摘要：针对现有的鱼类游动轨迹提取方法不能兼顾轨迹提取效率和准确率的局限性,提出了一种基于鱼类关键点识别与定位的鱼类游动轨迹提取方法。该方法在RetinaFace算法的基础上,通过改进网络结构和损失函数、优化锚框的尺寸设计、编解码鱼类关键点(头部点和形心点)、为鱼类目标的关键点添加额外的标注并制作成鱼类关键点数据集等改进策略,构建了基于关键点识别的鱼类轨迹提取模型。研究结果表明,本研究方法对鱼体关键点识别的精度很高,准确率、召回率、平均精度均值3项精度评价指标分别为97.12%、95.72%、96.42%;所提取的轨迹坐标平均相对偏差为MRE x(0.065%,0.092%)、MRE y(0.112%,0.011%),与鱼类的实际游动轨迹基本吻合;鱼类目标关键点的识别速度可达32帧/s,能够满足实时提取鱼类轨迹的需求。

摘要：为修复河湖中鱼类的洄游通道和栖息生境,国内外已建设各型护鱼措施并开展大量水力学与生态学相关研究。集群作为一种广泛存在的生物种群行为,解析其在鱼类洄游过程中的作用机制意义重大。本研究营造低湍动能、非均匀流场,针对我国重要淡水经济鱼种草鱼(Ctenopharyngodon idella)和鲢(Hypophthalmichthys molitrix)展开研究。本研究通过在3种流速工况(0.25~0.50m/s、0.30~0.60 m/s、0.35~0.70 m/s)下,考察5尾处理组和单尾处理组的实验鱼持久上溯能力及上溯行为特征,量化集群对其克流能力的影响并解析原因。研究显示,集群对草鱼持久上溯能力的影响因流速而异,当流速为0.30~0.60m/s和0.35~0.70m/s时,5尾组持久上溯能力分别显著高于(P=0.030)和低于(P=0.048)单尾组;而集群能够普遍提高鲢的持久上溯能力,当流速为0.25~0.50 m/s(P=0.004)和0.35~0.70 m/s(P<0.001)时,5尾组持久上溯能力提升显著。集群多数情况会增加2种鱼的上溯耗时,只有当流速为0.35~0.70m/s时,鲢的首次上溯时长在集群时显著下降(P<0.001)。集群能够帮助草鱼节能上溯,却会增加鲢的上溯累积耗能。综上所述,集群既可提高也可抑制鱼类上溯能力,其对上溯行为的影响主要体现在能耗、视觉反应及克流能力等方面,研究结果可为鱼类保护设施的设计、运行进一步提供可靠支持。

摘要：水利工程运行与鱼类资源保护如何协同发展,是我国水电开发与水生态环境保护需要重点开展的研究,其中基于鱼类行为学、生态水力学及计算机科学等多学科交叉融合的鱼类行为生态水力学模型为水电开发背景下鱼类行为响应及其生境质量演变提供了研究技术及评估新方法。鱼类运动模型的基本原理为以水动力环境为基础,通过融合鱼类行为规律实现鱼类运动过程的模拟。本研究系统调研和梳理总结了近20年来国内外鱼类行为生态水力学模型的相关研究,重点聚焦模型如何准确构建及合理运用。首先介绍了模型的基本结构及主要组成要素,重点阐述了不同生境尺度中鱼类行为规则设置时考虑的因素,包括过鱼设施微生境、坝区水环境及河流生态系统;然后详细剖析了鱼类运动模型科学构建及运用过程中的难点,包括鱼类行为规则的复杂多样性、行为模型与水动力模型的融合以及模型的有效和合理运用;最后从人工智能算法、多尺度与多维度信息融合以及模型对生境要素的预测运用3个方面对未来运动模型研究进行展望,为开展符合我国坝情、水情及鱼情的鱼类行为生态水力学模型研究工作提供一定的科学依据。

