过鱼设施进口区域水温对集诱鱼效果的影响

郑铁刚，孙双科，柳海涛，李广宁，涂承义，柳松涛，石 凯

过鱼设施进口区域水温对集诱鱼效果的影响

郑铁刚1，孙双科1，柳海涛1，李广宁1，涂承义2，柳松涛1，石 凯1

（1. 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟及调控国家重点实验室，北京 100038；2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 311122）

库区水温分层与过鱼通道隔断是水利水电工程建设随之产生的生态环境影响之一。过鱼效果是评估过鱼设施建设成功与否的关键指标。对于存在水温分层的高坝工程而言，过鱼设施进口附近存在的温差效应是否会对进口区域的集诱鱼效果产生影响是当前应该解决的首要问题之一。该研究通过建立三维水温水动力数学模型与包含过鱼设施进口段和明渠河流段的物理模型，分别开展了水温水动力预测及实鱼过鱼试验研究工作，研究结果表明：温差效应对进口附近水动力条件影响甚微，影响区域主要取决于鱼道流量，而岸边水温量值则取决于温差的大小；增大明渠流量将增加上溯鱼类发现鱼道进口的难度；沿冷水区域上溯样本量占总样本的39%，沿温水区域上溯样本量占总样本的61%，由此可知，温水区域对洄游鱼类更具有吸引力；温差效应在一定程度上有利于洄游鱼类发现鱼道进口并在进口区域聚集，与冷水区域相比，温水有效区域鱼进入鱼道进口的尝试率提高了17个百分点。研究成果可为相关人员尝试采用改变水温调整洄游鱼类上溯路线，改善鱼道进口集诱鱼，进而提升鱼道过鱼效果提供思路。

温度；设施；模型；水温分层；集诱鱼；温差效应；裂腹鱼

0 引 言

修建过鱼设施是实现人与自然和谐相处、确保水利水电工程建设可持续发展的重要环保措施，在维系河流联通性、沟通鱼类上下游基因交流方面具有无可替代的作用[1-3]。近10 a来，随着环境保护政策的加强，过鱼设施建设逐渐受到重视，成为国内所有待建水利水电工程均需考虑的内容[4]。以此为契机，国内过鱼设施相关技术水平得到显著提升，鱼道在高坝工程中也越来越多得到应用，如大古水电站（水头差80 m）[5]、藏木水电站（水头差67 m）[6]、枕头坝一级水电站（水头差34 m）[7]、巴西伊泰普水电站（水头差120 m）[6]等。随着过鱼设施的广泛应用与推广，如何提升过鱼设施的过鱼效果成为当前研究的新热点[8]。

对于鱼道、鱼闸或升鱼机工程而言，过鱼设施进口区域的集诱鱼效果，是决定过鱼设施能否发挥其应有作用与效果的关键因素之一[9-10]，主要取决于进口布置、诱鱼水流、环境流场分布特性、地形条件与水温条件等因素。在上述因素的耦合叠加下，如何形成有利于过鱼对象聚集的水温水动力学条件，是需要系统研究的关键科技问题，该问题的研究属于水工水力学与生态水力学的交叉学科范畴，尚处于起步探索阶段[9,11]。目前国内外已有研究多聚焦于过鱼设施进口水动力学条件，如流速分布与水流流态等[12-17]。然而，对于大部分高坝工程过鱼设施而言，除水动力学条件外，还需要考虑因库区水温分层导致的温差效应的影响[18]。

