草鱼在深潭变速水流中的游泳运动特征研究

摘要

草鱼是长江“四大家鱼”之一，对其游泳特性的研究具有非常重要的意义。与一般机械运动不同，草鱼可以通过自身肌肉神经控制其运动过程，使得草鱼游泳动力学的研究较为困难。本文采用流量增加法，开展草鱼幼鱼在深潭变速水流中游泳行为的水槽试验。基于粒子图像测速技术（PIV）探究深潭的水流结构变化以及草鱼游泳运动行为响应，以此建立草鱼活动区域面积、摆尾频率与深潭水流之间的响应关系。此外，基于牛顿第二定律，提出水流诱导力这一概念，将草鱼视为可以自己产生运动推力的一般物体，对草鱼幼鱼在深潭变速水流中的受力情况进行分析，计算出草鱼幼鱼运动过程中的总能量耗散系数，对其在游泳运动过程中的能耗大小进行评估。结果表明：1)深潭中的水流流速明显小于浅滩流速，随着坝体被淹没，深潭中的高流速区和涡旋区域逐渐向下游发展；2)草鱼更喜欢在水深、流速小、流态紊乱的区域活动，高流速环境下草鱼出现了明显的集群行为，且深潭中复杂的水流环境为草鱼提供了良好的栖息环境；3)深潭中的草鱼总是呈现间歇性的突发摆尾运动，随着进口流量的增大，草鱼的摆尾频率逐渐增大，而摆频波动范围逐渐减小；4)当水流淹过坝体，流速为1L_B/s时（L_B为鱼体长度），草鱼运动的总能量耗散系数最低。

关键词

草鱼 / 深潭 / 摆尾频率 / 水流诱导力 / 能量耗散