Fish die-off in river and reservoir: A review on anoxia and gas supersaturation

Albeit massive fish mortality has an extraordinary visual impact and is certainly a fatality, we still have rudimentary understanding on how addressing this problem in the Neotropical region. The processes that lead to fish die-off events are complex and sometimes ephemeral, which can lead to incorrect diagnosis. In this review, we discuss these events in Neotropical freshwaters, both in areas impacted by dams and natural environment, with a focus on deaths mediated by the lack of oxygen (anoxia) or the excess of dissolved gases (gas supersaturation). We examine the available knowledge about the related mechanisms, lethal thresholds for dissolved oxygen (DO) and total dissolved gases (TDG) for fish, and the sequelae of gas bubble disease (GBD). An assessment of the main mortality events in Brazil in the last 10 years is also presented, as well as the best practices for monitoring, prevention, and mitigation. Finally, it is concluded that the proliferation of hydroelectric plants in the Neotropical region might contribute to the expansion of these events and, consequently, increasing of impacts on fish conservation. We consider urgent the inclusion of this topic in the licensing processes for new hydropower projects by the environmental agencies.(AU)

Embora mortandades massivas de peixes tenham impacto visual extraordinário e sejam certamente uma fatalidade, estamos ainda engatinhando no entendimento e na solução desse problema. Os processos que levam aos eventos de mortes de peixes são complexos e algumas vezes efêmeros, o que explica diagnoses incorretas. Nessa revisão nós discutimos esses eventos em bacias hidrográficas neotropicais, tanto em barragens como em ambientes naturais, porém com o foco nas mortes por falta de oxigênio (anoxia) ou excesso de gases dissolvidos (supersaturação gasosa). Em particular são examinados o conhecimento disponível acerca dos processos que levam a essas condições, os limiares letais de oxigênio dissolvido (OD) e gases totais dissolvidos (GTD) para os peixes e as sequelas da doença das bolhas de gás (DBG). Uma avaliação dos principais eventos de mortandade que ocorreram no Brasil nos últimos 10 anos é também apresentada, bem como discutidas as melhores práticas para o monitoramento, prevenção e mitigação. Conclui-se, finalmente, que a proliferação de hidrelétricas deve contribuir com a expansão desses eventos e consequentemente com mais um fator de ameaça à biodiversidade. Consideramos urgente a inclusão desse tema nos processos de licenciamento de novos empreendimentos pelo órgão ambiental.(AU)

Fish passage system in an irrigation dam (Pilcomayo River basin ): when engineering designs do not match ecohydraulic criteria

The Route 28 Dam has the potential to block fish movements from La Estrella marsh to the Pilcomayo River. In addition, the many fish that concentrate immediately downstream of the dam may suffer high mortality when they are stranded during low water periods. The goals of this study are to determine if fish are able to pass the spillway and to assess if the design of the installed ladders (pool and weir type) effectively supports upstream migration of Prochilodus lineatus (sábalo). Results showed that only fish longer than 39 cm should be able to ascend the spillway chute, but when water levels on the spillway crest are over 0.4 m. Fish are also unable to jump from spillway toe to spillway crest because the downstream dissipation pool does not meet the minimum depth criterion for fish to accelerate to sufficient velocity. Fish ladders have insufficient number of pools and some pool dimensions and designs depart from accepted standard designs. Volumetric dissipation power in the upper pool of each fish ladder is too low for fish to rest. Also, attraction flows relative to total spillway discharge at the entrance to each fishway are insufficient. Fish passage failures of both the spillway and pool and weir systems in La Estrella marsh can be traced to the "salmon-centric" concept used by the designers. We conclude that the Route 28 Dam design including its fish passage systems, do not follow criteria to cope with the strong hydrological variability and bioecological characteristics of fish inhabiting pulsatile systems such as La Estrella marsh.

La represa dela ruta 28 posee el potencial de bloquear el desplazamiento del sábalo (Prochilodus lineatus) desde el bañado La Estrella hacia el río Pilcomayo. Adicionalmente los numerosos peces que se concentran aguas abajo de la represa pueden sufrir una alta mortalidad cuando quedan atrapados durante el período de aguas bajas. Los objetivos de este estudio es determinar si los peces son capaces de superar el vertedero y evaluar si el diseño de los pasos para peces del tipo tanque-escalón ya instalados esadecuado para facilitar la migración hacia aguas arriba. Los resultados muestran que solo aquellos peces mayores a 39 cm de longitud total son capaces de ascender la pendiente del vertedero, pero únicamente cuando el nivel del agua en la cresta del mismo alcanza o supera los 40 cm. Los peces son incapaces de saltar desde el pie del vertedero hasta la cresta debido a que la pileta de disipación no sigue los criterios de mínima profundidad requeridos para alcanzar la suficiente velocidad y altura. Asimismo, los pasos para peces no poseen el número suficiente de tanques y algunas de sus dimensiones y su diseño se apartan de los estándares aceptados. La potencia de disipación volumétrica en el tanque superior de cada paso es inadecuada para que los peces puedan descansar, mientras que los flujos de atracción relativos a la descarga del vertedero resultan insuficientes. La baja eficiencia del vertedero y de los sistemas de pasos para peces pueden ser adjudicados a un concepto de construcción orientado a salmónidos. Concluimos que la represa de la ruta 28, incluyendo sus sistemas de pasaje para peces, no siguen los criterios adecuados para hacer frente a alta variabilidad hidrológica y las características bioecológica de los peces que habitan en bañados pulsátiles como La Estrella.

Lower nappe aeration in smooth channels: experimental data and numerical simulation

Bed aerators designed to increase air void ratio are used to prevent cavitation and related damages in spillways. Air entrained in spillway discharges also increases the dissolved oxygen concentration of the water, which can be important for the downstream fishery. This study considers results from a systematic series of measurements along the jet formed by a bed aerator, involving concentration profiles, pressure profiles, velocity fields and corresponding air discharges. The experimental results are, then, compared, with results of computational fluid dynamics (CFD) simulations with the aim of predicting the air discharge numerically. Comparisons with jet lengths and the air entrainment coefficients from the literature are also made. It is shown that numerical predictive tools furnish air discharges comparable to measured values. However, if more detailed predictions are desired, verification experiments are still necessary.

Aeradores de fundo projetados para aumentar a concentração de ar são utilizados para previnir a cavitação e danos dela derivados em vertedouros. O oxigênio contido na água também é um parâmetro relevante para garantir alta qualidade das águas a jusante do vertedouro, com reflexos na qualidade ambiental. Equações e critérios de projeto existentes ainda são considerados aproximados, mostrando a necessidade de mais estudos para elucidar os mecanismos que governam o carreamento de ar. Este trabalho apresenta resultados de uma série sistemática de medidas de concentração de ar ao longo da superfície inferior do jato de um aerador de fundo, juntamente com medidas pertinentes de descargas de ar e campos de velocidade da água. Foram feitas comparações com resultados da literatura, considerando perfis de concentração ao longo do jato do aerador até a região de jusante. As medições sob condições controladas forneceram informações necessárias para testar resultados numéricos de aeração obtidos em simulações desses escoamentos, utilizando mecânica dos fluidos computacional (CFD). Mostra-se que ferramentas numéricas preditivas fornecem vazões de ar comparáveis aos valores medidos. Também é concluído que, se detalhes são necessários, experimentos são ainda úteis.