柯森繁，金志軍，李志敏，雷青松，王永猛，石小濤，涂志英

(1：三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，宜昌 443002) (2：湖北省魚類過壩技術(shù)國(guó)際科技合作基地，宜昌 443002) (3：中國(guó)電建集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽 550081) (4：上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434) (5：廣州市天河區(qū)水務(wù)設(shè)施建設(shè)中心，廣州 510655) (6：三峽大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部工程研究中心，宜昌 443002)

我國(guó)是水電資源相對(duì)豐富的國(guó)家，截至2013年，中國(guó)的水電站數(shù)量已達(dá)到46758座，居世界首位[1]. 高壩大庫的水電站建設(shè)造福國(guó)計(jì)民生的同時(shí)，卻對(duì)河流連通性產(chǎn)生了不利影響，阻隔了魚類的洄游通道，使整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的完整性遭到破壞. 過魚設(shè)施作為筑壩河流上下游的連接通道，旨在協(xié)助魚類洄游以及促進(jìn)上下游物質(zhì)、能量與基因交流，最大限度解決水電站修建帶來的生境破碎問題. 截至2020年8月底，中國(guó)現(xiàn)有和在建魚道已達(dá)93座[2]. 但由于長(zhǎng)期以來對(duì)水生生物的基礎(chǔ)研究薄弱，魚類生態(tài)習(xí)性、游泳能力等資料嚴(yán)重不足，我國(guó)過魚設(shè)施的過魚效果難以達(dá)到預(yù)期效果[3]. 為更好地滿足魚類溯河洄游的需求，有必要開展過魚設(shè)施主要過魚對(duì)象的行為學(xué)研究，如魚類游泳能力、趨流特性、底質(zhì)偏好等.

不同流域上建有過魚設(shè)施的水利工程過魚目標(biāo)不同. 課題組通過對(duì)布置有電站的長(zhǎng)江、珠江、黃河以及雅魯藏布江現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與環(huán)評(píng)報(bào)告等資料收集，發(fā)現(xiàn)四大家魚、裂腹魚(Schizothorax)和鰍(Cobitidae)已成為上述典型流域的過魚目標(biāo)物種[2]. 過魚設(shè)施根據(jù)過魚目標(biāo)不同生命階段的過壩需求，分為上行過魚設(shè)施和下行過魚設(shè)施. 上行過魚設(shè)施(如魚道、升魚機(jī)等)設(shè)計(jì)主要考慮成魚需要上行過壩產(chǎn)卵的需求[4]，而下行過魚設(shè)施(旁路通道、溢洪道等)設(shè)計(jì)則主要考慮幼魚需要下行至壩下肥育的需求[5]. 過魚對(duì)象的游泳能力是過魚設(shè)施結(jié)構(gòu)和水力學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其中感應(yīng)流速(induction velocity，Uind)是指魚能感應(yīng)到的最低流速，也是上行過魚設(shè)施內(nèi)的最小設(shè)計(jì)流速，低于此流速，成魚在上行過魚設(shè)施內(nèi)會(huì)迷失方向[6]；爆發(fā)游泳速度(burst swimming speed，Uburst)是過魚設(shè)施設(shè)計(jì)的另一重要參數(shù)[7]，魚在穿過障礙物、高流速區(qū)及漩渦時(shí)，常常采用爆發(fā)游泳速度[8-10]，也稱為魚的最大游泳速度[11]. 上行過魚設(shè)施內(nèi)高流速區(qū)的流速不應(yīng)大于過魚對(duì)象的爆發(fā)游泳速度[12]. 對(duì)于下行洄游的幼魚，雖能主動(dòng)適應(yīng)水流的主體流動(dòng)，但幼魚并非被動(dòng)漂向下游，而是利用游泳能力、趨流能力和適應(yīng)性行為響應(yīng)水動(dòng)力變化，以優(yōu)化洄游時(shí)間[13-14]. 當(dāng)下行過魚設(shè)施的入口流速過大，順流而下的幼魚可能會(huì)增加擺尾頻率以保持位置，或者將趨流方向由負(fù)變正，再利用爆發(fā)游泳速度向上游逃逸[15]. 我國(guó)自1990s初就有魚類游泳能力的研究[16]. 迄今為止，游泳能力的研究對(duì)象主要是四大家魚和裂腹魚[2]，鰍的游泳能力研究較少. 游泳能力的研究主要集中于臨界游泳速度及爆發(fā)游泳速度[2]，研究結(jié)果仍不能滿足過魚設(shè)施工程設(shè)計(jì)的需要. 此外，不同研究人員采用的游泳能力測(cè)試裝置、測(cè)試環(huán)境及測(cè)試方法等差異較大，這將導(dǎo)致同一種魚測(cè)得的游泳能力結(jié)果不同. 多元回歸分析是評(píng)價(jià)魚類游泳能力的方法之一. Lynda等利用多元線性回歸模型評(píng)估了鳙的游泳能力、水溫、方法和叉長(zhǎng)之間的關(guān)系[17]. 而國(guó)內(nèi)采用此方法對(duì)本土魚類游泳能力的評(píng)估較少.

