【摘要】：本研究選取具有明確下行洄游需求的四大家魚(yú)幼魚(yú)及具有短距離下行洄游需求的拉薩裸裂尻魚(yú)作為研究對(duì)象。首先對(duì)四大家魚(yú)幼魚(yú)進(jìn)行了 攔魚(yú)網(wǎng)不同設(shè)置角度下魚(yú)類下行行為量化及導(dǎo)魚(yú)效果評(píng)價(jià)‖實(shí)驗(yàn)研究,其中攔魚(yú)網(wǎng)的設(shè)置角度為與水流垂直方向呈10 o、20 o、30o三種工況,為控制實(shí)驗(yàn)變量,不同工況下的水流條件相同,均采用與大壩庫(kù)區(qū)水流速度相似的范圍。通過(guò)量化四大家魚(yú)幼魚(yú)的下行行為,如 下行時(shí)長(zhǎng)‖、 貼網(wǎng)次數(shù)及貼網(wǎng)時(shí)間‖、 逃逸次數(shù)及時(shí)間‖、 主被動(dòng)下行情況‖及 游泳軌跡‖等,分析四大家魚(yú)行為的差異性,并利用量化的行為評(píng)價(jià)不同設(shè)置角度下攔魚(yú)網(wǎng)導(dǎo)魚(yú)效果。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)研究,主要得出了以下結(jié)論:1)不同設(shè)置角度工況下同種魚(yú)的下行時(shí)長(zhǎng)存在不同,相同角度工況下,不同的實(shí)驗(yàn)魚(yú)下行時(shí)長(zhǎng)也存在顯著性差異(P0.05),可認(rèn)為不同魚(yú)對(duì)攔魚(yú)網(wǎng)反應(yīng)的靈敏程度不同。在影響下行時(shí)長(zhǎng)的因素分析上,通過(guò)以實(shí)驗(yàn)魚(yú)種類、角度設(shè)計(jì)和兩者交互為自變量,以下行時(shí)長(zhǎng)為因變量進(jìn)行雙因素分析發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)魚(yú)種類及兩者交互后會(huì)顯著影響下行時(shí)長(zhǎng)(P0.05)。單純的角度設(shè)計(jì)對(duì)下行時(shí)長(zhǎng)不存在顯著性影響(P0.1)。因此可以弱化通過(guò)下行時(shí)長(zhǎng)來(lái)評(píng)價(jià)攔魚(yú)網(wǎng)的導(dǎo)魚(yú)效果。2)通過(guò)分析以鳙幼魚(yú)為代表的實(shí)驗(yàn)魚(yú)貼網(wǎng)行為發(fā)現(xiàn),不同設(shè)置角度工況下四大家魚(yú)幼魚(yú)貼網(wǎng)次數(shù)較少且每次貼網(wǎng)時(shí)間較短。3)通過(guò)分析魚(yú)類遭遇攔魚(yú)網(wǎng)時(shí)的逃逸行為發(fā)現(xiàn),鳙幼魚(yú)在不同的工況下逃逸次數(shù)及逃逸時(shí)間無(wú)顯著性差異(P0.1),鰱幼魚(yú)、草魚(yú)幼魚(yú)在10o工況下的逃逸次數(shù)及時(shí)間要明顯高于另外兩種工況(P0.05)。因此從逃逸行為上評(píng)價(jià),推薦攔魚(yú)網(wǎng)設(shè)置采用20o、30o工況。4)通過(guò)分析四大家魚(yú)主被動(dòng)下行情況可知四大家魚(yú)在30o工況下,主動(dòng)下行比率最高,平均值±方差達(dá)到了(66.99±34.44)%,同時(shí)在該工況下四大家魚(yú)被動(dòng)下行率最低,為(0.46±0.79)%,因此從主被動(dòng)下行狀態(tài)推薦攔魚(yú)網(wǎng)設(shè)置角度為30o。綜上,通過(guò)對(duì)每種下行行為進(jìn)行量化及差異性分析后對(duì)攔魚(yú)網(wǎng)導(dǎo)魚(yú)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),四大家魚(yú)下行應(yīng)對(duì)攔魚(yú)網(wǎng)時(shí),當(dāng)攔魚(yú)網(wǎng)采用與水流垂直方向呈30o的夾角設(shè)置能取得較好的導(dǎo)魚(yú)效果,因此推薦實(shí)際工程實(shí)踐中魚(yú)類下行攔魚(yú)網(wǎng)設(shè)置角度采用30o設(shè)計(jì)。