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障碍物对鳙幼鱼游泳行为的影响

生态学杂志 2023年第2期42卷 352-360页

作者：罗金梅石小涛陶宇姜泽文李冬晴焦易林季怀耀胡晓柯森繁湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地三峡大学湖北宜昌443002

天然河道底部的障碍物形成了复杂的水流环境,洄游鱼类对复杂水流环境的响应行为对于鱼能否上行或下行通过障碍物并完成生活史至关重要。本研究在封闭水槽中采用递增流速法测试了鳙(Aristichthys nobilis)幼鱼在不同障碍物型式下的临界... 详细信息

天然河道底部的障碍物形成了复杂的水流环境,洄游鱼类对复杂水流环境的响应行为对于鱼能否上行或下行通过障碍物并完成生活史至关重要。本研究在封闭水槽中采用递增流速法测试了鳙(Aristichthys nobilis)幼鱼在不同障碍物型式下的临界游泳速度,结果表明:鳙幼鱼在自由来流、圆柱和半圆柱下的临界游泳能力无显著性差异(P>0.05),而方柱下鳙幼鱼的临界游泳能力显著降低(P过比较鳙幼鱼在方柱下游3个位置区间的游泳动力学指标发现:当流速为5.24 BL·s^(-1)时,鳙幼鱼在A区的摆尾频率和身体波动速度显著低于B区和C区(P鱼类上下行通过障碍物时底部障碍物的设计提供参考。

关键词：方柱水流速度临界游泳速度游泳动力学

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鲢幼鱼对四种不同声音的回避行为

水生态学杂志 2023年

作者：李卫东白艳勤李阳希邬玉娇张金玉黄晓龙张政石小涛三峡大学水利与环境学院湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地

声音驱鱼技术作为辅助诱驱鱼技术的重要手段，在工程影响鱼类的保护方面具有广泛的应用价值。本文以50尾健康的体长（11.45±1.14）cm，体重（23.90±3.52）g的鲢（Hypophthalmichthys molitrix）幼鱼为实验对象，通过在水槽中进行交替... 详细信息

声音驱鱼技术作为辅助诱驱鱼技术的重要手段，在工程影响鱼类的保护方面具有广泛的应用价值。本文以50尾健康的体长（11.45±1.14）cm，体重（23.90±3.52）g的鲢（Hypophthalmichthys molitrix）幼鱼为实验对象，通过在水槽中进行交替播音，探究捕食者声音（短吻鳄吼叫声）、人工模拟声（0～2000 Hz扫频音）、工业噪声（打桩声）、船舶噪声（鸣笛声）对鲢幼鱼回避行为的影响。研究结果表明：播放打桩声和鸣笛声时，鲢幼鱼穿越中线总次数、反应次数、平均游泳速度与对照组均无显著性差异（P>0.05），无明显回避反应；播放0～2000 Hz扫频音和短吻鳄吼叫声时，鲢幼鱼穿越中线总次数、反应次数、平均游泳速度显著高于对照组（P过比较播音时鲢幼鱼的逃逸游泳速度，短吻鳄吼叫声的威慑作用大于0～2000 Hz扫频音，两者无显著性差异（P>0.05）。综合比较可知，捕食者声音（短吻鳄吼叫声）对鲢幼鱼具有更好的驱赶效果，本研究可为声音驱鱼技术的应用提供一定的理论基础和借鉴作用。

关键词：鲢幼鱼声音驱鱼短吻鳄吼叫声 0~2000 Hz扫频音打桩声鸣笛声

基于粒子图像测速技术(PIV)的自由游泳草鱼动力学特征分析

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大连海洋大学学报 2021年第5期36卷 833-841页

作者：杨国党胡晓张奔龙泽宇张永年石小涛三峡大学水利与环境学院湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地湖北宜昌443002

为研究草鱼Ctenopharyngodon idellus幼鱼在自由游泳状态下的动力形成过程与高效推进模式,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)和涡量分析原理,在静水条件下对直线、转弯和后退3种游泳状态下的草鱼幼鱼(平均体长4~10 ... 详细信息

为研究草鱼Ctenopharyngodon idellus幼鱼在自由游泳状态下的动力形成过程与高效推进模式,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)和涡量分析原理,在静水条件下对直线、转弯和后退3种游泳状态下的草鱼幼鱼(平均体长4~10 cm)周身受力特征及推进效率进行了分析。结果表明:直线和转弯游泳时,草鱼幼鱼主要依靠尾部聚集的正涡形成推力,该部位的推力转化率最高可达73%,而后退时的幼鱼则主要依靠中部负涡产生的反向力来推动鱼体;试验数据显示,当头部偏角为9°~10°时,直线游泳的草鱼幼鱼整体推进效率最高可达83%,其次为转弯和后退游泳状态,这两种状态下的幼鱼最高推进效率分别为74%和65%。研究表明,尾部聚集的正涡是幼鱼前进推力形成的主要来源,且较小的头部偏角更有利于草鱼幼鱼的高效推进。

