本發明涉及一種水槽系統，具體涉及一種適用于魚卵運動水力學特性研究、水庫調度對魚類影響研究、魚類早期資源估算研究等的魚卵運動試驗水槽系統，屬于生態水力學試驗技術領域。

背景技術：

魚卵漂流運動是魚類早期發育的重要階段，關系著魚類卵苗的成功孵化和資源補充。天然河流中，魚卵如何運動、魚卵密度如何分布、河道地形和水動力條件對魚卵運動如何作用，都將影響魚卵的輸移與最終歸宿。因此，認識和理解魚卵在天然河道中的水動力特性與運動規律，對魚類資源保護、產卵場修復和生態調度效果評價等工作至關重要，同時，也將為魚類產卵場位置的準確推測與早期資源量的科學估算提供理論依據。

目前，魚卵運動的試驗研究多使用傳統的水力學試驗水槽(唐明英、黃德林、黃立章等.草、青、鰱、鳙魚卵水力學特性試驗及其在三峽庫區孵化條件初步預測.水利漁業，1989，4:26-30；羅佳、石小濤、劉德富等.兩種鱘魚卵在均勻流場中的漂移特性研究.水生生物學報，2013，37(5):978-981)。

然而經實踐發現，傳統的水力學試驗水槽存在以下缺陷：

1、通常需要借助一般漏斗或吸管，在上游某一位置以人工方式重復多次投放魚卵，無法實現魚卵自動投放、回收和傳輸，給實際使用操作帶來了不便利；

2、人工投放魚卵，難以控制魚卵投放流量(每秒投放魚卵的數量)、投放位置和持續投放時間等參數；

3、魚卵比重與水接近，比水稍重，在流速較小時易快速沉底，在流速較大時易隨流漂流，傳統的水力學試驗水槽高度較小(一般高度低于50cm)，在流速較慢工況下，魚卵在上游釋放后運動還沒穩定即已沉底，若使用高度大于80cm的大型水槽，則水槽寬度較大(大型水槽寬度一般大于80cm)，不利于魚卵運動試驗的視頻采集和觀測(魚卵運動視頻通常在水槽側面拍攝，若水槽寬度過大，在距離鏡頭遠端的魚卵運動圖像將發生嚴重畸變，失真)。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種可調可控、操作便捷的魚卵運動試驗水槽系統。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種魚卵運動試驗水槽系統，包括：蓄水池，設置在蓄水池上方的矩形水槽槽身，以及設置在矩形水槽槽身尾端的旋葉式尾門，蓄水池中的水通過循環水管道送至矩形水槽槽身中，其特征在于，還包括：上游止水閘門、下游止水閘門、魚卵投放滑軌車、魚卵投放升降桿、l型魚卵投放漏斗、l型魚卵回收漏斗和魚卵傳送裝置，其中，

上游止水閘門和下游止水閘門分別設置在矩形水槽槽身的兩端，并且下游止水閘門位于旋葉式尾門的下游；

矩形水槽槽身上安裝有滑軌，魚卵投放滑軌車能夠沿滑軌滑動，魚卵投放升降桿安裝在魚卵投放滑軌車上，l型魚卵投放漏斗安裝在魚卵投放升降桿上，l型魚卵回收漏斗安裝在矩形水槽槽身的出口處，魚卵傳送裝置的矮端設置在l型魚卵回收漏斗的出口的下方、高端設置在l型魚卵投放漏斗的進口的上方，魚卵傳送裝置能夠將l型魚卵回收漏斗回收的魚卵傳送至l型魚卵投放漏斗中，l型魚卵回收漏斗回收的水直接落入蓄水池中；

