,最后提出了6点过鱼设施相关问题和建议:(1)利用多指标量化评价的方法,科学地确定过鱼对象;(2)以复杂流场为背景条件,贴合实际地推进鱼类上溯行为研究;(3)对过鱼设施加大资金投入,扩大设施规模,加大过鱼设施过水流量(至少应为河流流量的1%);(4)为鱼类下行、低水头水工建筑物引起的跌水河段建设过鱼设施;(5)扩大过鱼效果评估的覆盖面,提高监测时长和频率,提出有广泛适用性的监测评估方法;(6)栖息地修复、增殖放流、生态调度、分层取水等多手段联动,确保鱼类通过过鱼设施后仍然能够生存。     

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。     

基于雅砻江两种裂腹鱼游泳能力的鱼道设计

为探究雅砻江两种裂腹鱼的游泳能力,给过鱼设施设计和鱼类游泳行为学研究提供基础参数,本研究采用递增流速法对长丝裂腹鱼、齐口裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度、突进游泳速度进行测试,采用固定流速法对长丝裂腹鱼的耐久游泳速度进行测试。结果表明: 长丝裂腹鱼与齐口裂腹鱼的感应流速随着体长的增加均出现了先增加后平稳的趋势,但最大感应流速均小于0.2 m·s^-1;长丝裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.81±0.20)和(1.49±0.26) m·s^-1,相对临界游泳速度为(4.90±1.73) BL·s^-1,相对突进游泳速度为(9.77±1.72) BL·s^-1(BL为体长);齐口裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.73±0.24)和(1.17±0.39) m·s^-1,相对临界游泳速度为(6.88±2.82) BL·s^-1,相对突进游泳速度为(11.75±2.77) BL·s^-1。耐久测试发现,随着流速增加(0.7～1.5) m·s^-1,长丝裂腹鱼持续游泳时间与水流速度呈负相关,疲劳时间(T)与水流速度(V)的关系可以拟合为lgT=-2.52V+5.59,预测鱼道长度(d)与鱼道内可通过的最大平均水流速度(V_fmax)的关系式为V_{f max}=-0.17lnd+1.74。根据试验结果,当以长丝裂腹鱼和齐口裂腹鱼为主要过鱼对象时,建议鱼道内最小水流速度应大于0.2 m·s^-1,进口及竖缝处水流速度为0.73～1.67 m·s^-1,休息池主流水流速度为0.2～0.7 m·s^-1。     

温度对鳙幼鱼疲劳引起的生理变化和游泳能力的影响研究(英文)

鳙(花鲢)在自然环境中分布于中国南部流域至阿穆尔河,是重要的经济性鱼类,具江湖生殖洄游特性。大坝建设阻碍了其洄游产卵繁殖通道,导致自然环境中其繁殖力的下降,需要有效的过鱼设施帮助鳙通过大坝等水流屏障。为了设计高效的鱼道引导鳙通过,本文通过自制密封的鱼类游泳实验装置,研究了鳙幼鱼游泳能力。测定了5个温度(5、10、15、20和25℃)下鳙幼鱼的临界游泳速度。通过测定不同温度下,疲劳前后血清总蛋白(TP)、血糖(GLU)和甘油三酯(TG)含量,评价疲劳运动引起的生理胁迫。结果表明,在试验温度范围内,随着温度的升高,临界游泳速度显著提高(P0.05)。25℃时临界游泳速度最大,为7.01 BL/s(1.19 m/s)。在疲劳运动后,血清总蛋白、血糖和甘油三酯含量显著升高(P0.05)。水温低于15℃与高于15℃相比,鳙疲劳运动后血清总蛋白、血糖和甘油三酯含量显著升高。以鳙幼鱼为研究对象,研究了非适宜温度环境和疲劳运动胁迫下鱼类的生理反应。以期为鱼类生理学研究和渔业保护管理等领域提供理论依据,为制定有效的鱼道提供数据参考。     

