噪声对鱼类影响研究现状与展望

噪声会对鱼类行为和生理造成各种负面影响,研究噪声的影响在鱼类资源保护中具有重要意义。总结了噪声对鱼类听力、信息掩蔽、生理和行为等方面影响的研究现状,指出了目前的研究在实验声场场景、声波粒子运动、实验设置形式和试验周期监测等方面存在的不足,并针对当前的研究缺陷,提出了模拟真实声场场景、探测声波粒子运动对鱼类的影响、开展多样化形式的噪声暴露实验并进行周期性监测等建议,为噪声对鱼类影响的进一步研究提供思路。

集群对草鱼、鲢幼鱼克流上溯行为的影响

为修复河湖中鱼类的洄游通道和栖息生境,国内外已建设各型护鱼措施并开展大量水力学与生态学相关研究。集群作为一种广泛存在的生物种群行为,解析其在鱼类洄游过程中的作用机制意义重大。本研究营造低湍动能、非均匀流场,针对我国重要淡水经济鱼种草鱼(Ctenopharyngodon idella)和鲢(Hypophthalmichthys molitrix)展开研究。本研究通过在3种流速工况(0.25~0.50m/s、0.30~0.60 m/s、0.35~0.70 m/s)下,考察5尾处理组和单尾处理组的实验鱼持久上溯能力及上溯行为特征,量化集群对其克流能力的影响并解析原因。研究显示,集群对草鱼持久上溯能力的影响因流速而异,当流速为0.30~0.60m/s和0.35~0.70m/s时,5尾组持久上溯能力分别显著高于(P=0.030)和低于(P=0.048)单尾组;而集群能够普遍提高鲢的持久上溯能力,当流速为0.25~0.50 m/s(P=0.004)和0.35~0.70 m/s(P<0.001)时,5尾组持久上溯能力提升显著。集群多数情况会增加2种鱼的上溯耗时,只有当流速为0.35~0.70m/s时,鲢的首次上溯时长在集群时显著下降(P<0.001)。集群能够帮助草鱼节能上溯,却会增加鲢的上溯累积耗能。综上所述,集群既可提高也可抑制鱼类上溯能力,其对上溯行为的影响主要体现在能耗、视觉反应及克流能力等方面,研究结果可为鱼类保护设施的设计、运行进一步提供可靠支持。

竖缝式鱼道桩柱结构过鱼效果探究

为优化鱼道池室结构,提升鱼类洄游效果,以常规竖缝式鱼道为原型,以齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)为试验对象,通过数值模拟和对照性过鱼试验,比较分析了4种池室内部增加与未增加桩柱的水流结构。结果表明,在鱼道主流中间增设桩柱结构,可以有效减小回流区面积,减幅达49%,并可减小竖缝处的紊动能,最大减少18%;增加鱼类上溯路线分布,提高了池室空间利用率。2种结构的上溯轨迹分析发现,齐口裂腹鱼多选择回流区外侧上溯,避免进入回流区中心,即选择较高的水力应变与紊动能区域作为上溯方向,且上溯路线中偏好较低水力因子区域,上溯偏好流速为0.01~0.09 m/s,紊动能为0.001~0.008 m^(2)/s^(2),水力应变为0.2~3.0/s。体型Ⅱ鱼道通过在主流位置增加桩柱结构,形成了多股水流,有效减小回流区的占比,提高了鱼道池室空间利用率,为鱼类的上溯路径提供了更多选择。

鳙幼鱼4种典型游泳状态特性研究

研究鳙(Hypophthalmichthys nobilis)游泳行为特性与水流流速变化的响应关系,补充四大家鱼游泳特性指标,为四大家鱼资源保护、鱼类洄游通道建设提供参考依据。试验水温(23±0.5)℃,鳙幼鱼体长5.0~9.0 cm、体重2.5~11.5 g,游泳水槽300 mm×5 mm×75 mm,体积5 L。结果表明该体长范围鳙幼鱼的平均临界游泳速度为(0.468±0.161)m/s,平均突进游泳速度为(0.672±0.154)m/s,且绝对临界游泳速度和绝对突进游泳速度均随体长的增加而线性增加,相对突进游泳速度随体长的增加而线性减小;绝对突进游泳速度与绝对临界游泳速度存在如下关系:Uburst=1.922Ucrit+56.726;鱼类游泳行为随水流流速变化存在4种游泳状态(顶流前进、顶流后退、顶流静止、顺流而下)相互穿插现象。以鳙幼鱼为过鱼对象的鱼道池室主流流速为16.0~46.5 cm/s,鱼道高流速区的竖缝、孔口等最佳流速为46.5~85.4 cm/s。

涵洞过鱼效果评价方法述评

涵洞作为常见的输水建筑物,也承担着维持河流连通性的功能。对涵洞过鱼效果进行评价,可以确定其对鱼类迁移的影响程度和阻碍原因,对修复涵洞、优化设计具有重要意义。概述涵洞过鱼的障碍类型,包括落差障碍、下游水深不足障碍、流速障碍和水深障碍;总结涵洞过鱼效果评价方法,包括简易评价法、监测评价法和虚拟评价法,分析各方法优缺点;指出虚拟评价法在涵洞过鱼效果评价中的巨大优势与发展前景;提出了提高模拟精度的方向:利用开放水槽获得更精确的鱼类游泳能力数据,深入分析鱼类的跳跃行为与下游水深、流量以及起跳速度和方向的关系并量化各因素对鱼类跳跃的影响程度,适当调整水力计算方法以适应国内规范,量化鱼类运动模式与水力学条件的响应关系等。

