障碍物对鳙幼鱼游泳行为的影响

天然河道底部的障碍物形成了复杂的水流环境,洄游鱼类对复杂水流环境的响应行为对于鱼能否上行或下行通过障碍物并完成生活史至关重要。本研究在封闭水槽中采用递增流速法测试了鳙(Aristichthys nobilis)幼鱼在不同障碍物型式下的临界游泳速度,结果表明:鳙幼鱼在自由来流、圆柱和半圆柱下的临界游泳能力无显著性差异(P>0.05),而方柱下鳙幼鱼的临界游泳能力显著降低(P<0.05);鳙幼鱼受障碍物下游复杂流场影响表现出3个特征游泳姿态,依此划分出3个位置区间;为了分析方柱下游泳能力下降的原因,统计了不同流速下鳙幼鱼在3个位置区间所占的时间百分比,并提取了相应的游泳动力学指标,包括摆尾频率、摆尾幅度、鱼头侧向最大加速度、鱼身侧向最大加速度、身体波动速度、身体波长和鱼头最大转角速度;鳙幼鱼在近柱区(障碍物下游6~26 cm;A区)停留时间最长,时间百分比高达63.1%;其次是中区(障碍物下游26~46 cm;B区)为29.1%;远柱区(障碍物下游46~66 cm;C区)最低,为7.8%;不同水流速度下,鳙幼鱼在方柱下游3个位置区间的时间百分比分布也有明显差异,在流速为5.24 BL·s^(-1)(BL为体长)时,鳙幼鱼在A区停留时间高达30.3%;通过比较鳙幼鱼在方柱下游3个位置区间的游泳动力学指标发现:当流速为5.24 BL·s^(-1)时,鳙幼鱼在A区的摆尾频率和身体波动速度显著低于B区和C区(P<0.05);摆尾幅度、鱼头侧向最大加速度、鱼身侧向最大加速度和鱼头最大转角速度显著高于B区和C区(P<0.05)。本研究从游泳策略和游泳动力学的角度,发现方柱和流速的特殊组合在柱后形成复杂流态,增加游泳能量消耗,导致了鳙幼鱼的游泳能力下降。本研究可为洄游鱼类上下行通过障碍物时底部障碍物的设计提供参考。

基于PIV的拉萨裸裂尻摆尾压力场特征分析

为研究鱼体摆尾时压力场分布特征及其游泳动力的形成过程,本文以拉萨裸裂尻幼鱼为研究对象,利用粒子图像测速技术(PIV)获得幼鱼在自由游泳摆尾的压力分布规律。结果表明:幼鱼需要借助尾鳍的摆动来形成射流推动鱼体前进,沿着尾部轮廓的凹陷处流体压力为负值,正压则沿着尾部轮廓的凸起处分布;拉萨裸裂尻幼鱼的整个摆尾过程可分为"S"形(T=0～50ms)、"C"形(T=50～150ms)和"C"形回摆(T=150～400ms)三个阶段。"S"形阶段,正压区合力F随时间T先减小后增大,负压区合力F随时间T先增大后减小,正压区和负压区的合力F分布范围为0.88～1.03mN/BL、-0.86～-0.38mN/BL;"C"形阶段,正压区和负压区的合力F分别逐渐增大至3.45mN/BL、-1.62mN/BL;"C"形回摆阶段,正压区和负压区的合力F分别逐渐减小至-0.43mN/BL、1.63mN/BL。