影响鱼类通过效率及游泳行为的关键水动力因素——以多槽式与池堰结合的鱼类通道为例

《Journal of Fish Biology》：The crucial hydrodynamic factors affecting fish-passage efficiency and fish-swimming behaviours in a multi-slot and pool-weir combined fishway

鱼类洄游水工结构优化研究：MSWF-5鱼道水动力特性与鱼类行为响应分析采用三维数值模拟和实验室物理模型，对比了新型多槽池堰鱼道（MSWF-5）与其他鱼道的水动力特性。研究发现，流速（U）和雷诺剪切应力（τxy）显著影响鱼类通过率（r=-0.892至-0.473，p<0.05），其中槽道部分流速均匀系数β（53%-64%）与鱼类出现频率相关性更强，而堰道部分剪切应力影响更显著（β70%-73%）。该成果为多物种鱼道设计提供了理论依据。

　　

摘要

最近提出了一种新型的多槽与堰组合鱼道（命名为MSWF-5），该鱼道结合了垂直槽鱼道和堰式鱼道的优点。本研究旨在系统地比较MSWF-5与其他技术鱼道在水动力特性方面的差异，并通过使用草鱼（Ctenopharyngodon idella）进一步揭示水动力特性对鱼类通过效率及鱼类游动行为的影响。水动力特性是通过三维数值模拟获得的，而鱼类游动行为则是通过实验室物理模型中的鱼类通过实验来观察的。研究发现，草鱼在MSWF-5中的通过成功率与沿槽段的空间平均时间平均流速（U_s-mean）高度相关（r = ?0.892，p < 0.05）。此外，尽管MSWF-5中的槽和堰的最大水流速度相似，但在试验中绝大多数鱼类选择了通过槽（92.7%–99.7%，水深为17.6–32.6厘米），而只有0.3%–7.3%的鱼类选择了通过堰（水深为2.6–17.6厘米）。同时，时间平均流速（U）和时间平均雷诺剪应力X–Y分量（|τ_xy|）与鱼类的出现频率显著负相关（r = ?0.954至?0.473，p < 0.01）。具体而言，U与MSWF-5槽道中鱼类的出现频率的相关性更强（流速均匀性系数β = 53%–64%，r = ?0.879至?0.669），而|τ_xy|与MSWF-5堰道中鱼类的出现频率的相关性更强（β = 70%–73%，r = ?0.954至?0.878）。本研究为鱼类对复杂湍流的游动反应提供了新的认识，有助于开发高效的多物种鱼道，并为鱼道设计实践及相关法规/指南的制定提供了参考。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向通讯作者索取。