[发明专利]一种水生生物生态水力学实验的复杂流场实现装置与方法

说明书

本发明公开了一种水生生物生态水力学实验的复杂流场实现装置与方法，该实验装置为环形水槽，由第一弧形水槽、第一异形水槽、第二弧形水槽和第二异形水槽依次首尾相接而成，其中，第一异形水槽和第二异形水槽的内壁均为平面，且外壁与内壁之间的宽度均从两端向中间逐渐加宽，所述第一异形水槽中沿长度方向设置有第一挡板，所述第二异形水槽中沿长度方向设置有第二挡板，异形水槽中还设置有推流器和潜水泵。本发明所述的实现方法采用不同推流器和潜水泵的组合，实现不同的最大流速。本发明的实验装置能够实现复杂流场，更适宜亲鱼产卵研究。

技术领域

本发明涉及生态学技术领域，尤其涉及一种水生生物生态水力学实验的复杂流场实现装置与方法。

背景技术

中国重要经济鱼类四大家鱼(草鱼、青鱼、鲢鱼、鳙鱼)的主要繁殖地位于长江，产量约占全国总产量的70％，繁殖时间主要在每年的5～7月。从20世纪80年代起，四大家鱼资源出现严重的衰减现象。2003年以后受三峡工程运行调节的影响，中下游河道的水力学条件发生了改变，四大家鱼产卵场发生了规模缩小、合并、位置迁移等变化，四大家鱼资源量显著下降。

为进一步提高鱼类的繁殖效益，揭示鱼类产卵的适宜水流条件，国内外学者对不同鱼类产卵场水流特征进行了大量研究。研究结果表明，在自然环境下，四大家鱼产卵场的条件是相似的，通常位于江面宽窄相间的江段，当涨水时，同一流量的水从宽的江面进入窄隘江段，就产生流速的增加，形成家鱼产卵所要求的高速复杂水流条件。然而这些研究大多数针对产卵场水文情势进行分析，缺乏对鱼类产卵行为触发机理的揭示。

为探索水动力学条件对鱼类的影响，刘稳等(2009)修建了流速渐变环形生态水槽，并在水槽内选取鲤科鱼类鲫鱼为代表进行模型试验研究，选用流速、流速梯度、动能梯度3个水动力学特征量，量化鱼类生长对水动力学条件的需求。专利方面，“一种测定鱼类对水流应激反应的实验装置(CN201220732987.2)”公开了一种测定鱼类对水流应激反应的实验装置，包括实验水池和感应监测装置；所述实验水池设置有表层和底层的平流、环流产生装置，产生侧向流动的环流和水平方向的平流；该实用新型能够模拟各种不同的水流条件，记录和研究在不同水流条件下鱼类的行为特征，以及体内生化成分的适应性鱼类对水流应激反应。另有专利“一种基于水生生物生态系统研究的水槽装置(CN201420697219.7)”公开了一种基于水生生物生态系统研究的水槽装置，其包括环形水槽、外水槽、内水槽、螺旋桨和电机，内水槽位于外水槽中，环形水槽为跑道型，环形水槽位于内水槽中；环形水槽内围成的椭圆形区域为静水区；环形水槽的直线段区域为实验段；螺旋桨设置于环形水槽中的一个半圆段；电机与螺旋桨相连；外水槽与内水槽之间构成缓冲区，缓冲区的底部与实验段相通；但该专利实验流速仅能达到0.8m/s,无法满足鱼类产卵对高速复杂水流的需求。

经研究发现，流速是诱发四大家鱼产卵的关键驱动因子；然而，目前尚未见利用大型水槽实验，研究流速刺激亲鱼产卵的实验方法与实验装置。究其原因，主要是天然河道各个位置的流速不一致，亲鱼可以时而高速流速刺激，时而休息，如果一直受到高流速刺激，无处休息，亲鱼可能在实验中力竭而死。因此，在大型水槽中，如何通过数值模拟，优化水槽和挡板的结构及尺寸，并合理设置推流机器位置，以减少回流，消除波浪的影响；在此基础上，如何设置动力装置开启方式，以在不同实验工况下提供空间分布不均的高速复杂流场，是本发明的研究重点。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种水生生物生态水力学实验的复杂流场实现装置与方法，本发明通过优化水槽和挡板的结构及尺寸，合理设置推流机器位置，实现了水槽内空间分布不均的高速复杂流场，更接近天然河道，更适宜亲鱼产卵研究。