中国大部分高坝工程，其水库大都属于水温分层型，水库表底层之间的温差甚大，如光照水电站水库表底层最大温差约为11 ℃[19]，糯扎渡水电站则达到13 ℃[20]。然而，过鱼设施的上游供水系统通常取自水库表层，其水温相对较高，电站进水口取水高程则相对较低，下泄水温较低，即便采用叠梁门分层取水措施，电站尾水水温仍明显低于水库表层水温，由此导致过鱼设施进口出流水温高于环境水温，形成温差效应。以光照水电站工程为例[19]，7－9月份为主要过鱼期间，库区表层水温达到27～28 ℃，而叠梁门分层取水下游河道现场监测水温仅为19～21 ℃，即过鱼设施出流水温与环境水流水温差达8 ℃。已有文献研究表明，鱼类对于水流水温的敏感程度极高，甚至0.03～0.10 ℃的水温变化会对鱼类活动产生影响[21-22]。由此可见，高坝过鱼设施存在的温差效应可能会对洄游鱼类的上溯与聚集产生一定的直接影响。目前国内外关于水温对鱼类的影响研究大多围绕生物学指标上开展的分析，且试验方法基本为在静止的水体内提升水温，进而观测鱼类生物学指标的变化[23-24]；亦或在恒温水槽内，通过改变水温，测试某均一水温条件下鱼类的游泳行为[25-27]，以上研究结论均难以反馈水温变化对鱼类上溯与聚集的影响。目前，对于水温与动力学结合条件下对鱼类上溯行为的影响研究鲜有成果发表。鉴于此，本文采用水力学与鱼类行为学相结合的方法，分别建立三维水温水动力数学模型与包含过鱼设施进口段和明渠河流段的物理模型，开展水温水动力特性及实鱼过鱼试验研究，探究温差效应对洄游鱼类上溯行为的作用，分析其对过鱼设施进口集诱鱼效果的影响，以期为过鱼效果的提升提供技术支撑。

1 试验设计与方法

1.1 模型试验设计

过鱼试验在中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室大兴试验基地开展。图1为试验装置照片。综合考虑水流及试验鱼样本因素，本研究中试验模型比尺为1∶4，模型长约20 m、宽2.0 m、深0.80 m，采用鱼道出流方式模拟过鱼设施出流，长度和宽度方向上保证两股出流充分发展且互不干涉。过鱼设施1和2上游侧均设置有独立的供水池，其中，过鱼设施2与明渠中水流水温保持一致，而过鱼设施1上游侧的供水池内装配有加热系统，可通过调整水流水温来模拟与明渠水流的不同温差条件。过鱼设施出流位置均在水槽两侧1/2深度，注入水流方向与水槽主流成30°夹角，以此实现工程应用中三维流场特征的模拟。鱼道池室内水深为20 cm，明渠内水深为40 cm。试验水槽下游设有放鱼区，放鱼区安装有活动式拦鱼格栅。

图1 试验模型实物图

为实时记录过鱼对象的诱集行为，在整个水槽模型的上部安装有FDR-AX700高速摄像机（1 000帧/s），对鱼类诱集行为进行全过程监控。监测视频实时传输入监控电脑以备后续分析处理。

1.2 试验用鱼

本文选择齐口裂腹鱼作为试验样本，如图2所示。齐口裂腹鱼（）别名齐口、雅鱼等，属裂腹鱼亚科，裂腹鱼属，底栖冷水鱼类，主要分布于中国长江上游水域，其多生活在水流湍急、溶解氧含量较高的山区河段，生活水温7～10 ℃，适宜生长水温5～27 ℃，具有短距离生殖洄游习性[28]。

已有研究表明，体型大小和鱼鳍位置、形状相近的鱼类在相近水流环境下的行为具有一致性[29]。同种鱼类成鱼与幼鱼的体型相近。可以假定在试验条件下，幼鱼的游泳行为与成鱼一致，故目前文献中实鱼试验多以幼鱼为主[30-32]。野外捕获的齐口裂腹鱼体长范围通常为13～42 cm，根据比尺换算可知模型中试验鱼体长范围应介于3.25～10.50 cm，本研究选用体长范围（9.0±1.5）cm的齐口裂腹鱼作为试验用鱼。试验用鱼采购自四川某渔场，试验前暂养于1 m3的方形水池中，光照为室内自然光，采用水泵24 h循环供水，并进行曝气处理。试验期间暂养池内溶解氧浓度为7.0～8.0 mg/L，池内水温为15.2 ℃左右，试验前两日停止喂食。