摘要：水流、光照与集群个体交互作用是影响鱼类过坝效率的关键因素,明确三者对鱼类运动特性的综合影响对提高水电工程过鱼效果意义非凡。本研究以鳙(Aristichthys nobilis)幼鱼为对象,设置不同照度、流速、群体大小水平进行实验,考察不同工况下鱼体的趋流性、上溯积极性和游泳稳定性,量化其在3种因素叠加作用下的非疲劳游泳行为。结果表明:鳙幼鱼趋流性随流速递增显著增加,0.15与0.25 m·s^(-1)流速间递增趋势最为显著(3个照度水平下均P<0.001),随光照变化因流速而异,且在明亮群体条件下得到显著提升;光照可有效消除单尾鳙幼鱼的逆流后退趋势,且集群个体交互作用对鱼群上溯有明显促进作用;流速能有效提高鳙幼鱼的游泳稳定性,照度能够显著提高群体稳定性,三尾组各流速下的稳定性均随照度增大显著增加(0.15~0.65 m·s^(-1)流速下均P<0.05),而集群个体交互作用在黑暗环境中会削弱其稳定性;可通过调整鱼道进口和下行通道上游入口中的水流、光照和集群情况,优化鱼类的过坝环境,从而提升过鱼效果。

摘要：探究玉曲河流域裂腹鱼类的游泳能力,为过鱼设施建设和鱼类游泳行为学提供基础参数。以该流域优势种怒江裂腹鱼(Schizothorax nukiangensis)、贡山裂腹鱼(***)为研究对象,在野外现场通过游泳能力测试水槽对裂腹鱼的感应流速、临界游泳速度、突进游泳速度及持续游泳速度、耐久游泳速度进行测定。结果表明,怒江裂腹鱼和贡山裂腹鱼的绝对感应流速相近,分别为(0.18±0.01)m/s和(0.18±0.06)m/s,绝对临界游泳速度分别为(1.05±0.12)m/s和(1.11±0.14)m/s,绝对突进游泳速度分别为(1.45±0.26)m/s和(1.40±0.21)m/s,相对临界游泳速度分别为(8.47±0.95)BL/s和(9.21±2.45)BL/s;二者的相对突进游泳速度均突破了10倍体长(BL),分别为(11.90±2.31)BL/s和(10.80±3.16)BL/s;怒江裂腹鱼和贡山裂腹鱼最大持续游泳速度均为0.63 m/s,最大耐久游泳速度分别为0.93 m/s和0.73 m/s。当以此2种裂腹鱼为主要过鱼对象时,建议鱼道入口及竖缝处流速为1.05~1.40 m/s,过鱼设施内部整体平均流速设计为0.24~1.05 m/s,休息池主流流速为0.18~1.05 m/s。研究结果可为西藏玉曲河流域鱼类资源保护及过鱼设施设计提供参考。

摘要：为研究静水环境下幼鱼摆尾-滑行时的推、阻力形成过程和鱼体周身流体作用机理,以草鱼幼鱼(Ctenopharyngodon idella)为研究对象,利用粒子图像测速技术(PIV)测量了草鱼幼鱼周身流场,计算了草鱼幼鱼周身由流体正压和流体负压产生的作用力,比较了草鱼幼鱼头、中、尾部产生的推、阻力占比和游泳效率。结果表明:摆尾阶段的幼鱼推力主要来源于流体负压;滑行阶段的幼鱼则主要依靠鱼体周身流体正压形成的推力推动自身前进。整个摆尾-滑行周期内,草鱼幼鱼尾部流体形成的推力占总推力的48.81%,是推力的主要产生部位,且尾部的平均游泳效率(77.28%±16.87%)要明显高于头部和中部;草鱼幼鱼中部集中的阻力最多,占总阻力的67.82%,是幼鱼的主要阻力形成部位。

摘要：探究典型江河半洄游性鱼类的摄食、育肥等下行洄游需求,可为鱼类下行通道的设计与评价提供技术支撑。以全长5~13 cm四大家鱼(青鱼、草鱼、鲢、鳙)幼鱼为研究对象,通过构建模型实验,在进口流速为0.2 m/s时,分析同一水流环境下鱼类的运动行为,开展其下行过程中应用水力条件的行为响应及流场偏好研究。结果表明:(1)青鱼、草鱼、鲢、鳙幼鱼的下行成功率分别为58.3%、78.6%、74.5%、87.2%,下行轨迹主要集中在主流区域;(2)四大家鱼幼鱼多表现为主动下行行为,鳙幼鱼的直接下行率最高(88.5%),青鱼、鲢幼鱼分别为60.0%、56.2%,草鱼幼鱼发生延迟下行的概率(56.3%)大于直接下行率(43.8%);(3)实验鱼对不同流速范围的选择存在差异性,四大家鱼幼鱼在同一水力环境条件下的下行行为选择存在一定的规律性,青鱼、草鱼、鲢、鳙幼鱼的共同偏好流速为0.228~0.454 m/s,共同偏好紊动能为0.0014~0.0023 m^(2)/s^(2)。

