横向出流陡坡消能塘体型设计与试验研究

陡坡消能塘水流在塘末端转向 90°进入下游渠道是一种特殊的布置形式。通过对一实际工程消能塘的水力计算与物理模型试验验证 ,提出了此类消能塘体型的设计方法并对设计计算中的几个问题进行了讨论     

用于池塘养殖尾水处理的串联式旋流器水动力特性及分离效率

为了将多级旋流分离技术应用于池塘养殖尾水处理,并解决旋流器的水力停留时间短、分离效率低等问题,根据池塘养殖南美白对虾的尾水特点,结合工业标准150旋流分离器的结构参数,设计了一种串联式旋流分离器。该研究基于欧拉-拉格朗日方法,结合雷诺应力湍流模型与离散相模型,建立了串联式旋流分离器的三维两相内流场数值计算模型。在对比试验数据验证计算方法有效性和流场网格独立性的基础上,分析了进水口流量、锥角、颗粒粒径和密度等参数对旋流器的流场特征和分离效率的影响机制,并提出了多级“旋流+过滤”组合式池塘养殖尾水固液分离技术。研究表明：随着进水口流量在一定范围内增加,两级旋流器内流场的切向速度、轴向速度、分流比、压力降均增大,涡流强度增强,对于粒径为75μm颗粒物的分离效率明显提高,而对于粒径为5μm颗粒物的分离效率变化不显著;随着旋流器的锥角减小,水流阻力、压力降和分流比均降低,有助于增加颗粒物在旋流区的停留时间,从而提高其分离效率;随着颗粒物的密度和粒径增大,旋流器的分离效率提高,对粒径为75μm沉淀物的分离效率可达80%,对同粒径悬浮物的分离效率约为60%,但对于粒径为5μm的2类颗粒物而言,分离效...     

基于轻量级神经网络MobileNetV3-Small的鲈鱼摄食状态分类

在集约化水产养殖过程中,饲料投喂是控制养殖成本,提高养殖效率的关键。室外环境复杂多变且难以控制,适用于此环境的移动设备计算能力较弱,通过识别鱼类摄食状态实现智能投喂仍存在困难。针对此种现象,该研究选取了轻量级神经网络MobileNetV3-Small对鲈鱼摄食状态进行分类。通过水上摄像机采集水面鲈鱼进食图像,根据鲈鱼进食规律选取每轮投喂后第80～110秒的图片建立数据集,经训练后的MobileNetV3-Small网络模型在测试集的准确率达到99.60%,召回率为99.40%,精准率为99.80%,F1分数为99.60%。通过与ResNet-18, ShuffleNetV2和MobileNetV3-Large深度学习模型相比,MobileNetV3-Small模型的计算量最小为582 M,平均分类速率最大为39.21帧/s。与传统机器学习模型KNN（K-Nearest Neighbors）、SVM（Support Vector Machine）、GBDT（Gradient Boosting Decision Tree）和Stacking相比,MobileNetV3-Small模型的综合准确率高出12.74、23.85、3.60和2.78个百分点。为进一步验证该模型有效性,在室外真实养殖环境进行投喂试验。结果显示,与人工投喂相比,基于该分类模型决策的鲈鱼投喂方式的饵料系数为1.42,质量增加率为5.56%。在室外真实养殖环境下,MobileNetV3-Small模型对鲈鱼摄食状态有较好的分类效果,基于该分类模型决策的鲈鱼投喂方式在一定程度上能够代替养殖人员进行决策,为室外集约化养殖环境下的高效智能投喂提供了参考。     

循环水养殖大口黑鲈摄食颗粒饲料的声学特征

为突破智能投饲系统的技术瓶颈,近年来采用被动声学技术开展鱼虾摄食行为研究成为热点之一。该研究主要采用被动声学技术获取单体大口黑鲈（Micropterus salmoides）摄食声信号,从混合信号中提取完善的摄食信号,筛选可作为衡量大口黑鲈摄食活跃度的声学特征参数,以期对摄食活跃度进行量化。根据大口黑鲈喂食期间的同步音频与视频记录,确定信号类别并进行标记,主要提取每次吞食饲料的时域与频域特征,对比各参数与吞食次序之间的相关度。研究结果表明,摄食声信号能量主要集中于4～7 kHz,且大口黑鲈吞食间隔与吞食次序呈正相关,稳定性较强;而时域特征中的波形振幅极差与频域特征的功率积分值均与吞食次序呈负相关。吞食间隔、振幅极差及功率积分值均可以作为衡量摄食活跃度的量化指标,而共振峰与平均梅尔倒谱系数可作为摄食声识别参数,研究结果可为今后养殖鱼类被动声学智能投饲系统研发提供理论基础。     

