Fish passages in South America: an overview of studied facilities and research effort

River regulation has fragmented fluvial ecosystems in South America, affecting fish migration and dispersion dynamics. In response, authorities have installed fish passage facilities (FPF) to mitigate impacts. However, little is known about the geographical distribution of these facilities, and no synthesis of the research effort applied to understanding their functioning and limitations exists. To address this issue, our study gathered the available scientific literature about fishways in South America to provide an overview of studied FPF and associated research effort. We found 80 studies that investigated 25 FPF, mostly ladders installed in the upper reaches of large rivers, particularly in the Paraná River Basin. One important finding is that most facilities do not lead to upstream and/or downstream sites due to the presence of other dams with no FPF. Though the number of studies has increased over the past 10 years, there is no consistent trend towards increased research effort. Overall, studies have focused on the fishway itself (i.e. upstream passage), and rarely evaluated broader issues (i.e. habitat distribution, population dynamics, conservation and management success). Our research therefore identified technical limitations of past studies, and revealed important gaps in the knowledge of FPF as a management tool.(AU)

A implantação de barragens tem perturbado e fragmentado os ecossistemas fluviais da América do Sul, afetando a migração dos peixes e dinâmicas de dispersão. Sistemas de transposição de peixes (STPs) têm sido instalados na tentativa de atenuar esses impactos. No entanto, pouco se sabe sobre a distribuição geográfica desses dispositivos, bem como o esforço de pesquisa aplicado para entender seu funcionamento e limitações. Nosso trabalho reuniu a literatura disponível com a finalidade de fornecer um panorama sobre os mecanismos investigados na América do Sul, bem como revelar o esforço e perfil das pesquisas. Encontramos 80 estudos que investigaram 25 STPs, a maioria escadas instaladas nos trechos superiores de grandes rios, particularmente na bacia do rio Paraná. Um resultado interessante é que a maior parte dos STPs está desconectada de trechos a montante e jusante devido à presença de outras barragens sem STPs. Embora o número de estudos tenha aumentado na última década, não registramos tendência consistente de incremento ao longo dos anos. No geral, os estudos abordam aspectos do próprio STP, especificamente a passagem ascendente, ignorando temas mais abrangentes (i.e. distribuição de habitats, dinâmica populacional). Além disso, o foco da pesquisa se direciona especialmente às questões de eficiência da passagem e raramente ao contexto da conservação e sucesso do manejo. Nossa avaliação, portanto, indicou que os estudos pretéritos são tecnicamente limitados, revelando importantes lacunas sobre o conhecimento dos STPs como medida de manejo.(AU)

Fish passage post-construction issues: analysis of distribution, attraction and passage efficiency metrics at the Baguari Dam fish ladder to approach the problem

Fish passages are considered the oldest management tool used to minimize the impact of blocking fish migratory routes by hydroelectric power plants. However, fish passages are being installed without specific criteria in Brazil, with severe consequences to the conservation of the local fish fauna. Therefore, basic data gathered for fish passages already constructed could contribute to define operational rules, in addition to offer subsidies to decision-making and design of future facilities. Thus, the fish ladder of Baguari Dam was evaluated regarding temporal distribution, attraction, and ascension of the local fish fauna. A total of 20 fish samples were conducted immediately downstream of the dam and inside the fish ladder, from January 2010 to June 2011. Seasonal variation in fish abundance and richness was registered below the dam and inside the passage, with higher number of migratory fish in the reproductive season (Kruskall-Wallis, p = 0.04 and p = 0.05). Furthermore, higher concentration of migratory allochthonous and non-migratory species was registered for the spill bay (Wilcoxon, p = 0.009 and p = 0.006) compared to the tailrace, where the fish ladder entrance is located. This result suggests low efficiency of the attraction system of the mechanism during the reproductive period. Once entering the fish ladder, migratory species apparently ascend the facility due to the similar distribution throughout different stretches. Generally, the results showed that an operational rule for the Baguari Dam fish ladder should consider running the facility only during the reproductive period, unless the objectives of the passage are well defined. The attraction system must be more precisely evaluated, using technologies such as radiotelemetry. Similarly, fish ascension also should be better analyzed to evaluate the time spent to ascend and its influence in the reproductive biology of the species using the ladder. Pit-tag system could be used to approach this analysis. It is expected that the discussion of these results would be useful for companies of the energy sector and for environmental agencies in Brazil, subsidizing decisions related to the management of fish passages already installed and to the construction of new facilities in the country.

