Movement patterns of seaward migrating European eel (Anguilla anguilla) at a complex of riverine barriers: implications for conservation

River infrastructure such as weirs and hydropower stations commonly present migrating fish with multiple potential passage routes. Knowledge of the cues fish use to navigate such environments is required to protect migrants from hazardous areas and guide them towards safe passage; however, this is currently lacking for many species. Employing high‐resolution positioning telemetry, this study examined movements of downstream migrating adult European eel, Anguilla anguilla, as they encountered a complex of water control structures in one location on the River Stour, southern England. The distribution of eels across five potential routes of passage differed from that predicted based on proportion of discharge alone. Certain routes were consistently avoided, even when the majority of flow passed through them. Passage distribution was partially explained by avoidance in the vicinity of a floating debris boom. Movement paths were nonrandomly distributed across the forebay and eels moved predominantly within a zone 2–4 m from the channel walls. Understanding of avoidance and structure oriented movementation exhibited by eels will help advance effective guidance and downstream passage solutions for adults.     

与鱼道设计相关的鱼类游泳行为研究

在鱼类生境遭受破坏,渔业资源日益减少的今天,修建鱼道等过鱼设施已成为减缓水利工程建设所致不利影响的重要举措。纵观世界各国,早期的鱼道建设往往因为缺乏对鱼类的了解而最终成为摆设。我国的鱼道建设起步晚,其再度兴起需要更可靠的生物学信息。鱼类的游泳能力及行为关系着鱼道设计的各个方面,决定着设计的成败。文章针对鱼道设计,综述了国内外几十年来鱼类游泳行为的研究成果。鱼类的游泳速度可分为三类,即持续游泳速度,耐久游泳速度和突进游泳速度,其中与鱼道设计密切相关的是后两者。影响鱼类游泳速度的因素既有生物个体因素也有环境因素,主要包括摆尾频率、体长、疲劳时间、温度及耗氧量等。文章最后简述了鱼类行为学在鱼道设计中的应用。我国针对过鱼设施建设的鱼类行为学研究极少,总结国外的研究方法和经验成果可为我国的过鱼设施建设提供生物学基础,促进该领域的发展。     

应用于鱼道设计的新疆木扎提河斑重唇鱼的游泳能力测试

为了探究斑重唇鱼的游泳能力,给过鱼设施设计和鱼类游泳行为学研究提供基础参数,本研究以木扎提河野生斑重唇鱼(全长TL=12~16 cm)为研究对象,测定了其在(16.6±1.6) ℃水温下的感应流速、临界游泳速度、爆发游泳速度及持续与耐久游泳能力。结果显示,斑重唇鱼感应流速为(0.18±0.02)m/s,相对感应流速为(1.40±0.23) BL/s (BL为体长);临界游泳速度为(1.02±0.15) m/s,相对临界游泳速度为(8.58±1.65) BL/s;爆发游泳速度为(1.39±0.17) m/s,相对爆发游泳速度为(10.92±1.86) BL/s;最大持续游泳速度为0.87 m/s,最大耐久游泳速度为1.37 m/s,与平均爆发游泳速度相近。其持续游泳时间与流速呈负相关(${\rm lg}T = - 5.136{{X}} + 8.504$)。当以斑重唇鱼为主要过鱼对象时,建议为吸引鱼类进入鱼道,进口流速设计为1.02~1.39 m/s,休息池主流设计为0.20~1.02 m/s,鱼道竖缝处流速宜低于0.85 m/s。鱼道长度为1 000 m时,鱼道内平均水流速度应低于0.78 m/s。本研究结果可为新疆木扎提河流域鱼类游泳能力研究提供参考,对保护日益减少的鱼类资源具有重要意义。     

基于智能体和元胞自动机的鱼道内鱼类行为模拟

为建立基于智能体和元胞自动机(Agent-CA)的鱼道内鱼类行为模型,该研究以计算流体力学软件得到的水流流场数据为基础,根据过鱼试验研究认识到的鱼上溯行为特征和规律,定义了不同场景下鱼的避开障碍、寻找主流、逆流向前、逆流后退、冲刺、随机6种行为和行为规则,将鱼道划分成多个二维元胞空间,将元胞空间中元胞状态为"鱼"的网格看作是一个智能体(Agent)。在3种体型的竖缝式鱼道中应用该模型对草鱼幼鱼的上溯行为进行模拟,并将模拟结果与实际过鱼轨迹进行对比。结果表明:该研究构建的模型能够较好地描述实际过鱼的主要上溯轨迹,针对3种体型竖缝式鱼道的模拟特征轨迹范围相对误差分别为23.5%、7.7%和2.3%。本研究提出的基于智能体和元胞自动机的鱼道内鱼类行为模型具有较好的适用性,可为鱼类行为模拟研究提供重要基础数据。     