基于PIV技术的圆形循环水养殖池流场

为研究进水管的设置距离和角度对双管进水式圆形循环水养殖池水动力特性的影响,该研究通过模型试验的方法,利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）测量了不同进水管设置方式下养殖池内的流场。试验设计了3组进水管距池壁距离（进水管与池壁的最近距离,即进水管设置距离d）,每组距离工况下设计了8组进水角度（出水方向与养殖池切线形成的锐角,即进水管设置角度α）。利用PIV技术测量了不同工况下距离池底1 cm水层的流场,从水动力特征量（平均流速vavg和速度均匀系数U）分析进水管设置方式对养殖池水动力特性的影响。试验结果表明进水管设置方式明显影响养殖池的水动力特性：d=0时,随着α的增加,平均流速整体呈现先增大后下降的规律,在α=45°时取得最大值,但流场均匀系数随角度的增加而逐渐增加;d=1/4 r（r为养殖池半径）时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数都先缓慢增加然后再下降,分别在α=40°和30°时取得最大值;d=1/2 r时,随着α的增加,平均流速和流场均匀系数整体都呈现逐渐下降的趋势。综合比较24个试验工况的平均流速vavg和速度均匀系数U,建议将进水管设置为d=1/4 r,α=30°～40°,以期使养殖池内水动力特征有利于固体颗粒物的运动汇集,提升养殖池的集排污能力。本文研究成果可以为工厂化循环水圆形养殖池进水管设置方式提供参考。     

斑节对虾循环水养殖系统构建与运行试验

为探索斑节对虾循环水养殖可行性及应用发展价值,该研究自主设计蛋白分离组合装置、内循环流化床等关键工艺环节水净化装备,构建了技术先进、结构紧凑的斑节对虾循环水养殖系统。针对其不同阶段生长特性及水环境需求,提出一种水质调控方法,科学投喂。运行试验120d,溶解氧浓度5.30～7.14mg/L,p H值7.23～8.44,氨氮浓度0.43～1.38 mg/L(稳定运行后),亚硝酸盐氮浓度0.15～0.56 mg/L(稳定运行后);斑节对虾在循环水养殖模式水生态环境下正常生长,先后经历快速生长期、稳定生长期及缓慢生长期,终末养殖密度3.02 kg/m2,取得高效养殖结果;终末饲料系数1.67,单茬每平方米利润34.78元,每平方米年利润69.56元(按1年2茬计),获得良好经济效益。该实践可为斑节对虾循环水养殖模式应用提供技术支持。     

基于GEE的广西北部湾沿海水产养殖池塘遥感提取

沿海水产养殖池塘带来经济效益的同时,也会引起诸多环境问题,了解其空间分布对于海岸带的科学管理和渔业可持续发展具有重要意义。广西北部湾海岸带地形错综复杂,养殖池塘沿岸线散乱分布,导致传统遥感识别方法难以实现高精度提取。针对此问题,该研究提出一种基于Google Earth Engine（GEE）平台和全年Sentinel-1和Sentinel-2时序遥感数据的水产养殖池塘识别方法,结合多阈值分割和面向对象分类提取2019年广西北部湾海岸带的水产养殖池塘。结果表明：1）广西北部湾海岸带养殖池塘面积总计199.3 km2,遍布整个沿岸地区;识别结果总体精度达到0.921,Kappa系数为0.842;2）选取4个典型区域,对比该研究方法提取结果与Google高清影像目视解译结果,在规模化集聚型养殖区域中,识别结果占目视解译的面积比例达到90%以上,在排布密集的小型池塘区域面积占比也能达到80%以上;3）以时序遥感数据作为分类特征值,能够有效排除废弃池塘、水稻田和季节性水域。该方法在大范围复杂环境中仍具有良好性能,显著提高了水产养殖池塘遥感识别的精度,能够为海岸带生态环境的智能监控、养殖区域空间优化提供技术支持。     