本研究選取8個(gè)電站下游15種魚為研究對(duì)象，采用統(tǒng)一的游泳能力測(cè)定方法，測(cè)試了每種魚的感應(yīng)流速和爆發(fā)游泳速度. 將15種魚分成3類目標(biāo)魚(四大家魚、裂腹魚和鰍)，采用多元線性回歸定量分析了水溫(T)和魚體長(zhǎng)(BL)對(duì)感應(yīng)流速和爆發(fā)游泳速度的影響，建立了游泳能力預(yù)測(cè)模型，為我國(guó)的過魚設(shè)施設(shè)計(jì)提供建議與參考.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)魚捕獲自我國(guó)8個(gè)水電站下游. 8個(gè)水電站分別為：鏨高水電站、木扎提河三級(jí)水電站、藏木水電站、果多水電站、兩河口水電站、東莊水利樞紐工程、葛洲壩水電站和松新水電站(圖1)，選擇了15種優(yōu)勢(shì)種為研究目標(biāo)，并將捕獲的15種魚分為3組進(jìn)行研究，分別為Ⅰ裂腹魚組：厚唇裂腹魚(RacomalabrosusWang (RL))、斑重唇魚(DiptychusmaculatusSteindachner (DS))、異齒裂腹魚(Schizothoraxoconnori(SO))、拉薩裸裂尻魚(Schizopygopsisyounghusbandi(SY))、長(zhǎng)絲裂腹魚(Schizothoraxdolichonema(SD))、齊口裂腹魚(Schizothoraxprenanti(SP))、短須裂腹魚(Schizothoraxwangchiachii(SW))；Ⅱ四大家魚組：青魚(Mylopharyngodonpiceus(MP))、草魚(Ctenopharyngodonidellus(CI))、鰱(Hypophthalmichthysmolitrix(HM))和鳙(Hypophthalmichthysnobilis(HN))；Ⅲ鰍組：紅尾副鰍(Paracobitisvariegatus(PV))、葉爾羌高原鰍(Triplophysayarkandensis(TY))、長(zhǎng)身高原鰍(Triplophysatenuis(TT))和斯氏高原鰍(Triplophysastoliczkae(TS)). 15種魚均為野外捕獲，漁獲物的體長(zhǎng)范圍具有隨機(jī)性，分別集中分布在不同的區(qū)間. 各組實(shí)驗(yàn)魚的體長(zhǎng)范圍及分布，水溫范圍及樣本量見表1、圖2和圖3. 由于實(shí)驗(yàn)裝置尺寸的限制，四大家魚組的實(shí)驗(yàn)對(duì)象均為幼魚. 捕獲后的魚置于裝有新鮮河水且持續(xù)通氧的水槽中暫養(yǎng)(饑餓)48 h.

