漂流性鱼卵运动特性研究

发布时间：2020-11-04 15:53

　　近年来,大规模水利水电工程的修建及其他人类活动改变了原始的河道形态、挤压了鱼类的生存空间,阻碍了鱼类的洄游通道,破坏了鱼类原有的栖息环境,鱼类资源量减少。为了保护鱼类资源,各部门多采用生态调度、生态修复等方法创造合适的水文、水动力条件以满足鱼类繁殖的需求。鱼类早期资源量作为衡量生态调度和修复效果的重要指标,其估算仍沿用20世纪60年代由易伯鲁提出的卵苗平均密度估算方法,该方法存在误差大、准确性差等问题,难以满足生态调度效果准确评估的要求。同时,根据卵苗发育时间和江水平均流速所反推的产卵场范围过大,难以满足鱼类栖息地精确修复和产卵场保护的需要。因此,迫切需要立足鱼卵运动的新视角,从鱼卵运动规律的角度出发找到能够准确定位鱼类产卵场、估算鱼类早期资源量的新方法,以提出有针对性的鱼类资源保护措施。本文应用PTV粒子追踪测速技术开展鱼卵运动室内水槽试验,系统分析了近似恒定均匀流条件下的鱼卵运动特性,初步量化了鱼卵运动速度、轨迹斜率与水流速度之间的关系。同时,应用物理受力分析对鱼卵颗粒受力情况进行简化,推导了恒定均匀流条件下的鱼卵运动方程,并将理论推导和室内试验的结果进行对比总结,揭示了鱼卵的运动特性、主要影响因素及其作用机理。以藕池河支流为研究区域,采用模型鱼卵进行野外鱼卵漂流试验,探究天然河流中鱼卵颗粒的漂流轨迹和漂流速度特性。在此基础上,建立了三维鱼卵运动水动力模型,并采用室内鱼卵运动试验数据对模型进行率定及验证。利用本文所建立的鱼卵运动模型,模拟了藕池河中不同位置释放的鱼卵颗粒的运动情况,分析鱼卵颗粒的漂流速度和漂流轨迹,探讨了基于鱼卵粒子追踪的鱼类早期资源估算和产卵场位置推算方法。本文取得的主要成果和结论如下:(1)鱼卵运动速度和轨迹特性恒定均匀流条件下,鱼卵纵向速度随水流纵向速度的增大而增大,两者呈线性关系,而鱼卵垂向速度与水流纵向速度之间没有显著关系;鱼卵运动轨迹在较小流速工况下呈线性下降趋势,且轨迹斜率随流速增大而渐缓,当流速增大到一定数值时,鱼卵运动轨迹从简单的斜线式下沉转变为波浪翻滚式下沉,鱼卵运动轨迹受水流紊动效应的影响显著。(2)鱼卵运动理论分析本文解析求解了恒定均匀流条件下的鱼卵运动方程,并将理论推导与室内水槽试验的结果对比总结,揭示了鱼卵的运动特性、主要影响因素及其作用机理,且研究结果显示鱼卵运动方程对鱼卵纵向速度、垂向速度和轨迹斜率均有所高估。(3)天然河流中鱼卵漂流特性分析天然河流中鱼卵的漂流密度随着漂流距离的增加而减小,河道中不同位置鱼卵的漂流密度存在差异;各采样断面的鱼卵漂流速度均滞后于水流速度,河道不同位置处投放的鱼卵漂流速度略有差异;鱼卵的漂流轨迹方向与河道主流方向一致,主要受河道地形、水动力条件、鱼卵比重和粒径的影响。(4)鱼卵运动数值模型构建与应用探讨本文基于Fluent软件建立了鱼卵运动模型,采用室内水槽试验的数据对模型进行率定及验证。模拟了藕池河中不同位置(左岸、中间、右岸)释放的鱼卵颗粒运动情况,统计分析了天然河流中的鱼卵漂流运动特性,结果表明该模型能够较好的模拟天然河流中的鱼卵漂流运动。基于上述研究结果,探讨了基于鱼卵粒子追踪的天然河流鱼类早期资源估算和鱼类产卵场位置推算方法。
【学位单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q958.8
【部分图文】：

受力图,鱼卵,鳙鱼,鲢鱼

的阶段变化，鱼卵直径、比重会发生变化。Ｃｈａｐｍａｎ等［５５］实测了不同温度、不同发育期??下鳙鱼和鲢鱼卵直径、密度大小变化，结果表明鱼卵受精后发育前期鱼卵直径随时间的??增加而增大、密度减小，而发育后期直径和密度趋于稳定，图１．１所示为作者拍摄的受??精后鳙鱼卵照片。Ｇａｃｉａ等［５６］根据ｃｈａｎｐａｍａｎ的实测资料拟合了鲢鱼和鳙鱼卵在不同发??育期的鱼卵直径、密度变化公式如下，??２４．２８?ｅｘｐ?＋９９８．８９?（／？２＝〇．８２）鲢鱼??２４．８１?ｅｘｐ?ｆ??—１?＋?９９８．８１?（／？?＝０．８４）鳙鱼?（１．８）??Ｖ?１７４８７．Ｕ??７??

技术路线图,鱼类,早期资源,推算方法