一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统及研究方法与流程

1.本发明涉及鱼类行为学研究技术领域，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。


背景技术：

2.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。本发明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。


技术实现要素：

3.本发明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。
4.为实现上述目的，本发明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。
5.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。
6.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。
7.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。
8.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。
9.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。
10.一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：
11.1)向循环水池中注入一定量的水；
12.2)将实验鱼类放入循环水池中；
13.3)在循环水池中放入需要的障碍物并让水达到一定流速；
14.4)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；
15.5)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；
16.6)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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.本发明同现有技术相比，具有如下优点：
21.(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。本发明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。本发明监测系统其结构简单，设计巧妙，布局合理。
22.(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。本发明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
23.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
24.图1为本发明整体结构侧视图；
25.图2为本发明循环水池俯视图；
26.图3为本发明循环水池与视频录像及存储机构位置关系示意图；
27.图4为本发明实施例中流量与流速关系示意图；
28.图5为本发明实施例中鱼类趋流行为实验水槽布置示意图；
29.图6为本发明实施例中鱼类游泳行为实验水槽布置示意图；
30.图7为本发明实施例中复杂流态下鱼类行为响应示意图。
31.其中：
32.1、副分水管；2、流速测量装置；3、循环水池；4、排水口；5、第一潜水泵；6、变频器；7、冷水机；8、加热器；9、多级过滤器；10、第二潜水泵；11、离心泵；12、回水管；13、流量计；14、出水管；20、广角摄像头；21、固定支架；22、刻录机；23、侧面摄像头；24、移动支架；25、基座；26、钢架；27、曝气池；28、导水管；29、第一分水管；30、第二分水管；31、主分水管；32、拦网。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.如附图1-2所示，本发明公开了一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，包括基座25，基座25的顶面嵌设有曝气池27，曝气池27池底固定安装有第一潜水泵5；基座25的顶面还固接有钢架26，钢架26的顶部固定安装有循环水池3，循环水池3的池壁为透明材质；循环水池3的底面连通有导水管28，导水管28远离循环水池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，第一分水管29远离导水管28的一端为排水口4并延伸至基座25的外侧，第二分水管30远离导水管28的一端与第一潜水泵5的出水端连通，第一分水管29和第二分水管30上均安装有阀门；基座25顶面安装有水流发生机构，水流发生机构与循环水池3连通；循环水池3内安装有水温调节机构以及过滤机构；基座25顶面还设置有视频录像及存储机构。
36.曝气池27内安装有曝气泵(图中未画出)，曝气泵可以让曝气池27中的水与空气充
分接触，进而可以使水中溶解充足的氧气，保证在试验过程中，鱼儿可以正常呼吸；循环水池3的俯视图呈扁“回”字形；第一分水管29用于将循环水池3中的水排出，第二分水管30用于将曝气池27中的水在第一潜水泵5的作用下输送到循环水池3中，在放水和注水的时候，根据需要开关第一分水管29和第二分水管30上的阀门；水流发生机构可以让循环水池3中的水循环流动起来，进而模拟河流中水流的状况；水温调节机构可以改变水的温度，进而可以制作不同的水温条件来研究鱼类；过滤机构可以过滤循环水池3中水，对实验水体进行过滤净化，满足鱼类生存的水质要求。
37.进一步优化方案，水流发生机构包括固定安装在基座25顶面的离心泵11，离心泵11的出水端通过出水管14与循环水池3内腔连通，离心泵11的进水端通过回水管12与循环水池3内腔连通；离心泵11与固定安装在基座25顶面的变频器6典型连接；循环水池3的顶端上放置有流速测量装置2，流速测量装置2由上到下伸入到循环水池3中；出水管14上安装有流量计13。
