Tillägget av en naturliknande fiskpassage till en Susquehanna River-dam i Pennsylvania borde göra det möjligt för migrerande fisk att lättare nå lekplatser, enligt forskare från Penn State.

"Grundidén är att öppna en del av dammen och sedan låta fiskar gå igenom, "sa Xiaofeng Liu, biträdande professor i anläggningsteknik och ledande huvudutredare för projektet. "Det låter så enkelt, men det är inte. Fiskar är mycket kräsen när det gäller flödeshastigheten, turbulens, fluktuationer och jämn temperatur och vattenkvalitet. Alla dessa saker måste gå ihop. "

Migrationsfiskvandring längs Susquehanna -floden från Chesapeake -bukten under lekperioden var tidigare så riklig, de skapade en blomstrande kommersiell fiskeindustri. De var också en primär matkälla för indianer och hjälpte tidiga europeiska nybyggare att bekämpa svält. När York Haven Dam byggdes 1904, dock, och ytterligare tre dammar strax efter, de stängde av flodbanan, riskerar att utplåna fiskeindustrin - och själva fiskens framtid.

Även om några av fiskarna anpassade sig och hittade alternativa platser för att lägga sina ägg, deras befolkning har fortfarande rasat. Innan dammen byggdes och människor förorenade floden, tiotals miljoner fiskar simmade mot strömmen varje år under vårfiskningen. Faktiskt, våren 1827, 15 miljoner fiskar fångades vid flodmynningen, så många att några förvandlades till gödselmedel. Dock, på 1980 -talet, biologer uppskattade befolkningen i kvarvarande amerikansk skugga, en gång Susquehannas främsta fisk, att vara i tusentals längs floden och i viken.

Under de senaste decennierna har ansträngningar har gjorts för att gradvis öppna floden och dess bifloder för flyttfisk. York Haven använder nu en fiskstege, som gör det möjligt för fisk att passera över dammen genom att simma och hoppa upp en rad korta steg, medan de andra tre dammarna - Safe Harbor, Holtwood och Conowingo - alla använder fiskeliftar, som fungerar som en hiss, att transportera fisken till andra sidan dammen.

Trots dessa ansträngningar, stegarna och hissarna visar bara begränsad framgång eftersom fiskar fortfarande måste leta sig igenom passager eller in i en hisskammare och sedan passera genom alla fyra dammarna. Ofta blir fisk förvirrade och går vilse på vägen. För att förbättra situationen, Liu och hans kollegor utvecklar en "naturliknande" fiskpassage för York Haven, en design som de hoppas kunna använda på andra platser också.

För att skapa passagen, en del av dammen kommer att tas bort och ersättas av en in-stream-struktur som kommer att efterlikna vad fisken möter när de migrerar i naturen. Eftersom hydrauliska förhållanden är komplexa på dessa platser, både beräkningsmodellering och fysisk modellering kommer att användas för att minska de osäkerheter som kan uppstå under olika flödesförhållanden.

Teamet kommer att använda en 3-D högupplöst beräkningsmodell för att titta på turbulent flöde och en andra modell för att spåra fiskrörelser. De kommer att koppla dessa resultat med en fysisk, nedskalad modell som gör att de kan se ideala flödesegenskaper och hur de riktade fiskarterna, den amerikanska skuggan och ålen, kommer att svara på dessa villkor.

"Här omkring, i bergsområdena, dessa bäckar och bäckar har många stenblock och stenar och fallna träd i kanalen, "Liu sa." Det är kanalens naturliga status och fisken har biologiskt anpassat sig till det genom evolutionen. "

För att simulera det naturliga skräpet i området, forskarna kommer att skapa en modell som innehåller mer än 600 4-till-6-fots stenblock, samt varierande flödesförhållanden för olika fiskars behov.

"I grund och botten, det är som en ramp med stopp för fisken att klättra upp, "Sa Liu." Men rampen kan vara för lång eller höjden är för hög för vissa fiskar, så vi ska ge dem rastplatser så att de kan simma genom forsarna mellan stenblocken och när de är trötta, de kan vila i kölvattnet bakom stenblocken. "

När den framgångsrika modellen har utvecklats, laget kommer att överlämna det till Cube Hydro Partners, LLC, ägare och operatör av vattenkraftverk i York Haven och finansieringspartner för projektet.

"Det är viktigt för Cube Hydro att se till att våra projekt utformas och drivs på ett miljövänligt och hållbart sätt, "sa Rick Cunningham, Cube Hydros marknads- och försäljningsdirektör. "Partnerskap med ledande institutioner förstärker vår filosofi och tillhandahåller verkliga tillämpningar för nästa generations vattenkraftsindustriledare."

Företaget hoppas att projektet kommer att ge kritisk information och kvantitativ data som förbättrar deras design och kan användas av andra.

"Detta är en spännande möjlighet för oss att samarbeta med ett energibolag i en viktig miljöfråga, "sade medchefsutredaren Peggy Johnson, dekanus vid Schreyer Honours College och professor i anläggningsteknik. "Att skapa en fungerande och hållbar fiskpassage kräver tvärvetenskaplig forskning och försöker återställa en hälsosam miljö i floden."