Optimal swim speeds by respirometer: an analysis of three neotropical species

The swimming ability of neotropical fish species is an important aspect for fish ladder designs. Especially in Latin America, where fish ladders are highly selective, fish strategies to negotiate the passage should be studied focusing on target species. This paper shows the swimming ability of three neotropical species (Leporinus reinhardti, Pimelodus maculatus and Prochilodus costatus), from São Francisco river basin. Respirometer was employed for data collection. Regarding the critical and prolonged speeds, L. reinhardti was the fastest among the three neotropical species in relative values (body length/second). The performance of neotropical species was better when compared to critical and maximum prolonged speeds of fish species from temperate areas. Finally, regarding the experimental procedures, the optimization of swimming speed in respirometer is lower than the optimal processes obtained with free swimming in open channels.

A capacidade natatória das espécies neotropicais de peixes é um importante aspecto a ser considerado em projetos de passagem para peixes. Especialmente na América Latina, aonde as passagens para peixes apresentam alta seletividade, estratégias para vencer barreiras de velocidade devem ser estudadas para espécies alvo. Este trabalho levantou a capacidade natatória de três espécies de peixes neotropicais (Leporinus reinhardti, Pimelodus maculatus e Prochilodus costatus) da bacia do rio São Francisco. Foi empregado o método forçado com uso de um em respirômetro. A comparação da velocidade entre as três espécies permitiu concluir que o L. reinhardti foi a espécie com maior velocidade crítica e velocidade prolongada em termos relativos (comprimentos/segundo). As espécies neotropicais foram mais rápidas, em termos relativos, do que as espécies de regiões temperadas, considerando velocidade crítica e máxima velocidade prolongada. Com relação aos procedimentos para determinação da capacidade natatória, verificou-se que a otimização da velocidade pelos peixes em respirômetro é inferior a desenvolvida em testes voluntários em canais abertos.

Modelo para estimativa da geração de resíduos sólidos domiciliares em centros urbanos a partir de variáveis socioeconômicas conjunturais / Model to domestic solid waste generation estimative in urban areas based on socioeconomic conjuncture variables

Este trabalho apresenta um modelo matemático para estimar a geração de resíduos sólidos residenciais urbanos. O modelo foi desenvolvido a partir de uma base física espacial de bairros de Belo Horizonte e dos indicadores socioeconômicos das respectivas populações, referentes ao período de janeiro de 2006 a dezembro de 2010. Verificou-se intrínseca relação entre a geração per capita de resíduos e a renda per capita nas regiões estudadas, testificada por coeficiente de determinação de 0,85. Posteriormente, efetuou-se a validação do modelo com dados da capital de Minas Gerais e de Porto Alegre, na qual os valores estimados foram confrontados com a geração real informada pelas prestadoras de serviços de limpeza urbana locais. A despeito de elaborado com dados de Belo Horizonte e aferido com os de Porto Alegre, os resultados abrem a perspectiva de emprego do modelo proposto na estimativa de geração de resíduos sólidos em áreas urbanas.

This work presents a mathematical model to estimate the solid waste generation in urban areas. The model was developed based on spatial physic basis of neighborhoods of Belo Horizonte and of the respective economic indicators of their population. A strong relation between per capita solid waste generation and per capita income was confirmed due the high coefficient of the determination 0.85. Afterwards the model was validated by means of Belo Horizonte and Porto Alegre datasets in which the estimated values were compared with the real solid waste generation provided by the local services. Despite of data set from Belo Horizonte, the results open the perspective of the application of the model for estimating the solid waste generation in urban areas.

Estudos de externalidades na área de saúde humana decorrentes de reservatórios hidrelétricos / Human health externalities studies derived from hydropower plants reservoirs

O objetivo deste trabalho foi apresentar um método para se estimarem os valores das externalidades na área de saúde associadas à operação de reservatórios hidrelétricos. O método foi aplicado nos municípios de Uberaba e Uberlândia, Minas Gerais, parcialmente alagados pelo reservatório de Miranda. Foram analisados o número de internações hospitalares na rede do Sistema Único de Saúde e o crescimento populacional dos municípios alagados. Havendo relação de causa e efeito entre o lago e os impactos à saúde, o custo da externalidade em 2001 - quando US$ 1 equivalia a R$ 2,36 - foi estimado em R$ 25 mil, sendo a população associada a esse valor de 773.409 pessoas. A valoração econômica dos impactos mostrou que os mesmos são pouco expressivos.