半双工PIT遥测技术的监测效果

PIT遥测技术作为鱼道过鱼效果监测的一种重要方法,其设备本身具有高可靠性、高精度、高自动化等优势,得到广泛应用。在野外过鱼效果监测中,受外界环境干扰下如何维持高精度的监测是保证数据准确性的难点之一。本文以鱼类通过PIT天线的视频数据为基础,验证半双工PIT遥测系统的监测效果,分析过鱼数量和运动方向对半双工PIT遥测系统准确率的影响。结果表明:半双工PIT遥测系统的监测效果较好,试验鱼通过大小天线(Ⅱ、Ⅰ)的误差时间为(0.40±0.46)s(Mean±SD),最大误差2.53 s;过鱼数量对大小天线的检测效率具有显著影响,当一尾鱼通过天线时,大小天线的检测效率分别高达97.3%和93.9%;当过鱼数量增加至8尾时,大小天线的检测效率分别降低至7.5%和3.1%;运动方向对天线Ⅰ的检测效率存在显著影响,对天线Ⅱ的检测效率不存在显著影响。提出了一些在实际监测中的可行性措施,以提高PIT遥测系统在鱼道过鱼效果监测中数据的准确性。

流速、照度与群体个体交互对鳙幼鱼趋流游泳行为的综合影响

水流、光照与集群个体交互作用是影响鱼类过坝效率的关键因素,明确三者对鱼类运动特性的综合影响对提高水电工程过鱼效果意义非凡。本研究以鳙(Aristichthys nobilis)幼鱼为对象,设置不同照度、流速、群体大小水平进行实验,考察不同工况下鱼体的趋流性、上溯积极性和游泳稳定性,量化其在3种因素叠加作用下的非疲劳游泳行为。结果表明:鳙幼鱼趋流性随流速递增显著增加,0.15与0.25 m·s^(-1)流速间递增趋势最为显著(3个照度水平下均P<0.001),随光照变化因流速而异,且在明亮群体条件下得到显著提升;光照可有效消除单尾鳙幼鱼的逆流后退趋势,且集群个体交互作用对鱼群上溯有明显促进作用;流速能有效提高鳙幼鱼的游泳稳定性,照度能够显著提高群体稳定性,三尾组各流速下的稳定性均随照度增大显著增加(0.15~0.65 m·s^(-1)流速下均P<0.05),而集群个体交互作用在黑暗环境中会削弱其稳定性;可通过调整鱼道进口和下行通道上游入口中的水流、光照和集群情况,优化鱼类的过坝环境,从而提升过鱼效果。

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。

基于涡量原理的草鱼幼鱼力学特性研究

为了研究草鱼幼鱼自由游泳状态下的高效推进模式和动力形成过程,本文利用粒子图像测速技术(PIV)和涡量分析原理,对草鱼幼鱼直线、转弯和后退三种游泳状态下的力学特征进行了研究。结果表明,直线和转弯状态下的草鱼幼鱼主要依靠尾鳍推动自身前进,当其后退游泳时,主要动力部位逐渐转移至胸鳍,此时幼鱼受到的推力却不到直线游泳时的50%。通过对草鱼幼鱼直线、转弯和后退三种游泳状态下的推进效率进行对比分析,发现草鱼幼鱼的整体推进效率与尾涡结构、头部偏角符合正态分布规律,且较小的头部偏角(小于15°)与尾涡结构(0.1〜0.4)更有利于草鱼幼鱼的高效推进。

基于齐口裂腹鱼趋光特性的涵洞式鱼道光环境优化

涵洞在维持地表水流动的同时也保证了当地水域生境的完整性,为洄游鱼类提供了基因交流通道。作为影响涵洞式鱼道运行效果的重要因素,洞内阴暗的光照条件可能在一定程度上迟滞了鱼类的上溯,制约了涵洞的过鱼能力。本研究在涵洞物理模型中构建涵洞典型光环境,针对我国重要冷水性经济鱼种齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)展开调查。实验设置2个光色水平(白光、绿光),3个照度水平(10~100 lx、100~1000 lx、1000 lx以上)与黑暗对照组,以实验鱼进入涵洞的尝试次数、尝试成功率及在涵洞内外的分布率为指标,分析了不同光照下齐口裂腹鱼通过涵洞式鱼道过程中的行为变化及其上溯规律。结果表明:在100~1000 lx的绿光条件下,齐口裂腹鱼的尝试次数显著高于10~100 lx绿光(P=0.009)和同照度下白光的尝试次数(P=0.044);实验设置照度和光色的改变不会引起齐口裂腹鱼尝试成功率的显著改变(P=0.819);白光在照度为0~1000 lx时能吸引齐口裂腹鱼尝试进入涵洞,并在一定概率下成功上溯,但当照度达到1000 lx以上时会引起鱼的逃逸行为;绿光在100~1000 lx的照度下能够大幅提高齐口裂腹鱼到达涵洞上游的比例至(22.50±8.74)%,但1000 lx以上的绿光则会造成鱼在涵洞内的滞留,使该比例下降至(16.44±4.01)%。本研究提出了相应的涵洞式鱼道光环境优化策略,先使用100~1000 lx的绿光将鱼类吸引进涵洞,再使用1000 lx白光刺激其快速通过涵洞。