孟繁琛

摘 要：攔魚(yú)電柵作為目前漁場(chǎng)中普遍使用的設(shè)備，其正常運(yùn)行離不開(kāi)電。本文將從魚(yú)自身的行為生活習(xí)性和攔魚(yú)電柵電場(chǎng)特性兩方面分析電柵在設(shè)計(jì)中需要考慮的主要問(wèn)題，分析在攔魚(yú)電柵設(shè)計(jì)中的幾個(gè)電學(xué)問(wèn)題對(duì)于電柵攔魚(yú)效果的影響。

關(guān)鍵詞：攔魚(yú)電柵；電場(chǎng)強(qiáng)度；攔魚(yú)效果；電位

一、電柵攔魚(yú)的原理

攔魚(yú)電柵由電極、導(dǎo)線和脈沖電發(fā)生器組成，通過(guò)脈沖電流在水中形成一個(gè)無(wú)形的電網(wǎng)，同時(shí)利用了魚(yú)類的回游、逃避及集群等生活特性，魚(yú)群靠近電極，最遠(yuǎn)3m處便可感覺(jué)到微弱電流的存在，越靠近電極，電流感越強(qiáng)。由于受到強(qiáng)大的電流刺激，魚(yú)群不自覺(jué)地便會(huì)向著電流較弱的方向回游，從而達(dá)到攔魚(yú)的目的。

二、電柵攔魚(yú)，不是電網(wǎng)攔魚(yú)

電柵攔魚(yú)的本質(zhì)還是通過(guò)定點(diǎn)的電極通電形成的無(wú)形電網(wǎng)來(lái)對(duì)魚(yú)群進(jìn)行驅(qū)逐而形成的攔魚(yú)效果，與有“形”的網(wǎng)有著本質(zhì)的區(qū)別。

攔魚(yú)電柵的電場(chǎng)有著最基本的四點(diǎn)要求：①電場(chǎng)強(qiáng)度要足夠魚(yú)群能夠感受到并能辨別后迅速逃離電場(chǎng)所在區(qū)域；②電柵電網(wǎng)形成的電場(chǎng)強(qiáng)度需要達(dá)到魚(yú)群的感電闕值，水流速小于魚(yú)群的克流速并大于魚(yú)的感應(yīng)速度；③電柵形成的電網(wǎng)需要全面，不能形成平面電網(wǎng)，避免形成“漏網(wǎng)之魚(yú)”；④根據(jù)魚(yú)群的生活習(xí)性，在電場(chǎng)作用范圍外沿需要有較大的緩沖緩流區(qū)域來(lái)讓魚(yú)群進(jìn)行徘徊休息。攔魚(yú)電柵只有同時(shí)滿足電場(chǎng)設(shè)計(jì)的基本要求和魚(yú)群的生活習(xí)性，才能取得較好的攔魚(yú)捕魚(yú)效果。

三、攔魚(yú)電柵相關(guān)電學(xué)參量的理論計(jì)算方法

我們重點(diǎn)考慮電柵設(shè)計(jì)中的相關(guān)電學(xué)問(wèn)題，攔魚(yú)電場(chǎng)性能是決定電柵攔魚(yú)成功與否的關(guān)鍵所在。電柵攔魚(yú)對(duì)于電場(chǎng)的要求我們可以用電場(chǎng)強(qiáng)度矢量和電位來(lái)表示。流經(jīng)電流Ii的N根電極在電場(chǎng)水域中任何一點(diǎn)P（x，y）的電位φ和電場(chǎng)強(qiáng)度[E]可分別表示為：

為了方便我們來(lái)求電柵形成電場(chǎng)中任意一點(diǎn)的φ和[E]，要先求得流經(jīng)水中電極i的電流Ii，然后把各個(gè)電位φ代入公式（1）中便可以得到下面：

1.等效電路法

最早采用等效電路發(fā)來(lái)求三段分壓式電柵電量的是許國(guó)時(shí)先生，他假設(shè)：①當(dāng)電柵的電極半組數(shù)n（N=4n）是奇數(shù)或偶數(shù)的時(shí)候，第（n+1）/2或是（n/2+1）個(gè)半組的電極的電位與和它相連的輸電線S1，S2，S3，S4的電位是相等的，也就是說(shuō)，V0/2、V2/2、-V2/2、-V0/2的電位在流經(jīng)電極時(shí)產(chǎn)生的電流分別是I1、I2、-I2、-I0；②不計(jì)電極自身電阻的情況下，流經(jīng)電極始末端的電流大小始終相等。那么我們就可以由（3）式得到：

