崔家营航电枢纽工程鱼道过鱼效果

崔家营航电枢纽工程位于长江中游支流汉江上,是一个以航运为主,兼有发电、灌溉等综合开发功能的项目。为了减免工程对鱼类资源的不利影响,崔家营航电枢纽工程采取了修建鱼道的保护措施。为了解崔家营航电枢纽工程鱼道的过鱼效果,2012年9月19-26日,采用网具回捕和水声学监测结合的方法,对通过鱼道鱼类的种类、规格、数量和生物学性状进行了调查。结果表明,采用三层流刺网在鱼道内共捕获到11种鱼通过鱼道上溯,包括瓦氏黄颡鱼、吻鮈、鳊鱼、蛇鮈、马口鱼、圆吻鲴、犁头鳅、铜鱼、鳜鱼、鲢、,其中数量较多的为瓦氏黄颡鱼、和圆吻鲴;水声学监测了1267min,共获得658个目标信号,平均每分钟获得0.5个目标,总体体长均值为33.50cm,95%置信区间为30.43～36.55cm。崔家营航电枢纽工程鱼道的建成和运行,为大坝上下游鱼类的交流和完成生活史提供了渠道,对保护汉江的渔业资源具有重要意义。     

鱼游泳能力对体长的响应及其在鱼道设计中的应用

为了探讨鱼类体长对游泳能力的影响并为鱼道水流的设计提供参考,该研究在封闭水槽中使用"递增流速法"测试了海南省某水利枢纽鱼道目标对象的游泳能力,并用Origin软件进行了数据统计分析,得到了试验鱼感应流速、临界游泳速度和爆发游泳速度的直线回归方程和Kaplan-Meier曲线。结果表明:1)随着试验鱼体长增大,相对感应流速、临界游泳速度和爆发游泳速度(体长/s)均减小,体长和鱼类速度的相关关系可用直线方程表示,且数据经过对数变换后的直线方程拟合效果比未经过对数变换的拟合效果更好,其中R2由0.664～0.725提高至0.907～0.933。2)根据鱼道设计规范、导则及文献,结合本工程目标过鱼对象的感应流速、临界游泳速度和爆发游泳速度(m/s),建议本工程鱼道进口诱鱼流速控制在0.35～0.47 m/s,池室流速控制在0.21～0.59 m/s,竖缝流速控制在0.57～0.74 m/s,出口断面至下一个池室之间的流速控制在0.21～0.50 m/s。鱼类体长对相对游泳速度(体长/s)产生了负面影响,鱼类游泳速度及其变化规律可对鱼道水流设计值提供参考。     

基于PIT遥测技术的竖缝式鱼道过鱼效率及鱼类行为分析

PIT(Passive Integrated Transponder)遥测作为一种射频识别和电磁感应相结合的技术,是开展鱼类行为学原位观测的一项重要手段.采用该技术进行鱼道过鱼效率评估,需解决该技术监测有效性及鱼类洄游轨迹量化分析等问题.该研究以大渡河安谷竖缝式鱼道为试验案例,以该水域的优势物种(白甲鱼和唇?)为试验对...     

仿自然鱼道水力及过鱼性能物理模型试验

仿自然鱼道是具有一定自然特征的过鱼设施,适用于中低水头工程,是目前鱼道形式研究热点之一。为了获得一种具有综合生态功能的鱼道,该文提出了一种利用芦苇模块构建的植物型鱼道,并通过物理模型试验对其水力特性和过鱼性能进行了研究。结果表明:选取芦苇为基本单元构建植物型鱼道是合适的。植物模块交错布置的植物鱼道内可形成蜿蜒的水流,流态丰富,过鱼通道内流速均小于1.1 m/s,满足过鱼要求。过鱼试验表明,过鱼对象可以在该鱼道内顺利上溯,植物模块下游侧可形成低流速的鱼类休息区,验证了鱼道体型的合理性。该文提出的植物型鱼道丰富了鱼道的形式,具有一定创新性,对今后类似鱼道的设计和建设具有一定的指导意义。     

仿自然鱼道中卵石墙对池室水力特性改善效果

仿自然鱼道是重要的鱼道布置方式之一,其特点是利用当地河床材料构建透水性卵石隔墙,以便更好地模拟出天然河流流态。为了定量分析透水性卵石墙对鱼道水力特性的改善效果,该文针对采用卵石隔墙与不透水隔墙的鱼道水力特性进行对比研究。结果表明:采用卵石墙的仿自然鱼道,池室内流态丰富,过鱼口处流速分布差异明显,表底流速差达到0.43~0.61 m/s为多种鱼类上溯提供了可能。池室内主流区分布较宽,紊动能较大达0.06~0.12 m2/s2,同时回流区减弱,有利于鱼类找到主流,实现上溯。卵石隔墙的不足之处是鱼道耗水流量相对较大达2.86 m3/s,在工程设计中需要综合考虑卵石墙透水特性与耗水流量之间的平衡关系,找到适宜的布置方案。该研究可为仿自然鱼道的水力设计提供参考。     