图2 试验用鱼照片

1.3 过鱼试验方法

过鱼试验于2021年11月份开展，试验周期内试验基地水库水温为13.8 ℃，略低于鱼类暂养池内水温，但满足试验样本适宜生存温度。试验中采用电加热的方法来升高过鱼设施1的水流水温，但鉴于试验中耗水量较大，同时考虑到试验基地的最大供电功率，本研究仅在温升为0.5 ℃的工况下（14.3 ℃）开展过鱼试验。为不影响过鱼试验的有效开展，进行过鱼试验时，在暂养池中随机选择健康个体，在测试段下游的放鱼区中部同时放入5～10条试验鱼，多条试验鱼的体长范围误差控制在20%以内。将试验鱼在放鱼区内等待20～30 min，使鱼类能够适应明渠水槽中的水温与水流环境，之后打开测试段下游的拦鱼格栅，并同步启动测试段的摄像系统开始记录水槽内鱼类的游泳行为信息，即完成一组试验。试验过程中，为了尽量消除除水温条件外，其他外界环境对鱼类行为的影响，试验在开展过程中，过鱼设施1上游加热区、过鱼设施2及主渠道内三股来流均来自于同一根管道，然后再进行分流，即试验过程中可以保证三股来流的初始水温、DO（dissolved oxygen）、pH值等水环境条件一致。同时，在无加热条件下，主渠道两岸岸边区域的流速分布测量结果一致。为了测试光环境的差别，试验中利用特安斯高精度测光仪对主渠道两岸区域的光照强度进行了测试，结果显示无差异。由此可以认为，试验过程中两侧的水环境条件及光环境条件一致，进而忽略除变量条件外其他因素对试验鱼上溯的影响。

将试验鱼放置放鱼区，放鱼区距离鱼道进口下游6.5 m，放鱼区下游即为明渠水流溢出口，受到溢出口的紊动掺混影响，放鱼区内的水温均匀，即试验鱼在放鱼区内不受过鱼设施1水温鱼1的影响。提起拦鱼格栅后，试验鱼开始上溯。整个试验过程中要保证模型周围无人为行动或噪声等因素干扰。重复上述试验步骤，可获得多组试验数据，试验组次数量需满足统计学意义。

1.4　试验数据处理与分析

本研究中，将物理模型测试区域分为冷水区域和温水区域，冷水区域为明渠基础水温，而温水区域则为高于基础水温的区域范围，该区域由水温掺混扩散模拟结果确定。此外，还分别定义过鱼设施1、2进口附近区域为诱鱼区域，该区域为过鱼设施进口上游1倍至下游2倍的进口宽度区域。尝试是近几年用于描述目标鱼上溯动机的一种新概念，关注目标鱼在上溯过程中尝试进入鱼道进口的上溯行为过程[31]。本文结合视频监测结果，将在鱼道进口诱鱼区域内出现明显停滞的上溯鱼数量占总上溯鱼数量的比例定义为尝试率，出现停滞的上溯鱼可由鱼道继续上溯，也可进一步越过鱼道进口沿明渠上溯。试验鱼上溯过程中的路径采用logger pro 软件收集和分析。

结合处理后的数据，统计分析试验样本在温水区域上溯的数量、冷水区域上溯的数量、由温水区进入冷水区上溯或由冷水区进入温水区上溯的数量、以及分别在过鱼设施1和2有效区域内停滞的数量。此外，将放鱼区内不进行上溯、上溯途中折回以及沿明渠中线上溯的试验鱼定为上溯失败的样本。

1.5 水温水动力预测

为了准确反映温差效应对过鱼对象行为的影响规律，本研究结合三维水温水动力数值模拟方法，对不同温差条件下试验区域内的水温水动力结果进行预测，以期判别水温条件改变对水动力条件的影响规律。三维水温水动力数学模型基于Boussinesq假定建立，采用RNG-紊流模型结合传热方程进行水温水动力模拟[33-34]，传热方程如下：

式中为流体的密度，kg/m3；为时间，s；为流速，m/s；为温度，K；为流体的传热系数，取值0.6 W/(m×K)；c为比热容，取值4 182 J/(kg×K)。

