带电垂直垃圾架的比较——电场及其对特定鱼类行为的影响

《Journal of Ecohydraulics》：Comparison of electrified vertical trash racks—electric field and effects on species-specific fish behaviours

本研究评估了两种 electrification 方案在大型水电站拦污栅（间距90毫米）上的鱼类保护效率，涉及棕色鳟鱼、欧亚鳗鲡和 Chub。方案一（拦污栅作为电极，下游电极）对鳗鲡和 Chub 有效，FPE 分别达76-92%和78-95%，但对棕色鳟鱼效果有限（FPE 21-55%）。方案二（垂直杆电极）在高速（0.6 m/s）下对 Chub 有效（FPE 76%），但对鳗鲡易导致 immobilization。脉冲模式采用2 ms脉宽、10 Hz频率。结论：方案一适合鳗鲡和 Chub，方案二需谨慎；脉冲模式优化为2 ms、10 Hz。

　　本文探讨了在大型水电站进水口现有的栅栏上加装电力装置，以防止下游鱼类通过涡轮，从而允许其寻找替代通道的可能性。研究评估了两种电力化方式：一种是将栅栏作为电极，并在栅栏下游放置额外的电极行；另一种是将垂直杆电极放置在栅栏条的前端，或单独使用而不与栅栏结合。试验使用了典型的大型栅栏间距90毫米，测试了野生的褐鳟、麦穗鱼和欧洲鳗鲡在0.15、0.3和0.6米/秒的接近流速下的鱼类保护效率。

对于这种大间距的栅栏，将电极放置在栅栏下游的方案被证明比杆电极更有效，欧洲鳗鲡的保护效率在78-91%，麦穗鱼的保护效率在78-95%。而褐鳟对电场的反应不如麦穗鱼和鳗鲡敏感，难以阻止其通过栅栏。研究中还提到了电力屏障在不同配置下的表现，以及如何通过优化电极布局和脉冲模式来提高保护效率。例如，使用脉冲直流电（pDC）并采用特定的脉冲宽度和频率，如脉冲宽度2毫秒、脉冲间隔98毫秒和频率10赫兹，已被证明在多个物种中具有良好的效果。

此外，研究中提到电极的放置位置和材料对电场分布和鱼类反应具有重要影响。例如，使用垂直杆电极而不是网格电极可以减少鱼类在电场中被卡住的风险，并创造更有利的电场分布。然而，由于材料和电极形状的不同，需要调整施加的电压以获得相似的电场强度。同时，研究还讨论了电极放置位置对鱼类行为的影响，例如，电极的分布和电场的方向可能影响鱼类的避让反应。

本文还涉及了鱼类行为的分析，包括它们在接近栅栏时的反应模式和游泳行为。例如，鱼类在接近栅栏时可能会改变其水流感知行为（rheotaxis），并表现出不同的反应，如鳍的摆动或迅速避开。研究还提到，由于鱼类在不同流速下对电场的反应不同，因此需要考虑流速对保护效率的影响。

研究中还讨论了电力化栅栏在实际应用中的潜在问题，如电极材料的腐蚀和维护成本。因此，研究建议使用脉冲直流电模式，并在电极布置和电场模拟方面进行优化，以提高保护效率并减少对鱼类的伤害风险。同时，研究强调了不同鱼类对电场的反应差异，以及在实际应用中如何选择最适合的电极布置方式。

最后，本文总结了研究的主要发现，即在大间距栅栏上加装电力装置可以显著减少鱼类通过涡轮的风险，尤其是在使用特定的脉冲模式和电极布置方式时。同时，研究也指出，由于鱼类行为和电场特性存在差异，需要进一步的试验和模拟来验证这些方法在实际应用中的效果。这些发现为水电站的鱼类保护提供了新的思路和技术方案，有助于实现可持续的水力发电。