失败集第六十八期四川大学安瑞冬

失利集

-第六十八期-

.3.23

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安瑞冬，四川大学协商员，博士生导师，国际水利与处境工程学会（IAHR）量测本领委员会委员，华夏水利学会水力学专委会副主任，华夏大坝工程学会过鱼设备专委会副主任。

首要从事生态水力学协商，垄断国度级科研课题5项，获国度天然科学基金卓绝青年基金；以第一或通信做家颁发论文40余篇，第一创造人获专利受权8项，软件著做权2项，WILEY年度高被引（-）和《工程科学与本领》年高影响力论文；垄断工程科研托付和涉外设施研发项目20余项，本领推行运用于金沙江、大渡河、雅鲁藏布江和红水河等流域，以及龙滩、乌东德和白鹤滩等国度强大工程，以首要完结人获国度科技超过二等奖1项，省部级科技超过一等奖3项，二等奖3项；水利部第七届水利青年科技英才。

收到北师大陈磊熏陶的聘请后被宠若惊，我自感失利阅历丰裕并且毒鸡汤贮藏丰裕，全面也许胜任这一次的职责。但无法耽搁症爆发，被催更两次，在撰写《失利集》的路上再一次失利。最后凭仗本身持久屡败屡战阅历，以“正在做”、“立时好”和“也许改”三大宝贝举办仓卒答复。

我的学术协商并不潜心，从博士阶段的水库泥沙到比年首要开展的鱼类掩护跨度很大，常自我包装为“以须要为导向”，原本首要依旧由于西南的地位上风，具备科研前提和运用途景的方便，以收拾工程开垦中的生态处境题目为动力。这类协商题目的腾跃固然歪打正着吻合当今时髦的“交错合并”，但忽略了科研的系统和深度。生态水力学的协商一方面常堕入被生态学业余发出的精神发问“没有代表性，没有可反复性”，另一方面苦于生物爱好难以量化而无法经过工程伎俩收拾。

近来几天由于疫情，指示女儿网课而致使失利感劈面而来，但女儿作育我“交战不要动心思”，感觉醍醐灌顶，终究能对峙“正在做”、“立时好”和“也许改”就也许不停收拾面对的题目。

杀鸡取卵已无鱼，

生态水力难生态

西南山区是我国江河之源，寰球水电工程最繁茂，但生态脆弱，开垦与掩护互相限制。受太过捕捞和人类行动影响，长江生物完好性指数曾经到了最差等第。巨型水电工程的构筑间隔了鱼类回溯洄游通道、摧残了鱼类的栖身地进而影响生活繁衍。长江中上游地域生态处境脆弱、物种罕见且特有水平高（图2）、鱼类游水技能较弱、山区河道大比降与窄河谷特性形成过鱼设备安顿艰苦。在河道开垦与掩护调解发达历程中，精确把握掩护鱼类的生态须要，采纳灵验举措塑造其适当的生境前提，是生态水力学协商的首要对象。但此中最难以答复的题目是：生物的生态爱好怎样反映至工程计算？启动鱼类洄游和生物繁衍的水动力学机制是甚么？

图1山区高坝工程本领繁杂

图2长江上游鱼类罕见且特有，年田野探望到的墨头鱼及中华金沙鳅

河道生境修理与鱼类掩护协商在十多前起步时还不是热点畛域，波及多学科畛域交错和多对象协同，而协商不深入致使鱼类栖身地掩护的协商通常成为“看风水”的哲学，多定性未必量，多主观决断而不足生态学根据。在对河道受损生境举办修理时，生态学与水力学常各不相谋，不相为谋。

实验解锁“万物各得其养

以成”的水动力学机制

长江上游地域是我国淡水鱼类资本和基因的宝库，以金沙江下游为例，物种罕见且特有，华夏鲤科鱼类12个亚科中9个散布在这一地域。除了众人熟识的中华鲟外，还散布有圆口铜鱼、长鳍吻鮈、金沙鲈鲤、细鳞裂腹鱼、长薄鳅和重口裂腹鱼等国度级掩护动物。为明白鱼类对水动力学前提的爱好，以便咱们在计算鱼道、修理栖身地和生境重构时能塑造宛如的前提。保守法子时常采纳鱼类游水技能测试的法子，宛如将鱼放进跑步机举办趋流和克流技能剖析，法子自身很科学但受限于模范和设施，偶尔不同地域不同品种获得的完毕差别不显然，感觉不足压服力，乃至被不少老手戏弄“跑步机作育运鼓动”。

