运用连通器原理实现水生生物水压实验的装置及方法

摘要

本发明包括：进水口、进水管、进水阀门、进水管过滤网、压强计、抗压载体箱、透视窗、出水管过滤网、排水口、出水管、系列出水孔，其中抗压载体箱的两侧边装有进水管和出水管，抗压载体箱上开有透视窗，透视窗上装有压强计，抗压载体箱底部开有排水口，出水管上开有一排系列出水孔，进水管靠近抗压载体箱的内部装有进水阀门。本发明的实验装置及方法结构简单，并且能够实现所有水生生物各种压力下的水压实验。

说明书

技术领域

本发明属水产科学实验装置领域，特别涉及到水压实验装置。 

背景技术

压强是水环境中极为重要的物理因子之一，大小根据帕斯卡公式 p=ρgh所得，习惯性也称为水压。水中压力随水深迅速变化的特点和气体体积与压力之间的关系，在鱼类比重调节机制的转变和鱼鳔的演化的进程中起重要作用。 

目前，国内外实现压强的几种方法分析如下：桂建芳（1990）实验属于针对鱼卵的分子实验，静水压力器采用工业增压器，利用了水的良好传压性，在密闭空间内进行；廖晓东（1995）在自然状态下不采用加压器仅依靠水体高度变化，在实验室容器内模拟水压变化，压强范围受容器高度影响，高度差仅实现了厘米数量级；Kim（2011）的实验方法实现了网箱的自动沉浮，设计目的在于躲避波浪，确保网箱安全；以上方法在各自领域有实用性。但是，当前在国内国际水电利用方面，因河流筑坝效应引起的压强改变对水生生物的影响，如增大的水压对各种鱼类分布的影响（尤其是底层鱼类）、鱼类行为的改变对有鳔鱼类的影响、沉性鱼卵（包括中华鲟卵）自然状态下的的孵化等问题，则无法通过上述仪器实现，原因如下：静水压力器在构造方面，水体是严格密闭的，对于活体生物而言，生物体所需的饵料和氧气无法进入；而且水体不能得到交换，水体变质，不利于对活体展开长期实验，因此不适用于活体实验；另外，密闭空间有限，对于多数成体大型鱼类不适用。 

自然状态下不采用加压器，实验室容器在水体压强改变方面，数值区间狭小，影响实验效果。 

依靠在水体中实现压强改变存在如下缺点： 

A 在水体下实验生物行为变化不易观察和记录

B 在有较强流速的深水体，网箱不易控制。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种运用连通器原理实现水生生物水压实验的装置，及利用该装置进行水生生物水压实验方法，该发明可以在陆地上实现筑坝效应对活体水生生物的影响实验，便于投饵及保持水质优良，为长期实验可供可能，利于实现较大的压强改变区间。

为实现上述目的，本发明的技术方案为： 

本发明包括：进水口、进水管、进水阀门、进水管过滤网、压强计、抗压载体箱 、透视窗、出水管过滤网、排水口、出水管、系列出水孔，其中抗压载体箱的两侧边装有进水管和出水管，抗压载体箱上开有透视窗，透视窗上装有压强计，抗压载体箱底部开有排水口，出水管上开有一排系列出水孔，进水管靠近抗压载体箱的内部装有进水阀门。

进水管与抗压载体箱接触的部位装有进水管过滤网。 

出水管与抗压载体箱接触的部位装有出水管过滤网。 

利用该装置进行进行水生生物水压实验方法，其步骤为： 

一、实验前准备工作：将进水口、出水口、阀门处于关闭状态，并对实验生物进行生物学测量、生化样本采样的数据采集；

二、进行实验：打开进水阀门，从进水口注入大于生物体高度的水深后关闭进水阀门，打开抗压载体箱上的透视窗，放入实验生物，关上透视窗，打开实验所需高度h对应的系列出水口中11_i，该高度h以下系列出水口则全部关闭，由P=ρgh计算得出压强P，打开进水阀门，注水至实验所需高度h，高度在出水管处系列出水口11处已标记，从压强计中读出抗压载体箱底实际压强，调整进水口进水速度，使之小于系列出水口最大出水速度；

三 实验数据采集：饵料由进水口随水流进入抗压载体箱，通过透视窗观察实验生物对压强的适应行为，实验结束后，关闭进水阀门，打开系列出水口最低位的小排水口，当水位达到该排水口高度时，再次调节箱体水深至与生物体高度相当后，取出实验生物，采集数据。