模拟过程中，过鱼设施及明渠上游设定流量边界，并赋予来流水温，下游为自由出流边界，同时，水体表面赋予大气温度。过鱼设施及明渠边壁采用无滑移边界条件，且为绝热边界。计算模拟区域与物理模型试验区域一致，考虑到原型中鱼道与河道的流速量值，通过比尺换算，过鱼设施1和2流量鱼1、鱼2均设计为0.007 5 m3/s，上游明渠来流量渠分别设计为0.16、0.32 m3/s。参考物理模型试验设计参数，过鱼设施2及明渠来流水温鱼2、渠均为13.8 ℃，过鱼设施1来流水温T鱼1为14.3 ℃。在此基础上，为进一步对比分析温差对过鱼设施进口附近水动力的影响，本研究进一步增加温升分别为1.0 ℃（水温14.8 ℃）和2.0 ℃（水温15.8 ℃）开展数值模拟研究。

为验证数值模拟结果的可靠性，本文选取明渠来流量渠为0.16 m3/s、过鱼设施1来流水温鱼1为14.3 ℃工况，采用JM6200I高精度数字温度计对明渠段鱼道进口下游沿程水温进行测量，设备精度为±0.05%。离岸0.2 m、水下0.1 m的沿程水温试验结果与数值模拟结果的对比如图3所示。由图3可见，数值模拟结果与试验结果吻合良好，最大相对误差为1.5%，两者均表现出水温在鱼道进口下游迅速升高而后缓慢下降的趋势，该水温衰减规律与文献[34]现场监测结果一致。由此表明，数值模拟结果可信，可以用于预测不同工况下过鱼设施下游水温水动力结果。

注：横坐标表示远离鱼道进口的距离。下同。

2 结果与分析

2.1 流速结果分析

改变过鱼设施1来流水温鱼1及渠道来流量渠条件，不同工况过鱼设施下游水动力预测结果如图4所示。由于计算水槽内流态均匀，无漩涡、回流等流态存在，因此本文不再展示流态计算结果，仅开展流速相关分析。此外，鉴于该部分研究的重点在于论证温差是否会对水动力条件产生显著影响，因此文中忽略垂向的流速分布变化，仅选取水下单层平面流速分布开展分析。

由图4a可见，受鱼道出流影响岸边流速加大，且沿宽度方向扩散，鱼道出流与明渠水流交汇处流速量值约为0.30 m/s，在剪切应力的影响下，明渠两岸岸边（离岸距离小于0.5 m）流速沿程衰减至0.24 m/s，略大于明渠中央（离岸距离大于0.5 m）流速0.22 m/s。由热力学理论可知，受热浮力及水黏性变化等影响，当两股水流存在温度差时，明渠内的流速分布与等温条件下流速分布具有一定差异。然而，尽管鱼1与鱼2存在0.5 ℃的温差，但明渠两岸岸边流速分布及量值基本对称（图4a）。且当进一步增大鱼1，明渠两岸岸边流速分布及量值仍基本对称，如图4b和4c所示。可见在本文背景下温差增大对水动力条件影响不明显。这是由于本研究中鱼道流量较小，尽管鱼道出流水温增加0.5～2.0 ℃，但鱼道出流热流量仅占明渠内热流量的5%左右，由此导致水体热浮力效应有限，进而温差对流速分布的影响甚微。

图4d为增大明渠来流量条件下过鱼设施下游水动力结果。预测结果表明，该条件下明渠两岸岸边流速及量值仍表现出基本对称的分布规律，然而与图4a所示结果不同，明渠两岸岸边（离岸距离小于0.2 m）流速略小于明渠中央（离岸距离大于0.2 m）流速。由于鱼道出池水流流速与明渠内水流流速相当，与前一工况不同，鱼道出池水流前行受阻，仅附壁前行（图5）。由图4和图5可知，如果鱼道出池水流流速不变时，增大明渠流量后，鱼道出池水流对明渠水流的影响宽度由0.5 m缩窄到0.2 m，且鱼道出池水流流速与明渠流速相当，也就是说，对于洄游鱼类而言鱼道出池水流（吸引流）将不再明显，进而增加上溯鱼类发现鱼道进口的难度。

