水利工程的建设给人类带来巨大福利的同时,也对生态环境产生不可忽视对的影响,水工建筑物的修建一定程度上改变了河流的连通性,截断了洄游性鱼类的洄游通道,阻拦了河流上下游鱼类之间的基因交流。为了解决水利工程在生态环境方面产生的负面影响,人类采取的主要措施是在水工建筑物上修建各种过鱼设施,如鱼道、鱼闸、集运渔船和升鱼机等。辅助诱趋鱼技术在提高过鱼设施的过鱼效率中起到不可忽视的作用,本文针对诱趋鱼设施中气泡幕趋鱼技术进行深入研究,主要研究对象为鲤科鱼类异齿裂腹鱼(Schizothorax oconnori)和鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)。实验结果可为气泡幕诱趋鱼技术的工程应用提供理论基础及技术。论文针对气泡幕对鱼类行为影响展开,通过进行静水及动水两个实验对不同规格气泡幕对鱼类行为的影响进行分析,实验结果为马堵山集运鱼船气泡幕系统提供数据支撑及理论参考。论文首先针对静水中不同工况下气泡幕对鲢鱼的趋避行为影响展开,利用自制钢结构水槽进行室内精细实验,分析基础变量孔径、孔距及气量变化对气泡幕阻拦效率的影响,实验设置36种工况并设置一组空白对照。并使用高精度声学多普勒流速仪(ADV)获取水槽内表层流场分布及使用水听计进行水槽内精细声场测量获得声场分布,探究气泡幕对鱼类的影响机制;其次,通过进行动水条件下气泡幕对鱼类行为实验进行分析,动水实验利用自制钢结构水槽并利用潜水泵使实验水槽内产生自循环水流。在黑暗环境下进行,同时设置不同摆放方式及不同气量,实验共设置12种工况。最后,通过上述两组实验得出气泡幕在静水及动水条件下的孔径、孔距、气量等最佳参数为工程提供数据参考,文章依据实验结果、文献参考及马堵山现场情况为集运鱼气泡幕设计两种方案。主要结论如下:1)实验结果得出阻拦效果最佳的孔径为1.5 mm,及阻拦效果最佳的孔距为2.0cm,而气量变化对气泡幕阻拦效率无显著性影响。为进一步探究阻拦效率与基础变量之间的关系,提出中间变量出气面积,出气面积与孔径、孔距关系为:S=π(R/2)~2×L/D,并根据关系式与曲线拟合得出孔径、孔距与阻拦效率之间的关系式:y=-0.0001(πR~2L/4D)~4+0.0204(πR~2L/4D)~3-1.3917(πR~2L/4D)~2+39.054(πR~2L/4D)-321.13,实验结果可为实际工程提供基础公式。2)实验测得不同工况下气泡幕对鲢鱼的阻拦时间,实验结果得出阻拦时间与阻拦效率呈正相关。各工况下,阻拦时间与出气面积呈正相关,随着气量的增加这一趋势有明显减缓的趋势,出气面积对阻拦时间影响逐渐变小,其拟合线斜率呈明显下降趋势(14.459>9.1438>7.033>-0.0083);当出气面积小于等于21.21 cm~2时,气量为120L/min阻拦时间最长,阻拦效率最高,当出气面积大于21.21 cm~2小于等于43.98 cm~2时,气量为60 L/min、90 L/min时阻拦效率最高,当出气面积大于43.98 cm~2时,气量为30 L/min时阻拦效率最高。实验最终得出阻拦效果最佳的气泡幕组合形式为孔径1.5 mm、孔距2.0 cm及气量60 L/min、90 L/min,其阻拦率可达100%。3)为探究鲢鱼与气泡幕产生的流速之间的响应关系提出中间变量出气速度,出气速度与基础变量孔径、孔距及气量之间的关系为:V=Q/S=Q/π(R/2)~2×L/D。实验测得当气泡幕上升过程中,水平方向上的流速受出气面积及气量的影响,相同出气面积下,气量越大表层流速越大,相同气量下,出气面积越大表层流速越小。水平方向上的水平流速达到鲢鱼的感应流速0.075 m/s时,会增加鲢鱼从表层的通过率,流速小于鲢鱼的感应流速时,会对鲢鱼有一定的阻拦作用。当鲢鱼靠近气泡幕并进入气泡羽流区时,会被垂直方向的羽流区流速冲至顶层并迷失方向最终被动穿过气泡幕,相同出气面积下气量越大时被动穿过气泡幕的占比就越大。4)实验侧得气泡幕上升过程中,会在实验装置内产生较大的声场,实验测量结果可得,声音在装置内的分布不均匀,但总体呈现出越靠近气孔处声场就越大。分析可得声强随气量的增加呈明显增加趋势,随出气面积增加无明显变化趋势。进一步分析目标鱼在声场中的分布率可得,随着声场的增加,鲢鱼在区域Ⅴ、Ⅵ内的分布率显著大于其他区域。实验结论:当气泡幕开启时,装置内声音达到一定阈值范围时,对鲢鱼有一定的吸引作用,声强越大这一现象越明显。5)为了进一步研究气泡幕在模拟野外水流条件下对鱼类行为影响,实验探究不同水流条件下不同形式的气泡幕对异齿裂腹鱼(Schizothorax oconnori)趋避行为的影响。在黑暗环境下测试了两种流速条件(静水与流水)、三种气量(15 L/min,30 L/min,45 L/min)及两种摆放角度(与水流方向呈90°和45°)的气泡幕对异齿裂腹鱼的阻拦效果,在静水和流水条件下各设置一组空白对照(气量为0 L/min)。结果显示:(1)静水条件下,工况2阻拦率最高(50%);流水条件下,工况7阻拦率最高(50%)。(2)气量15 L/min时,流水及90°摆放阻拦时间显著大于其他工况;30 L/min时,静水及90°摆放阻拦时间远大于其他工况。(3)静水和流水中,当异齿裂腹鱼尝试次数达到6次左右时对气泡幕表现出适应性,并在48 min前通过气泡幕;(4)流水中各工况下气泡幕的影响距离显著大于静水(P<0.05),即异齿裂腹鱼产生逃逸行为时距离气管的距离显著大于静水中。本研究可得出结论:推荐阻拦效果最佳的组合方式为流水条件下15 L/min 90°摆放(工况7)、静水条件下30 L/min 90°摆放(工况2);气泡幕连续阻拦时间不宜超过48 min。实验结果可为实际工程中气泡幕的布置提供参考。6)结合室内实验以及国内外诱趋鱼系统成功案例,为马堵山集运鱼系统设计辅助诱趋鱼方案,旨在提高集运鱼船的集鱼效率。设计中气泡幕的基本参数孔径、孔距及气量分别设置为1.5 mm、2.0 cm及90 L/min,考虑到野外环境中气泡幕的适用性,建议将气泡幕布置在流速较小且流态较平稳的区域(0.2～0.3 m/s),并设施布置角度为与水流之间呈45°角目的是尽量消除水流对气泡幕的影响。考虑到气泡幕对鱼类的拦导效果有限,辅以灯光诱鱼系统。