The objective of this work was to present an estimation method of the values of the health externalities associated to the operation of hydro power plants reservoirs. The method was applied in the cities of Uberaba and Uberlândia, Minas Gerais, Brazil, partially flooded by Miranda reservoir. The number of hospital admittances in the Public Health System and the population growth in the flooded municipal districts were analyzed. If there is a cause-effect relation between the lake and the diseases, the costs of externalities in 2001 were estimated in R$ 25,000 when US$ 1 corresponded to R$ 2,36; the population number linked to this value was 773.409. The economical value of the health impacts showed that they do not have much significance.

Avaliação do impacto da variação da renda no consumo domiciliar de água / Evaluation of the income variation impact on household water consumption

Este trabalho objetivou avaliar o impacto que a alteração da renda das famílias exerce sobre o consumo de água tratada fornecida pela concessionária (no caso, a Companhia de Saneamento de Minas Gerias - Copasa) no município de Belo Horizonte, ao longo de um histórico de 35 meses, abrangendo o período de agosto de 2003 a junho de 2006. Para tal, utilizaram-se dados da Pesquisa Mensal de Emprego (PME) do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), englobando 3.100 domicílios e 10.200 moradores, e os consumos residenciais micromedidos dos 6 distritos operacionais da Copasa. Os dados foram observados em seus períodos de forma que houvesse a compatibilização cronológica entre os mesmos. Os resultados mostraram relação intrínseca entre o consumo per capita e a renda mensal, balizados pelos gráficos de dispersão e pelos significativos coeficientes de determinação obtidos (superiores a 0,8), além do prognóstico de saturação do consumo demonstrado para classes sociais economicamente mais favorecidas.

This work aimed to investigate the role of income variation on household water consumption supplied by the dealership (in this case, the water supply and sanitation services of Minas Gerais, Brazil - Copasa) in the urban area of Belo Horizonte, based on data spanning a period of 35 months (from August 2003 to June 2006). For this, data of the Monthly Employment Survey (PME, acronym in Portuguese) of the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE, acronym in Portuguese) were used, comprising 3,100 households with their 10,200 dwellers, and the household water consumption of the 6 operatinal districts of the Copasa. The household water consumption data were defined in order to allow the water consumption observation period to coincide with the social economic data. The results pointed out clearly that the household water consumption is strongly linked with the economical condition of the served population. This aspect was evident by means of the observation of spatial distribution and water consumption scattered related to the social economic characteristics and was supported by the highest coefficients of determination (R² > 0.8) obtained and the predictable water consumption saturation for the more prosperous social economic classes.

Evaluation of the effects of pressure gradients on four Brazilian freshwater fish species

This work aimed to experimentally evaluate the behavior of Brazilian freshwater fish species when submitted to a gradual increase in pressure, as well as sudden decompression's effects simulating the passage through a hydroelectric turbine. Four species from the São Francisco river basin were tested: Astyanax bimaculatus, Hypostomus sp., Leporinus reinhardti and Prochilodus costatus. For all of them mortality rates due to decompression were extremely low. However, the symptoms related to decompression, such as bulged eyes and hemorrhage, were not observed only in Hypostomus sp., and were more frequent the larger the pressure values were, considering the values from which decompression was performed. All these symptoms decreased significantly after 24 h of observation. With the increase in pressure inside the apparatus, the four tested species moved towards the upper levels. This behavior could make possoble the implementation of bypass downstream fish passages in dams constructed in Brazil.

Este trabalho teve como objetivo avaliar experimentalmente o comportamento de espécies brasileiras quando submetidas a um aumento gradual na pressão, bem como os efeitos de uma descompressão rápida simulando a passagem por uma turbina hidrelétrica. Quatro espécies da bacia do rio São Francisco foram testadas: Astyanax bimaculatus, Hypostomus sp., Leporinus reinhardti e Prochilodus costatus. Para todas elas as taxas de mortalidade devido à descompressão foram extremamente baixas. No entanto, sintomas relacionados à descompressão, como exoftalmia e hemorragia só não foram observados em Hypostomus sp., sendo mais freqüentes quanto maior o valor de pressão a partir do qual realizou-se a descompressão. Todos estes sintomas diminuíram significativamente após 24 horas de observação. Com o aumento da pressão no aparato, as espécies testadas se movimentaram em direção aos níveis superiores. Este comportamento sugere a possibilidade de se utilizar passagens de peixes para jusante do tipo bypass em barragens a serem implantadas no Brasil.