国际鱼道适应性管理体系综述及对中国的启示

为便于目标鱼类能够在河流系统中顺利通过大坝等障碍物, 已有大量的人力、物力投入到鱼道等过鱼设施的开发、建设以及修复中。如今, 鱼道科学已逐步发展成为以工程学为中心, 涵盖鱼类行为学、社会经济学和复杂建模(河流网络通道优先选择)等多学科交叉的一门学科。建设高效的鱼道等过鱼设施(延迟洄游时间短, 洄游后负面影响小), 需要适应性的管理和连续的创新。中国过鱼设施建设如火如荼, 但是完善的过鱼设施全过程管理体系亟待建立。文章对1991年至2017年国外鱼道适应性管理体系相关文献(包括开发、建设和管理等方面)进行了综述。其中检索词为“鱼道(Fishway)”、“鱼类通道(Fish passage)”、“鱼(Fish)”和“大坝(Dam)”。研究表明, 国外的过鱼设施逐步由经济种群保护向生物多样性保护发展、上行通道向下行通道发展、单一工程建设向流域整体发展、单一过鱼功能向生境补充发展、单纯工程建设向适应性管理发展。最后, 文章讨论并展望了中国鱼道等过鱼设施的全过程适应性管理体系的发展前景。     

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。     

国际鱼道适应性管理体系综述及对中国的启示（英文）

为便于目标鱼类能够在河流系统中顺利通过大坝等障碍物,已有大量的人力、物力投入到鱼道等过鱼设施的开发、建设以及修复中。如今,鱼道科学已逐步发展成为以工程学为中心,涵盖鱼类行为学、社会经济学和复杂建模(河流网络通道优先选择)等多学科交叉的一门学科。建设高效的鱼道等过鱼设施(延迟洄游时间短,洄游后负面影响小),需要适应性的管理和连续的创新。中国过鱼设施建设如火如荼,但是完善的过鱼设施全过程管理体系亟待建立。文章对1991年至2017年国外鱼道适应性管理体系相关文献(包括开发、建设和管理等方面)进行了综述。其中检索词为"鱼道(Fishway)"、"鱼类通道(Fish passage)"、"鱼(Fish)"和"大坝(Dam)"。研究表明,国外的过鱼设施逐步由经济种群保护向生物多样性保护发展、上行通道向下行通道发展、单一工程建设向流域整体发展、单一过鱼功能向生境补充发展、单纯工程建设向适应性管理发展。最后,文章讨论并展望了中国鱼道等过鱼设施的全过程适应性管理体系的发展前景。     

中华倒刺鲃和胭脂鱼游泳行为、应激和免疫能力对短期禁食的响应

近年来,长江流域鱼类资源急剧下降,而有关鱼类对环境变化的行为和生理响应对于评估环境变化对种群动态的影响具有重要意义,相关研究亟待开展。选取中华倒刺鲃(Spinibarbus sinensis)和胭脂鱼(Myxocyprinus asiaticus)幼鱼为实验对象,考察两种鱼类在1-2周禁食后的自发群体运动时间比、游泳速度、个体间距离、最大匀加速速度、溶菌酶含量、鱼体免疫球蛋白(IgM)水平、血清皮质醇水平和超氧化物歧化酶活性的响应。研究发现：(1)相比之下,胭脂鱼的自发游泳行为表现不太活跃,游泳能力和IgM水平更低,超氧化物歧化酶SOD水平更高;(2)胭脂鱼在正常摄食条件下比中华倒刺鲃生长更慢,但是在1-2周短期禁食条件下其体重下降更少;(3)1-2周的短期禁食结束后,两种实验鱼的SOD活性和游泳能力变化不明显,但是其IgM水平和皮质醇都提高,胭脂鱼表现不及中华倒刺鲃;(4)胭脂鱼的溶菌酶含量在1-2周短期禁食后明显提高,但是中华倒刺鲃的溶菌酶含量没有受到1-2周短期禁食的显著影响。研究表明：(1)相比于中华倒刺鲃,胭脂鱼不太活跃,免疫和运动能力也更低,当食物充足时生长优势不明显,但在食物短缺时,营养物质和能量损失更少;(2)两种实验鱼的生理机能(比如游泳行为和免疫功能)对短期禁食有不同的响应,胭脂鱼更加不敏感(溶菌酶除外)。总体而言,研究表明同样的食物资源波动可能导致同一水域不同鱼类不同的生态后果,更多鱼类的相关研究亟待开展。     