圖1 8個(gè)水電站地理位置分布 (該圖基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)為GS(2019)4345號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改)Fig.1 Geographical distribution of eight hydropower stations in China

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

游泳能力測(cè)定裝置為L(zhǎng)oligo水槽(Loligo System)，水槽有兩種不同規(guī)格，游泳區(qū)體積分別為5 L(型號(hào)SY10700)和30 L(型號(hào)SY10800). 游泳區(qū)流速采用螺旋槳流速計(jì)(LS300-A/LS1206B, China)測(cè)定. 游泳能力測(cè)試水槽用水來源于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的河水，利用潛水泵(型號(hào)1WZB50-0.75D, China)將河道中的水抽至蓄水池，經(jīng)過濾后再引入游泳能力水槽，水槽來水通過尾水管最后排至河道. 過魚對(duì)象的測(cè)試水溫與河道水溫基本一致. 由于測(cè)試對(duì)象捕獲水域不同，且測(cè)試時(shí)間跨度較大，實(shí)驗(yàn)水溫的變化與自然水溫的變化一致. 水槽上方安裝一個(gè)海康威視DC-2CD3T35D.I3攝像頭(25幀/s)對(duì)實(shí)驗(yàn)魚的游泳行為進(jìn)行錄像，觀察實(shí)驗(yàn)魚的游泳行為，設(shè)施安裝在野外環(huán)境.

表1 四大家魚、裂腹魚和鰍組各魚種感應(yīng)流速和爆發(fā)游泳速度測(cè)試的體長(zhǎng)和水溫

圖2 四大家魚組、裂腹魚組和鰍組樣本量Fig.2 The sample sizes of the four major Chinese carp, Schizothorax fish species and Cobitidae fish species groups

圖3 四大家魚、裂腹魚和鰍組感應(yīng)流速和爆發(fā)游泳速度測(cè)試魚種體長(zhǎng)分布Fig.3 The body length distribution of the four major Chinese carp, Schizothorax fish species and Cobitidae fish species groups tested for Uind and Uburst

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 感應(yīng)流速(Uind) 測(cè)試前先估測(cè)實(shí)驗(yàn)魚的體長(zhǎng)和體重，然后將其放入游泳能力測(cè)定裝置的游泳區(qū)中，在靜水下適應(yīng)1 h. 魚在靜水中基本不游動(dòng)，且頭朝向來流的方向. 適應(yīng)結(jié)束后，每隔5 s流速增加0.01 m/s，當(dāng)實(shí)驗(yàn)魚開始主動(dòng)朝著來流方向游動(dòng)，此流速即為該實(shí)驗(yàn)魚的感應(yīng)流速.

1.3.2 爆發(fā)游泳速度(Uburst) 測(cè)試前先估測(cè)實(shí)驗(yàn)魚的體長(zhǎng)，然后將其放入游泳能力測(cè)定裝置的游泳區(qū)中，在0.5 BL/s的流速下適應(yīng)1 h. 適應(yīng)結(jié)束后，每隔20 s流速增加0.5 BL/s直至實(shí)驗(yàn)魚疲勞. 當(dāng)實(shí)驗(yàn)魚?？吭谙掠螖r網(wǎng)上時(shí)，輕拍下游壁面20 s，魚仍不重新游動(dòng)，視為疲勞. 爆發(fā)游泳速度的計(jì)算方法為[18]：

(1)

式中，Umax表示實(shí)驗(yàn)魚能夠完成持續(xù)時(shí)間Δt的最大游速(BL/s)，Δt為流速遞增的時(shí)間間隔(20 s)，t為實(shí)驗(yàn)魚在最高流速下的游泳時(shí)間(s)，ΔU為流速增量(BL/s).

