水流动力涡轮对虹鳟行为的影响

无需大坝即可利用河流发电

为偏远社区提供清洁、可靠的电力，常常需要利用附近的河流。传统的水电大坝能够产生大量能量，但它们也会阻断鱼类洄游并扰乱整个河流生态系统。本研究提出了一个简单但关键的问题：安装在水中、直接处于水流中的小型原位涡轮能否在不妨碍鱼类的情况下发电？本研究以幼年虹鳟为例进行探讨。

置于流水中的小型涡轮

与用大坝隔断河道不同，水流动力涡轮直接放置在水流中，有点像水下的风车。研究人员关注一种常见的设计——垂直轴涡轮，它即使在较慢的水流中也能旋转。这些装置仅占据河道宽度的一部分，留下开放的“走廊”供水自由流动。为了了解鱼类的反应，研究团队在实验室中建造了透明壁的人工河道，并安装了单台涡轮或一对反向旋转的涡轮。随后他们释放幼年虹鳟，或单独放入，或成组三尾，并从上方拍摄它们的活动。

在试验通道中追踪鱼类

高速摄像与追踪软件使科学家能够重建每条鱼的路径，计算它们探索通道的范围、游过涡轮的次数，甚至记录尾鳍拍动的频率，这反映了游动的努力强度。他们比较了五种设置：无旋转涡轮、单台旋转涡轮且单鱼、单台旋转涡轮且鱼群、以及两种不同方式并列运行的双涡轮。在每次试验中，水速和涡轮转速保持不变，以便将行为变化直接归因于涡轮布置和社交环境的差异。

安全通行与偏好的休息点

核心发现令人放心：涡轮并未阻止虹鳟向上或向下游动。鱼类经过机械装置的通行率与无叶片运动的对照组相当，在一种双涡轮布置下，虹鳟的穿越频率甚至更高。与涡轮叶片直接接触的情况非常罕见，且未观察到明显伤害。然而，鱼类确实改变了它们停留的地点。它们倾向于聚集在运行中涡轮的下游和上游附近，这些旋转叶片在周围形成了速度较慢的水区。这些“尾流”区域为虹鳟提供了以较小努力保持位置的地点，而主流的较快水流则在通道的其他地方流过。

成群更大胆

鱼是单独游动还是成小群游动对其行为有影响。单鱼倾向于与旋转涡轮保持距离，更常在通道底部休息，并且与叶片的近距离接触较少。相反，成群的鱼更为大胆。群体更频繁靠近涡轮，停留更靠近涡轮，并更多地利用低速的尾流区，尤其是在两台涡轮并排运行并形成更大宁静区域时。有趣的是，仅仅群游并不会自动节省能量：总体尾鳍拍动频率的降低主要出现在更平静的尾流区域，而不是仅由群体行为本身引起。

对河流和能源的意义

对于试图在清洁能源与河流健康之间取得平衡的管理者而言，这些结果令人鼓舞。在相对宽阔的河道中，部分占据水流的原位涡轮既允许幼年虹鳟自由移动并幸免受伤，同时也提供了鱼类似乎偏好的平静水块。与此同时，鱼类在涡轮尾流中的聚集在真实河流中可能会吸引捕食者，而全尺寸装置将产生比实验室模型更强的流速。即便如此，与可能造成大量鱼类死亡的大型大坝相比，经过慎重选址的水流动力涡轮似乎是一种有前景的方法，可以在保持水生生物活跃的同时开发河流的可再生能源。

引用: Sonnino Sorisio, G., Müller, S., Wilson, C.A.M.E. et al. Impact of hydrokinetic turbines on rainbow trout behaviour. Sci Rep 16, 13652 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43568-8

关键词: 水流动力涡轮, 虹鳟, 鱼类行为, 河流可再生能源, 水生生态学