叶尔羌河厚唇裂腹鱼的游泳能力

厚唇裂腹鱼(Schizothorax irregularis Ddy)是新疆特有鱼类,由于水电建设导致该鱼种数量急剧下降,亟待保护。鱼类游泳能力的研究可为过鱼设施建设提供重要参考依据。采用递增流速法测定了厚唇裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度及爆发游泳速度,利用固定流速法进行了厚唇裂腹鱼的耐力测试。结果表明:实验鱼感应流速为1.41±0.28 BL·s~(-1)(24.50±4.13 cm·s~(-1),BL:体长);临界游泳速度为6.04±1.21 BL·s~(-1)(117.61±12.34 cm·s~(-1));爆发游泳速度为11.41±2.79 BL·s~(-1)(210.24±39.56 cm·s~(-1)),3种速度(BL·s~(-1))均随体长增加呈下降趋势。耐力测试中,随着设定流速(80~135 cm·s~(-1))增加,游泳时间显著下降。疲劳时间与游泳速度之间呈显著负相关。根据研究结果,鱼道高流速区流速小于1.9 m·s~(-1)时可保证80%实验鱼通过,建议厚唇裂腹鱼为过鱼对象的鱼道内最小流速应大于0.3 m·s~(-1),入口及竖缝流速为1.2~1.9 m·s~(-1),休息池主流流速范围为0.3~1.0 m·s~(-1)。     

应用于鱼道设计的马口鱼(Opsariichthys bidens)游泳能力

马口鱼(Opsariichthys bidens)广泛存在于长江流域,是体型较小的重要经济鱼种。游泳耐力、临界游泳速度、冲刺游泳速度是鱼类重要的游泳能力参数。本文利用鱼类游泳能力测试环形水槽,在实验水温21.4±0.3℃条件下,用固定流速法对128尾(全长TL:9.60~15.10 cm)测试鱼进行游泳耐力测试,用流速递增法分别对31尾(TL:9.16~15.91cm)、56尾(TL:8.78~16.81 cm)测试鱼进行临界游泳速度、冲刺游泳速度测试。结果表明:在游泳耐力测试中,84%以上测试鱼持续游泳时间集中分布在0~10 min和200 min的范围内;疲劳时间(E)、游泳速度(V)、全长(TL)之间的关系可拟合为lg E=1.603-0.025V+0.146TL(R~2=0.562,P0.001),根据拟合关系式预测全长为9.60 cm(最小长度)测试鱼可连续通过的鱼道长度与允许最大鱼道内平均水流速度的关系曲线为V_(fmax)=223.3973-17.3609ln(d-0.0130);测试鱼的临界游泳速度值为61.07~120.03 cm·s~(-1)(相对临界游泳速度6.57~12.65 BL·s~(-1));冲刺游泳速度范围为65.03~155.07 cm·s~(-1)(相对冲刺游泳速度5.31~17.95 BL·s~(-1)),78%的实验鱼其冲刺游泳速度大于1 m·s~(-1),平均冲刺游泳速度约为平均临界游泳速度的1.23倍。本试验方法和结果可为鱼道设计提供相关依据。     

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。     

齐口裂腹鱼上溯过程中“冲刺-滑行”行为对水动力的响应

研究以西南山区特有鱼种齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)为研究对象, 对其游泳行为模式进行量化解译, 寻找其偏好的水动力学条件, 构建水流条件与生态行为的纽带。运用具有流速梯度的水槽创造非均匀流场条件, 得到齐口裂腹鱼在室内试验水槽内上溯的视频图像。运用图像识别技术, 计算上溯全过程的游泳动力学指标摆尾角度与摆尾频率, 在此基础上实现生态学与水动力学的耦合研究。研究表明, 齐口裂腹鱼在上溯过程中喜好在具有流速梯度处通过改变摆尾角度和摆尾频率等来适应非均匀流场, 其喜好摆尾角度为25°—35°, 喜好摆尾频率为2.5—3.5次/s, 偏好流速为0.20—0.40 m/s。随着水流速度的增大, 摆尾角度呈现逐渐减小的趋势, 且齐口裂腹鱼偏好选择在流速由大变小的区域, 进行摆尾冲刺加速, 且更趋向于摆尾角度变化为“弱强弱”的摆尾模式。滑行阶段引入滑行流速系数, 量化表示摆尾角度、滑行距离和流速三者间的耦合关系, 通过计算滑行距离对水流负方向上位移的贡献率, 得到滑行方向与水流负方向夹角。研究表明, 滑行流速系数为1.0—3.0时具有代表性, 齐口裂腹鱼对滑行方向与水流负方向夹角的偏好为40°—60°。研究利用多指标量化评价的方法, 以复杂流场为背景条件, 进一步满足过鱼设施建设需求。     

