鱼类游泳能力测定方法及沉水开放式测试装置

摘要

本发明提供了一种鱼类游泳能力测定方法及沉水开放式测试装置。所述方法按下列步骤进行：1.实验前的准备工作；2.系统测试与校正；3.游泳能力测试；4.实验数据采集；5.系统的维护与清理。所述装置水槽底部装有带水位调节装置的出水管，水槽内装有支架、实验台底座、稳定坞及测试管体，测试管体一端由电动机、进水孔与叶轮组成水流营造系统，整流装置两端分别与水流营造系统和带观察窗的测试区相连接，带观察窗的测试区与流速测试区相连接，流速测试区内装有流速仪，流速测试区与水位控制区相连接，控制面板上装有水流流速监测仪、变频控制器和水质监测仪，水槽上部一端装有进水管。

说明书

技术领域

本发明涉及到水产科学领域，特别涉及到一种鱼类游泳能力测定方法及沉水开放式测试装置。

背景技术

鱼类游泳能力是指鱼类游泳的持续时间和强度。衡量鱼类游泳能力的指标主要有持久游泳速度、临界游泳速度、爆发游泳速度等。而最常用的就是持续游泳速度和临界游泳速度。现有的鱼类游泳能力测定原理一般是在密闭空间的均匀流场下，假定鱼类游泳速度与水流速度相等，依据鱼类在不同流速下的游泳状态变化进行判别。大多是独立的密封式测试系统。水流流速的营造主要采用电动机或静水压实现（曹振东等2005，涂志英等2011）。现有的研究表明，影响鱼类游泳能力的主要外界因素主要是水温及溶氧。因此，现有的独立密封式鱼类游泳能力测试系统有以下弊端：

1、由于要实现密封式水循环，并且要达到一定的水流速度，这些装置容积较小，储水量有限，较多的用于小型鱼类或大型鱼类幼鱼阶段的游泳能力测定。

2、由于实验装置是相对独立的密封环道，随着实验时间的持续，水体中的溶氧水平因实验鱼消耗会不断降低，影响鱼类游泳能力测试的结果，通常的作法是经过一段时间就换新水，操作比较麻烦。

3、由于实验装置暴露于空气中，而且储水量有限，实验装置内的水温常在实验过程中会因空气温度发生改变。水温的变化会使得测试鱼类游泳能力结果产生偏差，导致实验的误差增加。

4、由于实验装置是密封，其中装置运行过程中以及实验过程中的水流流速不能直接测试，造成水流流速值非实测，只是根据水流推荐其工作效率的理论推算结果，存在一定误差，并且随着水流推进器工作效率衰减误差会明显增加。

5、          独立密封系统内部清洗和检修难以自由实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鱼类游泳能力测定方法及沉水开放式测试装置。其目的一为：可以实现大规模鱼类和大型鱼类的游泳能力测定；其目的二为：可以对测试系统内部参数进行有效监控；其目的三为：可实现装置的便捷组装与检修。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种鱼类游泳能力测定方法，其特征在于：所述方法按下列步骤进行：

1、实验前的准备工作：搭建好鱼类游泳能力测定的沉水开放式测定装置，将实验水槽中注满水，通过控制进水口的进水量和出水口的排水量，使实验水槽中的水体保持恒定的水体交换率；

2、系统测试与校正：给系统供电，开启流速、水体溶氧及水温监测仪，调节变频控制器启动潜水水流营造系统产生水流，记录并测试每个变频频率对应的流速值，形成系统标准水流递增表，经2-3次校正后，误差在0.3-0.5%内，将水温变幅控制在小于0.5℃，溶氧量大于6.0mg/L，便开始进行实验工作；

3、游泳能力测试：实验前，将实验鱼装入测试区放养1-2小时，维持系统水流速小于0.01m/秒，使实验鱼适应性训练0.5-1小时，开始实验鱼持续游泳时间测试时，将变频控制器调节至所需流速对应的频率下，开始记录时间，直至实验鱼发生明显被劳行为结束，开始实验鱼极限游泳能力测试时，将所需的流速及递增系列所对应的频率设置输入到变频控制器中，测试过程中变频控制器会自动调节水流速，并按所需要的流速递增，直至实验鱼发生明显被劳行为时结束；

4、实验数据采集：实验过程中只需记录水流速、流速营造的时间、以及鱼类行为变化出现的时间，根据公式计算出鱼类游泳能力测试指标，测试中需要根据水质监测仪的溶氧和水温值的变化幅度，进行进水口流量大小调节，维持系统环境恒定；