在下行過(guò)程中,魚(yú)類除了要應(yīng)對(duì)物理洄游障礙外,也會(huì)遇到如加速流等水流障礙,加速流普遍存在于魚(yú)類過(guò)壩通道中,是魚(yú)類下行必須應(yīng)對(duì)的特征水流。鑒于本實(shí)驗(yàn)室前期已有較豐富的關(guān)于四大家魚(yú)下行應(yīng)對(duì)加速流的研究積累,為探索不同流域不同下行洄游需求魚(yú)類應(yīng)對(duì)相應(yīng)洄游障礙的行為響應(yīng),本研究選取了雅魯藏布江流域的拉薩裸裂尻魚(yú)為研究對(duì)象,在流速范圍分別為58.91~81.19cm/s、63.85~90.52cm/s、71.29~116.45cm/s,對(duì)應(yīng)的流速梯度(進(jìn)出口流速差絕對(duì)值與實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)度比值)分別為0.405m·s-1/m、0.485 m·s-1/m、0.821m·s-1/m工況下進(jìn)行下行實(shí)驗(yàn),分析拉薩裸裂尻魚(yú)發(fā)生特征行為時(shí)對(duì)應(yīng)的水力學(xué)條件,以期為相關(guān)的魚(yú)類下行工程提供一定的水力學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)研究,主要得出了以下結(jié)論:1)低流速工況下大部分實(shí)驗(yàn)魚(yú)都貼著邊壁游泳,中流速工況下實(shí)驗(yàn)魚(yú)逃逸點(diǎn)的分布則相對(duì)離散,高流速工況下實(shí)驗(yàn)魚(yú)逃逸點(diǎn)主要分布在加速流下游區(qū)域。2)不同工況下拉薩裸裂尻魚(yú)逃逸時(shí)的絕對(duì)及相對(duì)游泳速度存在差異。3)下行方式上,低流速工況下表現(xiàn)出了主動(dòng)、被動(dòng)及趨流方向轉(zhuǎn)換的行為,而在中流速及高流速工況下實(shí)驗(yàn)魚(yú)僅表現(xiàn)出了主被動(dòng)下行行為,且被動(dòng)下行比率要高于主動(dòng)下行比率。4)提取實(shí)驗(yàn)魚(yú)發(fā)生逃逸行為時(shí)對(duì)應(yīng)的水力學(xué)條件,發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)魚(yú)會(huì)在60~70cm/s流速范圍內(nèi)發(fā)生逃逸行為,對(duì)應(yīng)的湍動(dòng)能主要分布范圍為20~30cm2/s2,水流加速度為主要分布范圍為0.6~1.2m/s2�；谝陨稀拔宸N具有不同下行洄游需求魚(yú)類在洄游障礙下的特征行為”實(shí)驗(yàn)結(jié)果,論文以位于金沙江中游的龍開(kāi)口水電樞紐工程為例,提出了針對(duì)該水利樞紐工程進(jìn)行的魚(yú)類下行措施設(shè)計(jì)思想,即在灌溉取水口上方修建放置攔魚(yú)網(wǎng)的水渠,攔魚(yú)網(wǎng)的設(shè)置角度采用第三章的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,即與水流速度呈30o的設(shè)計(jì),水渠內(nèi)的流場(chǎng)設(shè)計(jì)需要考慮下行魚(yú)類的偏好水流速度并避開(kāi)了使其發(fā)生逃逸行為的水力學(xué)特性,基于本實(shí)驗(yàn)室前期已有研究積累及本人開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)研究,水渠內(nèi)的流速定為0.3m/s。綜上,本研究圍繞“五種具有不同下行洄游需求魚(yú)類的特征行為及水力學(xué)特性”展開(kāi)了兩項(xiàng)魚(yú)類生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn),并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用于金沙江中游的龍開(kāi)口水利樞紐工程魚(yú)類下行措施設(shè)計(jì)中,使研究結(jié)果具有了一定的實(shí)際工程運(yùn)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：三峽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S957