注：纵坐标表示远离明渠中线的距离；Q渠表示上游明渠来流量；T鱼1表示过鱼设施1来流水温；过鱼设施2及明渠来流水温均为13.8 ℃。下同。

图5 鱼道进口附近流线图

2.2 水温结果分析

由热力学理论可知，当具有水温差的两股水流掺混后会迅速发生热量交换，低温水体的温度在掺混区迅速上升，而后逐步降低直至与环境水体一致[35]。图6为改变过鱼设施1来流水温鱼1及渠道来流量渠条件，不同工况过鱼设施下游水温沿程分布的预测结果。其中，图6a、6b和6c分别为温差0.5、1.0和2.0 ℃的渠道水温沿程分布的预测结果。由图6可见，随着温差的增大，明渠右岸的沿程水温量值逐渐增加，明渠末端附近，即下游横向距离为5.0 m、离岸0.2 m处，岸边水温增幅仅为0.1～0.2 ℃，约占鱼道进口温差增幅（渠−鱼1=0.5～1.0 ℃）的30%。另外，对比图中结果可知，3种温差条件下鱼道进口下游温水区域基本一致，结合图4和图5可见，温水区域主要集中在鱼道出池水流的流线区域，并不随温差的增大而发生变化。分析其原因，这可能是由于本研究中明渠流量约为鱼道流量的20倍，鱼道流量与明渠流量差距明显所致。众所周知，具有较高水温的鱼道出池水流进入明渠后，温差效应影响的区域主要取决于鱼道出池水流与明渠水流的热流量比。然而，本文的研究对象分别为鱼道出池水流与明渠水流，如前所述，两者流量差距明显，实际工程中亦如此[36]，由此致使温差量值对热流量比的影响远小于流量的影响，即热流量差距明显。换而言之，温差效应影响的区域主要取决于鱼道出池水流的流量大小，而温差量值则对岸边水温量值的影响较大。

为论证上述观点，本文进一步提取了增大明渠水流流量条件下的平面水温分布预测结果，如图6d所示。对比图6a和图6d可见，当明渠流量增大后，即鱼道出池水流流量与明渠水流流量比（鱼1/渠）减小，岸边水温沿程衰减规律及量值与流量增大前基本一致，然而温水区域范围则明显减小，与图4d所示的鱼道出池水流的流线区域一致。由此可进一步断定，对于鱼道工程而言，上游库区水温分层导致的温差效应影响的区域取决于鱼道流量，而岸边水温量值则取决于温差的大小。

图6 不同工况下游水温预测结果

3 过鱼试验结果分析

由上文分析可知，鱼道出池水流与明渠水流温差的存在，对进口下游流速及温水区域分布影响甚微，而对岸边水温量值影响则较大。由此可以判断，当鱼道出池水流与明渠上游水动力条件不发生变化时，温差效应的存在对洄游鱼类上溯及集诱鱼的影响主要体现在水温本身对洄游鱼类的影响，而非温差效应引起的水动力改变对洄游鱼类的影响。为分析水温本身如何影响洄游鱼类的上溯路线及鱼道进口集诱鱼效果，本文在大比尺水槽模型中开展了实鱼过鱼试验。根据前文过鱼试验方法的介绍，同时考虑到流量改变对岸边水温分布规律的影响较为有限，本研究过鱼试验背景条件选择为：渠道流量渠为0.16 m3/s，渠道水温渠为13.8 ℃，渠道水深渠为0.4 m，过鱼设施流量鱼1、鱼2均为0.007 5 m3/s，过鱼设施1水温鱼1为14.3 ℃，过鱼设施2水温鱼2为13.8 ℃，鱼道水深鱼为0.2 m，试验鱼样本数量55条。