图3齐口裂腹鱼游水技能测试

为回答置疑并考证法子的公道性，咱们举办了鱼类实体的三维扫描与建模（图4），以硅胶仿真鱼在三维激光成像测速仪（PIV）贴补下丈量鱼体在不同水流前提下的阻力特性（图5），也经过数值模仿在元天地维度解译鱼类体型与克流技能的关联。经过协商发觉：冷水与激流处境塑造了它们奇特且形似的生态特性，发达出流线型（裂腹鱼、鮈），部份胸腹鳍衍化为吸盘（鳅）；关于体型巨细宛如的鱼其游水技能确切是相近的，这类退化是为适应特定的流速前提，且与山区河道处境相调解。万物各得其养以成解说鱼类退化适应了奇特的水流前提，而特别的天然前提塑造了当今的生态格局。

图4齐口裂腹鱼扫描及建模

图5硅胶仿真鱼流膂力学测试

鱼类与水动力学前提

的“时空伴有”动做

既然鱼类的退化是为了适应奇特的水流前提，那末是否通太重现特定的水流前提来引发鱼类的呼应呢？让我最为挫败的是生物实验存在谬误定性，要解释动做上的有规律就须要大批模范与牢靠的动做辨认本领，这个实验历程连续了近10年工夫但仍未统统收拾。题目囊括：尝试室内的冷水激流鱼类养殖，怎样防止鱼类应激反映，充裕的模范数目安宁行实验次数，这都须要逐项收拾且耗损大批的财力和人力。如安在怒放水槽中模仿可控流场、水槽的尺寸、动做的拿获和科学的辨认也是不停在失利中迭代，中枢即是要收拾“代表性”这一精神拷问。

从当今的发达和前提上的迁就来看，咱们彷佛探求到一个相对公道的计划。研发了高出20m长的生态水力学测试系统，集成粒子成像非来往式测速和鱼类动做的视频收集剖析（图6），水体自轮回保证水质平稳并尽管迫临天然前提，流速具备横向梯度改变且可控，耦合剖析鱼类游动轨迹、游水姿势和集群效应等动做对水力学因子的呼应与偏好，不停以反复性实验探求动做中的规律性，每个机能的实行原本都是来历于置疑-失利-匡正的线路中。

图6鱼类动做形式与水力学因子联系

提议真题目比热中

“填补空白”更要害

不得不招认，为了更好的发文章，咱们较量习惯客谦和气的搞逢迎式的、跟踪效仿式的处事，提议更多的限定词去填补某个代价不大的空白。我地址的水力学与山区河道开垦掩护国度中心尝试室是我国最先的内地水利水电工程畛域国度中心尝试室，也是从事运用底子协商的工程类尝试室，更多地请求咱们收拾详细工程本领题目。但工程师固有思惟给了生态掩护协商诸多束缚，譬喻咱们过头依赖模子实验来收拾未知题目。在面对归纳本领难度全国第一的白鹤滩水电站过鱼设备前期计算时，咱们不停无法回避比尺效应的题目，物理宛如性道理并不实用于生态协商，不能对鱼举办削减和替换，收拾法子惟独不停强调模子，比尺从1：80延续做到了1：36，最后模子长度高出80m（如图7），范围庞大成本昂贵。即使这样，仍不停被老手和同业置疑为“难以代表牢靠处境下的生物动做与特性”。

图7白鹤滩水电站集运鱼设备水力学模子实验

在“也许改”为引导思维下，为收拾生态实验比尺效应，咱们也回归到金沙江开展原位的观察。捕捞金沙江水域的鱼类并暂养，在体内植入声学标签举办放流，在白鹤滩坝下河段安顿23台声学领受器举办高精度记号追踪（图8），第一次20尾记号鱼类追踪到了9尾，关于明白天然水域鱼类动做和引导过鱼设备优化计算起到效仿（图9）。很难说如许的法子是不是就果然能收拾题目，前提是咱们粗心屡屡实验的高额花费，第二次监测处事也在谋划，每尾记号鱼的成本也竭力掌握在千元为单元。也许说科研人员生境在恶化，鱼类生境希望匡正。

图8白鹤滩坝下鱼类声学记号

图9回溯轨迹监测情状

结语：导师作育我

“扫茅厕”的哲学协商

我的博士导师李嘉熏陶，业余是船舶流膂力学，曾介入计算遣散舰。天然通常对我科研的花拳绣腿给予攻讦，但影响我最深的是他作育我“我当你师长不是由于我解微分方程比你好，而是我扫茅厕都比你明净，收拾题目要把细节做到极致”。在不停将细节做好的前提下，承袭“正在做”、“立时好”和“也许改”三大宝贝，我不停感觉失利和攻讦都是有益于题目收拾的。

安瑞冬

供稿

颜小曼

编纂

陈磊

查核

流域面源混浊掌握与水处境修理

陈磊

团队负责人

本

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