旋流式鱼道的构建与水力特性分析

为增强过鱼设施的蜿蜒性和自然性,该文提出了一种采用曲线型边壁和导流坎的旋流式鱼道结构。首先通过模型试验得到了鱼道在不同工况下鱼道内两侧边壁水流的沿壁沿程水深以及水流流态,观察了过鱼效果,验证了数值计算的准确性,通过数值计算进一步分析了旋流式鱼道的表面流速、近底流速及关键横断面流速分布。结果表明:鱼道内形成的旋流蜿蜒曲折,流态丰富。过鱼通道内主流区流速均不大于0.84 m/s,满足过鱼要求,过鱼对象可以在该鱼道内顺利上溯,主流两侧的缓流或回流区可为鱼类休息之用,说明了鱼道体型的合理性。该文提出的鱼道丰富了鱼道的形式,对今后类似鱼道的设计和建设具有一定的指导意义。     

基于鱼类行为学与水力学的水电站鱼道进口位置选择

鱼道进口位置选择属于鱼类行为学与水力学交叉研究范畴,设置的合适与否直接影响鱼道工程的过鱼效果。根据过鱼对象的游泳能力和生活习性,提出了将下游河道内区域划分为鱼道进口优选区域、鱼道进口备选区域及鱼道进口禁布区域的方法和思路。以某大型水电工程为例,在鱼类行为学基础上,通过对水电站下游流速和流场等水力特性进行分析,结果表明:左岸存在低流速带,鱼类可顺利上溯至尾水渠附近,为鱼道进口主要布置区域;综合生物学指标和水力学指标,利用回流屏障建议将鱼道进口布置于桩号0+200~0+210 m范围内;考虑到部分上溯性较强的鱼类,建议在电站发电机组上方布置备用进口。该研究可为水电工程鱼道进口位置选择提供参考。     

过鱼设施进口区域水温对集诱鱼效果的影响

库区水温分层与过鱼通道隔断是水利水电工程建设随之产生的生态环境影响之一。过鱼效果是评估过鱼设施建设成功与否的关键指标。对于存在水温分层的高坝工程而言,过鱼设施进口附近存在的温差效应是否会对进口区域的集诱鱼效果产生影响是当前应该解决的首要问题之一。该研究通过建立三维水温水动力数学模型与包含过鱼设施进口段和明渠河流段的物理模型,分别开展了水温水动力预测及实鱼过鱼试验研究工作,研究结果表明：温差效应对进口附近水动力条件影响甚微,影响区域主要取决于鱼道流量,而岸边水温量值则取决于温差的大小;增大明渠流量将增加上溯鱼类发现鱼道进口的难度;沿冷水区域上溯样本量占总样本的39%,沿温水区域上溯样本量占总样本的61%,由此可知,温水区域对洄游鱼类更具有吸引力;温差效应在一定程度上有利于洄游鱼类发现鱼道进口并在进口区域聚集,与冷水区域相比,温水有效区域鱼进入鱼道进口的尝试率提高了17个百分点。研究成果可为相关人员尝试采用改变水温调整洄游鱼类上溯路线,改善鱼道进口集诱鱼,进而提升鱼道过鱼效果提供思路。     

电站尾水渠内鱼道进口位置布局

电站尾水渠是上溯鱼类较为理想的聚集场所,利用电站尾水渠合理布置鱼道进口,是目前大中型河流鱼道建设中的研究热点之一。该文通过数值模拟,结合鱼类游泳能力,对利用电站尾水诱鱼的鱼道进口布置进行研究。结果表明:机组运行方式、鱼道进口位置与出流方向均对鱼道进口诱鱼水流产生较大影响。机组运行方式决定了尾水渠内主流的位置,并在主流两侧形成多个回流区。回流区水流的旋转方向和位置对鱼道进口诱鱼水流的影响较大,鱼道进口的诱鱼水流动量较小,其出流方向应与回流区水流方向一致,并可根据电站运行方式,设置多个鱼道进口。主流与回流区之间的过渡区域是布置鱼道进口的重点区域。该研究结果可为优化改进大中型河流鱼道进口设计提供重要参考。     