关键词：草鱼粒子图像测速技术(PIV) 涡量推进效率动力学

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障碍物对鲢幼鱼游泳动力学的影响

水产学报 2021年第8期45卷 1406-1414页

作者：石小涛姜泽文涂志英罗金梅陶宇雷青松柯森繁三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地珠江水利委员会珠江水利科学研究院

为了解鱼在复杂水流环境中的运动行为,提升鱼道过鱼效果,实验通过在水槽中放置障碍物,分析不同来流速度(1,3和5 BL/s)(BL/s即体长每秒)下鲢幼鱼顶流静止和顶流前进时的游泳动力学表现,提取的游泳动力学指标有摆尾频率、摆尾幅度、对地... 详细信息

为了解鱼在复杂水流环境中的运动行为,提升鱼道过鱼效果,实验通过在水槽中放置障碍物,分析不同来流速度(1,3和5 BL/s)(BL/s即体长每秒)下鲢幼鱼顶流静止和顶流前进时的游泳动力学表现,提取的游泳动力学指标有摆尾频率、摆尾幅度、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长。结果发现,半流速度1 BL/s下,与自由来流相比,鲢幼鱼在障碍物后方顶流静止时,摆尾频率降低,摆尾幅度增加;顶流前进时,摆尾频率、对地游泳速度、游泳加速度和运动步长降低,摆尾幅度增加。半流速度3 BL/s下,障碍物有助于节省鱼类运动能量的消耗。在有障碍物的水流中,顶流静止时的摆尾频率随流速的增加而增加;顶流前进时,摆尾频率、摆尾幅度和游泳加速度随流速增大而增大,而运动步长随流速增大而减小。位置偏好研究表明,当流速为3 BL/s时,鲢幼鱼明显集中在距离障碍物后方约5～30 cm处游动,停留时间占比达92.5%,可能采用了卡门步态的运动模式;当流速为1和5 BL/s时,鲢幼鱼没有表现出非常明显的位置偏好;在自由来流中,鲢常贴壁游泳,亦没有明显的位置偏好,表明障碍物和流速的结合可为鱼类提供水流藏匿场,研究结果为鱼道设计提供重要参考依据。

关键词：鲢幼鱼障碍物顶流静止顶流前进游泳动力学

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基于压力场的草鱼幼鱼巡游动力学研究

水力发电学报 2021年第6期40卷 79-88页

作者：张奔胡晓杨国党龙泽宇黄慧玲石小涛三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地湖北宜昌443002

为研究鱼类在巡游过程中的动、阻力形成过程和机理,本文利用PIV(particle image velocimetry)技术对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)幼鱼周身压力分布特征和流体作用力进行分析。研究结果表明:处于巡游状态的草鱼幼鱼,鱼体受到周围流体... 详细信息

为研究鱼类在巡游过程中的动、阻力形成过程和机理,本文利用PIV(particle image velocimetry)技术对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)幼鱼周身压力分布特征和流体作用力进行分析。研究结果表明:处于巡游状态的草鱼幼鱼,鱼体受到周围流体的推力的大小及其随时间的变化趋势取决于幼鱼周身的正压分布,而鱼体周身的负压分布则主导幼鱼运动过程中流体阻力的形成。实验数据显示,由于幼鱼周围流体正、负压所形成的推力占比分别为59.01%和40.99%,其中基于正压力的游泳效率为(80.20±17.47)%,基于负压力的游泳效率为(58.82±25.82)%,且流体负压所产生的阻力所占比例高达81.88%。同时鱼体头、中、尾部推力占比分别为13.70%、38.49%和47.81%,中部阻力占比最高为72.81%,尾部是推力的主要来源且游泳效率最高为(77.24±12.11)%,整个鱼体都有助于推力的产生。本研究结果有助于加深对鱼类游泳动力学机理的认识和理解,可为鱼类仿生学应用和生态保护提供基础数据支撑。

关键词：巡游 PIV 压力场推力阻力游泳效率

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基于雅砻江两种裂腹鱼游泳能力的鱼道设计

应用生态学报 2020年第8期31卷 2785-2792页

作者：王永猛李志敏涂志英雷青松柯森繁罗佳成必新石小涛三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地湖北宜昌443002 上海勘测设计研究院有限公司上海200434

为探究雅砻江两种裂腹鱼的游泳能力,给过鱼设施设计和鱼类游泳行为学研究提供基础参数,本研究采用递增流速法对长丝裂腹鱼、齐口裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度、突进游泳速度进行测试,采用固定流速法对长丝裂腹鱼的耐久游泳速度进行... 详细信息