前述循環水管道上安裝有電磁流量計、變頻離心泵和管道電磁閥門，電磁流量計、變頻離心泵和管道電磁閥門用于調控水槽水位流量以及魚卵投放流量和時間。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述上游止水閘門、下游止水閘門、旋葉式尾門、電磁流量計、變頻離心泵、管道電磁閥門、魚卵投放升降桿和魚卵傳送裝置均由相應的開關控制，每個開關位置均配備遠程電子開關和手動開關，并配套水槽智能開關操作平臺軟件。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述矩形水槽槽身長20m、寬30cm、高1m，底部和兩側均采用透明有機玻璃制成。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，還包括：進水導向槽和出水導向槽，二者均呈喇叭狀，并且分別設置在矩形水槽槽身的兩端，進水導向槽的進口與循環水管道的出口相接，出水導向槽的底部出口與l型魚卵回收漏斗的進口相連。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述進水導向槽的下部設置有橫向消能孔板和豎向消能孔板，橫向消能孔板在上、豎向消能孔板在下，并且豎向消能孔板正對循環水管道的出口。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述橫向消能孔板和豎向消能孔板均設置三道，豎向消能孔板的高度是循環水管道管徑的1.5倍-2倍，橫向消能孔板和豎向消能孔板的孔徑均為1.0cm-1.5cm，孔隙率均為60％-80％。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述出水導向槽的側方安裝有尾水出口，出水導向槽與尾水出口之間設置有柔性過濾網，從矩形水槽槽身流出的一部分水經柔性過濾網過濾后從尾水出口落入蓄水池中。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述魚卵傳送裝置包括：魚卵傳送帶、魚卵擋板、水幕噴管、可伸縮立桿、滑輪和引水軟管，其中，

魚卵傳送帶和魚卵擋板均由柔性網布制成，魚卵傳送帶由電機驅動，魚卵擋板固定安裝在魚卵傳送帶上，水幕噴管位于魚卵傳送帶的較高一側并與引水軟管連通，可伸縮立桿設置在魚卵傳送帶的下方，滑輪安裝在可伸縮立桿的末端。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述魚卵傳送裝置為多級傳送，每一級均可根據l型魚卵投放漏斗的位置進行靈活移動擺放。

前述的魚卵運動試驗水槽系統，其特征在于，前述魚卵傳送裝置的開關為無極電子調節開關。

本發明的有益之處在于：

1、通過設置l型魚卵投放漏斗、l型魚卵回收漏斗和魚卵傳送裝置(魚卵傳送裝置能夠將l型魚卵回收漏斗回收的魚卵傳送至l型魚卵投放漏斗中)，不僅實現了魚卵投放、回收和傳送的自動循環，而且實現了魚卵投放流量和持續投放時間的可調可控，同時還有效降低了魚卵的損傷率；

(2)通過設置魚卵投放升降桿，實現了魚卵在水槽豎向不同高度位置的投放，可模擬表層產卵魚類(如四大家魚)和底層產卵魚類(如中華鱘)的魚卵釋放過程；

(3)通過設置可靈活移動的魚卵投放滑軌車和多級魚卵傳送裝置，實現了魚卵在水槽橫向不同位置的投放，試驗時可通過改變投放斷面與觀測斷面之間的距離，觀測魚卵非穩定運動前的擴散過程以及均勻擴散后相對穩定的運動過程；

(4)矩形水槽槽身的尺寸是針對魚卵運動試驗設計的，較高的高度和較窄的寬度，以及底部和兩側的有機玻璃設計，可進行小流速工況(0.2m/s以下)、中等流速工況(0.2m/s-0.5m/s)和大流速工況(0.5m/s-1m/s)的魚卵運動試驗，可有效模擬和研究水庫緩流環境及天然河流急流環境下的魚卵運動規律；

(5)通過設置上游止水閘門和下游止水閘門，實現了既能進行常規動水試驗，還能進行魚卵靜水沉降試驗和靜水紊動試驗(同時關閉上游止水閘門和下游止水閘門，形成靜水環境)；

(6)通過在每個開關位置同時配備遠程電子開關和手動開關，并配套水槽智能開關操作平臺軟件，實現了在臺式電腦、平板電腦、手機等終端智能調控試驗水槽系統的相關電源開關、電磁閥門、止水閘門等的啟閉與開度，以及調節變頻離心泵頻數和魚卵傳送電機頻數等操作，自動化程度高；

(7)通過設置喇叭狀的進水導向槽和出水導向槽，以及在進水導向槽的下部設置橫向消能孔板和豎向消能孔板，實現了最大程度的減小離心泵的脈沖紊動，使水槽內水流平穩，為魚卵運動創造了良好的水流條件。

