一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法
【專利摘要】一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，包括：魚類游泳測試裝置，魚類游泳測試裝置的試驗段布置，魚類突進(jìn)游泳速度的測試過程，測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。尤其是在生態(tài)魚道建設(shè)過程中采用的測試魚類游泳速度的方法，屬于水利工程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)試驗領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法；提供的魚類突進(jìn)游泳速度測試方法解決了吸盤魚類的突進(jìn)游泳速度的測試問題；本發(fā)明方法測得的速度在生態(tài)魚道設(shè)計中采用后能夠幫助吸盤魚類通過生態(tài)魚道。
【專利說明】一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測試魚類突進(jìn)游泳速度的方法，尤其是在生態(tài)魚道建設(shè)過程中采 用的測試魚類游泳速度的方法，屬于水利工程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)試驗領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 突進(jìn)游泳速度是魚類所能達(dá)到的最大速度，維持時間很短，通常<20s。此速度下， 魚類通過厭氧代謝得到較大能量，獲得短期的爆發(fā)速度，同時也積累了乳酸等廢物。依照游 泳時間的不同爆發(fā)游泳能力又可以分為猝發(fā)游泳速度和突進(jìn)游泳速度。其中，猝發(fā)游泳速 度指魚類在極短時間（<2s)內(nèi)達(dá)到的最大游泳速度，通常在捕食和緊急避險時使用。突進(jìn) 游泳速度指魚類在較短時間內(nèi)（<20s)達(dá)到的最大游泳速度。美國的TRB2009年會的報告 中指出：觀測到魚類通過生態(tài)魚道時的游泳速度為突進(jìn)速度；Blake (1983)通過研究發(fā)現(xiàn) 魚類通過堅縫式生態(tài)魚道的堅縫時運(yùn)用突進(jìn)游泳速度，直到疲勞才停下來休息，是生態(tài)魚 道設(shè)計中的重要參數(shù)。
[0003] -般時候，魚類會通過調(diào)節(jié)它們身體和尾鰭擺動的頻率和擺幅來減緩速度或加 速，以保持加速一滑行（burst-and-coast)的游泳方式，這種方式下魚類能夠減少消耗的 能量。清華大學(xué)吳冠豪認(rèn)為此種游動方式的魚類在加速階段，魚尾鰭先擺動一個完整的幅 度，然后再擺動半個尾幅。認(rèn)為這種加速-滑行的游動方式比穩(wěn)定游動方式節(jié)約45%的能 量。魚常用持續(xù)游泳速度運(yùn)動（例如洄游），通常在困難地區(qū)則使用耐久速度，在捕食和 逃避時則使用突進(jìn)速度。魚類的持續(xù)游動被認(rèn)為是魚類實行"馬拉松"式的有氧代謝的游 動。其持續(xù)游動速度為魚類可以穩(wěn)定的持續(xù)游動6h而不會使其筋疲力盡的最大速度。耐 久游動為魚類的有氧和無氧代謝運(yùn)動相結(jié)合下的游動。耐久速度的持續(xù)時間為持續(xù)進(jìn)行持 續(xù)游動和突進(jìn)游動后，致使魚類產(chǎn)生疲勞的持續(xù)時間，一般情況下為2?200min。耐久速 度的持續(xù)時間的長短與魚類的種類、個體大小、水體溫度以及突進(jìn)游動和持續(xù)游動的周期 等均有一定的關(guān)系。對于突進(jìn)游泳速度，魚類一般在面臨捕食或被捕食以及其它特殊情況 下應(yīng)急采用。而對于生態(tài)魚道的一些特殊結(jié)構(gòu)及高流速區(qū)，則通常以魚類的突進(jìn)游泳速度 通過。Bainbridge (1960)通過比較3種魚的突進(jìn)速度得出，魚類的突進(jìn)速度與體長有一定 的關(guān)系，每秒前進(jìn)的距離均約為其體長的10倍（lOBL/sec)左右。不同種類的魚類沒有明 顯差異。但是，魚類的突進(jìn)速度并不是固定的，其會隨著突進(jìn)游動的持續(xù)時間而明顯減小。 Schwarzkopff的觀測表明，突進(jìn)速度在持續(xù)2s后就會顯著減小到4_6BL/sec。由于突進(jìn)游 動所消耗的主要是進(jìn)行無氧運(yùn)動的白肌能，白肌能的變化也決定了魚類的突進(jìn)速度。因此 Bainbridge提出的10BL/sec原則上只是一個特定條件下的瞬時行為。一般而言，突進(jìn)速度 的絕對值（distance/time)隨體長增加，相對值（body length/time)隨體長減小。一般魚 類通過生態(tài)魚道中的特殊結(jié)構(gòu)以及過魚孔的時間一般<20s，所以一般以這個突進(jìn)游速作為 魚類可通過的重要指標(biāo)。
