水力條件下魚類行為的研究為水輪機(jī)區(qū)域魚類保護(hù)提供新依據(jù)

一群野生的褐鱒被放入水流平緩的入口區(qū)域。它們順著水流游向水道深處，但前方等待它們的是逐步攀升的流速。當(dāng)水流速度超過(guò)魚類理論沖刺速度時(shí)，它們會(huì)作何反應(yīng)？這項(xiàng)研究關(guān)乎如何保護(hù)穿越水力發(fā)電站水輪機(jī)和水泵站的魚類，降低它們?cè)?ldquo;致命通道”中的死亡率。

過(guò)去的研究表明，空間速度梯度（SVG）會(huì)影響下游遷移魚類的行為。盡管魚類似乎會(huì)不可避免地向下游漂流，但它們?cè)谒�輪機(jī)和水泵入口處的行為尚不清楚。當(dāng)魚類漂流入水流速度超過(guò)其最大沖刺游泳速度的區(qū)域時(shí)，會(huì)如何反應(yīng)？

材料與方法
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并建造一個(gè)特殊的水道實(shí)驗(yàn)室，能模擬出水輪機(jī)進(jìn)水口那種“溫和誘導(dǎo)、陡然加速、持續(xù)高速”的典型水力條件。

整個(gè)水道被設(shè)計(jì)成包含四個(gè)水力特征區(qū)域：
臨近區(qū)： 流速低于測(cè)試魚的沖刺速度，SVG低于行為反應(yīng)閾值（<0.2（m/s）/m）。這是魚類初始放置和適應(yīng)區(qū)域。
SVG區(qū)：流速仍低于沖刺速度，但SVG已超過(guò)行為反應(yīng)閾值（>0.2（m/s）/m）。水流開始明顯加速。
混合區(qū)：流速和SVG雙雙超過(guò)閾值。這是最嚴(yán)苛的區(qū)域，魚類同時(shí)面臨高速和強(qiáng)加速的雙重挑戰(zhàn)。
高速區(qū)：流速高于沖刺速度，但SVG再次低于閾值。魚類需在持續(xù)高速流中維持或調(diào)整狀態(tài)。

建設(shè)完成的水道全長(zhǎng)30米，最大寬處2米。核心的觀測(cè)區(qū)域是一段封閉的隧道，高度固定為0.4米，寬度從2米逐漸收窄至0.45米（見圖1）。透明墻壁和紅外背光照明系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)非侵入式三維視頻追蹤的關(guān)鍵。為了在黑暗條件下也能清晰記錄魚類行為，研究團(tuán)隊(duì)部署了一套精密的追蹤系統(tǒng)。觀測(cè)區(qū)域安裝了八臺(tái)攝像機(jī)，四臺(tái)在上方，四臺(tái)在側(cè)面。記錄軟件使用諾達(dá)思的多視頻錄制軟件(Media Recorder)，追蹤分析則使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)。最終，研究者從日光實(shí)驗(yàn)的107條魚和黑暗實(shí)驗(yàn)的54條魚中，獲得了有效位置數(shù)據(jù)。

每次實(shí)驗(yàn)僅放入一條魚。它會(huì)從一個(gè)低流速的入口點(diǎn)（如圖1區(qū)域2）自主進(jìn)入觀測(cè)水道。實(shí)驗(yàn)要么在魚類向下游穿過(guò)第3段和第4段進(jìn)入第5段結(jié)束，要么在下游通道不完整的情況下經(jīng)過(guò)45分鐘后終止。

圖1. RETERO管道的等距視圖，顯示了其空間劃分和截面