摘要：声驱鱼技术作为辅助过鱼措施之一,承担着保证鱼类洄游顺利通过过鱼设施,继而保护鱼类资源和恢复河流连通性的重要作用。本研究采用交替播音的形式,以草鱼(Ctenopharyngodon idellus)幼鱼为研究对象进行负趋音性实验,旨在探究草鱼幼鱼面对不同声音的行为反应。实验水槽(3.6 m×1.1 m×1.0 m)布置于下牢溪周围水域,平均水深为0.5 m,平均流速为0.06 m/s。实验使用1种单频音(1 000 Hz)和5种复杂音(鱼游动声、引擎声、短吻鳄叫声、打桩声和游艇声),声压级(sound pressure level)为(117.69±2.77) dB re 1μPa,对照组为未播放声音时草鱼的行为反应数据。结果显示,播放复杂音时,草鱼的反应次数、趋音速度、运动时间比均显著高于单频音和对照组(P0.05)。本研究表明,5种复杂音(鱼游动声、引擎声、短吻鳄叫声、打桩声和游艇声)对草鱼幼鱼具有驱赶效果。本研究在丰富鱼类负趋音性研究的同时,为实际工程中声驱鱼辅助过鱼设施的设计和优化提供了科学依据。

摘要：天然河道底部的障碍物形成了复杂的水流环境,洄游鱼类对复杂水流环境的响应行为对于鱼能否上行或下行通过障碍物并完成生活史至关重要。本研究在封闭水槽中采用递增流速法测试了鳙(Aristichthys nobilis)幼鱼在不同障碍物型式下的临界游泳速度,结果表明:鳙幼鱼在自由来流、圆柱和半圆柱下的临界游泳能力无显著性差异(P>0.05),而方柱下鳙幼鱼的临界游泳能力显著降低(P<0.05);鳙幼鱼受障碍物下游复杂流场影响表现出3个特征游泳姿态,依此划分出3个位置区间;为了分析方柱下游泳能力下降的原因,统计了不同流速下鳙幼鱼在3个位置区间所占的时间百分比,并提取了相应的游泳动力学指标,包括摆尾频率、摆尾幅度、鱼头侧向最大加速度、鱼身侧向最大加速度、身体波动速度、身体波长和鱼头最大转角速度;鳙幼鱼在近柱区(障碍物下游6~26 cm;A区)停留时间最长,时间百分比高达63.1%;其次是中区(障碍物下游26~46 cm;B区)为29.1%;远柱区(障碍物下游46~66 cm;C区)最低,为7.8%;不同水流速度下,鳙幼鱼在方柱下游3个位置区间的时间百分比分布也有明显差异,在流速为5.24 BL·s^(-1)(BL为体长)时,鳙幼鱼在A区停留时间高达30.3%;通过比较鳙幼鱼在方柱下游3个位置区间的游泳动力学指标发现:当流速为5.24 BL·s^(-1)时,鳙幼鱼在A区的摆尾频率和身体波动速度显著低于B区和C区(P<0.05);摆尾幅度、鱼头侧向最大加速度、鱼身侧向最大加速度和鱼头最大转角速度显著高于B区和C区(P<0.05)。本研究从游泳策略和游泳动力学的角度,发现方柱和流速的特殊组合在柱后形成复杂流态,增加游泳能量消耗,导致了鳙幼鱼的游泳能力下降。本研究可为洄游鱼类上下行通过障碍物时底部障碍物的设计提供参考。

摘要：针对目前鱼道180°转弯段存在水流条件差、影响鱼类上溯的问题,通过延长转弯段上下游长度并增设整流导板来改善水流条件。结合国内某竖缝式鱼道工程设计,采用数值模拟的方法研究了四种转弯段结构水流流态、流速、紊动能和紊动耗散率分布问题。结果表明,延长转弯段上下游长度的同时增设整流导板可有效引导主流居中,维持主流稳定,避免转弯段内产生大尺度回流区,具有良好的上溯条件。研究结果可为鱼道工程改造和设计提供参考。