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。     

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。     

The future of fish passage science,engineering, and practice

Much effort has been devoted to developing, constructing and refining fish passage facilities to enable target species to pass barriers on fluvial systems, and yet, fishway science, engineering and practice remain imperfect. In this review, 17 experts from different fish passage research fields (i.e., biology, ecology, physiology, ecohydraulics, engineering) and from different continents (i.e., North and South America, Europe, Africa, Australia) identified knowledge gaps and provided a roadmap for research priorities and technical developments. Once dominated by an engineering‐focused approach, fishway science today involves a wide range of disciplines from fish behaviour to socioeconomics to complex modelling of passage prioritization options in river networks. River barrier impacts on fish migration and dispersal are currently better understood than historically, but basic ecological knowledge underpinning the need for effective fish passage in many regions of the world, including in biodiversity hotspots (e.g., equatorial Africa, South‐East Asia), remains largely unknown. Designing efficient fishways, with minimal passage delay and post‐passage impacts, requires adaptive management and continued innovation. While the use of fishways in river restoration demands a transition towards fish passage at the community scale, advances in selective fishways are also needed to manage invasive fish colonization. Because of the erroneous view in some literature and communities of practice that fish passage is largely a proven technology, improved international collaboration, information sharing, method standardization and multidisciplinary training are needed. Further development of regional expertise is needed in South America, Asia and Africa where hydropower dams are currently being planned and constructed.     

连江西牛鱼道运行效果的初步研究

鱼道建设被认为是有效缓解水坝阻隔鱼类洄游的重要方法之一,而鱼道效果监测是评价其功能的重要环节。连江西牛鱼道是广东省第一座建立在水坝主体上的过鱼通道,为了解其运行效果,采用张网法和截堵法,２０１２年３－８月共６次对西牛鱼道的过鱼效果进行监测。研究表明,西牛鱼道共监测到鱼类３目、８科、３０属、３８种,以银鮈（Squalidus argentatus）、乐山小鳔鮈（Microphysogobio kiatingensis）、子陵吻鰕虎（Rhinogobit giurinus）等小型鱼类为优势类群。进入鱼道的鱼类呈现昼夜差异,上午集鱼效果要显著优于其他时间段;不同季节集鱼的种类和数量呈现较大差别,３－８月集鱼数量逐渐减少,集鱼种类数以５月最多。与国内外其他鱼道的过鱼效果比较,西牛鱼道能较好地发挥其功能。     

新疆某枢纽工程鱼道的设计

新疆某枢纽工程为低水头拦河建筑物,位于河流平原区,两岸地形平坦开阔。１１月－翌年３月,泄洪闸全部开启,河道基本为自然状态,鱼类可以自由通过;４－１０月,部分泄洪闸关闭,是本工程的过鱼季节。过鱼对象主要是新疆裸重唇鱼等需要短距离迁徙的裂鳆鱼类,兼顾草鱼、鲢等经济鱼类。综合考虑诱鱼能力、过鱼能力、鱼类适应程度、建造成本和运行维护等因素,其过鱼设施经过比选后选定为仿自然通道型鱼道。介绍了该工程仿自然通道型鱼道的论证与设计过程,为低水头拦河建筑物的过鱼设施设计提供借鉴。     

长洲水利枢纽鱼道功能的初步研究

鱼道是解决水坝阻隔鱼类上溯的重要途径之一,过鱼效果的监测是其科学运行的重要环节。２011年和2012年４－６月对试运行阶段的长洲水利枢纽鱼道进行了监测采样;共计采集到鱼类３０种,主要优势种类为银飘鱼（Pseudolaubuca sinensis）、餐（Hemiculter leucisclus）、瓦氏黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）、赤眼鳟（Spualiobarbus curriculus）、鲮（Cirrhinus molitorella）、日本鳗鲡（Anguill japonica）,青鱼（Mylopharyngodon piceus）、草鱼（Ctenopharyngodon idellus）、鲢（Hypophthalmichthys）、鳙（Aristichthys mobilis）也有出现;体长6０～870ｍｍ的个体可以通过鱼道上溯;鱼道中鲢体重达1.５ｋｇ,鲤（Cyprinus carpio）、鲶（Schilbe intermedius）体重达到2.８ｋｇ,采集到最大规格的种类为鳡（Elopichthys bambusa）,体长达870ｍｍ,体重7061ｇ。监测数据表明,长洲水利枢纽鱼道具有较好的过鱼功能,但监测中未采集到西江重要的洄游性鱼类广东鲂（Megalobrama hoffmanni）。从不同批次监测到的鱼类种类组成及规格上分析,鱼道运行效果明显受水文变化的影响,其运行及效果监测需要充分考虑水文状况及西江鱼类的生态习性。