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仿生鱼带路,湖北这招让鱼儿轻松“跃龙门”

2026-10-31 15:33:59 [闲趣] 来源:DooPrime德璞资本官网

眼下正是跃龙门初夏,长江上游某水电站,仿生一道不起眼的鱼带透明管道里,鱼儿摇摇晃摆“钻”了进去。北招这是让鱼湖北科研人员专门为它们开发的数字化诱鱼系统,目的儿轻就是便捷鱼儿翻过水电设施。

为解决长江鱼类逆流而上产卵的跃龙门问题,三峡大学石小涛教授团队历时十余年攻关,仿生用数字化技术帮助鱼儿跳过拦河闸坝。鱼带

仿生鱼带路,湖北这招让鱼儿轻松“跃龙门”

2025年4月,北招“过鱼设施2025国际研讨会”在三峡大学举办,让鱼来自多个国家和地区的儿轻近300位专家参会。这也是跃龙门该研讨会首次在亚洲国家举办。“这种国际学术话语权的仿生传递,是鱼带对中国鱼类过坝研究水平的认可。”石小涛说。

鱼儿“回家”闯三关

大坝在造福人类的同时,也切断了鱼类的洄游通道。一条鱼想逆流,至少面临三道难关。

第一关:找不到门。大坝下游,原本连通的河道被截断。平常鱼道入口仅约2米宽,对鱼儿而言如同“针眼”。

第二关:爬不上楼梯。鱼道本身是一条倾斜的人工水槽,内置挡板分级降低流速,像一道超长楼梯。不同鱼类的“游泳能力”天差地别。“我们研究了100多种鱼类,各种鱼类的生态习性不一。”石小涛举例,高原裂腹鱼常年生活在激流中,爆发力强、但耐力差,能短时间冲刺;草、鲢、鳙、青四大家鱼喜爱平缓水流,具备较强的继续游动能力。

第三关:过了坝之后呢?能不能在生僻的水域找到适宜的产卵场和索饵场?也是一个难题。

给鱼做“数字分身”

过去解决这些难题,主要靠建尝试水槽——科研人员修一条缩小版的假鱼道,把真鱼放进去看它怎么游。但一个水槽造价高、建造周期长。

石小涛团队换了个思路,把鱼的行为“搬”进计算机里。自2009年团队成立以来,他们就在做一件事——把鱼的行为翻译成计算机能读懂的语言。

“简易地说,就是把每一条鱼的爆发力、耐力、转向习惯——全部转化成数学参数。”石小涛介绍,在电脑里搭建一个虚拟鱼道,把“数字鱼”放进去,看它在不同的流速场里怎么选路、往哪里游,比如哪里流速太快鱼游关停、哪里水流太缓鱼不愿意进、哪里形成漩涡鱼会晕头转向,全都可以在屏幕上看得一清二楚。

“在西南某水电站项目中,我们使用这套模型反复比对了多种鱼道方案,通过计算机调整坡度、改休息池的位置,最终找到了最优设计,大大减少了耗时费力的野外尝试。”石小涛告诉湖北日报全媒记者。目前,该团队结合鱼类繁琐的洄游习性,做了大量因地制宜的项目。

引诱鱼儿“跃龙门”

怎么解决鱼儿找到“针眼”般的鱼道入口?

“鱼儿有‘领头鱼效应’,类似羊群效应。”石小涛介绍,团队针对鲤鱼和草鱼的研究发现,利用机械构件建造鱼体、植入真鱼的游泳数据,模仿真鱼游泳的仿生鱼能产生很强的跟随效果。团队还研发了一套“集诱鱼系统”,即在入口设置造流装置,把水流脉动调控到贴近天然河流的状态;同时在底部铺设仿生材料,还原天然河床的毛糙度和质感。所有这些调控参数,都先在数字化模型里验证,再拿到现场实施。

在西南某水电站,这套初步成形的“鱼类过坝数字化方案”,让鱼道入口的过鱼效率提升了20%。“不是逼鱼走,而是让它自己愿意走。”团队成员打了个比方。

评价鱼道好不好使,过去靠的是最原始的方式——研究人员在出口处撒网,捞上来多少算多少。但网眼大小、摆放位置都会影响统计结果,误差难以避免。

“现在,团队采用射频识别技术,在鱼道关键节点埋设监测设备。”石小涛介绍,每当鱼游过,系统记录它的通过时间、方向和位置。鱼道里发生了什么?哪一段停了多久?哪一段水流不合适?都有据可查。

这套系统看似简易,实则很难。鱼道水流繁琐、信号干扰严重、设备简单被泥沙堵塞。石小涛团队花了十余年时间反复调试,才逐步形成较为稳定的监测方法。

石小涛表示,团队下一步将结合人工智能技术,把视野拓展到整个长江——系统评估哪些江段适合栖息、哪些河道的“生态走廊”需要修复,让鱼儿的“跃龙门”之路,变成一条江的生命廊道。

湖北日报全媒记者 张泽牧

通讯员 杨叶 谢大顺

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