五种具有不同下行洄游需求鱼类在洄游障碍下的特征行为

发布时间：2020-08-24 22:18

【摘要】：本研究选取具有明确下行洄游需求的四大家鱼幼鱼及具有短距离下行洄游需求的拉萨裸裂尻鱼作为研究对象。首先对四大家鱼幼鱼进行了拦鱼网不同设置角度下鱼类下行行为量化及导鱼效果评价‖实验研究,其中拦鱼网的设置角度为与水流垂直方向呈10 o、20 o、30o三种工况,为控制实验变量,不同工况下的水流条件相同,均采用与大坝库区水流速度相似的范围。通过量化四大家鱼幼鱼的下行行为,如下行时长‖、贴网次数及贴网时间‖、逃逸次数及时间‖、主被动下行情况‖及游泳轨迹‖等,分析四大家鱼行为的差异性,并利用量化的行为评价不同设置角度下拦鱼网导鱼效果。关于该实验研究,主要得出了以下结论:1)不同设置角度工况下同种鱼的下行时长存在不同,相同角度工况下,不同的实验鱼下行时长也存在显著性差异(P0.05),可认为不同鱼对拦鱼网反应的灵敏程度不同。在影响下行时长的因素分析上,通过以实验鱼种类、角度设计和两者交互为自变量,以下行时长为因变量进行双因素分析发现,实验鱼种类及两者交互后会显著影响下行时长(P0.05)。单纯的角度设计对下行时长不存在显著性影响(P0.1)。因此可以弱化通过下行时长来评价拦鱼网的导鱼效果。2)通过分析以鳙幼鱼为代表的实验鱼贴网行为发现,不同设置角度工况下四大家鱼幼鱼贴网次数较少且每次贴网时间较短。3)通过分析鱼类遭遇拦鱼网时的逃逸行为发现,鳙幼鱼在不同的工况下逃逸次数及逃逸时间无显著性差异(P0.1),鲢幼鱼、草鱼幼鱼在10o工况下的逃逸次数及时间要明显高于另外两种工况(P0.05)。因此从逃逸行为上评价,推荐拦鱼网设置采用20o、30o工况。4)通过分析四大家鱼主被动下行情况可知四大家鱼在30o工况下,主动下行比率最高,平均值±方差达到了(66.99±34.44)%,同时在该工况下四大家鱼被动下行率最低,为(0.46±0.79)%,因此从主被动下行状态推荐拦鱼网设置角度为30o。综上,通过对每种下行行为进行量化及差异性分析后对拦鱼网导鱼效果进行评价发现,四大家鱼下行应对拦鱼网时,当拦鱼网采用与水流垂直方向呈30o的夹角设置能取得较好的导鱼效果,因此推荐实际工程实践中鱼类下行拦鱼网设置角度采用30o设计。在下行过程中,鱼类除了要应对物理洄游障碍外,也会遇到如加速流等水流障碍,加速流普遍存在于鱼类过坝通道中,是鱼类下行必须应对的特征水流。鉴于本实验室前期已有较丰富的关于四大家鱼下行应对加速流的研究积累,为探索不同流域不同下行洄游需求鱼类应对相应洄游障碍的行为响应,本研究选取了雅鲁藏布江流域的拉萨裸裂尻鱼为研究对象,在流速范围分别为58.91~81.19cm/s、63.85~90.52cm/s、71.29~116.45cm/s,对应的流速梯度(进出口流速差绝对值与实验段长度比值)分别为0.405m·s-1/m、0.485 m·s-1/m、0.821m·s-1/m工况下进行下行实验,分析拉萨裸裂尻鱼发生特征行为时对应的水力学条件,以期为相关的鱼类下行工程提供一定的水力学设计参数。关于该实验研究,主要得出了以下结论:1)低流速工况下大部分实验鱼都贴着边壁游泳,中流速工况下实验鱼逃逸点的分布则相对离散,高流速工况下实验鱼逃逸点主要分布在加速流下游区域。2)不同工况下拉萨裸裂尻鱼逃逸时的绝对及相对游泳速度存在差异。3)下行方式上,低流速工况下表现出了主动、被动及趋流方向转换的行为,而在中流速及高流速工况下实验鱼仅表现出了主被动下行行为,且被动下行比率要高于主动下行比率。4)提取实验鱼发生逃逸行为时对应的水力学条件,发现实验鱼会在60~70cm/s流速范围内发生逃逸行为,对应的湍动能主要分布范围为20~30cm2/s2,水流加速度为主要分布范围为0.6~1.2m/s2。基于以上“五种具有不同下行洄游需求鱼类在洄游障碍下的特征行为”实验结果,论文以位于金沙江中游的龙开口水电枢纽工程为例,提出了针对该水利枢纽工程进行的鱼类下行措施设计思想,即在灌溉取水口上方修建放置拦鱼网的水渠,拦鱼网的设置角度采用第三章的实验结果,即与水流速度呈30o的设计,水渠内的流场设计需要考虑下行鱼类的偏好水流速度并避开了使其发生逃逸行为的水力学特性,基于本实验室前期已有研究积累及本人开展的实验研究,水渠内的流速定为0.3m/s。综上,本研究围绕“五种具有不同下行洄游需求鱼类的特征行为及水力学特性”展开了两项鱼类生态学实验,并将实验结果运用于金沙江中游的龙开口水利枢纽工程鱼类下行措施设计中,使研究结果具有了一定的实际工程运用价值。
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S957
【图文】：