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。     

流速对细鳞裂腹鱼游泳行为及能量消耗影响的研究

通过自制密封的鱼类游泳实验装置, 研究了流速对细鳞裂腹鱼游泳行为和能量消耗的影响。结果显示,细鳞裂腹鱼的摆尾频率随游泳速度的变化有明显的变化规律, 摆尾频率随着流速的增加而显著性的增加,而摆尾幅度有减小趋势, 差异性不显著。结果还表明, (26±1) ℃时, (10.60±0.54) cm 细鳞裂腹鱼的相对临界游泳速度为(11.5±0.5) BL/s, 绝对临界游泳速度为(110.28±2.02) cm/s。测定的相对临界流速较其他的鲤科鱼大,是对生存水流环境(流速0.5—1.5m/s)适应性的表现。这一结果表明鱼类的游泳能力是能够训练的。运动代谢率与相对流速的关系为, AMR = 93.08e(0.307v) + 314.33, R2= 0.994; 单位距离能耗与流速的指数关系为COT =28e (-1.03V) +6.05, R2= 0.998。流速达到8 BL/s 时, 裂腹鱼耗氧率开始下降, 从流速7 BL/s 时, (1245.57±90.97 )mg O2/(kg·h)最大, 下降到(978.78±189.38) mg O2/(kg·h)。1—7 BL/s 流速范围内, 裂腹鱼单位时间内的耗氧率随着游泳速度的增加而增加, 而且随着游泳速度的增加, 单位距离能耗(COT)逐渐减少, 最小能耗在6 倍体长流速, 0.68 m/s 时, 为(6.00±1.57) J/(kg·m), 其能量利用效率最大。       

鱼类行为学的本科实践教学

论文介绍了鱼类行为学本科实践教学的经验与心得。根据教学条件, 分为模仿学习与项目任务学习两种形式, 进行了鱼类游泳行为、取食行为、学习行为等的实验与野外实习教学, 注重了野外实践与研究的深度。对学生进行专业技能操作以及鱼缸制作工艺、潜水、视频拍摄与剪辑等相关技能培训。除使用专门实践教学经费外, 还通过由学生采样等方式将教学与科研项目任务结合起来, 利用科研经费弥补实践教学经费的不足。本研究为鱼类行为学及相关课程的教学提供参考。     

水流对团头鲂(Megalobrama amblycephala)幼鱼游泳行为的影响

为探讨团头鲂幼鱼(Megalobrama amblycephala)游泳行为对水流的响应规律,该文通过特制鱼类游泳行为测定装置,测定了团头鲂幼鱼在25℃,0、0.1、0.2、0.3、0.4m/s流速条件下的游速、游距、转角、至中心点的距离及游泳轨迹。结果表明:随着流速的增大,个体游速、游距及转角值均相应增大。0、0.1及0.2m/s流速组间的游速、游距及转角差异均不显著(P>0.05),但显著小于0.3和0.4m/s组别,且0.3和0.4m/s流速组之间差异均不显著(P>0.05);整个时间段内,个体至中心点的距离随流速增大并未呈现明显规律性,各流速间差异不显著(P>0.05),游速与游距呈显著线性正相关,而与转角呈显著线性负相关,与至中心点的距离则无相关性;游泳轨迹随水流增大趋向复杂化。     

四大家鱼幼鱼运动能力对捕食胁迫的响应

捕食胁迫(胁迫时长和胁迫强度)影响鱼类的运动能力,遭遇捕食者时猎物鱼的逃逸策略不尽相同。为考察鱼类运动能力对捕食胁迫的响应,本实验选取乌鳢(Channa argus)和南方大口鲶(Silurus meridionalis)为捕食者,青鱼(Mylopharyngodon piceus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鳙(Aristichthys nobilis)四大家鱼幼鱼为猎物鱼。猎物鱼分别在无捕食(对照)、低捕食(隔网胁迫)和高捕食(直接胁迫)压力下接受捕食胁迫,胁迫时长分0、7和14 d三个水平,随后对比四大家鱼种间运动能力的差异,并考察四大家鱼幼鱼的稳定和非稳定游泳能力在不同捕食胁迫水平(胁迫时长和胁迫强度)下的适应性改变。结果表明：四大家鱼的稳定游泳和非稳定游泳能力之间存在权衡,应对捕食胁迫时以增强快速启动游泳能力为主,临界游泳速度有下降趋势;四大家鱼均表现为“C”型快速启动游泳模式,在快速启动过程中身体旋转主要在第1阶段完成,速度性能在第2阶段达到最大;在捕食压力下,四大家鱼的逃逸策略存...