【圖文】：

魚(yú)類下行是指具有下行洄游需求的魚(yú)類通過(guò)不同方式從大壩上游降河洄游至下游的過(guò)程，是洄游性魚(yú)類生命周期中的一個(gè)重要階段[1]，下行過(guò)程中幼魚(yú)可以借助水流探覓生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]、進(jìn)行基因交換[3]以及加強(qiáng)棲息地的連通性與群落穩(wěn)定性[4]。有些種類的魚(yú)下行洄游周期會(huì)持續(xù)一年甚至更久[5]，如草魚(yú)(Ctenopharyngodonidella)、鰱魚(yú)(Hypophthalmichthys molitrix)、黑背鯡魚(yú)(Alosa kessleri)、里�？陧汈~(yú)(Barbus brachycephalus)等[6]。魚(yú)類下行洄游過(guò)程會(huì)受到多種變化的生物因素（物種特性、年齡階段、防御機(jī)制）及非生物因素（光照、溫度、水文條件）的影響[7,8,9,10]，其中物理障礙及水流障礙是下行魚(yú)類必須面對(duì)的洄游環(huán)境。為幫助下行洄游魚(yú)類順利過(guò)壩，國(guó)內(nèi)外部分水利工程結(jié)合工程及過(guò)魚(yú)對(duì)象特點(diǎn)建造了輔助魚(yú)類下行的過(guò)魚(yú)設(shè)施。以下以魚(yú)類下行過(guò)壩相關(guān)工程案例介紹其具體設(shè)計(jì)。1）下行過(guò)魚(yú)旁路系統(tǒng)。在水輪機(jī)進(jìn)水口處設(shè)置傾斜的導(dǎo)魚(yú)柵（Fish Screens），該導(dǎo)魚(yú)柵的柵片間距 bc最大一般設(shè)為 0.101BL（魚(yú)體體長(zhǎng)），傾斜角度一般不超過(guò) 45o，根據(jù)情況可設(shè)為 15o、25o、35o、45o。水流經(jīng)導(dǎo)魚(yú)柵時(shí)產(chǎn)生的紊動(dòng)對(duì)下行魚(yú)類有一定的趨避作用，能夠?qū)Ⅳ~(yú)向上引導(dǎo)到安全區(qū)域后下放至下游，圖 1 中黃色示意線即為幼魚(yú)旁路系統(tǒng)下行流程。

圖 2 Alden Turbine 結(jié)構(gòu)示意圖3）下行導(dǎo)魚(yú)柵系統(tǒng)。為避免下行魚(yú)類因水泵或水輪機(jī)進(jìn)水口的卷吸作用被帶至危險(xiǎn)區(qū)域，有水利工程在大壩上游修建了導(dǎo)魚(yú)柵以引導(dǎo)魚(yú)類至安全區(qū)域。如美國(guó)Skinner 魚(yú)類保護(hù)設(shè)施（圖 3）。導(dǎo)魚(yú)柵由一系列金屬制成的水力柵組成，形狀類似于“V”形，水流流經(jīng)導(dǎo)魚(yú)柵時(shí)會(huì)引起水體紊動(dòng)，下行魚(yú)類為避開(kāi)這種紊動(dòng)會(huì)沿著百葉窗式水力柵進(jìn)入位于“V”形底部的旁路管道，并沿著管道進(jìn)入集魚(yú)罐，最終利用運(yùn)魚(yú)車運(yùn)至下游合適地點(diǎn)進(jìn)行下放。圖 3 導(dǎo)魚(yú)柵結(jié)構(gòu)示意圖

大 學(xué) 全 日 制 專 業(yè) 學(xué) 位 碩 士 學(xué) 位 論式溢流堰。下行洄游魚(yú)類大多活動(dòng)在水庫(kù)表層，當(dāng)擋水閘門(mén)開(kāi)魚(yú)下行，但若開(kāi)度過(guò)大會(huì)造成水資源的浪費(fèi)。為緩解矛盾，有式溢流堰”的工程設(shè)計(jì)（圖 4）。當(dāng)工程樞紐沒(méi)有下行過(guò)魚(yú)任底，其他水工建筑物正常工作，當(dāng)有下行過(guò)魚(yú)任務(wù)時(shí)，移動(dòng)式開(kāi)始工作，此時(shí)只需在閘門(mén)開(kāi)度較小的情況下表面魚(yú)類便可以

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