Metodologia para estimação de externalidades agropecuárias decorrentes da construção de reservatórios / Methodology to estimate livestock and agricultural externalities derived from hydro power reservoirs construction

O objetivo deste trabalho é o de apresentar uma metodologia que avalia e quantifica as perdas agropecuárias que ocorrem quando da construção de reservatórios para a geração de energia elétrica. Foram estudados sete reservatórios da CEMIG situados no Estado de Minas Gerais. A produção agropecuária foi obtida de acordo com dados do IBGE relativos a 2001. As áreas municipais alagadas foram calculadas com base em dados georeferenciados fornecidos pela ANEEL. Ao final, os valores das externalidades foram comparados ao custo da energia elétrica e ao PIB municipal para a avaliação da significância dos resultados. Verificou-se que quanto maior o valor da área municipal alagada, mais relevante será a externalidade. Como exemplo, o município de Grupiara tem 40 por cento de suas terras inundadas pelo lago de Emborcação. Entre todas as localidades estudadas, esta foi aquela onde a externalidade agropecuária foi mais relevante.

The objective of this work is to present a methodology that evaluates and quantifies the agricultural and livestock losses that happen when reservoirs for the electric power generation are constructed. Seven CEMIG reservoirs, located in Minas Gerais State were studied The agricultural and livestock production were obtained in agreement on with IBGE 2001 data. The municipal areas were calculated based in georeference data supplied by ANEEL. The externalities values were compared to the electric power cost and to municipal gross domestic product to evaluate the significance of the results. It was verified that as larger is the value of the municipal flooded area, more relevant is the externality. As example, the city of Grupiara has 40 percent of their lands flooded by the lake of Emborcação. Among all the cities studied, that was the one where the agricultural and livestock externalities were more significant.

Swimming performance of the migratory Neotropical fish Leporinus reinhardti (Characiformes: Anostomidae)

The fishways built in Latin America were mainly based on those used in the northern hemisphere for passing salmonids upstream. However, the swimming capacity in terms of speed and endurance is a major factor concerning the design of a fishway, and this information is not available for migratory neotropical fish species. Therefore, studies on swimming performance of neotropical species is fundamental. The aim of this study was to estimate the critical, sustained and prolonged speeds for the piau-três-pintas Leporinus reinhardti, and to evaluate the influence of water temperature on the swimming performance of the species. Variable (increasing) and fixed velocity tests were performed in a respirometer. When compared to other species whose critical speed data are available, the piau showed higher speeds, for a given total length. Fatigue times per prolonged speed class were estimated as well as prolonged speed per fatigue time class. The changing point from sustained to prolonged swimming was estimated to occur approximately at a speed of seven body-lengths per second (1.12 m/s for an individual with 16 cm total length: the first maturation length). In spite of the great swimming performance of piau, the adoption of efficient directives in fishway projects to allow the passage of neotropical ichthyofauna, will depend on a more detailed analysis of the swimming capacity of different species

As passagens para peixes construídas na América Latina são principalmente baseadas nos dispositivos existentes no hemisfério norte que, por sua vez, foram dimensionados para salmonídeos. Entretanto, a capacidade natatória das espécies migradoras, em termos de resistência e velocidade, é o principal fator a ser considerado no dimensionamento de uma passagem para peixes e estas informações ainda não são conhecidas para as espécies migradoras neotropicais. Dessa forma, o estudo da capacidade natatória das espécies neotropicais tornou-se uma necessidade. Este estudo tem como objetivo estimar as velocidades crítica, sustentável e prolongada do piau-três-pintas, Leporinus reinhardti, bem como avaliar a influência da temperatura da água na capacidade natatória. Testes de velocidade variável e fixa foram desenvolvidos em um aparato experimental do tipo respirômetro. Quando comparado a outras espécies, cujos dados de velocidade crítica são disponíveis, observa-se que o piau apresenta velocidades superiores para um mesmo comprimento total. Tempo de fadiga por classe de velocidade prolongada foram obtidos bem como a velocidade prolongada por classes de tempo de fadiga. O ponto de mudança do modo sustentável para o modo prolongado de natação foi estimado ocorrer em, aproximadamente, sete comprimentos por segundo (1.12 m/s para indivíduos com 16 cm de comprimento total: comprimento de primeira maturação). Apesar da grande capacidade natatória do piau, a adoção de critérios eficientes para o projeto de mecanismos de transposição para peixes neotropicais dependerá de análise detalhada da capacidade natatória de diferentes espécies