六价铬对黄颡鱼仔鱼和稚鱼的急性毒性效应研究

利用静水式鱼类急性毒性测试法,分别以黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）仔鱼和稚鱼为受试对象,通过六价铬的急性毒性试验,获得24、48、72、96 h相应的半数致死浓度LC50值,比较了六价铬对黄颡鱼仔鱼和稚鱼的致毒敏感性,计算了六价铬对黄颡鱼的安全质量浓度并对六价铬对于黄颡鱼急性毒性等级进行了评价。旨在通过开展我国本土水生生物的急性毒性效应的研究,获得相应的毒理学数据,为推导符合我国生态分区特点的水质基准提供基础信息。结果表明,在水温为（23±2）℃条件下,六价铬对黄颡鱼仔鱼24、48、72、96 h的半数致死浓度LC50分别为28.32、21.99、17.70、15.79 mg.L-1,而对黄颡鱼稚鱼24、48、72、96 h的LC50分别为138.5、88.36、68.55、57.98 mg.L^-1,说明黄颡鱼仔鱼对于六价铬毒性的敏感性明显高于稚鱼。六价铬对黄颡鱼仔鱼和稚鱼的安全浓度分别为1.579、5.798 mg.L^-1,依据急性毒性结果和鱼类急性毒性分级标准,六价铬对于黄颡鱼毒性等级属于中等毒性。     

大型低扬程泵装置优化设计与试验

为了对配置肘形进水流道和虹吸式出水流道的立式泵装置进行深入的研究,得到一种高效的立式泵装置,在肘形进水流道和虹吸出水流道型线数学模型基础上,开发了基于流道设计参数的优化设计软件,能快速进行流道型线的绘制,使流道的型线自动符合一维流速渐变的原则,并对虹吸出水流道的最优驼峰位置进行了理论分析。结合计算流体动力学技术,对待建的某大型低扬程泵站进行了肘形进水流道和虹吸出水流道的优化设计,得到了水力性能优良的进出水流道型线方案。根据泵装置水力模型比选试验,优选出了效率高、高效运行范围宽、无不稳定运行区、汽蚀性能好的高比转数导叶式混流泵211-80模型,在配置优化了的进出水流道的基础上使泵装置在扬程 5.4 m时模型装置效率达到了79.62%。该泵装置的优化设计方法与试验结果对相同装置型式的大型低扬程泵站建设具有重要的参考价值。     

基于生态修复的青海湖沙柳河鱼道建设与维护

为减少水坝对青海湖裸鲤溯河洄游的阻隔,在入湖的沙柳河上先后建设了导壁式、简易模块式和阶梯型鱼道。通过对青海湖鱼道建设案例分析,得出鱼道设计需要关注的问题:鱼道进鱼口设计要安排在鱼类洄游通路并采取集鱼措施,鱼道设计要依据鱼类洄游能力,鱼道运行要注意改进和维护,鱼道设计需要多学科专家共同参与。结合国内外鱼道设计、建设和运行情况,提出基于生态修复的鱼道建设维护对策:确立生态系统功能价值的鱼道设计目标,确立从鱼的角度出发,系统性的鱼道设计理念、建设和管护方式。     

远洋中型单拖渔船中层拖网优化与试验

针对在中东大西洋海域作业的远洋中型单拖渔船缺乏捕捞小型中上层鱼类手段的现状,该研究通过分析大型中层拖网和中国近海大网目拖网的结构特点和水动力参数,综合大型中层拖网和近海大网目拖网的设计参数,优化设计了网口网目尺寸为12 m、网口周长分别为552、456和360 m 共3个规格的试验网,并进行模型试验和海上生产试验。结果表明：在拖速为2.31 m/s时,模型试验测得552型试验网（网口周长552 m）在L/S袖端间距L与长纲长度S之比为0.35、0.40、0.45 3种水平下的平均阻力为151.82 kN,网口高度为28.74 m;456型（网口周长456 m）的平均阻力为135.60 kN,网口高度为24.96 m;360型（网口周长360 m）的平均阻力为70.76 kN,网口高度为20.20 m。试验船在中东大西洋海域生产试验时,552型试验网平均拖速为2.06 m/s,平均每小时产量为0.13 t,456型试验网平均拖速为2.26 m/s,平均每小时产量为0.77 t,360型试验网平均拖速为2.52 m/s,平均每小时产量为1.13 t。中型拖网渔船使用中层拖网捕捞游泳能力较强的小型中上层鱼类,需要较高的拖速,作业拖速为2.31～2.57 m/s时产量较好。试验网具部分（不计网板、曳纲）的功率消耗占主机额定功率的11%～16%。研究结果有助于设计适合中国远洋中型拖网渔船的中层拖网。     

