L'aggiunta di un passaggio per pesci simile alla natura a una diga del fiume Susquehanna in Pennsylvania dovrebbe consentire ai pesci in migrazione di raggiungere più facilmente i luoghi di riproduzione, secondo i ricercatori della Penn State.

"L'idea di base è quella di aprire parte della diga e poi far passare i pesci, "ha detto Xiaofeng Liu, assistente professore di ingegneria civile e capo ricercatore principale del progetto. "Sembra così semplice, ma non lo è. I pesci sono molto esigenti in termini di velocità del flusso, turbolenza, fluttuazione e anche la temperatura e la qualità dell'acqua. Tutte queste cose devono unirsi".

Il trekking dei pesci migratori lungo il fiume Susquehanna dalla baia di Chesapeake durante la stagione riproduttiva era così abbondante, hanno creato una fiorente industria della pesca commerciale. Erano anche una fonte di cibo primaria per i nativi americani e aiutavano i primi coloni europei a combattere la fame. Quando la diga di York Haven fu costruita nel 1904, però, e tre ulteriori dighe subito dopo, interrompono il corso del fiume, mettendo l'industria della pesca - e il futuro del pesce stesso - a rischio di estinzione.

Sebbene alcuni pesci si siano adattati e abbiano trovato luoghi alternativi per deporre le uova, le loro popolazioni sono ancora crollate. Prima che la diga fosse costruita e gli uomini inquinassero il fiume, decine di milioni di pesci nuotavano controcorrente ogni anno durante la corsa dei pesci di primavera. Infatti, nella primavera del 1827, 15 milioni di pesci sono stati catturati alla foce del fiume, così tanti che alcuni sono stati trasformati in fertilizzante. Però, dagli anni '80, i biologi hanno stimato la popolazione di alosa americana rimanente, un tempo il miglior pesce di Susquehanna, essere a migliaia lungo il fiume e nella baia.

Negli ultimi decenni, sono stati compiuti sforzi per riaprire gradualmente il fiume ei suoi affluenti ai pesci migratori. York Haven ora usa una scala per pesci, che permette ai pesci di passare sopra la diga nuotando e saltando su una serie di brevi gradini, mentre le altre tre dighe, Safe Harbor, Holtwood e Conowingo:usano tutti ascensori per pesci, che funzionano come un ascensore, per trasportare il pesce dall'altra parte della diga.

Nonostante questi sforzi, le scale e gli ascensori mostrano solo un successo limitato poiché i pesci devono ancora trovare la loro strada attraverso i passaggi o in una camera dell'ascensore e quindi passare attraverso tutte e quattro le dighe. Spesso i pesci si confondono e si perdono lungo la strada. Per migliorare la situazione, Liu e i suoi colleghi stanno sviluppando un passaggio per pesci "simile alla natura" per York Haven, un design che sperano di utilizzare eventualmente anche in altri luoghi.

Per creare il passaggio, parte della diga sarà rimossa e sostituita da una struttura in-stream che imiterà ciò che i pesci incontrano mentre migrano in natura. Poiché le condizioni idrauliche sono complesse in questi siti, sia la modellazione computazionale che la modellazione fisica saranno utilizzate per diminuire le incertezze che possono verificarsi in diverse condizioni di flusso.

Il team utilizzerà un modello computazionale 3D ad alta risoluzione per esaminare il flusso turbolento e un secondo modello per monitorare il movimento dei pesci. Accoppieranno questi risultati con un fisico, modello in scala ridotta che consentirà loro di vedere le caratteristiche di flusso ideali e come le specie ittiche mirate, l'alosa e l'anguilla americana, risponderà a queste condizioni.

"Qui intorno, nelle zone montuose, questi ruscelli e ruscelli hanno molti massi e rocce e alberi caduti nel canale, "Ha detto Liu. "Questo è lo stato naturale del canale e i pesci si sono adattati biologicamente a questo attraverso l'evoluzione".

Per simulare i detriti naturali nell'area, i ricercatori creeranno un modello che include più di 600 massi da 4 a 6 piedi, così come le diverse condizioni di flusso per le diverse esigenze dei pesci.

"Fondamentalmente, è come una rampa con fermate per far salire il pesce, " disse Liu. "Ma la rampa potrebbe essere troppo lunga o l'elevazione è troppo alta per alcuni pesci, quindi forniremo loro aree di riposo in modo che possano nuotare attraverso le rapide tra i massi e quando sono stanchi, possono riposare nell'area della scia dietro i massi."

Una volta che il modello di successo è stato sviluppato, il team lo consegnerà a Cube Hydro Partners, LLC, il proprietario e gestore dell'impianto idroelettrico di York Haven e partner finanziario del progetto.

"È importante per Cube Hydro garantire che i nostri progetti siano progettati e gestiti in modo ecologico e sostenibile, " ha detto Rick Cunningham, Direttore Marketing e Vendite di Cube Hydro. "Le partnership con le principali istituzioni rafforzano la nostra filosofia e forniscono applicazioni reali per la prossima generazione di leader del settore idroelettrico".

L'azienda spera che il progetto fornisca informazioni critiche e dati quantitativi che miglioreranno la loro progettazione e possano essere utilizzati da altri.

"Questa è un'opportunità entusiasmante per noi di collaborare con un'azienda energetica su un'importante questione ambientale, " ha detto la co-investigatrice principale Peggy Johnson, decano dello Schreyer Honors College e professore di ingegneria civile. "La creazione di un passaggio per i pesci funzionante e sostenibile richiede una ricerca interdisciplinare e cerca di ripristinare un ambiente sano nel fiume".