附圖說明

圖1是本發明的魚卵運動試驗水槽系統的組成示意圖；

圖2是圖1中的魚卵運動試驗水槽系統的部分結構的俯視圖；

圖3是圖1中的魚卵傳送裝置的立體圖；

圖4是圖1中的l型魚卵投放漏斗的立體圖；

圖5是圖1中的l型魚卵回收漏斗的立體圖。

圖中附圖標記的含義：1-橫向消能孔板；2-豎向消能孔板；3-進水導向槽；4-上游止水閘門；5-滑軌；6-矩形水槽槽身；7-旋葉式尾門；8-下游止水閘門；9-出水導向槽；10-l型魚卵回收漏斗；11-柔性過濾網；12-尾水出口；13-蓄水池；14-電磁流量計；15-變頻離心泵；16-管道電磁閥門；17-循環水管道；18-魚卵傳送裝置；19-魚卵投放升降桿；20-l型魚卵投放漏斗；21-魚卵投放滑軌車；180-魚卵傳送帶；181-魚卵擋板；182-水幕噴管；183-可伸縮立桿；184-滑輪；185-引水軟管。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。

參照圖1和圖2，本發明的魚卵運動試驗水槽系統，其包括：蓄水池13、矩形水槽槽身6、旋葉式尾門7、上游止水閘門4、下游止水閘門8、魚卵投放滑軌車21、魚卵投放升降桿19、l型魚卵投放漏斗20、l型魚卵回收漏斗10、魚卵傳送裝置18以及相應的控制開關。

一、蓄水池和矩形水槽槽身

矩形水槽槽身6設置在蓄水池13的上方。矩形水槽槽身6長20m、寬30cm、高1m，底部和兩側均采用透明有機玻璃制成。矩形水槽槽身6的尺寸是針對魚卵運動試驗設計的，較高的高度和較窄的寬度，以及底部和兩側的有機玻璃設計，可進行小流速工況(0.2m/s以下)、中等流速工況(0.2m/s-0.5m/s)和大流速工況(0.5m/s-1m/s)的魚卵運動試驗，可有效模擬和研究水庫緩流環境及天然河流急流環境下的魚卵運動規律。

矩形水槽槽身6上安裝有滑軌5，具體位置是水槽的頂部、底部和兩側，其中，位于水槽頂部的滑軌是用來架設魚卵投放滑軌車21和聲學多普勒流速儀(adv)的，位于水槽底部和兩側的滑軌是用來架設其他測量儀器和設備的，例如：高速攝像機。

矩形水槽槽身6的兩端還分別設置有進水導向槽3和出水導向槽9，二者均呈喇叭狀，其中，進水導向槽3的進口與循環水管道17的出口相接，出水導向槽9的底部出口與l型魚卵回收漏斗10的進口相連。

進水導向槽3的下部設置有橫向消能孔板1和豎向消能孔板2，均設置三道，橫向消能孔板1在上、豎向消能孔板2在下，并且豎向消能孔板2正對循環水管道17的出口，豎向消能孔板2的高度是循環水管道17管徑的1.5倍-2倍，橫向消能孔板1和豎向消能孔板2的孔徑均為1.0cm-1.5cm，孔隙率均為60％-80％，這樣可以最大程度消除變頻離心泵15造成的水流脈沖紊動，使水槽內水流平穩，為魚卵運動創造了良好的水流條件。

出水導向槽9的側方安裝有尾水出口12，出水導向槽9與尾水出口12之間設置有柔性過濾網11，柔性過濾網11目數為16目，從矩形水槽槽身6流出的一部分水經柔性過濾網11過濾后從尾水出口12落入蓄水池13中。

蓄水池13中的水通過循環水管道17送至矩形水槽槽身6中，循環水管道17上安裝有電磁流量計14、變頻離心泵15和管道電磁閥門16，電磁流量計14、變頻離心泵15和管道電磁閥門16用于調控水槽水位流量以及魚卵投放流量和時間。

二、旋葉式尾門、上游止水閘門和下游止水閘門

旋葉式尾門7設置在矩形水槽槽身6的尾端，上游止水閘門4和下游止水閘門8分別設置在矩形水槽槽身6的兩端，并且下游止水閘門8位于旋葉式尾門7的下游。

通過設置上游止水閘門4和下游止水閘門8，本發明的系統既能進行常規動水試驗，還能進行魚卵靜水沉降試驗和靜水紊動試驗。

三、魚卵投放滑軌車和魚卵投放升降桿

魚卵投放滑軌車21能夠沿滑軌5滑動。

魚卵投放升降桿19安裝在魚卵投放滑軌車21上。通過設置魚卵投放升降桿19，可以實現魚卵在水槽豎向不同高度位置的投放，進而可模擬表層產卵魚類(如四大家魚)和底層產卵魚類(如中華鱘)的魚卵釋放過程。