38.离心泵11工作可以让循环水池3中的水从回水管12抽出来然后再通过出水管14回到循环水池3中，回水管12的进水端口的朝向和出水管14的出水端口的朝向相同，并且都正对循环水池3的两个长水道，这样一来，可以保证循环水池3中的水会按照一定方向稳定流动；变频器6可以控制离心泵11电机的转数，从而控制水流速度，得到固定流速的实验条件，如图2所示；流量计13可以让实验人员实时观察出水管14中的水流量大小；流速测量装置2可以测得循环水池3中水流速的大小。
39.进一步优化方案，水温调节机构包括固定安装在循环水池3外侧壁上的冷水机7以及若干个固定安装在循环水池3内腔中的加热器8，冷水机7由外向内贯穿循环水池3的外侧壁并与循环水池3的内腔连通。
40.冷水机7可以对循环水池3中的水进行降温，加热器8可以对循环水池3中的水进行加热，进而可调节水温至试验所需温度。
41.进一步优化方案，过滤机构包括固定安装在循环水池3池底中的第二潜水泵10，第二潜水泵10的出水端连通有多级过滤器9。
42.第二潜水泵10可以将循环水池3中的水送入到多级过滤器9中，然后再从多级过滤器9中出来，进而对实验水体进行过滤净化，满足鱼类生存的水质要求。
43.进一步优化方案，视频录像及存储机构包括固接在基座25顶面的固定支架21，固定支架21顶端延伸至循环水池3的正上方并固定安装有广角摄像头20；视频录像及存储机构还包括放置在基座25顶面的移动支架24，移动支架24固定安装有侧面摄像头23，侧面摄像头23以及广角摄像头20均电性连接有同一刻录机22。
44.广角摄像头20可以对整个循环水池3整体进行观测，侧面摄像头23可以对循环水池3中鱼类的侧面及底部进高清拍摄，配合大容量刻录机22，整体实现对循环水池内鱼类游泳行为的全方位、长时段的连续观测。
45.进一步优化方案，出水管14远离离心泵11的一端连通有主分水管31，主分水管31水平设置，主分水管31的侧壁上连通有若干个长度不同的副分水管1，若干副分水管1水平设置并按长度依次有序排列。
46.主分水管31垂直于出水管14出水端面的轴线，所有副分水管1处于同一水平面且均朝向循环水池3的长水道，这些副分水管1的长度由外向内依次递减；副分水管1的内径小
于出水管14的内径，可以利用小直径通管布流的作用调节水流的流态。
47.回水管12的进水端、出水管14的出水端、主分水管31、副分水管1、冷水机7、加热器8、多级过滤器9、第二潜水泵10均设置在循环水池3内腔的四角位置或者靠近外侧壁的位置，并通过拦网32与鱼儿游动的区域隔开，保证这些部件在正常工作的同时不会影响到鱼儿的游动。
48.一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：
49.1)向循环水池3中注入一定量的水；
50.2)将实验鱼类放入循环水池3中；
51.3)在循环水池3中放入需要的障碍物并让水达到一定流速；
52.4)不同复杂水流条件下，利用侧面摄像头23以及所述广角摄像头20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；
53.5)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；
54.6)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。
55.进一步优化方案，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。
56.鱼类驱流行为参数：鱼类的趋流性描述了鱼类侧线感知水流的行为取向。实验选取游动朝向与驻留位置作为表征鱼类趋流性的指标。游动朝向指鱼类的航向与水流之间的夹角，定义为鱼的头部矢量和流动矢量之间的夹角。0
°
代表实验鱼的正趋流性(鱼直接指向水流)，而180
°
代表实验鱼的负趋流性。驻留位置定义为实验鱼保持逆流静止的位置。
57.鱼类游泳行为参数：鱼类的运动行为最直观的表现是鱼类运动过程中的身体形态变化。摆尾频率f是指观察时间内实验鱼的摆尾次数，从鱼尾摆到最高点开始到下一次摆到最高点计为一次；相对摆尾振幅a指的是鱼尾侧向摆动的振幅；本实验把鱼的游泳状态分为4种：逆流前进、逆流静止、逆流后退和顺流而下，各种游泳状态的时间比例：p(％)＝t2/t，t2为每尾鱼在被观察期间呈现某一游泳状态的时间，t为总的观察时间(min)。
58.鱼类游泳失稳参数：鱼类游泳失稳指实验鱼迷失方向，头部与水流中心线夹角大于20
°
且水槽中被水流拖拽至下游至少0.5倍体长。游动偏航指实验鱼改变的头部与水流的夹角但没有发生相对位移。主动加速指实验鱼逆流冲刺并且前进至少0.5倍体长
59.进一步优化方案，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。
60.湍流强度：
[0061][0062]
式中，分别是x，y，z方向上的瞬时流速的均方根，u
′
为瞬时流
速，t为采样时间。
[0063]
雷诺切应力：
[0064]
式中，u
′i，u
′j，u
′k，分别为x，y，z方向上的瞬时流速，ρ为水的密度。
[0065]
涡量：
[0066]
其中，ω为流体的旋转矢量，v为流体的速度矢量，为旋度函数；这使得等于速度向量的旋度；u，v，w为x，y，z方向上的瞬时流速。
[0067]
进一步优化方案，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。
[0068]
实施例
[0069]
鱼类趋流行为实验：实验水流条件分为六组(0.6ucrit，0.8ucrit，1.0ucrit，1.2ucrit，1.5ucrit，2.0ucrit)，实验水槽布置如图5所示。为尽量减少对实验鱼侧线感知系统的损伤，实验鱼被装在充满水的塑料内衬网中运送至实验水槽。在实验(录像)开始之前，预留30分钟时间(在黑暗的红外光下)使实验鱼适应环境。将流速按升序呈现给实验鱼，以减少先前暴露于较高流速所产生的遗留效应。每个流速工况，2分钟内使水流上升到所需的速度，维持设定流速5分钟使实验鱼适应流速环境，记录5分钟实验鱼的趋流行为。将流速加速到下一个速度，重复这一过程，直至所有流速均被测试完毕。每组流速下选择单尾实验鱼放入水槽，实验鱼不重复利用，共进行10次。
[0070]