图7为试验鱼上溯路径示意图，试验结果中，有效过鱼试验样本数量为41尾，其中直接沿冷水区域上溯样本数量为16尾，占总样本量的39%；沿温水区域上溯样本数量为25尾，占总样本量的61%；沿冷水区域过渡至温水区域上溯样本数量为5尾，占总样本量的12%；沿温水区域过渡至冷水区域上溯的样本数量为0尾。此外，在冷水有效区域出现停滞的样本数量为5尾，尝试率为31%；在温水有效区域出现停滞的样本数量为12尾，尝试率为48%，较冷水区域，尝试率提高了17个百分点。由于齐口裂腹鱼喜好渠底上溯，而模型设计中考虑了工程实际情况，鱼道底部与渠底存在高差，进而导致试验样本中进入鱼道的样本数量较少，仅在温水区域发现2尾，统计学意义不大。

前文水温预测结果可知，进口下游温水区域水温较冷水区域水温高0.1～0.2 ℃，而沿温水区域上溯的试验样本数量明显高于沿冷水区域上溯的样本数量，这可能与鱼类本身的体表热受体（Surface temperature receptors）有关，鱼类可以通过体表热受体探知极小水温的改变，同时结合中枢神经系统影响鱼类正常游泳过程中复杂而又非常完整的一系列肌肉收缩，进而激发其相关行为特征[22,37]。由此可见，洄游鱼类能够感知河道内0.1～0.2 ℃的水温差，且温水区域对于鱼类上溯路线的选择具有一定的诱导作用。进一步对比试验录像发现，洄游鱼类上溯具有一定的集群效应，例如一组试验中试验样本为10尾，有6尾样本集群由冷水区域上溯，且集体未在进口有效区域内出现停滞；而其余4尾则分散由温水区域上溯，并有3尾样本在进口有效区域内出现停滞。另外试验过程中还发现，当3尾以上的样本集群上溯时，样本在进口有效区域的尝试率基本为0，无论在冷水区域亦或温水区域内。而当3尾以下的样本上溯时，样本在冷水和温水有效区域的尝试率分别达到50%和67%。可见，集群效应对进口有效区域的尝试率影响较大，然而河流中鱼类多以集群形式上溯[38-39]，因此如何有效地吸引集群鱼类调整上溯路线应是今后的研究重点。

图7　试验鱼上溯路径示意图

综上所述，无论从鱼类洄游路线还是过鱼设施进口尝试率考虑，温水区域对洄游鱼类更具有吸引力，即上游水库水温分层导致的温差效应在一定程度上有利于洄游鱼类发现鱼道进口并在进口区域聚集，改善过鱼设施进口集诱鱼效果，进而提升过鱼效果。

4 结 论

本研究分别开展了三维水温水动力数值模拟与实鱼过鱼试验，探讨了温差效应对洄游鱼类上溯行为的影响，得到如下结论：

1）在温差为0.5～2.0 ℃条件下，过鱼设施进口下游流速分布及量值基本一致，均为0.24 m/s左右，鱼道出池水流与明渠水流温差的改变对进口附近水动力条件影响甚微；鱼道出池水流与明渠水流流量比值的改变对进口附近水动力条件影响较大，鱼道出池水流对明渠水流的影响宽度由0.5 m缩窄到0.2 m。

2）在鱼道出池水流与明渠水流流量比值不变条件下，温差条件的改变对温水区域宽度的影响较小，而对水温量值影响较大，岸边水温增幅约为0.5 ℃，温差效应影响的区域取决于鱼道出池水流流量。

3）相较于冷水区域，温水区域对于鱼类上溯路线的选择具有一定的诱导作用，上溯样本数量占总样本量的61%；温水有效区域的尝试率为48%，冷水有效区域的尝试率为31%。