四、l型魚卵投放漏斗和l型魚卵回收漏斗

l型魚卵投放漏斗20安裝在魚卵投放升降桿19上。參照圖4，l型魚卵投放漏斗20的進口和出口均為圓形，進口的側面安裝有用于連接魚卵投放升降桿19的螺桿連接部件。

l型魚卵回收漏斗10安裝在矩形水槽槽身6的出口處。參照圖5，l型魚卵回收漏斗10的進口和出口均為矩形。

從l型魚卵回收漏斗10出口流出的水(含有魚卵)經過濾后，魚卵被送入魚卵傳送裝置18，不含魚卵的水直接落入蓄水池13中。

五、魚卵傳送裝置

參照圖3，魚卵傳送裝置18包括：魚卵傳送帶180、魚卵擋板181、水幕噴管182、可伸縮立桿183、滑輪184和引水軟管185。

魚卵傳送帶180由柔性網布制成，目數16目(孔徑<1.5mm，大多數魚卵粒徑為2mm-4mm，可將魚卵從水中過濾分離出來)，魚卵傳送帶180由電機驅動。

魚卵擋板181也由柔性網布制成，目數16目，魚卵擋板181固定安裝在魚卵傳送帶180上，通過硬質邊框撐起來，柔性網布覆蓋在邊框上，可防止魚卵向低處滾落。

水幕噴管182位于魚卵傳送帶180的較高一側，并與引水軟管185連通，通過引水軟管185引入自來水，可實現水幕噴淋，將魚卵傳送帶180上的魚卵溫和沖入l型魚卵投放漏斗20內(或下一級魚卵傳送帶180)。

可伸縮立桿183設置在魚卵傳送帶180的下方，其長度可自由調節，從而可改變魚卵傳送帶180的傳送坡度。

滑輪184安裝在可伸縮立桿183的末端。

魚卵傳送裝置18的矮端設置在l型魚卵回收漏斗10的出口的下方、高端設置在l型魚卵投放漏斗20的進口的上方，魚卵傳送裝置18能夠將l型魚卵回收漏斗10回收的魚卵傳送至l型魚卵投放漏斗20中。

魚卵傳送裝置18為多級傳送，每一級均可根據l型魚卵投放漏斗20的位置進行靈活移動擺放。

魚卵傳送裝置18的開關為無極電子調節開關，可通過調節魚卵傳送帶180的電機頻數改變魚卵傳送帶180的速度，從而控制魚卵投放流量。

六、控制開關

上游止水閘門4、下游止水閘門8、旋葉式尾門7、電磁流量計14、變頻離心泵15、管道電磁閥門16、魚卵投放升降桿19和魚卵傳送裝置18均由相應的控制開關控制，每個開關位置均配備遠程電子開關和手動開關，并配套水槽智能開關操作平臺軟件，可以實現遠程終端(臺式電腦、平板電腦、手機等)的智能操作與緊急故障情況下的手動操作，自動化程度高，使用極為方便。

進行低流速工況(例如：流速0.2m/s，流量0.054m³/s，水深0.9m)下的魚卵運動特性試驗，試驗過程及操作步驟如下：

step1：試驗前準備工作

檢查柔性過濾網11、魚卵傳送帶180、魚卵擋板181的柔性網布是否破損，如有破損，及時更換。

檢查l型魚卵回收漏斗10和l型魚卵投放漏斗20是否有被異物堵塞，如有堵塞，用清水沖洗漏斗，排除異物。

檢查l型魚卵投放漏斗20與魚卵投放升降桿19的連接是否松動，如有松動，擰緊。

在蓄水池13中注滿清水，將魚卵傳送裝置18的引水軟管185接至自來水管，以備試驗。

在進行不同魚類魚卵或不同材料模型魚卵的運動試驗前，需率定魚卵流量與傳送帶電機頻數之間的關系。

step2：水槽水位流量調控

在臺式電腦、平板電腦或手機等遠程終端進入水槽智能開關操作平臺，激活智能開關系統。

首先，選擇動水試驗模式，上游止水閘門4和下游止水閘門8自動開啟，點擊進水按鈕，電磁流量計14、變頻離心泵15和管道電磁閥門16自動開啟，變頻離心泵15處于低頻率運轉。