四 清洁系统：进水口停止进水，打开进水阀门和排水口，将水排空，清洁抗压载体箱，然后关闭进水口、系列出水口、进水阀门，以备下次实验使用。 

本发明的积极效果为： 

1、运用连通器原理在陆地实现水体压强改变，实现筑坝效应对活体水生生物的影响实验。

2、运用连通器原理在陆地实现水体压强改变有利于于投饵及保持水质优良，为长期活体实验实现提供充分条件。 

3、运用连通器原理在陆地实现水体压强改变，有利于实现较大的压强改变区间。 

4、运用连通器原理在陆地实现水体压强改变，有利于行为学的观察。 

附图说明

    图1为本发明结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的具体实施方式 

参见图1：运用连通器原理实现水生生物水压实验的装置包括进水口1、进水管2 、进水阀门3 、进水管过滤网4、压强计 5 、抗压载体箱6 、透视窗7 、出水管过滤网8 、排水口9 、出水管10 、系列出水孔11，其中抗压载体箱6 的两侧边安装有进水管2和出水管10，并相通；抗压载体箱6 上开有透视窗7，透视窗7上装有压强计5，抗压载体箱6 底部开有排水口9，出水管10上开有一排系列出水孔11；在进水管2靠近抗压载体箱6的位置内部装有进水阀门3。

进水管2与抗压载体箱6连接接触的部位装有进水管过滤网4。 

出水管10与抗压载体箱6连接接触的部位装有出水管过滤网8。进水管2和出水管10，为抗压材料制成，直径0.3~1m，密封性良好。水流和饵料经进水口1流入进水管2，确保了抗压载体箱6中实验生物能够摄食而长期生存以及箱体中水质优良。通过进水阀门3的开和关来控制进水管2的水位。进水管过滤网4和出水管过滤网8为铁丝材料制成，分别安装在进水管2和出水管10和抗压载体箱6的连接处，是为分别防止实验生物进入进水管2和出水管10，确保实验的准确性。过滤网的网目设计要求小于鱼体宽度和大于饵料直径，保证实验生物不能进入进水管和吹水管同时饵料能通过网目。 

压强计5连接在透视窗7上，方便准确读出压强计位置处的压强。抗压载体箱6用抗压材料制成，密封性良好。透视窗7具备开和关功能，用于观察实验材料对水压的反应和实验材料的放入，可四周均设置。排水口9位于箱体底部，用于箱体排水，起到清洁箱体时走水作用。系列出水孔11与出水管相连相通，且与出水管连接处密封良好。沿出水管每隔1m或2m垂直高度设置，标明高度，从低到高编号为11₁,11₂,11₃……11_i，起到调节水深作用，以此调节抗压载体箱内的压强，另有排水作用。系列出水孔11安装于出水管外侧，靠箱体远端。从出水管和箱体连接处每隔1~2m安装一个出水孔，直至出水口。出水孔直径12~15cm，连接于出水管，开口于出水管两侧，出水管水流经出水孔排出，且实验运行时进水口水流量小于出水孔出水量。饵料在水流和重力作用下从进水口随进水管进入箱体。 

利用图1所示的装置，进行水生生物水压实验的方法，具体实施方法如下： 

实例一   7月龄中华鲟65m和175m水深压强实验

一 实验前准备工作

1、将进水口1、排水口9、进水阀门3处于关闭状态；

2、对中华鲟进行实验前数据采集：全长(TL)、体长(BL)、叉长(FL)、体高(BH)、体重(BW)及尾静脉采血3管各2ml。

二 注水、放入中华鲟及压强调节 

1打开进水口1，打开进水阀门3，向抗压载体箱内注水，水深BH+10cm。

2关闭阀门3，打开7透视窗在抗压载体箱中放入中华鲟，关上7透视窗。 

3 打开65m处的出水口11₆₅，由P=ρgh计算所得箱体底部压强为P=1000×9.8×65=6.37×10⁵帕。 

4 打开阀门3，注水至65m，从压强计5精确读数，该值为抗压 

载体箱6底精确压强值。

5 调整进水口1进水速度，使之小于系列出水口11最大出水速度，保证连通器高度的稳定及箱体压强的稳定。 

三 实验数据采集 

1 饵料由进水口1随水流进入抗压载体箱6，观察中华鲟在箱体内摄食行为。

2观察中华鲟在注水过程中以及65m时的应激行为和适应行为可通过透视窗7₁,7₂,7₃……7_i观察。 

4 实验20天后，关闭阀门3，打开11₁。然后再打开阀门3，使水体高度降至11₁出水口高度。 

5由阀门9再次调节箱体水深至BH+10cm，取出中华鲟，实验处理后采集数据：全长(TL₁)、体长(BL₁)、叉长(FL₁)、体高(BH₁)、体重(BW₁)及尾静脉采血3管各2ml，死亡率、存活率、鳔功能检查等。 

四 调整压强为175m水深及有关数据 

 实验期间压强调整

    进水口1停止进水再关闭进水阀门3，接着关闭65m处出水口11₆₅，打开175m处出水口11₁₇₅，由P=ρgh计算所得箱体底部压强为P=1000×9.8×175=17.15×10⁵帕。

重复第三步的操作，直至实验结束。 

五 清洁系统： 

进水口1停止进水，打开进水阀门3，再打开排水口9，进水管中水经排水口9排出。

清洁抗压载体箱6，去除排泄物，沉沙等，经排水口9排出。 

然后关闭进水口1、进水阀门3、排水口9，下次实验待用。 

  