4）集群效应对进口有效区域的尝试率影响较大，当3尾以上的样本集群上溯时，进口有效区域的尝试率基本为0，而当3尾以下的样本上溯时，冷水中尝试率则达到50%以上。

该研究可为研究人员尝试采用改变水温调整洄游鱼类上溯路线，提升鱼道过鱼效果提供思路。然而，由于影响鱼类上溯行为的因素众多，且鱼种的不同其上溯行为同样具有差异，致使基于水温调整改善鱼道过鱼效果的相关研究尚处于起步探索阶段。本研究中试验鱼仅为裂腹鱼，且样本量较少，目前尚难以准确定量反映温差效应对洄游鱼类上溯及聚集的影响规律，多鱼种、大样本量、多环境量等是今后研究人员开展进一步研究要考虑的试验条件。此外，鱼类趋向行为对不同温度水流响应的生理学分析至关重要，然而遗憾的是，由于鱼类在运动过程中对温度的选择行为是鱼类根据外界条件和自身需求做出的一个非常复杂的综合选择的行为，属于交叉学科范畴，目前未见深入的相关研究工作，同样需要在未来的工作中进一步开展。

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Effects of water temperature on luring fish in the inlet zone of fish passage facilities

ZHENG Tiegang1, SUN Shuangke1, LIU Haitao1, LI Guangning1, TU Chengyi2, LIU Songtao1, SHI Kai1

(1.100038; 2.311122)

The stratification of water temperature in the reservoir and the separation of fish passage is one of the ecological environmental effects resulting from the construction of water conservancy and hydropower projects. Fish passing is a key index to evaluate the success of fish passage facilities. One of the primary challenges can be determined whether the temperature difference near the inlet of the fish passage facility will affect the luring fish in the inlet zones in the high dam project with the stratified water temperature. Therefore, this study aims to establish a three-dimensional water temperature hydrodynamic mathematical model and a physical model, including the inlet section of the fish passage facility and river section. Some experiments were also carried out to predict the water temperature hydrodynamic and fish behavior. A series of biological experiments were conducted in November 2021, with a discharge of 0.007 5 m3/s and a water depth of 0.2 m for the fishway. Juvenile(length range: 9.0 cm± 1.5 cm) was used in this case, and the number of tested fish was 55. The tested fish were held in a rectangular tank (1 m×1 m×1 m) for at least 24 h between tests for recovery. Among them, the tested fish in the experiment was selected randomly. The results showed that there was little influence of temperature difference between the flow from the fishway inlet and that in the channel on the hydrodynamics in the inlet zone for the fishway in the high dam project. The area that affected by the temperature difference was depended mainly on the fishway discharge, while the water temperature near the shore depended on the temperature difference. Once the flow from the fishway inlet was constant, the increasement of discharge of the channel was reduced the influence area of the flow from the fishway inlet, and then increased the difficulty for the migratory fish to find the fishway inlet. The migrating rate along the cold-water area was 39%, and the attempt rate in the inlet zone was 31%, while the migrating rate along the warm-water area was 61% and the attempt rate in the inlet zone was 48%. In addition, five migrating fishes were observed from the cold- to the warm-water area, accounting for 12% of the total tested fish. The warm-water area was more attractive to the migratory fish. The temperature difference was conducive to the migratory fish to find the fishway inlet, and then gather in the inlet zone. The cluster effect posed a great influence on the attempt rate in the inlet zone. Once the samples with less than 3 tails were migrating, the attempt rate of samples in the cold and warm water areas reached 50% and 67%, respectively. Consequently, the migrating route of migratory fish can be expected to be adjusted by changing the water temperature, and then effectively attract the cluster fish, which can get the better effect of luring fish to fish-passing facilities. The finding can greatly contribute to the technological level of fish passage facilities.

temperature; facility; model; water temperature stratification; luring fish; temperature difference effect;

10.11975/j.issn.1002-6819.202210076

TV61

A

1002-6819(2023)-01-0195-08

郑铁刚，孙双科，柳海涛，等. 过鱼设施进口区域水温对集诱鱼效果的影响[J]. 农业工程学报，2023，39(1)：195-202.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202210076 http://www.tcsae.org

ZHENG Tiegang, SUN Shuangke, LIU Haitao, et al. Effects of water temperature on luring fish in the inlet zone of fish passage facilities[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(1): 195-202. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202210076 http://www.tcsae.org

2022-10-11

2022-12-29

国家重点研发计划（2022YFC3204203）；国家重点实验室自主研发项目（SKL2020TS04）

郑铁刚，博士，正高级工程师，研究方向为生态水力学。Email：zhengtg@iwhr.com