接著，在水槽智能開關操作平臺界面內輸入試驗所需的流量參數0.054m³/s，并點擊確認按鈕，變頻離心泵15的頻數將緩慢調整至相應流量對應的頻數。

最后，通過點擊旋葉式尾門7的開、關按鈕，緩慢調節旋葉式尾門7的開度，待水槽內水位上升至試驗預設水位0.9m時，停止旋葉式尾門7的開關操作，結束水槽水位流量的調控。

step3：魚卵投放流量和時間調控

將魚卵投放滑軌車21沿著水槽頂部的滑軌5移動至矩形水槽槽身6的最上游側，調整各級魚卵傳送裝置18的擺放位置，保證魚卵傳送過程中不會滑落到地面上。

點擊魚卵投放升降桿19的升降按鈕，將l型魚卵投放漏斗20的漏斗出口升至水面處，在水槽中加入定量魚卵(500ml，約20000個魚卵)，然后在水槽智能開關操作平臺界面內輸入魚卵傳送帶180的電機的頻數800hz和持續時間5h，使魚卵投放的流量(個/秒)達到預設值(500±50個/秒)，待運行20分鐘后，魚卵循環投入的流量穩定且達到預設值。

step4：魚卵運動試驗測量

完成水槽水位流量和魚卵投放流量與時間的調控后，在距離投放斷面10m的下游位置，設置魚卵觀測斷面，在水槽頂部的滑軌5上架設聲學多普勒流速儀(adv)，在水槽側面的滑軌5上架設高速攝像機，測量水槽流場，采集魚卵運動軌跡數據，研究魚卵顆粒群體在低流速條件下的運動規律。

進行魚卵靜水沉降試驗，試驗過程及操作步驟如下：

step1：試驗前準備工作

檢查柔性過濾網11、魚卵傳送帶180、魚卵擋板181的柔性網布是否破損，如有破損，及時更換。

檢查l型魚卵回收漏斗10和l型魚卵投放漏斗20是否有被異物堵塞，如有堵塞，用清水沖洗漏斗，排除異物。

檢查l型魚卵投放漏斗20與魚卵投放升降桿19的連接是否松動，如有松動，擰緊。

在蓄水池13中注滿清水，將魚卵傳送裝置18的引水軟管185接至自來水管，以備試驗。

在進行不同魚類魚卵或不同材料模型魚卵的運動試驗前，需率定魚卵流量與傳送帶電機頻數之間的關系。

step2：水槽水位調控

在臺式電腦、平板電腦或手機等遠程終端進入水槽智能開關操作平臺，激活智能開關系統。

首先，選擇靜水試驗模式，上游止水閘門4自動開啟、下游止水閘門8自動關閉，點擊進水按鈕，電磁流量計14、變頻離心泵15和管道電磁閥門16自動開啟，變頻離心泵15處于低頻率運轉，緩慢將蓄水池13中的清水抽至矩形水槽槽身6中。

待水槽內水位上升至試驗預設水位0.9m時，點擊變頻離心泵15的關閉按鈕，點擊上游止水閘門4的關閉按鈕，形成靜水試驗條件，結束水槽水位的調控。

step3：魚卵靜水沉速測量

將魚卵投放滑軌車21沿著水槽頂部的滑軌5移動至測量斷面，在水槽側面的滑軌5上架設高速攝像機。

點擊魚卵投放升降桿19的升降按鈕，將l型魚卵投放漏斗20的漏斗出口升至水面處，在l型魚卵投放漏斗20中加入定量魚卵(50ml，約2000個魚卵)。

開啟高速攝像機，采集魚卵靜水沉降的軌跡數據，研究魚卵顆粒群體在靜水條件下的沉降規律。

由此可見，本發明通過設置l型魚卵投放漏斗20、l型魚卵回收漏斗10和魚卵傳送裝置18(魚卵傳送裝置18能夠將l型魚卵回收漏斗10回收的魚卵傳送至l型魚卵投放漏斗20中)，不僅實現了魚卵投放、回收和傳送的自動循環，而且實現了魚卵投放流量和持續投放時間的可調可控，同時還有效降低了魚卵的損傷率。

此外，本發明通過設置可靈活移動的魚卵投放滑軌車21和多級魚卵傳送裝置18，實現了魚卵在水槽橫向不同位置的投放，試驗時可通過改變投放斷面與觀測斷面之間的距離，觀測魚卵非穩定運動前的擴散過程以及均勻擴散后相對穩定的運動過程。

需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。