一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法技术方案

本发明专利技术公开了一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法，包括基座，基座的顶面有曝气池，曝气池池底安装有第一潜水泵；基座上固接有钢架，钢架上安装有循环水池，循环水池的池壁为透明材质；循环水池连通有导水管，导水管通过三通接头分别连接有第一分水管和第二分水管，第一分水管远离导水管的一端延伸至基座的外侧，第二分水管与第一潜水泵的出水端连通，第一分水管和第二分水管上均安装有阀门；基座顶面安装有水流发生机构，水流发生机构与循环水池连通；循环水池内安装有水温调节机构以及过滤机构；基座顶面还设置有视频录像及存储机构；本发明专利技术实验监测系可连续观测鱼类游泳行为的循环水池装置，提高实验数据准确性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法


[0001]本专利技术涉及鱼类行为学研究
，尤其涉及一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法。

技术介绍

[0002]目前关于鱼类行为学的研究大多试图简化水动力条件，以便更好地理解鱼类复杂的运动行为。然而，自然界河流中水流流态复杂多变，尤其在地貌形态复杂的山区河流中。复杂的流态指为以涡流为主的水流形态，可以由多重强度和大小的涡旋流叠加在平均流速上来定义。在复杂流态下水流的湍流强度和尺度也是影响鱼类游泳能力的关键因素。Webb研究表明湍流旋涡直径与鱼类体长比值在50％
‑
100％之间时，会使鱼类在水中失去平衡。湍流旋涡尺度在合适的范围时，鱼类采用“卡曼步态”来利用湍流旋涡横向拖拽力节省迁移运动中的能量消耗。因此，目前对鱼类在自然界复杂流态下的行为理解存在偏差，其相关响应机制尚不明确。本专利技术提供了一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法，为准确理解鱼类行为提供技术支撑。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，包括基座，所述基座的顶面嵌设有曝气池，所述曝气池池底固定安装有第一潜水泵；所述基座的顶面还固接有钢架，所述钢架的顶部固定安装有循环水池，所述循环水池的池壁为透明材质；所述循环水池的底面连通有导水管，所述导水管远离所述循环水池的一端通过三通接头分别连接有第一分水管和第二分水管，所述第一分水管远离所述导水管的一端延伸至所述基座的外侧，所述第二分水管远离所述导水管的一端与所述第一潜水泵的出水端连通，所述第一分水管和所述第二分水管上均安装有阀门；所述基座顶面安装有水流发生机构，所述水流发生机构与所述循环水池连通；所述循环水池内安装有水温调节机构以及过滤机构；所述基座顶面还设置有视频录像及存储机构。
[0005]优选的，所述水流发生机构包括固定安装在所述基座顶面的离心泵，所述离心泵的出水端通过出水管与所述循环水池内腔连通，所述离心泵的进水端通过回水管与所述循环水池内腔连通；所述离心泵与固定安装在所述基座顶面的变频器典型连接；所述循环水池的顶端上放置有流速测量装置，所述流速测量装置由上到下伸入到所述循环水池中；所述出水管上安装有流量计。
[0006]优选的，所述水温调节机构包括固定安装在所述循环水池外侧壁上的冷水机以及若干个固定安装在所述循环水池内腔中的加热器，所述冷水机由外向内贯穿所述循环水池的外侧壁并与所述循环水池的内腔连通。
[0007]优选的，所述过滤机构包括固定安装在所述循环水池池底中的第二潜水泵，所述
第二潜水泵的出水端连通有多级过滤器。
[0008]优选的，所述视频录像及存储机构包括固接在所述基座顶面的固定支架，所述固定支架顶端延伸至所述循环水池的正上方并固定安装有广角摄像头；所述视频录像及存储机构还包括放置在所述基座顶面的移动支架，所述移动支架固定安装有侧面摄像头，所述侧面摄像头以及所述广角摄像头均电性连接有同一刻录机。
[0009]优选的，所述出水管远离所述离心泵的一端连通有主分水管，所述主分水管水平设置，所述主分水管的侧壁上连通有若干个长度不同的副分水管，若干所述副分水管水平设置并按长度依次有序排列。
[0010]一种鱼类对复杂流态行为响应研究方法，用于上述鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，包括以下步骤：
[0011]1)向循环水池中注入一定量的水；
[0012]2)将实验鱼类放入循环水池中；
[0013]3)在循环水池中放入需要的障碍物并让水达到一定流速；
[0014]4)不同复杂水流条件下，利用侧面摄像头以及所述广角摄像头捕捉不同复杂水流条件下鱼类趋流行为参数及游泳行为参数；
[0015]5)采用TR
‑
TPIV技术测量不同复杂水流条件下，关键水流复杂水流条件表征变量空间分布；
[0016]6)研究鱼类运动行为与关键复杂水流表征变量的内在响应关系，确定关键复杂水流表征变量对鱼类运动行为的阈值范围。
[0017]优选的，所述步骤4)中，所述不同复杂水流条件下鱼类趋流行为包括游动朝向、驻留位置的偏好区域；所述鱼类游泳行为参数包括摆尾频率、摆尾幅度、头部转向角、逆冲次数、逆冲距离及鱼类游泳失稳参数。