[0004] 但是在實際操作中，由于有些魚類的特殊性，采用常用的方法測量獲得的突進(jìn)泳 速往往不能在生態(tài)魚道設(shè)計中直接應(yīng)用。比如對于石爬跳屬的魚類，由于其有吸盤能夠吸 附在巖石上，在流速增加到接近2m/s的時候測試用魚仍然吸附在試驗段的邊墻上，因此此 時測得流速并不能作為此種魚類的突進(jìn)泳速。也就是說，在這樣的流速下此種魚類并不能 上溯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是提供一種測量具有吸盤的魚類的突進(jìn)游泳速度，使 測得的突進(jìn)游泳速度能夠直接用于生態(tài)魚道設(shè)計。
[0006] 一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，包括：魚類游泳測試裝置，魚類游泳測試裝置的 試驗段布置，魚類突進(jìn)游泳速度的測試過程，測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。
[0007] 所述的魚類游泳測試裝置包括：外水箱，環(huán)道，試驗段，螺旋槳，變頻電機(jī)，所述的 環(huán)道設(shè)置在外水箱里面，試驗段在環(huán)道上取平直的一段，螺旋槳深入環(huán)道中由變頻電機(jī)驅(qū) 動，推動環(huán)道中的水體運(yùn)動。
[0008] 所述的魚類游泳測試裝置的試驗段布置是指：在試驗魚種的棲息地中選擇卵石鋪 在試驗段上，具體方式是在試驗段內(nèi)設(shè)置與試驗段等尺寸的鋪沙板，鋪沙板上鋪設(shè)在棲息 地中選擇的卵石；
[0009] 所述的棲息地中選擇的卵石是指顆粒級配中的D85卵石，所述的D85是指小于此粒 徑的泥沙占泥沙總重的85% ;
[0010] 所述的在沙槽中鋪設(shè)在棲息地中選擇的卵石包括以下步驟：a，在棲息地中捕撈 30尾成魚作為試驗對象；b，測量每個個體的體長和體寬；c，取測得數(shù)據(jù)的中值體長作為縱 向空隙，取測得數(shù)據(jù)的中值體寬作為橫向空隙，所述的縱向空隙是指水流方向，橫向空隙是 指在水平面上與水流垂直的方向；d，采用無毒膠水將棲息地中選擇的卵石粘在鋪沙板上； e，各個卵石最高點(diǎn)到最高點(diǎn)的距離縱向遵從縱向空隙，橫向遵從橫向空隙。
[0011] 所述的魚類突進(jìn)游泳速度的測試過程是指：tl，將測試樣本置入準(zhǔn)備好的試驗裝 置；t2,調(diào)整變頻電機(jī)使流速達(dá)到被測魚類的感應(yīng)流速；按照每隔5s增加0. lm/s的梯度增 大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流速值；按照每隔5s 減小0. lm/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)減小到魚類的感應(yīng)流速； t3,按照每隔5s增加0. 2m/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流速值；按照每隔5s減小0. 2m/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯 運(yùn)動，繼續(xù)減小到魚類的感應(yīng)流速；t4,按照每隔5s增加0. 3m/s的梯度增大流速，直到測試 樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流速值；按照每隔5s減小0. 3m/s的梯 度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)減小到魚類的感應(yīng)流速；t5,按照每隔5s增 加0. 5m/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流 速值；按照每隔5s減小0. 5m/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)減小到 魚類的感應(yīng)流速；t6,進(jìn)行以上過程時記錄每次測試樣本運(yùn)動時的流速；記錄tl到t5中的 最大流速作為此樣本的突進(jìn)游泳速度。
[0012] 對30尾試驗魚樣本重復(fù)以上過程，獲得每個樣本的速度值。
[0013] 所述的測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計是指，將上述各測試魚的所有獲得流速值數(shù)據(jù)進(jìn)行排序， 取中位數(shù)作為最終測得的魚類突進(jìn)游泳速度值。
[0014] 本發(fā)明有如下有益效果：
[0015] (1)本發(fā)明提供了一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法；
[0016] (2)本發(fā)明提供的魚類突進(jìn)游泳速度測試方法解決了吸盤魚類的突進(jìn)游泳速度的 測試問題；
[0017] (3)本發(fā)明方法測得的速度在生態(tài)魚道設(shè)計中采用后能夠幫助吸盤魚類通過生態(tài) 魚道。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為發(fā)明魚類游泳測試裝置的整體示意圖；