为探究雅砻江两种裂腹鱼的游泳能力,给过鱼设施设计和鱼类游泳行为学研究提供基础参数,本研究采用递增流速法对长丝裂腹鱼、齐口裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度、突进游泳速度进行测试,采用固定流速法对长丝裂腹鱼的耐久游泳速度进行测试。结果表明:长丝裂腹鱼与齐口裂腹鱼的感应流速随着体长的增加均出现了先增加后平稳的趋势,但最大感应流速均小于0.2 m·s^-1;长丝裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.81±0.20)和(1.49±0.26)m·s^-1,相对临界游泳速度为(4.90±1.73)BL·s^-1,相对突进游泳速度为(9.77±1.72)BL·s^-1(BL为体长);齐口裂腹鱼的临界游泳速度与突进游泳速度分别为(0.73±0.24)和(1.17±0.39)m·s^-1,相对临界游泳速度为(6.88±2.82)BL·s^-1,相对突进游泳速度为(11.75±2.77)BL·s^-1。耐久测试发现,随着流速增加(0.7~1.5)m·s^-1,长丝裂腹鱼持续游泳时间与水流速度呈负相关,疲劳时间(T)与水流速度(V)的关系可以拟合为lgT=-2.52V+5.59,预测鱼道长度(d)与鱼道内可通过的最大平均水流速度(Vfmax)的关系式为Vf max=-0.17lnd+1.74。根据试验结果,当以长丝裂腹鱼和齐口裂腹鱼为主要过鱼对象时,建议鱼道内最小水流速度应大于0.2 m·s^-1,进口及竖缝处水流速度为0.73~1.67 m·s^-1,休息池主流水流速度为0.2~0.7 m·s^-1。

关键词：长丝裂腹鱼齐口裂腹鱼游泳能力鱼道设计

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基于涡量原理的草鱼幼鱼力学特性研究

实验力学 2020年第5期35卷 915-924页

作者：张永年胡晓余英俊洪亮张奔石小涛三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002 湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地三峡大学湖北宜昌443002

为了研究草鱼幼鱼自由游泳状态下的高效推进模式和动力形成过程,本文利用粒子图像测速技术(PIV)和涡量分析原理,对草鱼幼鱼直线、转弯和后退三种游泳状态下的力学特征进行了研究。结果表明,直线和转弯状态下的草鱼幼鱼主要依靠尾鳍推动... 详细信息

为了研究草鱼幼鱼自由游泳状态下的高效推进模式和动力形成过程,本文利用粒子图像测速技术(PIV)和涡量分析原理,对草鱼幼鱼直线、转弯和后退三种游泳状态下的力学特征进行了研究。结果表明,直线和转弯状态下的草鱼幼鱼主要依靠尾鳍推动自身前进,当其后退游泳时,主要动力部位逐渐转移至胸鳍,此时幼鱼受到的推力却不到直线游泳时的50%。通过对草鱼幼鱼直线、转弯和后退三种游泳状态下的推进效率进行对比分析,发现草鱼幼鱼的整体推进效率与尾涡结构、头部偏角符合正态分布规律,且较小的头部偏角(小于15°)与尾涡结构(0.1〜0.4)更有利于草鱼幼鱼的高效推进。

关键词：自由游泳涡量推力推进效率 PIV

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组合隔板式鱼道水力特性数值模拟研究

长江科学院院报 2021年第9期38卷 86-91页

作者：陈磊谭均军石小涛柯森繁谭红林李鸿三峡大学湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地湖北宜昌443002 三峡大学水利与环境学院湖北宜昌443002

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的... 详细信息

鱼道是为鱼类提供洄游通道的一种重要的工程措施。基于Flow-3D采用标准RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF追踪自由液面方法,对鱼道池室内流场进行三维紊流数值模拟,研究池室内水流流速、流态空间分布,分析鱼道的水力特性对目标鱼类洄游上溯的影响。结果表明:溢流堰与竖缝组合隔板式鱼道在设计流速v=0.75 m/s条件下,竖缝处平均流速为0.83 m/s,竖缝处流速分布范围为0.76~0.89 m/s;堰上流速为0.90~1.12 m/s,回流区流速分布范围为0.09~0.25 m/s,流速大小在鱼类的克流能力范围之内,但靠竖缝隔板处存在明显的主流贴壁现象。为此开展了池室优化方案设计,使鱼道池室流态满足鱼类上溯要求。

关键词：鱼道组合隔板式数值模拟水力特性流场

竖缝式鱼道180°转弯段隔板布置与水力特性研究

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长江科学院院报 2022年

作者：柳松涛石小涛孙双科李广宁陈里张立胜谭均军杨文俊湖北省鱼类过坝技术国际科技合作基地三峡大学长江科学院中国水利水电科学研究院

受枢纽布置与地形条件限制，很多鱼道工程都需要设置180°转弯段。前人研究发现180°转弯段容易出现较大的回流区并影响上溯效率，为改善转弯段水流结构，目前常用的做法是沿转弯段边墙增设垂向导板。与以往研究不同，本研究提出了一种... 详细信息

受枢纽布置与地形条件限制，很多鱼道工程都需要设置180°转弯段。前人研究发现180°转弯段容易出现较大的回流区并影响上溯效率，为改善转弯段水流结构，目前常用的做法是沿转弯段边墙增设垂向导板。与以往研究不同，本研究提出了一种在转弯段内增设顺水流方向导鱼隔板的布置方案。采用数值模拟对转弯段水流流场进行计算研究，结果表明隔板布置可以使主流区基本居中，回流区减小，回流区长宽比增加，转弯段内形成不同流速量值的流区，是一种可供借鉴的优化布置方式。

关键词：竖缝式鱼道 180°转弯段数值模拟水力学特性