研究魚卵運動機理的測試裝置及方法與流程

本發明涉及一種測試裝置，尤其涉及一種研究魚卵運動機理的測試裝置及方法。

背景技術：

魚類早期資源主要包括魚卵與魚苗，它們對魚類群體資源量的補充至關重要，也是目前評估漁業狀況最有效最直接的手段。自20世紀80年代以來，我國修建了大量的水利工程，閘壩的攔截以及河道整治阻隔了魚類洄游通道、改變了魚類棲息生境，魚類種群及數量呈現逐年遞減的趨勢。為緩解水利工程中的生態效益，有關部門提出了生態調度、增殖放流、棲息地保護等生態補償措施，但是如何評價這些生態措施的有效性一直是工作中的重點和難點，其中魚類早期資源量的準確估算是生態效果最終評估的關鍵技術。

目前對于產漂流性卵的魚類早期資源量評估還是采用斷面平均流量及斷面平均卵密度的方法，產黏沉性卵的魚類早期資源更是采用直接捕撈或間接評估的方法，隨意性大，可靠性低。傳統方法并未考慮到魚卵的運動規律和沿程分布規律，只能作為一個大概的參考，與實際結果相差甚遠。更為科學合理的評估方法必須從“魚卵的運動”這一新視角出發，修正傳統方法的不足，真實反映魚類產卵規模和魚類早期資源情況。

早期魚苗雖然具備一定的游泳能力，但并不足以對抗天然河道中的水流流速，它與魚卵一樣通常被認為是水體中的一種被動漂浮粒子，受到水的擴散作用影響。魚卵運動的影響因素一般有魚卵物理生物特性、地形因素以及水動力因素，調查手段主要有野外魚卵懸浮物標志放流實驗、數值模擬及室內水槽實驗，野外調查多闡明現象，未說明機理。而室內水槽實驗只見零星報道，其運動規律可為數值模擬計算提供有效的軌跡運動方程，因此迫切需要機理性的室內實驗來揭示魚卵的運動規律和影響機制，系統研究水動力特性及其運動特性，如不同的水流條件下漂流性魚卵的懸浮率、安全漂流距離和黏沉性魚卵的著床率等。掌握魚卵的運動規律對魚類早期資源量的估算、魚類產卵場的推算和修復、生態調度過程的指導都具有重要意義。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于，提供一種操作簡便，可在室內進行的研究魚卵運動機理的測試裝置及研究魚卵運動機理的測試方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種研究魚卵運動機理的測試裝置，包括水槽、設置在所述水槽進口處的供水單元、沿所述水槽進口到出口的方向依次設置在所述水槽內的魚卵釋放器、紊動發生器和取卵計數器；所述紊動發生器和取卵計數器之間形成有一個供魚卵著床的著床區域。

優選地，所述魚卵釋放器包括魚卵容置單元、分別設置在所述魚卵容置單元的迎水面和背水面的閘門；所述魚卵容置單元包括在垂直水流方向上自下而上分布的多層魚卵容置層。

優選地，每一層所述魚卵容置層包括沿所述水槽寬度方向分布的多個魚卵容置格。

優選地，所述魚卵釋放器還包括設置在所述水槽上方并連接所述閘門的卷揚機。

優選地，所述紊動發生器包括設置在所述水槽上方的控制單元、多個相間隔連接所述控制單元的伸縮桿以及多個與所述控制單元連接的轉動球，所述伸縮桿垂直伸入所述水槽內；所述轉動球設置在所述伸縮桿位于所述水槽內的一端上。

優選地，所述取卵計數器包括魚卵攔截單元以及魚卵攔截網，所述魚卵攔截單元的迎水面和背水面均開放，所述魚卵攔截網設置在所述魚卵攔截單元的背水面；所述魚卵攔截單元包括在垂直水流方向上自下而上分布的多層魚卵攔截層。