旁路系统,幼鱼

鱼类下行是指具有下行洄游需求的鱼类通过不同方式从大坝上游降河洄游至下游的过程，是洄游性鱼类生命周期中的一个重要阶段[1]，下行过程中幼鱼可以借助水流探觅生长所需的营养物质[2]、进行基因交换[3]以及加强栖息地的连通性与群落稳定性[4]。有些种类的鱼下行洄游周期会持续一年甚至更久[5]，如草鱼(Ctenopharyngodonidella)、鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)、黑背鲱鱼(Alosa kessleri)、里海口须鱼(Barbus brachycephalus)等[6]。鱼类下行洄游过程会受到多种变化的生物因素（物种特性、年龄阶段、防御机制）及非生物因素（光照、温度、水文条件）的影响[7,8,9,10]，其中物理障碍及水流障碍是下行鱼类必须面对的洄游环境。为帮助下行洄游鱼类顺利过坝，国内外部分水利工程结合工程及过鱼对象特点建造了辅助鱼类下行的过鱼设施。以下以鱼类下行过坝相关工程案例介绍其具体设计。1）下行过鱼旁路系统。在水轮机进水口处设置倾斜的导鱼栅（Fish Screens），该导鱼栅的栅片间距 bc最大一般设为 0.101BL（鱼体体长），倾斜角度一般不超过 45o，根据情况可设为 15o、25o、35o、45o。水流经导鱼栅时产生的紊动对下行鱼类有一定的趋避作用，能够将鱼向上引导到安全区域后下放至下游，图 1 中黄色示意线即为幼鱼旁路系统下行流程。

结构示意图,鱼类,紊动,水力

图 2 Alden Turbine 结构示意图3）下行导鱼栅系统。为避免下行鱼类因水泵或水轮机进水口的卷吸作用被带至危险区域，有水利工程在大坝上游修建了导鱼栅以引导鱼类至安全区域。如美国Skinner 鱼类保护设施（图 3）。导鱼栅由一系列金属制成的水力栅组成，形状类似于“V”形，水流流经导鱼栅时会引起水体紊动，下行鱼类为避开这种紊动会沿着百叶窗式水力栅进入位于“V”形底部的旁路管道，并沿着管道进入集鱼罐，最终利用运鱼车运至下游合适地点进行下放。图 3 导鱼栅结构示意图

溢流堰,结构示意图,挡水闸门,缓解矛盾

大学全日制专业学位硕士学位论式溢流堰。下行洄游鱼类大多活动在水库表层，当挡水闸门开鱼下行，但若开度过大会造成水资源的浪费。为缓解矛盾，有式溢流堰”的工程设计（图 4）。当工程枢纽没有下行过鱼任底，其他水工建筑物正常工作，当有下行过鱼任务时，移动式开始工作，此时只需在闸门开度较小的情况下表面鱼类便可以

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