鱼类在通过泄洪道时对流速变化的行为反应

《River Research and Applications》：The Behavioral Response of Fish to Flow Velocity Variations During Passage Through a Sluice

水电站 rectangular 滑道对鱼类游泳行为的影响研究基于CFD与实验结合的方法，分析了三种鱼类在变流量条件下的流体动力学交互作用，发现鱼类垂直分层运动、低剪切区能量节省及尾鳍运动频率与流量相关性，提出水力学优化建议。

　　

摘要

全球有超过45,000座水电站对鱼类种群，尤其是迁徙性物种构成了重大威胁。本研究调查了三种鱼类——Procypris rabaudi、Onychostoma sima 和 Acrossocheilus yunnanensis——在不同水流条件下通过矩形泄水闸时的游泳行为。我们采用了计算流体动力学（CFD）和实验相结合的方法，系统地研究了鱼类游泳过程中的流体动力学与运动学相互作用。通过同时解析速度场、速度梯度、湍流动能（TKE）和雷诺剪切应力，并将这些数据与鱼类尾鳍摆动频率、摆动幅度和角度的运动学测量结果相结合，该研究框架实现了对流体行为相互作用的新颖量化。研究结果表明，在泄水闸附近水流加速显著（0.1–0.6 m/s），且湍流强度增加；三种鱼类的游动轨迹均表现出明显的垂直分层现象。所有鱼类都倾向于停留在低剪切区域（0.01–0.075 m），以减少能量消耗。尾鳍摆动运动学特征表现出对水流的依赖性：当水流速度低于0.01 m/s时，摆动频率增加，而摆动幅度和角度减小（p < 0.05）；主成分分析（PCA）证实了这些现象具有物种特异性（PC1 = 49.9%）。水力条件对鱼类的空间分布有显著影响：较高的水流速度（>0.4 m/s）和挡板高度（>15 cm）对中等栖息深度的鱼类影响尤为明显，使其摆动频率增加了3.2倍。这些发现强调了流体动力学优化在提高鱼类通过泄水闸的成功率及促进物种生存方面的重要作用。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。