鱼类极限流速测量公式为：

U_crit = U₁ + ( T₁ /T₂) × U₂

式中：U₁为实验鱼能够游完整个时间间隔的最高流速，单位为cm/s ; 

U₂为速度增量，单位为cm/s ;

 T₁为实验鱼在最高流速下的可持续游泳时间，单位为分钟 ; 

T₂为时间间隔，单位为分钟；

5、系统的维护与清理：实验结束后，将实验装置及配套系统进行拆卸、清洗和维护，然后分类存放。

一种测定鱼类游泳能力沉水开放式测试装置，包括测试管体、电动机、进水孔、叶轮、整流装置、带观察窗的测试区、筛网、流速测试区、流速仪、水位控制区、支架、稳定坞、实验台底座、水质监测探头、水流流速监测仪、变频控制器、水质监测仪、水槽、带水位调节装置的出水管和进水管，该装置水槽底部的一端装有带水位调节装置的出水管，水槽内的底部装有支架，支架上装有实验台底座，实验台底座上装有稳定坞，稳定坞上装有测试管体，测试管体的一端由电动机、进水孔与叶轮组成潜水水流营造系统，整流装置的两端分别与潜水水流营造系统和带观察窗的测试区相连接，带观察窗的测试区的另一端与流速测试区相连接，流速测试区内装有流速仪，流速测试区的另一端与水位控制区相连接，控制面板上装有水流流速监测仪、变频控制器和水质监测仪，水流流速监测仪和水质监测仪分别用导线与流速仪和水质监测探头相连接，水槽上部一端装有进水管。

所述的整流装置由内壁光滑的钢丝波纹管内部均匀填塞不锈钢网筛组成。

所述的带观察窗的测试区用透明有机玻璃管且两端放有膨胀型筛网组成。

本发明的积极效果为：

1、     该装置采用沉水设计，利用水体自然密封的特性保证系统的联通和循环、利用水体补给与循环，维持实验装置内外环境条件的恒定。

2、     该测试系统可实现实验装置内水流的实测，实现水温及溶氧的实测与调控，大大减少了实验的误差。

3、     该实验系统采用的沉水内循环系统，水体容积大，并且通过变频调节可以实现大范围的流速营造，最高流速可达2m/s，满足绝大部分鱼类游泳能力的测试。

4、     该实验系统和方法可以实现大规格和大型鱼类的游泳能力测量，可满足多种不同规格鱼体测试。

5、     该实验装置和辅助系统拆装较为简单，为系统清理和维护提供了便利。

附图说明

图1、沉水开放式测试装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例一

以达氏鲟为测试实验鱼

1、          装置安装及布设：按照图1所示的装置结构示意图，依次在水槽21底部的支架13上接装实验台底座15、稳定坞14和测试管体1，在测试管体1的一端由电动机2、进水孔3和叶轮4组成的潜水水流营透系统，且与整流装置5一端的连接扣进行连接，整流装置5由内壁光滑的钢丝波纹管内部均匀填塞不锈钢网筛形成，带观察窗的测试区6与整流装置5另一端的连接扣连接，带观察窗的测试区6用透明有机玻璃管且两端放有膨胀型筛网7形成，流速测试区9中间安装上点式流速仪10，用导线12将控制面板20上的水流流速监测仪17与流速仪10相连接，水质监测仪19与水质监测探头16相连接，通过进水管23向水槽21内注满水，调节进水管23和带水位调节装置的出水管22，使水槽21内的水体交换量恒定。

2、          系统测试与校正：启动电源控制按钮，通过变频控制器18调整电流频率，从而调节叶轮4转速，营造水流。通过流速仪10读取流速值，记录每个频率对应的流速值。重复测试2次对系统进行校正，当流速误差>0.5%或＜0.3%时，重新调节水流流速。通过水质监测仪19和水质监测探头16对水温和溶氧进行观测记录，每20分钟自动记录1次。控制进水口23流量，用水质监测探头16和水质监测仪19控制水温变幅小于0.5℃，溶氧大于6.0mg/L。

3、          测试前实验鱼适应训练：实验前，将达氏鲟放入流速测试区9中，放养1小时，调节带观察窗的测试区6中的流速至0.005m∕秒，将带观察窗的测试区6和流速测试区9之间的筛网7打开，使达氏鲟进入带观察窗的测试区6内，再安装上筛网7，让达氏鲟适应训练0.5小时。