[0018]优选的，所述步骤5)中，所述复杂流态表征变量包括湍流强度、雷诺切应力、涡量、涡尺度及涡直径；涡尺度及涡直径通过流场结构可视化得出。
[0019]优选的，所述步骤6)中，研究鱼类趋流行为与河流复杂流态的响应关系，识别影响鱼类行为的关键复杂水流表征变量；记录实验鱼出现游泳失稳行为，包括被动拖拽、浮头、摆尾异常的关键复杂流态表征变量值；研究鱼类运动行为与关键复杂流态表征变量的内在响应关系，确定关键复杂流态表征变量对鱼类运动行为的阈值范围。
[0020]本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：
[0021](1)以往的实验装置鱼类活动区域多为面积较小的封闭区域，实验受鱼类个体大小的限制，鱼类活动受限不能进行完整的游泳行为，而且实验区域多以单一的长方形或者圆形形式为主，不能较好的反映实际情况。本专利技术实验监测系可连续观测鱼类游泳行为的循环水池装置。循环水池的试验段容积较大且由直线段与圆弧段组成，可以减少实验装置对鱼类运动过程的束缚作用，使鱼类在循环水池内的游泳动作更加舒展，得到实验结果更加准确。本专利技术监测系统其结构简单，设计巧妙，布局合理。
[0022](2)受湍流特性及其数学表达研究进展的制约，基于鱼类个体尺度的复杂流场时空分布模式的研究较少。因此，未能将复杂水动力环境刺激与鱼类感知系统功能联系起来，相关机理尚不明确。20世纪90年代，湍流和边界层理论的关键文献出版后，湍流定量化测量仪器和湍流特性分析方法得到了快速发展。本专利技术采用高频层析粒子图像测速(TR
‑
TPIV)
系统分析复杂流态的湍流表征变量，研究鱼类行为对关键复杂流态的表征变量的响应机制，能够更准确的理解鱼类行为，为山区河流鱼类行为学研究提供技术支持。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术整体结构侧视图；
[0025]图2为本专利技术循环水池俯视图；
[0026]图3为本专利技术循环水池与视频录像及存储机构位置关系示意图；
[0027]图4为本专利技术实施例中流量与流速关系示意图；
[0028]图5为本专利技术实施例中鱼类趋流行为实验水槽布置示意图；
[0029]图6为本专利技术实施例中鱼类游泳行为实验水槽布置示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，其特征在于：包括基座（25），所述基座（25）的顶面嵌设有曝气池（27），所述曝气池（27）池底固定安装有第一潜水泵（5）；所述基座（25）的顶面还固接有钢架（26），所述钢架（26）的顶部固定安装有循环水池（3），所述循环水池（3）的池壁为透明材质；所述循环水池（3）的底面连通有导水管（28），所述导水管（28）远离所述循环水池（3）的一端通过三通接头分别连接有第一分水管（29）和第二分水管（30），所述第一分水管（29）远离所述导水管（28）的一端延伸至所述基座（25）的外侧，所述第二分水管（30）远离所述导水管（28）的一端与所述第一潜水泵（5）的出水端连通，所述第一分水管（29）和所述第二分水管（30）上均安装有阀门；所述基座（25）顶面安装有水流发生机构，所述水流发生机构与所述循环水池（3）连通；所述循环水池（3）内安装有水温调节机构以及过滤机构；所述基座（25）顶面还设置有视频录像及存储机构。2.根据权利要求1所述的一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，其特征在于：所述水流发生机构包括固定安装在所述基座（25）顶面的离心泵（11），所述离心泵（11）的出水端通过出水管（14）与所述循环水池（3）内腔连通，所述离心泵（11）的进水端通过回水管（12）与所述循环水池（3）内腔连通；所述离心泵（11）与固定安装在所述基座（25）顶面的变频器（6）典型连接；所述循环水池（3）的顶端上放置有流速测量装置（2），所述流速测量装置（2）由上到下伸入到所述循环水池（3）中；所述出水管（14）上安装有流量计（13）。3.根据权利要求1所述的一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，其特征在于：所述水温调节机构包括固定安装在所述循环水池（3）外侧壁上的冷水机（7）以及若干个固定安装在所述循环水池（3）内腔中的加热器（8），所述冷水机（7）由外向内贯穿所述循环水池（3）的外侧壁并与所述循环水池（3）的内腔连通。4.根据权利要求1所述的一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，其特征在于：所述过滤机构包括固定安装在所述循环水池（3）池底中的第二潜水泵（10），所述第二潜水泵（10）的出水端连通有多级过滤器（9）。5.根据权利要求1所述的一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，其特征在于：所述视频录像及存储机构包括固接在所述基座（25）顶面的固定支架（21），所述固定支...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽，杨胜发，王玮栋，胡江，肖山，林欢，杨威，李文杰，
申请(专利权)人：长江重庆航道工程局，
类型：发明
国别省市：