As passagens ou sistemas de transposição de peixes são uma das ferramentas de manejo mais antigas utilizadas para minimizar o impacto do bloqueio de rota migratória de peixes pela implantação de barragens. Todavia, sua implantação tem sido realizada sem muito critério no Brasil, trazendo consequências muitas vezes graves à conservação da ictiofauna local. Por essa razão, dados básicos obtidos para as passagens de peixes em funcionamento podem contribuir para definição de sua regra operativa, além de subsidiar tomada de decisões e o design de futuros sistemas. Assim, a escada de peixes da UHE Baguari foi avaliada quanto à distribuição temporal, atração e subida da ictiofauna local. Foram realizadas 20 amostragens a jusante da barragem e no interior da escada de peixes entre janeiro de 2010 a junho de 2011. Observou-se variação sazonal na distribuição e riqueza de espécies de peixes a jusante da barragem e dentro da escada, sendo que as espécies migradoras foram registradas em maior abundância durante o período reprodutivo (Kruskall-Wallis, p = 0,04 e p = 0,05). Além disso, nesse mesmo período, maior concentração das espécies migradoras alóctones e não migradoras foi registrada para a bacia de dissipação da barragem (Wilcoxon, p = 0,009 e p = 0,006) quando comparado ao canal de fuga, local onde se encontra a entrada da escada. Isso sugere que a eficiência do sistema de atração do mecanismo não seja a esperada nesse período. Uma vez dentro da escada, aparentemente as espécies migradoras percorrem todo o mecanismo, distribuindo-se de forma similar ao longo de sua extensão. Em geral, os resultados obtidos demonstram que, aparentemente, a regra operativa da escada deva indicar seu funcionamento apenas no período reprodutivo, ao menos até que os objetivos da transposição de peixes na UHE Baguari sejam de fato definidos. Já o sistema de atração da escada deverá ser avaliado de forma mais precisa, utilizando-se tecnologias como radiotelemetria. Da mesma forma, a subida dos peixes pela escada deve ser melhor analisada para se avaliar o tempo gasto e a influência desse período sobre a biologia reprodutiva dos peixes. O sistema de Pit-tag pode ser utilizado para realizar essa análise. Espera-se que a discussão das informações obtidas no presente trabalho possa ser utilizada pelas empresas do setor elétrico e órgãos ambientais para subsidiar decisões relacionadas ao manejo de sistemas de transposição de peixes já em funcionamento e à construção de novos empreendimentos.

Passage performance of long-distance upstream migrants at a large dam on the Paraná River and the compounding effects of entry and ascent

This paper presents results of a fishway evaluation performed at the Engenheiro Sérgio Motta Hydroelectric Power Plant (known as Porto Primavera) - CESP, Paraná River, Brazil. The evaluation was designed to quantify entry and passage proportions of 4 long-distance migratory fish species: Brycon orbignyanus (piracanjuba), Piaractus mesopotamicus (pacu), Prochilodus lineatus (curimba), and Rhinelepis aspera (cascudo-preto). Proportions finding and entering the fishway differed between species, ranged from 7.4 % (Prochilodus lineatus) to 55.4% (Piaractus mesopotamicus). Also, proportion passing was different between species, ranged from 31% (R. aspera) to 100% (Prochilodus lineatus). Fish that were marked and released within the fishway had greater failure rates than those that entered volitionally. Total time to pass ranged from 1.48 hours (Prochilodus lineatus) to 178.9 hours (R. aspera). Failure rates were greatest in the lower end of the fishway. Although some individuals of all species passed successfully, significant challenges remain to restoring connectivity of the upper Paraná River.