4、          游泳能力测试：当测试达氏鲟持续游泳能力时，通过变频控制器18调节水流至需要的实验水流速度，记录实验开始时间，通过测试区上的观察窗观察达氏鲟的游泳状态，直至达氏鲟疲劳不能克服水流向前游动，且鱼尾多次触及筛网7，鱼体扭曲，在20-60秒内无行为变化时，实验判定为结束，记录实验结束时间。通过比较不同水流、不同流速下鱼体的克流时间获得达氏鲟持续游泳能力数据。当测试达氏鲟极限游泳能力时，首先制定测试过程中的初始流速、流速增量、流速步增时间；然后在各流速表中找出对应的频率值，利用变频控制器18设定频率、调节时间。实验过程记录设定值、起始时间和结束时间。根据公式

U_crit = U₁ + ( T₁ /T₂) × U₂计算获得达氏鲟的极限游泳能力。

式中U₁为实验鱼能够游完整个时间间隔的最高流速( cm/s ) ; U₂为速度增量( cm/s) ; T₁为试验鱼在最高流速下的可持续游泳时间( min) ; T₂为时间间隔( min)

5、          实验装置清理和维护：实验装置可以一直放在水中连续使用，实验完成后可由带水位调节装置的出水管22将水槽21内水排干。实验装置可以方便拆分，每个部分均可自由清洗和存放。

实施例二

以中华鲟为测试实验鱼

1）          装置安装及布设：按照图1所示的装置结构示意图，依次在水槽21底部的支架13上接装实验台底座15、稳定坞14和测试管体1，在测试管体1的一端由电动机2、进水孔3和叶轮4组成的潜水水流营透系统，且与整流装置5一端的连接扣进行连接，整流装置5由内壁光滑的钢丝波纹管内部均匀填塞不锈钢网筛形成，带观察窗的测试区6与整流装置5另一端的连接扣连接，带观察窗的测试区6用透明有机玻璃管且两端放有膨胀型筛网7形成，流速测试9中间安装上点式流速仪10，用导线12将控制面板20上的水流流速监测仪17与流速仪10相连接，水质监测仪19与水质监测探头16相连接，通过进水管23向水槽21内注满水，调节进水管23和带水位调节装置的出水管22，使水槽21内的水体交换量恒定。

2）          系统测试与校正：启动电源控制按钮，通过变频控制器18调整电流频率，从而调节叶轮4转速，营造水流。通过流速仪10读取流速值，记录每个频率对应的流速值。重复测试3次对系统进行校正，当流速误差>0.5%或＜0.3%时，重新调节水流流速。通过水质监测仪19对水温和溶氧进行观测记录，每20分钟自动记录1次。控制进水口23流量，用水质监测探头16和水质监测仪19控制水温变幅小于0.5℃，溶氧大于6.0mg/L。

3）          测试前实验鱼适应训练：实验前，将中华鲟放入流速测试区9中，放养2小时，调节带观察窗的测试区6中的流速至0.008m∕秒，将带观察窗的测试区6和流速测试区9之间的筛网7打开，使中华鲟进入带观察窗的测试区6内，再安装上筛网7，让中华鲟适应训练1小时。

4）          游泳能力测试：当测试中华鲟持续游泳能力时，通过变频控制器18调节水流至需要的实验水流速度，记录实验开始时间，通过测试区上的观察窗观察中华鲟的游泳状态，直至中华鲟疲劳不能克服水流向前游动，且鱼尾多次触及筛网7，鱼体扭曲，在20-60秒内无行为变化时，实验判定为结束，记录实验结束时间。通过比较不同水流、不同流速下鱼体的克流时间获得中华鲟持续游泳能力数据。当测试中华鲟极限游泳能力时，首先制定测试过程中的初始流速、流速增量、流速步增时间；然后在各流速表中找出对应的频率值，利用变频控制器18设定频率、调节时间。实验过程记录设定值、起始时间和结束时间。根据公式

U_crit = U₁ + ( T₁ /T₂) × U₂计算获得中华鲟的极限游泳能力。

式中U₁为实验鱼能够游完整个时间间隔的最高流速( cm/s ) ; U₂为速度增量( cm/s) ; T₁为试验鱼在最高流速下的可持续游泳时间( min) ; T₂为时间间隔( min)

5）          实验装置清理和维护：实验装置可以一直放在水中连续使用，实验完成后可由带水位调节装置的出水管22将水槽21内水排干。实验装置可以方便拆分，每个部分均可自由清洗和存放。

实例检测结果

表1 实验测试记录表

以上所述仅是本发明的非限定实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。