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究構(gòu)建了以體長(zhǎng)和水溫為協(xié)變量，四大家魚、裂腹魚和鰍組感應(yīng)流速和爆發(fā)游泳速度為因變量的多元線性回歸預(yù)測(cè)模型. 函數(shù)模型表達(dá)式為：

(Uind|Uburst)=a0+a1·T+a2·BL

(2)

式中，a0為截距，a1、a2為回歸系數(shù)，T為水溫(℃)，BL為體長(zhǎng)(cm)，Uind為感應(yīng)流速(BL/s),Uburst為爆發(fā)游泳速度(BL/s). 為避免模型中自變量(T和BL)可能存在多重共線性的問題，提高模型精度，從所有可能的模型中采用逐步回歸法，選擇赤池信息準(zhǔn)則(Akaike information criterion，AIC)篩選出最優(yōu)模型，最優(yōu)模型的判定依據(jù)為模型AIC值最小[19].

利用過魚對(duì)象感應(yīng)流速和爆發(fā)游泳速度值繪制生存分析曲線(Kaplan-Meier曲線)，獲取不同流速下魚可感知水流方向后頂流游泳的數(shù)量百分比以及魚在爆發(fā)游泳時(shí)未發(fā)生疲勞的數(shù)量百分比. 分別計(jì)算90%的魚可感知該流速并頂流運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的水流速度值和90%的魚在某流速下爆發(fā)游泳未產(chǎn)生疲勞所對(duì)應(yīng)的水流速度值. 本研究統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)均采用R軟件(R 3.6.0)進(jìn)行分析，并用Origin 2018軟件繪圖.

2 結(jié)果

2.1 感應(yīng)流速

對(duì)四大家魚組(幼魚)、裂腹魚組(幼魚或成魚)和鰍組(幼魚或成魚)的感應(yīng)流速多元線性回歸模型進(jìn)行了篩選，得到的最優(yōu)模型中協(xié)變量均包括體長(zhǎng)和水溫(表2). 通過分析各魚組最優(yōu)模型的回歸系數(shù)，發(fā)現(xiàn)四大家魚、裂腹魚和鰍組的感應(yīng)流速均與體長(zhǎng)和水溫呈負(fù)相關(guān)(表3). 以水溫為16℃為例，3組魚感應(yīng)流速隨著體長(zhǎng)的增加而減小(圖4).

表2 基于赤池信息準(zhǔn)則(AIC)的四大家魚、裂腹魚和鰍組感應(yīng)流速多元線性回歸模型選擇*

表3 四大家魚、裂腹魚和鰍組感應(yīng)流速最優(yōu)回歸模型各協(xié)變量回歸系數(shù)*

圖4 體長(zhǎng)對(duì)四大家魚、裂腹魚和鰍組感應(yīng)流速的影響(T=16℃) (黑色實(shí)線為水溫16℃時(shí)的感應(yīng)速度線性回歸模型預(yù)測(cè)線；16℃為各組魚的測(cè)試水溫平均值)Fig.4 Effects of body length on Uind of the four major Chinese carp, Schizothorax fish species and Cobitidae fish species groups (T=16℃) (The black solid lines are the prediction lines of the linear regression models of Uind at 16℃; the average test water temperature of each group was 16℃)

2.2 爆發(fā)游泳速度

對(duì)四大家魚組、裂腹魚組和鰍組的爆發(fā)流速多元線性回歸模型進(jìn)行了篩選，四大家魚和裂腹魚組的最優(yōu)模型中協(xié)變量均包括體長(zhǎng)和水溫，而鰍組最優(yōu)模型協(xié)變量只有體長(zhǎng)(表4). 通過分析各魚組最優(yōu)模型的回歸系數(shù)，發(fā)現(xiàn)四大家魚和裂腹魚組的爆發(fā)游泳速度與體長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)，而與水溫呈正相關(guān)(表5). 鰍組爆發(fā)游泳速度與體長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)(表5). 以水溫為16℃為例，3組魚爆發(fā)游泳速度也隨體長(zhǎng)的增加而減小(圖5).

