一种具有自维护功能的蜂巢式鱼卵原位孵化装置的制作方法

本发明属于水利水电工程，尤其涉及一种具有自维护功能的蜂巢式鱼卵原位孵化装置。

背景技术：

1、在河流生态修复与珍稀鱼类保护领域，目前主流的鱼类资源增殖模式依赖于人工养殖鱼苗放流。该技术路径多采用亲鱼收集与培育、人工催产、孵化和苗种培育、放流的生产路线。这种模式存在以下缺陷：一方面，由于与野外环境差异大的人工养殖环境生长的鱼苗往往缺乏应对急流、躲避敌害及觅食天然饵料的能力，导致野化适应差，入河存活率低；另一方面，该模式属于高能耗的工厂化做法。从厂房建设、养殖环境控制、饲料投喂到运输放流，整个生命周期消耗大量人力、物力，不仅运营成本高昂，而且产生巨大的碳足迹。

2、为解决人工育苗的弊端，业界开发了将发眼卵直接置于自然水域孵化的原位增殖放流技术，旨在让鱼卵在自然环境中完成孵化，提升鱼类野化能力，降低鱼类资源增殖成本。然而，现有的原位孵化方法和装置仍存在结构与功能缺陷：其一，野外水体环境不可控，鱼卵极易受水体浊度和水流推力影响而扎堆死亡。日本学者饭田真也的研究证实，河床中细砂比例是影响发眼卵存活率的决定性因素。其二，放流时机无法精确把控，往往在稚鱼尚未具备自主游泳能力时就将其放入激流中，或在稚鱼已具备巡游能力时仍将其困在装置内；过早放流未完全发育稚鱼导致野外存活率低，过晚放流导致大量鱼苗挤压在孵化装置中造成身体畸形。传统装置无法感知稚鱼的行为发育状态，导致“早放被冲走，晚放饿死”的情况发生。其三，孵化装置结构简单，缺乏自维护功能维护困难。

3、申请号为cn202211516783.x的专利申请文件公开了一种可原位实施大银鱼二级苗种培育与放流的装置及方法，采用水上浮台、钢架支撑结构、孵化容器、蓄水容器及循环水系统组成原位培育装置；通过四通分流设计的循环水系统调节水流，保持水质稳定；结合虹吸方式定点投放鱼苗，避免离水应激。该装置虽然保持了与自然水体相同的水质和饵料条件，但无法避免水流和浑水对鱼类的影响。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有自维护功能的蜂巢式鱼卵原位孵化装置。

2、本发明通过以下技术方案得以实现。

3、本发明提供的一种具有自维护功能的蜂巢式鱼卵原位孵化装置，包括框架单元、过滤单元和孵化单元，所述框架单元的内部沿水流的上游至下游方向依次划分为上游过滤区、孵化区和下游过滤区，框架单元底部设置仿生底质栖息区，所述过滤单元设置在上游过滤区和下游过滤区内，所述孵化单元设置在孵化区内。

4、优选地，所述框架单元的上游迎水面和下游背水面通过格栅划分为若干过流缝，框架单元的第一侧面和第二侧面分别设有用于过滤单元、孵化单元进出的抽拉口。

5、优选地，所述第一侧面和第二侧面上开设有稚鱼释放管，所述稚鱼释放管连接有启闭控制机构；所述框架单元的顶部设有可拆卸的顶部防护盖板，所述第一侧面和第二侧面上分别设有可拆卸的侧面防护盖板。

6、优选地，所述框架单元的底部设有透水网，所述仿生底质栖息区设置在透水网上方。

7、优选地，所述孵化区内设有导向滑槽，所述导向滑槽两端分别与第一侧面和第二侧面固定连接，所述孵化单元与导向滑槽滑动连接。

8、优选地，所述过滤单元包括布置在孵化区上游的上游过滤单元和布置在孵化区下游的下游过滤单元。

9、优选地，所述上游过滤单元沿水流的上游至下游方向依次布置有上游粗滤层、中间过滤层及上游精滤层，所述下游过滤单元沿水流的上游至下游方向依次布置有下游粗滤层和下游精滤层。

