Evaluation of fish-injury mechanisms during exposure to turbulent shear flow

Understanding the factors that injure or kill turbine-passed fish is important to the operation and design of the turbines. Motion-tracking analysis was performed on high-speed, high-resolution digital videos of juvenile salmonids exposed to a laboratory-generated shear environment to isolate injury mechanisms. Hatchery-reared fall chi- nook salmon (Oncorhynchus tshawytscha, 93-128 mm in length) were introduced into a submerged, 6.35-cm-diameter water jet at velocities ranging from 12.2 to 19.8 m·s -1 , with a reference control group released at 3 m·s -1 . Injuries typi- cal of turbine-passed fish were observed and recorded. Three-dimensional trajectories were generated for four locations on each fish released. Time series of velocity, acceleration, force, jerk, and bending angle were computed from the three-dimensional trajectories. The onset of minor, major, and fatal injuries occurred at nozzle velocities of 12.2, 13.7, and 16.8 m·s -1 , respectively. Opercle injuries occurred at 12.2 m·s -1 nozzle velocity, while eye injuries, bruising, and loss of equilibrium were common at velocities of 16.8 m·s -1 and above. Of the computed dynamic parameters, acceler- ation showed the strongest predictive power for eye and opercle injuries and overall injury level, and it may provide the best potential link between laboratory studies of fish injury, field studies designed to collect similar data in situ, and numerical modeling. Resume : La conception et la gestion des turbines requierent une comprehension des facteurs qui blessent ou tuent les poissons qui les traversent. Nous avons fait une analyse du suivi du mouvement sur des bandes video digitales a haute vitesse et haute resolution de jeunes salmonides exposes a des environnements d'arrachement generes en laboratoire afin d'identifier les mecanismes vulnerants. Nous avons place des saumons quinnat (Oncorhynchus tshawytscha de 93- 128 mm de longueur) eleves en pisciculture dans un jet d'eau submerge de 6,35 cm de diametre a des vitesses variant de 12,2-19,8 m·s -1 ; le groupe temoin a ete place a une vitesse de 3 m·s -1 . Nous avons observe et note des blessures caracteristiques de poissons qui ont traverse des turbines. Nous avons enregistre des trajectoires tridimensionnelles a quatre sites pour chaque poisson relâche, ce qui nous a permis de calculer des series chronologiques de vitesse, d'acceleration, de force, de secousse et d'angle de repli. Les blessures mineures, majeures et mortelles commencent a se manifester aux vitesses respectives de la lance d'eau de 12,2, 13,7 et 16,8 m·s -1 . Des blessures aux opercules se produisent aux vitesses de la lance de 12,2 m·s -1 , alors que les blessures aux yeux, les meurtrissures et la perte d'equilibre sont courantes aux vitesses egales et superieures a 16,8 m·s -1 . Parmi les variables dynamiques calculees, l'acceleration possede le pouvoir de prediction le plus eleve pour les blessures aux yeux et aux opercules et pour le niveau global de blessures; elle fournit peut-etre le meilleur lien potentiel entre les etudes des blessures des poissons en laboratoire, les etudes de terrain qui cherchent a obtenir des donnees semblables in situ et les modeles numeriques.