[0019] 圖2為發(fā)明魚類游泳測試裝置的試驗段布置示意圖；
[0020] 圖3為發(fā)明魚類游泳測試裝置的試驗段布置示意圖A-A剖面圖。

【具體實施方式】
[0021] 實施例一
[0022] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] 一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，包括：魚類游泳測試裝置，魚類游泳測試裝置的 試驗段布置，魚類突進(jìn)游泳速度的測試過程，測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。
[0024] 所述的魚類游泳測試裝置包括（見圖1):外水箱1，環(huán)道2,試驗段3,螺旋槳4,變 頻電機(jī)5,所述的環(huán)道2設(shè)置在外水箱1里面，試驗段3在環(huán)道2上取平直的一段，螺旋槳4 深入環(huán)道2中由變頻電機(jī)5驅(qū)動，推動環(huán)道2中的水體運(yùn)動。
[0025] 所述的魚類游泳測試裝置的試驗段布置是指（見圖2):在試驗魚種的棲息地中選 擇卵石鋪在試驗段上，具體方式是在試驗段內(nèi)設(shè)置與試驗段等尺寸的鋪沙板，鋪沙板上鋪 設(shè)在棲息地中選擇的卵石；
[0026] 所述的棲息地中選擇的卵石是指顆粒級配中的D85卵石，所述的D85是指小于此粒 徑的泥沙占泥沙總重的85% ;本實施例中D85 = 5. lcm，起動流速為V = I. 35m/s。
[0027] 所述的在沙槽中鋪設(shè)在棲息地中選擇的卵石包括以下步驟：a，在棲息地中捕撈 30尾成魚作為試驗對象；b，測量每個個體的體長和體寬（見表I) ;c，取測得數(shù)據(jù)的中值 9. 2cm體長作為縱向空隙，取測得數(shù)據(jù)的中值體寬4. 4cm作為橫向空隙，所述的縱向空隙是 指水流方向，橫向空隙是指在水平面上與水流垂直的方向；d，采用無毒膠水將棲息地中選 擇的卵石粘在鋪沙板上；e，各個卵石邊到邊的距離縱向遵從縱向空隙9. 2cm，橫向遵從橫 向空隙4. 2cm。
[0028] 所述的魚類突進(jìn)游泳速度的測試過程是指：tl，將測試樣本置入準(zhǔn)備好的試驗裝 置；
[0029] t2,調(diào)整變頻電機(jī)使流速達(dá)到被測魚類的感應(yīng)流速0. 22m/s ;按照每隔5s增加 0. lm/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，或者達(dá)到I. 35m/s ;按照每隔5s減小 0. lm/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，或者達(dá)到0. 22m/s ;本過程得到流速 0. 32m/s時試驗魚有運(yùn)動；
[0030] t3,按照每隔5s增加0. 2m/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù) 增大流速達(dá)到I. 35m/s ;按照每隔5s減小0. 2m/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯 運(yùn)動，繼續(xù)減小到0. 22m/s ;本過程得到流速0. 42m/s時試驗魚有運(yùn)動；
[0031] t4,按照每隔5s增加0. 3m/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù) 增大流速達(dá)到I. 35m/s ;按照每隔5s減小0. 3m/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯 運(yùn)動，繼續(xù)減小到0. 22m/s ;本過程得到流速0. 52m/s時試驗魚有運(yùn)動（樣本6);
[0032] t5,按照每隔5s增加0. 5m/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù) 增大流速達(dá)到I. 35m/s ;按照每隔5s減小0. 5m/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯 運(yùn)動，繼續(xù)減小到0. 22m/s ;本過程試驗魚無運(yùn)動。
[0033] t6,進(jìn)行以上過程時記錄每次測試樣本運(yùn)動時的流速；記錄tl到t5中的最大流速 作為此樣本的突進(jìn)游泳速度。
[0034] 對每個樣本重復(fù)上述過程，獲得所有試驗樣本的突進(jìn)游泳速度值（見表2)。
[0035] 所述的測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計是指，將上述各測試魚的所有獲得流速值數(shù)據(jù)進(jìn)行排序， 取中位數(shù)作為最終測得的該種魚類的突進(jìn)游泳速度值，由表2可見該種魚類的突進(jìn)游泳速 度為 0. 92m/s。