实例二．5龄胭脂鱼40m和200m水深压强实验。

   一 实验前准备工作 

1、将进水口1、排水口9、进水阀门3处于关闭状态；

2对胭脂鱼进行实验前数据采集：全长(TL)、体长(BL)、叉长(FL)、体高(BH)、体重(BW)及尾静脉采血3管各2ml等。

二 注水、放入胭脂鱼及压强调节 

1打开进水口1，进水阀门3，向抗压载体箱6内注水，水深BH+10cm。

2关闭进水阀门3，打开透视窗7放入胭脂鱼后关上。 

3 打开40m处的出水口11₄₀，由P=ρgh计算所得箱体底部压强为P=1000×9.8×40=3.92×10⁵帕。 

4 打开阀门3，注水至40m。从压强计5精确读数，该值为抗压载体箱6底精确压强值。 

5 调整进水口1进水速度，使之小于系列出水口11最大出水速度，保证连通器高度的稳定及箱体压强的稳定。 

  

三 实验数据采集

1 饵料由进水口随水流进入抗压载体箱6，观察胭脂鱼在箱体内摄食状况。

2观察胭脂鱼在注水过程中以及40m时的应激行为和适应行为可通过7系列7₁,7₂,7₃……7_i透视窗观察。 

4 实验20天后，关闭进水阀门3，打开系列出水口11₁，然后再打开进水阀门3，使水体高度降至系列出水口11₁的高度。 

5由排水口9再次调节箱体水深至BH+10cm，取出胭脂鱼，实验处理后采集数据：全长(TL₁)、体长(BL₁)、叉长(FL₁)、体高(BH₁)、体重(BW₁)及尾静脉采血3管各2ml，死亡率、存活率、鳔功能检查等。 

  

四 调整压强为200m水深及有关数据

 1实验期间压强调整

    进水口1停止进水再关闭进水阀门3，接着关闭40m处出系列出水口11₄₀，打开200m处系列出水口11₂₀₀，由P=ρgh计算所得箱体底部压强为P=1000×9.8×200=19.6×10⁵帕。

2重复第三步，直至实验结束。 

五 清洁系统： 

进水口1停止进水，打开进水阀门3，再打开排水口9，进水管中水经排水口9排出。

清洁抗压载体箱6，去除排泄物，沉沙等，经排水口9排出。 

然后关闭进水口1、进水阀门3、排水口9，下次实验待用。 

  

实例三   4龄达氏鲟80m和140m水深压强实验

   一 实验前准备工作

1进水口、出水口、阀门处于关闭状态。

2对达氏鲟进行实验前数据采集：全长(TL)、体长(BL)、叉长(FL)、体高(BH)、体重(BW)及尾静脉采血3管各2ml等。 

二 注水、放入达氏鲟及压强调节 

1打开进水口1和进水阀门3，向抗压载体箱6内注水，水深BH+10cm。

2关闭进水阀门3，打开透视窗7放入达氏鲟后关上。 

3 打开80m处的系列出水口11₈₀，由P=ρgh计算所得箱体底部压强为P=1000×9.8×80=7.84×10⁵帕。 

4 打开进水阀门3，注水至80m，从压强计5精确读数，该值为抗压载体箱6底精确压强值。 

5 调整进水口1进水速度，使之小于系列出水口11最大出水速度，保证连通器高度的稳定及箱体压强的稳定。 

  

三 实验数据采集

1 饵料由进水口1随水流进入抗压载体箱，观察达氏鲟在箱体内摄食状况。

2观察达氏鲟在注水过程中以及80m时的应激行为和适应行为可通过7系列7₁,7₂,7₃……7_i透视窗观察。 

4 实验20天后，关闭阀门3，打开11₁。然后再打开阀门3，使水体高度降至11₁出水口高度. 

5由阀门9再次调节箱体水深至BH+10cm，取出达氏鲟，实验处理后采集数据：全长(TL₁)、体长(BL₁)、叉长(FL₁)、体高(BH₁)、体重(BW₁)及尾静脉采血3管各2ml，死亡率、存活率、鳔功能检查等。

  

四 调整压强为140m水深及有关数据

 1实验期间压强调整

    进水口1停止进水再关闭阀门3，接着关闭80m处出水口11₈₀，在向下相应高度位置打开140m处出水口11₁₄₀，由P=ρgh计算所得箱体底部压强为P=1000×9.8×140=13.72×10⁵帕。

2重复第三步，直至实验结束。 

五 清洁系统 

进水口1停止进水，打开进水阀门3，再打开排水口9，进水管中水经排水口9排出。

清洁抗压载体箱6，去除排泄物，沉沙等，经排水口9排出。 

然后关闭进水口1、进水阀门3、排水口9，下次实验待用。 

    本发明的实验装置及方法能够实现所有水生生物各种压力下的水压实验，由于篇幅有限，实施例不再一一列举，都属于本发明要求保护的范围。