欧洲河流洄游鱼类气压伤研究：一种新型气压伤模拟舱的系统开发与应用

这篇综述介绍了专为欧洲河流洄游鱼类设计的气压伤（Barotrauma）模拟舱，通过复现水电站（HPP）涡轮机压力曲线（14–450 kPa，压力梯度达4,500 kPa/s），系统性评估压力骤降对鱼类的影响。该装置支持70尾幼鱼或2–3尾成鱼同步实验，集成深度预适应和麻醉功能，填补了欧洲鱼类气压伤研究的空白，为可持续水电开发提供关键数据支撑。

　　

背景与设计考量

气压伤是鱼类通过水电站涡轮机时因压力骤降（如0.1秒内下降250 kPa）导致的典型损伤。欧洲水框架指令（EU WFD）要求评估水电生态影响，但下游迁移研究长期滞后。现有数据多来自澳大利亚和北美，而欧洲特有鱼类（如欧洲茴鱼、河鲈）的气压伤敏感性尚不明确。

新型气压伤模拟舱基于奥地利径流式水电站（ROHPP）实测压力曲线设计，核心参数包括：

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  压力范围：14–450 kPa（覆盖15米水深）

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  速度：活塞加速度6 m/s²，实现4,500 kPa/s压力梯度（远超欧洲水电站中值2,500 kPa/s）

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  容量：70升，容纳70尾幼鱼或3尾成鱼（40 cm）

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  关键创新：集成预适应舱（模拟自然迁移深度）和麻醉系统（符合欧盟动物实验伦理）。

技术实现与验证

舱体采用标准化铸铁T型件（直径300 mm），配备丙烯酸玻璃观察窗和线性执行器（Festo ESBF-BS-50-100-20P）。预实验发现：

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  空气体积影响：鱼类游泳鳔占体积5.7–8.3%（按Alexander公式），100 ml空气可使最低压（nadir）从16 kPa升至40 kPa（图5）。

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  最低压持续时间：溶解空气析出会延长nadir至0.2秒（图7），但未达汽化压力（20°C时2.3 kPa）。

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  控制策略：通过调整活塞行程（96 mm）和速度（960 mm/s），可精准模拟不同涡轮机型压力曲线（图1）。

应用前景与局限

该装置已成功用于欧洲鲤科、鲑科鱼类幼体测试（数据待发表），其模块化设计降低了建造成本。但需注意：

1. 1.

   实验前需彻底排气（残留气泡影响压力精度）

2. 2.

   麻醉剂MS 222剂量需精确控制（5–90 mg·L^-1）

3. 3.

   垂直压力梯度（舱内9 kPa/m）可能导致鱼类行为偏差。

对比国际同类

较澳大利亚Miller和 Boys（2016）的装置，本舱体：

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  压力变化速度快3倍

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  增加生态模拟功能（预适应/麻醉）

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  适配欧洲鱼类体型（如鼻鱼）。未来可通过种群模型量化气压伤对鱼类资源的累积影响，指导水电站改造。