10、优选地，所述上游粗滤层、上游精滤层、下游粗滤层和下游精滤层分别设置在迎水面和背水面带有孔洞阵列的滤料箱内，所述中间过滤层两侧分别紧贴设有上游粗滤层和上游精滤层的滤料箱。

11、优选地，所述孵化单元是包括多个孵化模块以阵列形式拼装而成的矩阵，所述孵化模块包括通过第一孵化板和第二孵化板对合而成。

12、优选地，所述第一孵化板和第二孵化板上分别设有滑块，所述滑块上设置导向插槽，所述导向插杆上设置导向插槽；

13、所述第一孵化板和第二孵化板的对合面上分别设有阵列分布的凹槽，第一孵化板和第二孵化板对合后，第一孵化板和第二孵化板上对应的两处凹槽形成腰鼓形孵化囊。

14、优选地，所述孵化囊的长轴方向垂直于水流方向设置，所述孵化囊包括圆柱形的主腔体和两端的导流腔体，主腔体两端设置逃逸口，所述第一孵化板和第二孵化板的边缘分别设有凸起结构。

15、优选地，一种具有自维护功能的蜂巢式鱼卵原位孵化装置，还包括柔性除垢系统；所述柔性除垢系统用于实现野外环境下自维护；

16、所述柔性除垢系统包括监测过滤单元两侧的液压差δh的压差管，以及包括监测并读取压差管的液压差数据的光电液位传感器，压差管优先监测中间过滤层上下游压差，即压差管一端连通中间过滤层的上游，一端连通中间过滤层的下游，取压点位于中间过滤层的上游侧，取压点位于中间过滤层的下游侧，并将电液位传感器产生的数字信号实时传输至决策控制层；

17、所述柔性除垢系统还包括布置于孵化模块上的过流缝隙下方的曝气管及与之连接的气泵，还包括控制气泵的决策控制层；

18、所述柔性除垢系统还包括用于实时监测孵化区水温的水温监测仪，水温监测仪作为感知层的核心组件之一，固定安装于孵化单元的内部，并浸没于水体中；水温监测仪实时采集孵化区内的水温数据，并实时传输至决策控制层。

19、优选地，所述自维护包括以下步骤：

20、s1：压差监测与阈值判定步骤：

21、柔性除垢系统启动后，决策控制层实时读取压差管的监测数据，所述压差管的取压点位于无纺布过滤层的上游侧，取压点位于无纺布过滤层的下游侧；

22、决策控制层计算两侧液压差δh；

23、若δh维持在设计阈值范围内，判定孵化装置内部通透，水流交换正常，返回监测步骤；

24、若δh超过第一预警阈值，则执行分级微气泡脉冲除垢步骤；

25、若δh显著超过第二预警阈值，决策控制层判定发生严重淤积或藻类堵塞，立即发出远程维护性清淤警报；

26、s2：分级微气泡脉冲除垢步骤：

27、当δh触发预警时，决策控制层触发气泡产生；

28、第一预警区间：决策控制层控制气泵输出低频脉冲，产生气泡进行宏观流态扰动；

29、第二预警区间：决策控制层控制气泵输出高频脉冲，产生微米级微气泡，利用气泡上浮过程中的剪切力与布朗运动，柔性剥离滤料表面的细土砂；

30、s3：水温监测与积温计算步骤：

31、在分级微气泡脉冲除垢步骤执行的同时，水温监测仪实时采集孵化区12内的水体温度t，决策控制层内置有针对目标鱼种的积温发育模型，通过公式实时计算积温值s；式中代表当前时刻或结束时间，指系统运行到的某个具体时间点（如第5小时、第5天）；代表当前时刻或结束时间，代表初始时刻或起始，代表时间间隔；