優選地，該研究魚卵運動機理的測試裝置還包括鋪設在所述著床區域的基層；所述基層包括卵石層和/或砂礫層。

優選地，該研究魚卵運動機理的測試裝置還包括設置在所述水槽內的量水堰和整流格柵；所述量水堰和整流格柵依次位于所述水槽出口和魚卵釋放器之間。

優選地，該研究魚卵運動機理的測試裝置還包括設置在所述水槽上游位置和中部位置處的水位測針。

本發明還提供一種研究魚卵運動機理的測試方法，使用以上任一項所述的研究魚卵運動機理的測試裝置；該測試方法包括以下步驟：

S1、將待測試的魚卵放入魚卵釋放器；所述待測試的魚卵包括漂流性魚卵和/或黏沉性魚卵；

S2、供水單元向水槽供水，在所述水槽內形成預定流速的水流；

S3、開放所述魚卵釋放器以釋放其中的魚卵；

S4、停止水流，對停留在取卵計數器上的魚卵進行統計；

以不同的水流預定流速重復步驟S1-S4多次，獲得魚卵懸浮率的下限流速和/或魚卵著床的上限流速。

優選地，步驟S3還包括：

開啟紊動發生器，使水流產生紊動，以獲得魚卵懸浮率的下限魚卵懸浮率的下限流速和/或魚卵著床的上限紊動強度。

本發明的有益效果：通過模擬天然產卵過程中魚卵的釋放，調節水體的流速與紊動強度，可測試獲得魚卵(如漂流性魚卵和黏沉性魚卵)在層流和紊流水力條件下的運動規律，操作簡便；該測試裝置可在室內進行，相比野外調查法更省時省力，相對于數值模擬手段其結果更為可靠，為魚類生態調度的效果評估奠定了堅實的理論基礎。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明一實施例的研究魚卵運動機理的測試裝置的俯視結構示意圖；

圖2是圖1中魚卵釋放器的結構示意圖；

圖3是圖1中紊動發生器的結構示意圖；

圖4是圖1中取卵計數器的結構示意圖。

具體實施方式

為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

如圖1所示，本發明一實施例的研究魚卵運動機理的測試裝置，包括水槽10、設置在水槽10進口處的供水單元20、沿水槽10進口到出口的方向(水流方向)依次設置在水槽10內的魚卵釋放器30、紊動發生器40和取卵計數器50；紊動發生器40和取卵計數器50之間形成有一個供魚卵著床的著床區域60。

其中，水槽10用于模擬河道，為長條狀結構，可如圖1中的矩形。水槽10可由多個板塊或墻板相接形成，頂部可開放。水槽10的進口和出口均封閉，進口處連接供水單元20如水泵，通過水泵往水槽10內注水，并可形成水流。出口處可通過尾門11封閉，且可通過調節尾門11的開度來調節水槽10內的水深，使水深達到測試所需設定工況。

水槽10的出口還可連接回水池(未圖示)，供水單元20、水槽10和回水池可相連通，形成一個水流循環系統。

供水單元20的水泵可埋設于水槽10上游(開口處)底部，起到一定的消能作用。

魚卵釋放器30用于放置魚卵(待測試魚卵)，并將魚卵釋放到水槽10內。

如圖1、2所示，魚卵釋放器30包括魚卵容置單元31、分別設置在魚卵容置單元31的迎水面和背水面的閘門32。魚卵容置單元31垂直水流方向設置在水槽10內，其呈箱體結構，外周與水槽10內的斷面一致；魚卵容置單元31內部具有容置空間以放置魚卵；魚卵容置單元31的迎水面和背水面分別為開放狀態，且通過閘門32的開合實現兩面的打開或封閉。

魚卵容置單元31包括在垂直水流方向上自下而上分布的多層魚卵容置層311，分別可對應在水深方向的層流。

進一步，每一層魚卵容置層311包括沿水槽10寬度方向分布的多個魚卵容置格3110。魚卵容置層311和魚卵容置格3110的劃分，可模擬魚在河道斷面的不同部位產卵情況。

在本實施例中，如圖2所示，魚卵容置單元31包括三層魚卵容置層311，每一層魚卵容置層311包括三個魚卵容置格3110，從而魚卵容置單元31包括呈三行三列的九個魚卵容置格3110。

位于魚卵容置單元31迎水面的閘門32可包括對應多列魚卵容置格3110的多個分閘門，每一個分閘門控制一列魚卵容置格3110的開閉；位于魚卵容置單元31背水面的閘門32對應也包括對應多列魚卵容置格3110的多個分閘門，每一個分閘門控制一列魚卵容置格3110的開閉。