關(guān)于計(jì)算電場(chǎng)的等效電路法，是一種綜合應(yīng)用電路和電磁場(chǎng)理論的電場(chǎng)分析計(jì)算方法，該方法簡(jiǎn)單、使用、精準(zhǔn)度高、通用性強(qiáng)，除電極數(shù)較多時(shí)會(huì)有誤差之外，可以用于任何形式的電柵中。

2.電磁場(chǎng)理論法

國(guó)內(nèi)外有關(guān)電磁場(chǎng)理論法的研究中，陳新生和Chimielewski.A對(duì)比進(jìn)行了表述。首先是利用電磁場(chǎng)的方法來(lái)計(jì)算電柵所形成的電流分壓，前提條件：①電極電位的大小與其相連的輸電線S1、S2、S3、S4的電位相等，并除去路損；②電場(chǎng)所形成的電流流經(jīng)電極始末端的大小始終不變且相等，這其中不計(jì)算電極本身的電阻。

四、攔魚(yú)電柵的電場(chǎng)

攔魚(yú)電柵之所以能達(dá)到攔魚(yú)的效果，與魚(yú)群在電場(chǎng)中應(yīng)激回流的習(xí)性是分不開(kāi)的，魚(yú)群感受到電場(chǎng)的強(qiáng)弱，因此做出反應(yīng)，其中電場(chǎng)刺激作用于魚(yú)的身體，所形成的電壓大小為：

其中：L為魚(yú)體長(zhǎng)度，[E]是魚(yú)所處位置的電場(chǎng)強(qiáng)度，[θ]為魚(yú)體方向與電場(chǎng)強(qiáng)度矢量方向之間的夾角。式子（6）是只有在魚(yú)體較短或是電場(chǎng)強(qiáng)度變化緩慢微弱的情況下才成立的。我們來(lái)看（6）式，魚(yú)體長(zhǎng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系，與大小和方向都有關(guān)。在E和L確定的情況下，魚(yú)體所感受到的電壓會(huì)隨著[θ]的變化而在0～EL之間隨機(jī)變化。我們要研究電柵攔魚(yú)的有效性，要將魚(yú)體方向的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量作為主要的研究對(duì)象。下面將從兩個(gè)方面對(duì)此進(jìn)行分別闡述。

1.水流方向的電場(chǎng)強(qiáng)度

頂流性較強(qiáng)的魚(yú)，魚(yú)體所處方向的電場(chǎng)強(qiáng)度我們可以用水流方向的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)表示。用于攔魚(yú)的電柵，主要是阻攔順?biāo)~(yú)，電場(chǎng)強(qiáng)度E可表示為：

其中[α]是水流方向和y軸方向之間的銳夾角。我們可以看出，當(dāng)電柵電場(chǎng)的有效作用距離在上水流方向的強(qiáng)度Ew大于魚(yú)的感電闕值時(shí)，電場(chǎng)的效能最好，反之則會(huì)引起魚(yú)群逃離。

2.等電位面的電場(chǎng)強(qiáng)度

所謂的等電位面，實(shí)際上在魚(yú)群游動(dòng)的時(shí)候，都會(huì)不自覺(jué)地向著等電位面游動(dòng)，這也就表示，如果電柵電場(chǎng)的封閉性好，等電位面全部閉合，魚(yú)群就不會(huì)輕易穿過(guò)電柵，攔魚(yú)效果好。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，魚(yú)群一般在魚(yú)體方向電場(chǎng)強(qiáng)度小于感電闕值的方向游動(dòng)，魚(yú)群在接近電柵時(shí)穿過(guò)電柵，游離于電場(chǎng)作用區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度雖大，卻不一定能攔住魚(yú)。在流水中，魚(yú)群表現(xiàn)出頂水性，電柵電場(chǎng)只要不存在平行于水流方向的等電位面，出現(xiàn)垂直等電位面，也是可以達(dá)到攔魚(yú)效果的。

綜上所述，電柵攔魚(yú)電場(chǎng)的封閉性是由平行或近似于平行水流方向穿過(guò)電柵電極平面的等電位面數(shù)量多少來(lái)決定的，當(dāng)然這一特性的強(qiáng)弱并不完全代表攔魚(yú)效果的好壞。

五、結(jié)語(yǔ)

攔魚(yú)電柵在設(shè)計(jì)中所需要考慮的電學(xué)問(wèn)題與傳統(tǒng)器具在攔魚(yú)上有本質(zhì)的區(qū)別，電柵攔魚(yú)電廠特性的優(yōu)劣不能單純的從水流方向攔魚(yú)電廠的封閉性和有效性好壞來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，很多溢洪道口或是涵洞口水流有可能呈發(fā)射狀，電柵攔魚(yú)還是要具體情況具體分析。

參考文獻(xiàn)

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