Este artigo apresenta resultados da avaliação de passagem de peixes na escada localizada na Usina Hidrelétrica Engenheiro Sérgio Motta - CESP (rio Paraná, Porto Primavera, Brasil). A avaliação foi concebida para quantificar a entrada e proporções de passagem de quatro espécies de peixes migradores de longa distância: Brycon orbignyanus (piracanjuba), Piaractus mesopotamicus (pacu), Prochilodus lineatus (curimba) e Rhinelepis aspera (cascudo-preto). As proporções de encontrar e entrar na escada variaram de 7,4% (Prochilodus lineatus) para 55,4% (Piaractus mesopotamicus). A proporção de passagem através da escada variou de 31% (R. aspera) a 100% (Prochilodus lineatus). Os peixes que foram marcados e soltos no interior da escada apresentaram taxas maiores de falha do que aqueles que entraram voluntariamente. O tempo médio para passar variou de 1,48 horas (Prochilodus lineatus) para 178,9 horas (R. aspera). A taxa de falha foi maior no extremo inferior da passagem para peixes. Embora alguns indivíduos de todas as espécies passaram com sucesso, desafios significantes permanecem para restaurar a conectividade do alto rio Paraná.

The use of morphometric analysis to predict the swimming efficiency of two Neotropical long-distance migratory species in fish passage

This study investigated the external body morphology (based on morphometric data) and the swimming efficiency in fish passages (based on the ascent time in a fish ladder) of two Neotropical long-distance migratory species. The fish were collected in the fish ladder of the Porto Primavera Hydroelectric Power Plant (known as Engenheiro Sergio Motta), upper Paraná River, Brazil. The species differ in several morphometric ratios related to swimming performance. Prochilodus lineatus exhibited a higher muscle ratio and caudal fin length ratio. However, Leporinus elongatus showed higher values for the fineness ratio, a higher length from snout to pectoral fin base ratio, and a higher caudal peduncle depth factor. Although both species show good swimming performance, the characteristics listed above may enable L. elongatus to apply greater power and propulsion, allowing it to reach a high swimming speed and to exhibit greater efficiency than P. lineatus. Leporinus elongatus moves faster than P. lineatus and has a lower mean ascent time (1.39 hours) than P. lineatus (3.76 hours). Prochilodus lineatus would require a somewhat longer time to pass through the fish ladder.

Este estudo investigou a relação entre a morfologia externa do corpo (baseado em dados morfométricos) e eficiência de natação em passagem para peixes (baseado no tempo de ascensão em uma escada para peixes) de duas espécies neotropicais migradoras de longas distâncias. Os peixes foram coletados na escada para peixes da Usina Hidrelétrica de Porto Primavera (conhecida como Engenheiro Sérgio Motta), alto Rio Paraná, Brasil. As espécies diferem em algumas razões morfométricas referentes ao desempenho de natação: Prochilodus lineatus apresentou valores mais elevados para razão muscular e razão do comprimento da nadadeira caudal. No entanto, Leporinus elongatus apresentou valores mais elevados para razão fineza, para razão do comprimento do focinho à base da nadadeira peitoral e para fator de largura do pedúnculo caudal. Embora ambas as espécies tenham um bom desempenho natatório, essas características podem permitir a L. elongatus aplicar uma maior potência e propulsão, permitindo atingir velocidades de natação elevadas e apresentar uma melhor eficiência em relação a P. Lineatus. Leporinus elongatus movimenta-se mais rápido, com um tempo médio de ascensão (1,39 horas) inferior ao de P. lineatus (3,76 horas), que requer um tempo um pouco maior para passar através da escada para peixes.