表4 基于赤池信息準(zhǔn)則(AIC)的多元線性回歸模型選擇*

2.3 感應(yīng)水流百分比及爆發(fā)未疲勞百分比與流速的關(guān)系

根據(jù)實(shí)驗(yàn)魚體長(zhǎng)范圍，將其幼魚和成魚[20-24]分別進(jìn)行游泳能力統(tǒng)計(jì)分析. 通過繪制魚感應(yīng)水流和爆發(fā)未疲勞的數(shù)量百分比的Kaplan-Meier曲線，發(fā)現(xiàn)當(dāng)百分比為90%時(shí)，四大家魚、裂腹魚和鰍組幼魚感應(yīng)流速分別為3.00、1.67和3.22 BL/s(圖6)，裂腹魚和鰍組成魚感應(yīng)流速分別為1.27和2.09 BL/s(圖6)；四大家魚、裂腹魚和鰍組幼魚爆發(fā)未疲勞的游泳速度分別為8.13 、9.27和9.61 BL/s(圖7)，裂腹魚和鰍組成魚爆發(fā)未疲勞的游泳速度分別為7.64和7.77 BL/s(圖7).

表5 四大家魚、裂腹魚和鰍組爆發(fā)游泳速度最優(yōu)回歸模型各協(xié)變量回歸系數(shù)*

圖5 體長(zhǎng)對(duì)四大家魚、裂腹魚和鰍組爆發(fā)游泳速度的影響(T=16℃) (黑色實(shí)線為水溫16℃時(shí)的爆發(fā)游泳速度線性回歸模型預(yù)測(cè)線；16℃為各組魚的測(cè)試水溫平均值)Fig.5 Effects of body length on Uburst of the four major Chinese carp, Schizothorax fish species and Cobitidae fish species groups (T=16℃) (The black solid lines are the prediction lines of the linear regression models of Uburst at 16℃; the average test water temperature of each group was 16℃)

圖6 四大家魚、裂腹魚和鰍組幼魚和成魚感應(yīng)流速百分比Fig.6 The percentage of juvenile and adult fish induced to swim (Uind) of the four major Chinese carp, Schizothorax fish species and Cobitidae fish species groups

圖7 四大家魚、裂腹魚和鰍組幼魚和成魚爆發(fā)游泳時(shí)不疲勞百分比Fig.7 The percentage of juvenile and adult fish that were not exhausted (Uburst) of the four major Chinese carp, Schizothorax fish species and Cobitidae fish species groups

3 討論

3.1 水溫及體長(zhǎng)對(duì)游泳能力的影響

魚體長(zhǎng)是影響魚類游泳能力的重要因素之一. 本實(shí)驗(yàn)3組魚的感應(yīng)流速與爆發(fā)游泳速度均隨體長(zhǎng)的增加而下降(表3，表5). 紅河馬堵山水電站3種過魚對(duì)象(暗色唇鯪、華南鯉和紅魾)和漢江旬陽壩8種過魚對(duì)象的感應(yīng)流速和爆發(fā)游泳速度與體長(zhǎng)表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)性[18,25]. 此現(xiàn)象應(yīng)與游泳能力隨體長(zhǎng)變化為異數(shù)生長(zhǎng)關(guān)系有關(guān)，即隨著魚體尺寸的增大，魚體的表面積和肌肉重量的相對(duì)比例減小，導(dǎo)致隨魚體長(zhǎng)的增加，魚的有氧及無氧游泳能力反而下降[26]. 本研究中四大家魚組未包括成魚，但實(shí)驗(yàn)對(duì)象的感應(yīng)流速與體長(zhǎng)也呈負(fù)相關(guān)，與白艷勤等[27]關(guān)于草魚幼魚和鰱幼魚相對(duì)感應(yīng)流速與體長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)的研究結(jié)果一致.