【權(quán)利要求】
1. 一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，其特征在于：包括：魚類游泳測試裝置，魚類游泳 測試裝置的試驗段布置，魚類突進(jìn)游泳速度的測試過程，測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計； 所述的魚類游泳測試裝置包括：外水箱，環(huán)道，試驗段，螺旋槳，變頻電機(jī)，所述的環(huán)道 設(shè)置在外水箱里面，試驗段在環(huán)道上取平直的一段，螺旋槳深入環(huán)道中由變頻電機(jī)驅(qū)動，推 動環(huán)道中的水體運(yùn)動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，其特征在于：所述的魚類 游泳測試裝置的試驗段布置是指：在試驗魚種的棲息地中選擇卵石鋪在試驗段上，具體方 式是在試驗段內(nèi)設(shè)置與試驗段等尺寸的鋪沙板，鋪沙板上鋪設(shè)在棲息地中選擇的卵石； 所述的棲息地中選擇的卵石是指顆粒級配中小于此粒徑的泥沙占泥沙總重的85 %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，其特征在于：所述的在沙 槽中鋪設(shè)在棲息地中選擇的卵石包括以下步驟：a，在棲息地中捕撈30尾成魚作為試驗對 象；b，測量每個個體的體長和體寬；c，取測得數(shù)據(jù)的中值體長作為縱向空隙，取測得數(shù)據(jù) 的中值體寬作為橫向空隙，所述的縱向空隙是指水流方向，橫向空隙是指在水平面上與水 流垂直的方向；d，采用無毒膠水將棲息地中選擇的卵石粘在鋪沙板上；e，各個卵石最高點(diǎn) 到最高點(diǎn)的距離縱向遵從縱向空隙，橫向遵從橫向空隙。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，其特征在于：所述的魚類 突進(jìn)游泳速度的測試過程是指：tl，將測試樣本置入準(zhǔn)備好的試驗裝置；t2,調(diào)整變頻電機(jī) 使流速達(dá)到被測魚類的感應(yīng)流速；按照每隔5s增加0. lm/s的梯度增大流速，直到測試樣本 出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流速值；按照每隔5s減小0. lm/s的梯度 減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)減小到魚類的感應(yīng)流速；t3,按照每隔5s增加 0. 2m/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流 速值；按照每隔5s減小0. 2m/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)減小到 魚類的感應(yīng)流速；t4,按照每隔5s增加0. 3m/s的梯度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn) 動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流速值；按照每隔5s減小0. 3m/s的梯度減小流速，直 到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)減小到魚類的感應(yīng)流速；t5,按照每隔5s增加0. 5m/s的梯 度增大流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)增大到D85粒徑卵石的起動流速值；按照每 隔5s減小0. 5m/s的梯度減小流速，直到測試樣本出現(xiàn)明顯運(yùn)動，繼續(xù)減小到魚類的感應(yīng)流 速；t6,進(jìn)行以上過程時記錄每次測試樣本運(yùn)動時的流速；記錄tl到t5中的最大流速作為 此樣本的突進(jìn)游泳速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，其特征在于：對30尾試驗 魚樣本重復(fù)以上過程，獲得每個樣本的速度值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種魚類突進(jìn)游泳速度測試方法，其特征在于：所述的測試 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計是指，將上述各測試魚的所有獲得流速值數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，取中位數(shù)作為最終測 得的魚類突進(jìn)游泳速度值。
【文檔編號】A01K61/00GK104381170SQ201410640601
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】楊宇, 宣國祥, 韓昌海, 張文明, 李艷富, 侯軼群, 韓康, 余維維 申請人:水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院