鱼类游泳行为实验设置：实验区选择环形水槽的直线段位置，长度约为5m。在实验区水槽底部设置不同尺寸的浅埂阻流结构模拟复杂的湍流环境，布置形式见图4。实验分为12种工况，水流条件分别为0.6ucrit，0.8ucrit，1.0ucrit，1.2ucrit，1.5ucrit，2.0ucrit，浅埂阻流结构高度设置0.1m及0.15m。每次实验放鱼10尾，实验鱼不重复利用。实验前，将水泵打开，持续放水1h，直至水流稳定，达到预先设定的流量后，再进行放鱼实验。每次实验10尾鱼同时放入水槽，实验鱼不重复利用。正式实验前，将实验鱼放入网箱适应30min，保证实验鱼充分适应水槽内的流水环境。实验时间60min，如60min内实验鱼未能成功上溯，则上溯失败，停止试验。摄像机全程记录实验鱼运动行为(摆尾频率、摆尾振幅、各游泳状态比例)及鱼类游泳失稳次数，游泳偏航次数、主动加速次数及失稳调整时间。鱼类实验后采用tr-tpiv技术测量不同工况下水流湍流表征变量空间分布。
[0071]
不同复杂水流条件下(流量、阻流障碍物尺寸)，采用tr-tpiv技术测量关键水流复杂水流条件表征变量空间分布；
[0072]
高频层析粒子图像测速(tr-tpiv)系统，由4台高速相机、1台高能脉冲体光源激光器、时间同步器和3d3c-piv流场计算软件等组成。高速相机分辨率500万，满幅帧频为1000hz，相机内存32g。示踪粒子为密度1.03g/mm3的空心玻璃微珠，中值粒径10μm。4台高速相机在测量平面左右两侧上下游各布置一个，满足scheimpflug成像原则。安装4个45
°
的水棱镜，减小光在空气-玻璃-水流界面间产生折射的影响。脉冲激光系统的激光波长为527nm，单脉冲能量为50mj@1khz，体三维激光厚度在25～50mm范围内可调，宽度在10～25cm
可调。测量三维立体空间最大达到0.25m
×
0.25m
×
0.05m(长
×
宽
×
高)。
[0073]
鱼类趋流行为实验：在趋流行为实验中实验鱼偏好区域架设tr-tpiv图像采集设备。对于每个流速，控制2分钟时间内使水流上升至所需速度，流速分布稳定2分钟后，采用piv测量瞬时流态，利用仿生鱼测量鱼类侧线感知变量，测量时间为5分钟。
[0074]
鱼类游泳行为实验设置：实验分为12种工况，水流条件分别为0.6ucrit，0.8ucrit，1.0ucrit，1.2ucrit，1.5ucrit，2.0ucrit，浅埂阻流结构高度设置0.1m及0.15m。鱼类实验后采用tr-tpiv技术测量不同工况下水流湍流表征变量空间分布。
[0075]
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。
[0076]
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(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。
[0077]
湍流强度：
[0078][0079]
式中，分别是x，y，z方向上的瞬时流速的均方根，u
′
为瞬时流速，t为采样时间。
[0080]
雷诺切应力：
[0081]
式中，u
′i，u
′j，u
′k，分别为x，y，z方向上的瞬时流速，ρ为水的密度。
[0082]
涡量：
[0083][0084]
其中，ω为流体的旋转矢量，v为流体的速度矢量，为旋度函数。这使得等于速度向量的旋度。u，v，w为x，y，z方向上的瞬时流速。
[0085]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0086]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
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），所述固定支架（21）顶端延伸至所述循环水池（3）的正上方并固定安装有广角摄像头（20）；所述视频录像及存储机构还包括放置在所述基座（25）顶面的移动支架（24），所述移动支架（24）固定安装有侧面摄像头（23），所述侧面摄像头（23）以及所述广角摄像头（20）均电性连接有同一刻录机（22）。6.根据权利要求2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：所述出水管（14）远离所述离心泵（11）的一端连通有主分水管（31），所述主分水管（31）水平设置，所述主分水管（31）的侧壁上连通有若干个长度不同的副分水管（1），若干所述副分水管（1）水平设置并按长度依次有序排列。7.一种鱼类对复杂流态行为响应研究方法，其特征在于，用于权利要求1-6任一项所述的一种鱼类对复杂流态行为响应实验监测系统，包括以下步骤：1）向循环水池（3）中注入一定量的水；2）将实验鱼类放入循环水池（3）中；3）在循环水池（3）中放入障碍物并让水达到一定流速；4）不同复杂水流条件下，利用侧面摄像头（23）以及所述广角摄像头（20）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；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；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。8.根据权利要求7所述的一种鱼类对复杂流态行为响应研究方法，其特征在于：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。9.根据权利要求7所述的一种鱼类对复杂流态行为响应研究方法，其特征在于：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。10.根据权利要求7所述的一种鱼类对复杂流态行为响应研究方法，其特征在于：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。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：王丽 杨胜发 王玮栋 胡江 肖山 林欢 杨威 李文杰
受保护的技术使用者：长江重庆航道工程局
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/9/9