九龙江河口养虾塘氧化亚氮排放通量及影响因素

水产养殖生态系统由于其高氮负荷而成为氧化亚氮(N_2O)的潜在释放源,为探究其排放特征,选择福建省九龙江河口养虾塘为研究对象,采用悬浮箱-气相色谱仪法测定其水-气界面N_2O排放通量变化,并结合气象要素和水环境因子分析其主要影响因素。结果表明:九龙江河口养殖塘水-气界面N_2O排放通量的变化范围和均值分别为0.10～0.64μmol·m~(-2)·h~(-1)和(0.26±0.07)μmol·m~(-2)·h~(-1),均表现为向大气释放N_2O的源。N_2O排放通量随养殖期推迟呈现持续增加,且在白天不同时刻存在显著变化。相关分析表明,N_2O排放通量与养殖水体的温度、溶解性有机碳、NO_2~--N和NO_3~--N浓度呈显著正相关,与盐度呈显著负相关。多元回归分析表明,水体盐度和NO_2~--N浓度是影响养虾塘N_2O排放的主要因素。     

麦季农田流失养分植物拦截技术体系研究

本研究在农田排水沟渠末端增设农田生态塘,对麦季农田流失水体进行贮留,并通过在生态塘配置养分拦截植物进行养分富集研究,旨在为减轻我国农业面源污染提供技术支撑。小麦季农田设置农民习惯施肥（NN）和优化施肥（EN） 2个施肥水平;生态塘种植水芹菜和黑麦草2种拦截植物。结果表明：试验年度麦季农田共发生8次地表径流,麦季农田总地表径流水量为1 119.0 m³·hm^-2。NN处理农田地表径流水体总N、总P、总K流失量分别为4.5、0.5、4.0 kg·hm^-2,采用优化施肥能够减少农田地表径流养分流失量,EN处理总N、总P、总K流失量分别为3.9、0.4、3.8 kg·hm^-2。本研究灌排单元农田面积为5.2 hm²,小麦季其农田地表径流水体总N、总P、总K流失量分别为23.3、2.4、20.8 kg,生态塘中水芹菜和黑麦草拦截农田N、P、K流失量分别为18.0、1.9、22.0 kg,植物养分拦截量占本灌排单元农田地表径流水体养分流失的77.3%、79.2%、105.8%。经折算,生态塘与农田的面积比例以1∶43~50为宜。研究表明,在太湖地区小麦田排水沟渠末端设置生态塘,并配置水芹菜和黑麦草2种养分富集植物,可拦截麦田地表径流氮磷养分超75%,有效减轻农业面源污染。     

反硝化技术对模拟养殖池塘修复的研究

浙江奉化市池塘的底泥经过反复培养、驯化,从中筛选、分离出反硝化细菌,在模拟实验条件下,研究其对不同浓度的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的去除情况,讨论反硝化菌种的生长情况。结果表明,在初始浓度为1、25、50mg·L^-1的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮模拟池塘中,随着实验的进行,对污染物的去除效果逐渐提高。其中在1mg·L^-1的浓度组中,3d内硝酸盐氮和亚硝酸盐氮去除率就分别达到了95．8％和90．2％;在25mg·L^-1的浓度组中,第6d硝酸盐氮和亚硝酸盐的去除率分别为93．8％和87．8％;在50mg·L^-1的浓度组中,第6d硝酸盐氮和亚硝酸盐的去除率分别为89．7％和78．7％。此外,反硝化菌对硝酸盐氮的去除效果略优于亚硝酸盐氮,而且硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的浓度越低,对其去除效果越好,达到稳定状态的时间越短。在模拟池塘中,菌种的生长情况与硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的浓度呈负相关,即污染物的浓度越高反硝化菌的生长情况越差。对反硝化菌的生态影响因子研究表明,其反硝化最适宜的pH值为6～7,温度为25～35℃;而且在同一pH值和温度条件下,硝酸盐氮和亚硝酸盐氮浓度越低,反硝化菌对其去除效果越好。