水溫是影響游泳能力的另一個(gè)重要環(huán)境因子. 研究結(jié)果表明水溫與3組魚的感應(yīng)流速均為負(fù)相關(guān). 可能是由于水溫下降導(dǎo)致了個(gè)體的活躍性降低. 如當(dāng)水溫從28℃下降至22℃時(shí)，表征大斑馬魚(Devariomalabaricus)個(gè)體活躍性的擺尾頻率顯著降低[28]. 在較低水溫下，肌肉組織中三磷酸腺苷和葡萄糖均減少，當(dāng)水溫從15℃下降至5℃時(shí)，底鳉魚(Fundulusheteroclitus)紅肌中的三磷酸腺苷從1.72 μmol/g下降至1.38 μmol/g，葡萄糖從1.93 μmol/g下降至1.34 μmol/g，臨界游泳速度顯著降低[29]. 溫度下降還會(huì)使有氧肌肉纖維中酶活性降低，如羅非魚(Oreochromisniloticus)的肌酸磷酸激酶從20.5℃時(shí)的176 mmol/(g·min)升至26.5℃ 時(shí)的202 mmol/(g·min)[30]，這都將導(dǎo)致低溫下魚的感應(yīng)流速增加.

爆發(fā)式游泳是利用無氧代謝產(chǎn)生的高能量完成沖刺、快速啟動(dòng)等過程，因此運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短，運(yùn)動(dòng)后迅速疲勞[31-32]. 四大家魚與裂腹魚組的爆發(fā)游速與溫度為正相關(guān)關(guān)系(表5). 較多研究表明，水溫對(duì)有氧運(yùn)動(dòng)有影響，但對(duì)無氧運(yùn)動(dòng)影響不大[33-34]. 本研究中水溫升高使魚的爆發(fā)游泳速度增大，與此結(jié)論不符. 以18 cm體長(zhǎng)的裂腹魚組為例，根據(jù)裂腹魚的爆發(fā)游泳速度預(yù)測(cè)模型(Uburst=12.364+0.142T-0.237BL)可得，水溫從12℃增加至17℃時(shí)，爆發(fā)游速由18.33 BL/s增加至19.04 BL/s. 這可能與前期的有氧運(yùn)動(dòng)有關(guān)或者由其他因素影響造成，還需進(jìn)一步研究. 然而，鰍組的爆發(fā)游速與水溫?zé)o顯著相關(guān)性(P>0.05). 視頻觀察發(fā)現(xiàn)，多數(shù)鰍科魚類在高流速下利用腹部緊貼水槽底部或側(cè)面，節(jié)省游泳能量消耗，抵抗更高的水流速度. 可見，這種腹部吸附行為基本不受溫度的影響，僅在高流速才表現(xiàn). 腹部吸附行為也顯著提高了鰍的爆發(fā)游泳能力，根據(jù)3組魚各自的爆發(fā)游泳速度預(yù)測(cè)模型(表5)可知，在相同水溫(16℃)下，平均體長(zhǎng)為10 cm的鰍科魚的爆發(fā)游速為26.46 BL/s，相近體長(zhǎng)的四大家魚為12.61 BL/s，裂腹魚組為12.27 BL/s. 鰍組的爆發(fā)游泳速度數(shù)據(jù)較另外兩組分散，預(yù)測(cè)模型確定系數(shù)偏低，這是因?yàn)橛胁糠嘱q在高流速下未采用腹部吸附行為抵抗高速水流，導(dǎo)致部分鰍爆發(fā)游泳速度偏低.