Efficiency and selectivity of a trap and truck fish passage system in Brazil

The construction of fish passages has been one of the strategies adopted by the Brazilian energy sector in order to diminish the effects of barriers on fish communities. However, studies of the efficiency of these mechanisms are scarce. The present study evaluated the efficiency and selectivity of the first trap and truck fish passage system in Brazil, installed in Santa Clara Dam, Mucuri River. The species composition in the Santa Clara Dam fish lift was compared to the original composition of Mucuri River fish fauna and with the populations that gather downstream of the dam during the reproductive season. The proportion of previously tagged individuals translocated by the lift was used to estimate its efficiency. During the 2003/2004 reproductive period, 67,841 individuals of 32 species passed through the lift, which corresponds to 66 percent of the lower Mucuri river fish richness. Less than 0.5 percent died or were injured during the passage. When compared to the river's population, less representative captures of smaller individuals and marine species were observed. However, the composition and structure of the community in the fish lift was quite similar to those downstream of the dam during the reproductive season. The estimated efficiency of the fish lift ranged from 0.2 percent for Pogonopoma wertheimeri to 16.1 percent for Leporinus conirostris reaching an average of 7 percent for all migratory species

A construção de passagens para peixes tem sido uma das estratégias adotadas pelo setor elétrico como forma de diminuir os efeitos de barramentos sobre as comunidades de peixes. No entanto, trabalhos de avaliação da eficiência destes mecanismos são escassos. Neste trabalho são avaliadas a eficiência e seletividade do primeiro elevador com caminhão tanque instalado no Brasil, na Usina Hidrelétrica de Santa Clara. A composição de espécies no elevador foi comparada com aquela original do rio, e com a das populações que se aglomeram a jusante da barragem, durante a estação reprodutiva. A proporção de indivíduos previamente marcados transpostos pelo elevador foi utilizada como forma de estimar sua eficiência. Durante o período reprodutivo (2003/2004) 67841 indivíduos de 32 espécies de peixes passaram pelo elevador, o que corresponde a 66 por cento da riqueza do baixo curso do rio Mucuri. Destes, menos de 0,5 por cento morreram ou foram feridos durante a passagem. Quando comparado com as populações do rio, foram observadas no elevador capturas menos representativas de indivíduos de pequeno porte e de espécies marinhas. No entanto, a composição e estrutura da comunidade no elevador foram bastante similares àquela observada a jusante da barragem durante o período reprodutivo. A eficiência estimada para o elevador variou de 0,2 por cento para Pogonopoma wertheimeri até 16,1 por cento para Leporinus conirostris, sendo de 7 por cento para o conjunto de espécies migradoras

Proposal of a sluice-type fish pass

One-dimensional design of fish passes often leads to an unsatisfying solution. The problems are due to insufficient, if not completely missing, collaboration between biologists and civil engineers. In the present paper, a new type of fish pass is presented. A labyrinth flux develops in a system of sequential sluices and baffles in between, which uncouple the supercritical flow of the single sluices. A series of biological, hydraulic and numerical experiments was carried out in order to investigate the optimum configuration in terms of geometric issues, regarding the biological needs and performances of organisms to be transported. Following this optimization, fish can control the prevailing flow conditions quite well. Because the air entrainment into the water is avoided, fish perception is not affected. A geometric extension regarding the needs of small fish, bottom fish, and macrozoobenthos decreases the selectivity and predation pressure on them

O projeto uni-dimensional de passagem para peixes leva, com freqüência, a uma solução pouco satisfatória. Os problemas são conseqüências de uma falta ou insuficiência de colaboração entre biólogos e engenheiros civis. Neste artigo é apresentado um novo tipo de passagem para peixes. Este é constituído por um sistema de vertedores seqüenciais com paredes intermediárias entre eles. Estas paredes têm o objetivo de desacoplar o fluxo supercrítico entre os vertedores desenvolvendo uma corrente do tipo labirinto. Um conjunto de experimentos biológicos, hídraulicos e numéricos foi realizado para achar a melhor configuração a respeito da geometria, levando-se em consideração os aspectos biológicos dos indivíduos a serem transpostos. Observou-se que após a colocação desses dispositivos os indivíduos testados ultrapassaram o sistema com relativa facilidade. O mecanismo evita a incorporação do ar na água. Devido a isso a percepção do peixe nao é afetada. Com a colocação de um sistema de passagem de fundo, a seletividade do sistema e a pressão de predação é diminuída, pois se considera que os peixes menores, os peixes do fundo e o macrozoobenthos terão mais facilidade de passar por este mecanismo do que pelas passagens de peixes tradicionais