南极磷虾拖网结构优化设计与网具性能试验

目前中国南极磷虾渔业缺乏专用捕捞网具,针对现有网具与渔船匹配性差、网口扩张较小的主要问题,通过分析多种现用南极磷虾拖网结构及性能,提出了缩短南极磷虾捕捞网具总长度和网身长度的优化方案,自主设计了TN01型4片式小网目南极磷虾拖网。实船海上生产测试结果表明:当曳纲长度小于230 m时,囊网部位后翘影响导鱼效果。当曳纲大于230 m后,随着作业水深增加,囊网所处水深增加,拖网网型展开良好,建议网具浮沉比配备为1:1.1;网口垂直扩张与曳纲收放长度关系无显著相关,拖网航速为1.542 m/s时试验网具网口高度为26~29 m,垂直扩张比达到0.11~0.12;随着曳纲长度由90 m放长到370 m,水平扩张也由14 m扩张到20 m,水平扩张比为0.22~0.32;渔获量对比分析表明,昼夜之间渔获量差异不大,白天平均网次产量为33 t,夜晚平均网次产量为28 t,平均每网次渔获产量为30 t,较同渔区作业渔船(平均每网次产量约20 t)提高约50%。试验网具达到设计预估性能、渔获效率理想,可为进一步自主研发南极磷虾捕捞网具提供参考依据。     

竖缝式鱼道内齐口裂腹鱼洄游行为模拟

鱼道是帮助洄游鱼类跨越河道内物理障碍的主要过鱼设施之一。针对鱼道结构优化试验耗时长、成本高的问题。该研究在物理试验基础上建立模拟鱼类运动的数值模型,基于竖缝式鱼道内齐口裂腹鱼的行为数据,结合机器学习和欧拉-拉格朗日智能体方法(Eulerian-Lagrangian-agent method,ELAM)建立了鱼类洄游路线预测模型。首先,将齐口裂腹鱼的游泳行为数据划分为3个数据集(顺流而下、侧向运动和逆流而上);然后,根据不同机器学习算法(XGBoost、K-近邻、梯度提升决策树、随机森林)分别构建游泳行为分类模型和游泳速度回归模型,并通过试验结果对比,筛选出最优模型;最后,结合ELAM的框架,构建鱼类洄游数学模型,模拟了齐口裂腹鱼在3种体型的竖缝式鱼道中的洄游路线。结果表明：基于随机森林建立的游泳行为分类模型和游泳速度回归模型预测效果最佳,游泳行为分类精度为0.804,召回率为0.794,F1得分为0.798,3个数据集的游泳速度回归的R²均大于0.75。研究所建立的鱼类洄游数学模型能够较好的预测齐口裂腹鱼的洄游路线,可为相关鱼类保护措施的设计和优化提供参考。     

不同增氧方式对精养池塘溶氧的影响

当前对于在精养池塘中如何配制和合理使用不同机械增氧方式缺乏系统的比较研究。该文为了探讨高温季节晴好天气不同机械增氧方式对池塘溶氧全天调控的影响,试验设计如下：于夏天高温季节集中对精养池塘应用3种不同增氧方式,在晴好天气的白天和夜间进行增氧效果试验。结果发现：无论增氧机开启与否,池塘的溶氧都存在明显的昼夜起伏,且在午后出现峰值。增氧机的开启增强了上下水层交换,削减了氧差,减少了上层溶氧的逸出损失,提升了下层水体的低溶氧水平。池塘上层溶氧起伏程度大于下层,下层溶氧变化滞后于上层（下层溶氧出现峰值落后于上层约2～5 h）,且这种滞后性为增氧机运行所削弱。夜间增氧能向池塘补充溶氧,但仍不足以弥补鱼类和浮游生物的代谢、微生物的生长及有机物的氧化分解造成的溶氧损耗。单从机械增氧能力来看,叶轮式＞微孔式＞耕水机。综合分析节能和增氧效果,在精养池塘养殖环境下,白天开机增氧选择耕水机较为合适,而夜间应急增氧选择叶轮式更可取。试验通过对不同机械增氧方式增氧效果和能耗的系统比较,为合理选择和使用增氧方式提供了一定的参考价值。     