32、s4：孵化期安全互锁步骤：

33、决策控制层判断积温值s是否达到鱼卵出膜期阈值；

34、若s未达到鱼卵出膜期积温阈值，则返回步骤s1，允许正常的压差触发分级微气泡脉冲除垢步骤；

35、若s达到鱼卵出膜期积温阈值，积温达标，表明鱼卵即将破膜进入敏感期，决策控制层立即发出指令强制锁定柔性除垢系统，切断气泵的电源，停止除垢作业，直至孵化完成并放流结束，以防止气泡扰动导致鱼卵膜破损或稚鱼受伤。

36、优选地，一种具有自维护功能的蜂巢式鱼卵原位孵化装置，还包括放流系统，所述放流系统包括设置在框架单元内部的摄像头，所述摄像头视场角覆盖孵化单元下方的仿生底质栖息区的区域；包括用于控制稚鱼释放管的启闭控制机构。

37、所述放流系统的实施包括以下步骤：

38、s5：积温唤醒与监测启动：

39、当决策控制层通过水温监测仪计算出积温值s达到鱼卵出膜期阈值时，判定鱼卵即将破膜，此时决策控制层生成唤醒指令，开启带红外补光的广角低照度摄像头，使其监控孵化区下方的仿生底质栖息区；

40、s6：稚鱼密度判定：

41、决策控制层调用图像处理算法，对摄像头采集的画面进行分析，通过以下任一方式判定是否满足密度条件：

42、定量标定方式：提取图像中的稚鱼数量，结合预存的初始鱼卵总数，计算破膜率；当稚鱼数量≥或达到预设的安全冗余密度时，判定满足条件，为大于0小于1的系数；

43、定性评估方式：对摄像头采集的画面进行覆盖率分析，当判定稚鱼在视场角内的分布覆盖面积达到画面区域的50%以上时，直接判定密度条件成立，稚鱼密度达标；

44、s7：群体活力指数判定步骤：

45、在密度达标的基础上，决策控制层通过光流法追踪稚鱼质心位移，计算当前鱼群的平均游动速度是指示稚鱼活力程度的值；

46、决策控制层比对实时活力与预设阈值；所述通过在实验室受控环境下，记录健康稚鱼处于顶流巡游状态时的平均游速乘以安全冗余系数标定，其中，为大于0.5、小于1的系数；仅当时，判定稚鱼具备野外生存所需的游泳体能，群体活力达标；

47、s8：闸口开启与闭环控制步骤：

48、当同时满足积温达标、稚鱼密度达标及群体活力达标时，决策控制层生成开启指令，驱动启闭控制机构打开稚鱼释放管。

49、本发明的有益效果在于：

50、本发明结合腰鼓形的孵化囊与过流狭缝设计，形成过流狭缝平行水流、孵化囊垂直水流的布局，在孵化囊内诱导生成三维微湍流，模拟了自然砾石缝隙的流态，防止鱼卵沉底缺氧，同时利用涡流效应防止泥沙封孔，解决了传统装置鱼卵极易被水垢包围的问题。

51、本发明采用侧向流多层过滤架构，配合底层的透水网，实现了孵化装置与外部水体交换，有效防敌害入侵；同时，构建基于压差管触发的微气泡柔性除垢机制，利用微米级气泡上浮过程中的剪切力与布朗运动柔性剥离覆盖在发眼卵上的污垢，配合积温模型的安全互锁逻辑，确保除垢过程发眼卵孵化关键阶段的零干扰，为实现精准指导更换和清洗维护过滤层，以及除垢操作启动提供支撑。

52、本发明根据发眼卵发育节律，结合积温判定和视觉感知两项技术掌握稚鱼密度与活力指数，从生理成熟和行为成熟两个角度来判断稚鱼是否到了进入河道的时机，确保了稚鱼在具有野外生存能力的时候进入河道，显著提升了进入野外复杂环境下的稚鱼存活率。

53、本发明的装置采用蜂巢式孵化单元与抽屉式过滤单元设计，支持快速取放，大幅缩短了作业时间且不对未孵化鱼卵和孵化后的稚鱼造成惊扰。蜂巢式孵化单元与抽屉式过滤单元支持模块化操作，维护人员可抽出孵化单元或特定过滤单元，孵化单元和过滤单元之间互不干扰，缩短维护时间，避免对未孵化的鱼卵造成惊扰。