Research Paper

American eel resilience to simulated fluid shear associated with passage through hydroelectric turbines

Résilience de l'anguille américaine au cisaillement simulé du fluide associé au passage dans les turbines hydroélectriques

Earth Systems Science Division, Pacific Northwest National Laboratory, 902 Battelle Blvd, Richland, WA 99352, USA

^* Corresponding author: brett.pflugrath@pnnl.gov

Received: 8 December 2020
Accepted: 14 April 2021

Abstract

American eel (Anguilla rostrata) populations have declined within their native range along the eastern coast of North America due to factors such as commercial fishing, habitat alteration, and dams. American eel are catadromous fish species, and high mortality rates (>40%) have been observed for freshwater life-stage adult eel passing downstream through hydropower turbines. Lacerations and sectioning of fish have been observed downstream of turbines and these injuries are commonly associated with direct contact with the turbine runner, whether through blade strike or pinching and grinding. Exposure to fluid shear may also be a source of injury, however, little is known about American eel susceptibility to this physical stressor. Eels are considerably flexible when compared to other fish species and lack other morphological characteristics that would make them susceptible to fluid shear, such as protruding eyes, large scales, and large operculum. European eel, which have previously been tested for susceptibility to fluid shear, were found to be resilient. To determine if American eel are also resilient to fluid shear, forty American eel were exposed to a water jet, simulating severe fluid shear (strain rate > 800 s⁻¹) that fish may experience when passing downstream through turbines. No immediate or delayed (48 h) signs of injury were observed after exposure to severe fluid shear. Based on this study, and a previous study conducted on American eel susceptibility to barotrauma, the source of injury and mortality of American eel passing through turbines is likely attributed to blade strike or pinching and grinding.

Résumé

Les populations d'anguilles d'Amérique (Anguilla rostrata) ont diminué dans leur aire de répartition d'origine le long de la côte est de l'Amérique du Nord en raison de facteurs tels que la pêche commerciale, la modification de l'habitat et les barrages. L'anguille d'Amérique est une espèce de poisson catadrome, et des taux de mortalité élevés (>40%) ont été observés chez les anguilles adultes au stade de la vie en eau douce qui passent en aval des turbines hydroélectriques. Des lacérations et des sections de poissons ont été observées en aval des turbines et ces blessures sont généralement associées à un contact direct avec la roue de la turbine, que ce soit par le choc des pales ou par le pincement et le broyage. L'exposition au cisaillement du fluide peut également être une source de blessures, mais on sait peu de choses sur la sensibilité de l'anguille d'Amérique à ce facteur de stress physique. Les anguilles sont considérablement flexibles par rapport aux autres espèces de poissons et ne possèdent pas d'autres caractéristiques morphologiques qui les rendraient sensibles au cisaillement des fluides, comme des yeux saillants, de grandes écailles et un grand opercule. Les anguilles européennes, dont la sensibilité au cisaillement des fluides a déjà été testée, se sont révélées résistantes. Pour déterminer si les anguilles américaines sont également résistantes au cisaillement des fluides, quarante anguilles américaines ont été exposées à un jet d'eau, simulant un cisaillement sévère des fluides (taux de déformation > 800 s⁻¹) que les poissons peuvent subir en passant en aval des turbines. Aucun signe de blessure immédiate ou différée (48 heures) n'a été observé après l'exposition à un cisaillement important du fluide. Sur la base de cette étude, et d'une étude précédente menée sur la sensibilité de l'anguille d'Amérique au barotraumatisme, la source de blessure et de mortalité de l'anguille d'Amérique passant à travers les turbines est probablement attribuée au choc ou au pincement et au broyage des pales.