Absorption and emission of CO2 by ponded water of a paddy field

In the daytime, the CO₂ concentration in the air close to the water surface of a ponded paddy field was lowest and it increased with the distance above the water surface, while an inverse relation was observed in the nighttime. On the other hand, the pH of the ponded water changed significantly throughout a day and was expected to affect atmospheric CO₂ in the vicinity of the water surface, because the solubility of CO₂ in water depends on the pH. In this study, we investigated the relationship between the changes in the pH of the ponded water and the response of the CO₂ concentration in the air above the water. The pH of the ponded water of the paddy field increased in the daytime and decreased in the nighttime, so that the water was alkaline in the daytime and weakly acidic in the nighttime. We found that the daily changes in the atmospheric CO₂ concentration gradient almost corresponded to the daily changes in pH. The increase of the pH of the ponded water in the daytime was due to the absorption of dissolved CO₂ by photosynthetic bacteria and micro-algae within the ponded water. Furthermore, we compared the pH with RpH, defined as the pH at which the CO₂ concentration of the water is in equilibrium with that of the air, to determine whether CO₂ was absorbed by or emitted from the ponded water. In the daytime, the pH value of the ponded water was higher than that of the RpH, and the water could therefore absorb CO₂ , whereas during the nighttime, since the pH value of the ponded water was lower than that of the RpH, the water was expected to emit CO₂. These results show that the ponded water absorbed CO₂ from the air above the water surface in the daytime and emitted CO₂ in the nighttime.     

智能电子饲喂系统下猪采食时间对行为节律和生长的影响

为探究智能电子饲喂系统猪的采食行为分布,该研究分析了种猪性能测定站（Pig Performance Testing Station,PPTS）和母猪电子饲喂系统（Electronic Sow Feeding,ESF）中猪只采食次数、采食量、采食时长的昼夜分布,结果表明,智能电子饲喂系统在应用中由于猪只轮流采食普遍存在猪群夜间采食的现象,其中ESF使约1/4的猪仅在夜间采食,说明群体等级制度也是造成猪只采食时间紊乱的重要原因。进一步探究猪只采食时间对猪行为节律和生长的影响,选用26只香猪分别采用白天饲喂和夜间饲喂以模拟智能电子饲喂系统引起的采食时间变化,发现白天饲喂使生长猪采食量提高了135.68 g/d,但两组间日增质量没有显著差异。白天饲喂使生长猪主要在白天采食、饮水和蹭痒,夜间躺卧休息;而夜间饲喂使生长猪的采食行为主要集中在19:00喂料时刻和7:00昼夜交替时刻。白天饲喂分别提高了猪采食、饮水和躺卧行为时长44.28、14.22和61.95 min/d,降低了站立行为时长48.75 min/d、走动行为时长 57.40 min/d和蹭痒行为时长20.30 min/d,改善了猪只舒适性。因此,智能电子饲喂系统会破坏部分猪采食节律,增大猪个体生长差异,该研究为智能电子饲喂系统在生猪养殖中的应用提供参考。     

黄颡鱼微卫星标记筛选及特征分析

通过磁珠富集法首次筛选黄颡鱼微卫星标记并对其特征进行分析。用生物素标记的寡核苷酸探针(AC)8、(CT)8、(AT)7、(GATA)8、(GATT)7进行微卫星片断的富集,挑选部分阳性克隆测序获得38个含有微卫星的DNA序列,总计设计并合成了22对微卫星引物。以普通黄颡鱼基因组DNA为模板,进行PCR扩增,结果筛选出18个多态性微卫星标记,每对引物等位基因数2-8个（平均3.78）,遗传杂合度0.2225-0.8101（平均0.5755）,多态信息含量0.3425-0.7900（平均0.5336）。此外18对多态性微卫星引物中有16对在黄颡鱼属其它4种鱼类具有通用性,13对在鲇形目中的3种鱼类具有通用性。因此,可以推断筛选的多态性微卫星标记可用于黄颡鱼属和鲇形目鱼类的遗传分析。     

太极式鱼道水力特性试验研究及数值模拟

针对传统鱼道一经建成,其固体边界条件已经固定,池室内水流流速分布变化不大而难以适应多种鱼类通过的缺点,该文研究一种通过太极圆盘和八卦爻条消减水流能量,形成多态流速场以适应多种鱼类洄游的太极式新型鱼道,并对其进行了水力模型试验和数值分析。首先通过模型试验得到了鱼道在不同工况下的流态和沿程水深变化,然后通过数值计算得到了与模型试验相近的结果,并进一步分析了太极式鱼道的表面流速、近底流速及关键横断面流速分布。结果表明:太极式新型鱼道具有显著的消能减速效果,最浅处水深达到无太极圆盘时相应最浅水深的2倍左右,断面平均最大流速为0.95 m/s,相对于无太极圆盘的情况降低50%左右,池室内水流呈现多态化,另外随太极圆盘方位不同流速场亦有明显变化,该种鱼道可为鱼类提供更多适宜的洄游条件。