魚卵釋放器30還包括設置在水槽10上方并連接閘門32的卷揚機33。卷揚機33設有控制每一個分閘門的啟動開關，卷揚機33啟動后，將分閘門卷繞收起，即可打開對應列的魚卵容置格3110。

紊動發生器40用于制造紊動，使得水流具有一定的紊動強度，可在紊動測試時啟動。

如圖1、3所示，在本實施例中，紊動發生器40包括設置在水槽10上方的控制單元41、多個相間隔連接控制單元41的伸縮桿42、以及連接控制單元41的多個轉動球43。

伸縮桿42垂直伸入水槽10內，可通過伸縮控制其在水槽10內的長度。轉動球43設置在伸縮桿42位于水槽10內的一端上，轉動球43在控制單元41控制驅動下進行圓周轉動，使其周圍的水流發生紊動。通過調節轉動球43的轉動頻率調整水體紊動強度，同時可以使用伸縮桿42調整該部分不同水層的紊動強度。

多個伸縮桿42在水槽10內的長度不一，以使轉動球43位于不同水層中。

取卵計數器50在水槽10內靠近其出口。如圖1、4所示，取卵計數器50包括魚卵攔截單元51以及魚卵攔截網52，魚卵攔截單元51的迎水面和背水面均開放，魚卵攔截網52設置在魚卵攔截單元51的背水面，以將魚卵攔截在魚卵攔截網52的迎水側。

魚卵攔截單元51的外周形狀對應水槽10的斷面，整體可呈箱體結構。魚卵攔截單元51可包括在垂直水流方向上自下而上分布的多層魚卵攔截層511，如上、中、下三層，分別可對應在水深方向的層流，以配合魚卵攔截網52將不同水層中的魚卵攔截其中。多層魚卵攔截層511之間通過隔板隔開，不連通。

魚卵攔截網52的網孔直徑小于或等于魚卵直徑，保證能夠攔截采集到魚卵。

著床區域60供魚卵著床。進一步，著床區域60上還鋪設有基層61，為黏沉性魚卵提供著床條件。基層61包括卵石層和/或砂礫層。

進一步地，該研究魚卵運動機理的測試裝置還包括設置在水槽10內的量水堰70和整流格柵80；量水堰70和整流格柵80依次位于水槽10出口和魚卵釋放器30之間。量水堰70的外周形狀可與水槽10斷面一致，可采用矩形量水堰，可與水位測針配合，用于估算水體循環的流量及流速。

整流格柵80的外周形狀可與水槽10斷面一致。整流格柵80采用鐵絲網并列焊接而成，用于調整水流流態。

該研究魚卵運動機理的測試裝置還包括設置在水槽10上游位置和中部位置處的水位測針(未圖示)。水槽10上游位置的水位測針可位于量水堰70的迎水面一側，水槽10中部位置處的水位測針可位于紊動發生器40和取卵計數器50之間，在著床區域60范圍內。

本發明的研究魚卵運動機理的測試方法，可使用以上任一項的研究魚卵運動機理的測試裝置實現。結合圖1，該研究魚卵運動機理的測試方法包括以下步驟：

S1、將待測試的魚卵放入魚卵釋放器30。待測試的魚卵包括漂流性魚卵和/或黏沉性魚卵。

此步驟中，供水單元20處于關閉狀態；根據實際中魚類不同的產卵位置，將待測試的魚卵放置在對應的魚卵容置格3110中，并將魚卵容置格3110的迎水面和背水面對應的分閘門關閉。沒有放置魚卵的魚卵容置格3110對應的分閘門則可處于打開狀態。

S2、供水單元20向水槽10供水，在水槽10內形成預定流速的水流。

通過水槽10內上游位置的水位測針的讀數獲取水體的流速，并調整水泵功率，當上游水位測針讀數達到設定工況時固定水泵功率，恒定流量。通過中部水位測針的零點測定及讀數，調節尾門11開度，使水位達到預設工況值。

S3、開放魚卵釋放器30以釋放其中的魚卵。開放魚卵釋放器30在水流趨于穩定后進行。

閘門的啟動速率(魚卵容置格3110的迎水面和背水面對應的分閘門的啟動速率)根據模擬的天然魚類產卵速度確定；背水面的分閘門的開啟速度略高于迎水面的分閘門的開啟速度。