3.2 過魚設(shè)施內(nèi)流速設(shè)計(jì)建議

過魚對(duì)象的游泳能力或行為數(shù)據(jù)可為過魚設(shè)施進(jìn)口、池室內(nèi)和出口的設(shè)計(jì)提供重要信息. 對(duì)于上行過魚設(shè)施設(shè)計(jì)，若入口處的設(shè)計(jì)流速太低，不足以對(duì)魚產(chǎn)生方向性刺激[14]，則魚將找不到入口；但若入口流速超過了爆發(fā)游泳速度，又將成為魚進(jìn)入過魚設(shè)施的阻礙. 為了吸引距離更遠(yuǎn)的魚能感應(yīng)到過魚設(shè)施入口的水流，入口流速應(yīng)該盡量高些，但上限不應(yīng)超過爆發(fā)游泳速度. 過魚設(shè)施池室內(nèi)的流速應(yīng)高于感應(yīng)流速，以避免魚在上溯過程中迷失方向. 根據(jù)感應(yīng)流速生存曲線(圖6)，為保證90%的過魚對(duì)象感知水流且朝正確方向洄游上溯，當(dāng)以裂腹魚成魚為過魚對(duì)象時(shí)，建議池室內(nèi)流速大于1.27 BL/s，以鰍科成魚為過魚對(duì)象時(shí)，池室內(nèi)流速大于2.09 BL/s. 魚道內(nèi)流速不應(yīng)超過過魚對(duì)象的爆發(fā)游泳速度[35]. 根據(jù)爆發(fā)游泳速度的生存曲線，為保證90%的過魚對(duì)象不疲勞(圖7)，當(dāng)以裂腹魚成魚為過魚對(duì)象時(shí)，建議池室內(nèi)最大流速不能超過7.64 BL/s，以鰍科成魚為過魚對(duì)象時(shí)，建議池室內(nèi)最大流速不能超過7.77 BL/s. 上行過魚設(shè)施的出口通常設(shè)置在遠(yuǎn)離壩址的上游處，若出口流速過小，低于感應(yīng)流速，則會(huì)導(dǎo)致魚迷失方向甚至返回過魚設(shè)施內(nèi)，導(dǎo)致過魚設(shè)施通過效率下降. 因此，上行過魚設(shè)施出口處的主流流速建議大于過魚對(duì)象的感應(yīng)流速.

下行過魚設(shè)施主要考慮幼魚下行過壩需求，幼魚下行主要采用水流引導(dǎo)的方式使魚主動(dòng)進(jìn)入下行過魚設(shè)施入口，若入口流速超過魚的爆發(fā)游泳速度，幼魚的游泳方向?qū)⒏淖優(yōu)榕c水流方向相反，逆流向上游逃逸，若因水流的速度過快，造成被動(dòng)下行，則會(huì)導(dǎo)致身體損傷[15]. 當(dāng)以四大家魚幼魚為下行過魚設(shè)施的過魚對(duì)象時(shí)，根據(jù)爆發(fā)游泳速度的生存曲線，建議過魚設(shè)施的入口最大流速不能超過8.13 BL/s. 當(dāng)以裂腹魚幼魚為過魚對(duì)象時(shí)，建議下行過魚設(shè)施的入口最大流速不能超過9.27 BL/s. 以鰍科成魚為過魚對(duì)象時(shí)，建議下行過魚設(shè)施的入口最大流速不能超過9.61 BL/s.

由于野外實(shí)驗(yàn)條件的限制，所選擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象并未涵蓋整個(gè)生命周期，如四大家魚，因此過魚設(shè)施流速建議值有一定的局限性，將其應(yīng)用于過魚設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)，需在原型過魚設(shè)施中進(jìn)行校正及優(yōu)化. 此外，游泳能力測(cè)試的流場(chǎng)環(huán)境是均勻且單一的，真實(shí)的過魚設(shè)施流場(chǎng)環(huán)境具有復(fù)雜性. 過魚對(duì)象游泳能力并不能完全作為評(píng)判過魚設(shè)施設(shè)計(jì)的唯一標(biāo)準(zhǔn). 過魚設(shè)施的局部區(qū)域(豎縫或孔口)的設(shè)計(jì)流速大小與游泳能力有關(guān)，然而魚在過魚設(shè)施內(nèi)部的游泳選擇往往是對(duì)多個(gè)水力因子(紊動(dòng)能、紊動(dòng)強(qiáng)度、雷諾切應(yīng)力、耗散率和渦)耦合作用的行為反饋[36-37]. 因此亟需開展魚在復(fù)雜流場(chǎng)中的游泳行為研究.