S4、停止水流，對停留在取卵計數器50上的魚卵進行統計。

釋放魚卵一段時間后，關閉水泵，將取卵計數器50取出，統計其上攔截收集的魚卵數量。

以不同的水流預定流速重復步驟S1-S4多次，獲得魚卵懸浮率的下限流速和/或魚卵著床的上限流速。

上述的操作步驟主要用于進行層流測試，當需要進行紊流測試時，在上述操作步驟基礎上，步驟S1中還包括調整紊動發生器40的伸縮桿41位置及設置轉動球43的轉動頻率。

步驟S3還包括：

開啟紊動發生器40，使水流產生紊動，以獲得魚卵懸浮率的下限魚卵懸浮率的下限流速和/或魚卵著床的上限紊動強度。

另外，本發明的研究魚卵運動機理的測試裝置還可用于研究魚卵單體運動，并通過在水槽10上方安裝攝像裝置來記錄魚卵的運動過程。

下面以具體實施例來對本發明作進一步說明。

實施例1：研究漂流性魚卵的運動機理

水槽長度為30m，其中魚卵釋放器到取卵計數器的距離為20m，水槽寬度為0.8m，高1.2m；采用2臺500m3/h的水泵進行供水。層流測試時，取卵計數器采用2mm的鐵網目，將50粒漂浮性魚卵(3mm±0.5mm)放置在魚卵容置格中，關閉該魚卵容置格所在列的前后分閘門，其余分閘門開啟；著床區域不設任何基層。紊流測試時，在層流測試的基礎上調節紊動發生器上轉動球的轉動頻率，并在魚卵釋放后接通紊動發生器電源。兩種測試開始時都需開啟水泵，對水位測針進行讀數，通過水泵流量的增減或尾門調節達到測試工況水力條件，然后根據天然魚卵釋放速度設置分閘門開啟速度，一段時間后關閉水流循環系統，對取卵計數器各層分布的魚卵進行計數；測試的水力工況為：流速0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s、0.5m/s；水深0.8m、0.4m；紊動強度5cm/s、15cm/s、25m/s、35m/s、45m/s，每一工況測試重復三次；最后根據數據結果得出能夠保證80％魚卵懸浮率的下限流速及紊動強度。

實施例2：研究黏沉性魚卵的運動機理

水槽長度為30m，其中魚卵釋放器到取卵計數器的距離為20m，水槽寬度為0.8m，高1.2m；采用3臺500m3/h的水泵進行供水。層流測試時，取卵計數器鐵網目為3.5mm，將50粒黏沉性魚卵(4mm±0.5mm)放于魚卵容置格中，關閉該魚卵容置格所在列的前后分閘門，其余分閘門開啟；在著床區域鋪設卵石(2cm±1cm)，整個著床區域長度15m。紊流測試時，在層流測試的基礎上調節紊動發生器上轉動球的轉動頻率，并在魚卵釋放后接通紊動發生器電源。兩種測試開始時都需開啟水泵，對水位測針進行讀數，通過水泵流量的增減或尾門調節達到測試工況水力條件，然后根據天然魚卵釋放速度設置分閘門開啟速度，一段時間后關閉水流循環系統，對取卵計數器各層分布的魚卵進行計數；測試的水力工況為：流速0.2m/s、0.4m/s、0.6m/s、0.8m/s、1.0m/s；水深0.8m、0.4m；紊動強度10cm/s、20cm/s、30m/s、40m/s、50m/s；每一工況測試重復三次；根據數據結果得出能夠保證80％魚卵著床的上限流速及紊動強度。

實施例3：研究漂浮性魚卵和黏沉性魚卵的運動機理

水槽長度為30m，取卵計數器的位置盡量靠近尾門以保證魚卵足夠的運動距離，其余設置與例一、二相同。將一粒魚卵放于魚卵容置格中，關閉魚卵容置格所在列的分閘門，其余分閘門開啟；著床區域不設基層。紊流測試時開啟紊動發生器，待魚卵流動后采用高清錄像機同步跟蹤拍攝魚卵運動情況。測試工況為流速0.1～1m/s，水深0.8m/s，紊動強度5～50cm/s。最后使用視屏分析軟件分析單體魚卵垂向運動軌跡。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。