Name: Ballon-Tag-Montage und Befestigung an Sensorfischkappen
Uploaded: 2023-10-13T12:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Balloon Tag Assembly and Attachment to Sensor Fish Caps at JoVE.com

balloon tag assembly and attachment to sensor fish caps

Optimierung der Montage von Ballon-Tags zur Bergung von Sensorfischen und lebenden Fischen

Hydropower is a significant renewable energy resource worldwide. In the United States, hydropower contributes an estimated 38% or 274 TWh of electricity generated from renewable sources1 and has the potential to add approximately 460 TWh per year2. However, as hydropower development increases, concerns about fish injury and mortality during hydraulic passage have become paramount3. Various mechanisms contribute to fish injuries during passage, including rapid decompression (barotrauma), shear stress, turbulence, strikes, cavitation, and grinding4. Although these injury mechanisms may not have an immediate impact on the overall condition of the fish, they can render them more vulnerable to diseases, fungal infections, parasites, and predation5. Additionally, direct physical injuries resulting from collisions with turbines or other hydraulic structures can lead to significant mortality, emphasizing the importance of mitigating these risks in hydropower development.
One of the most common methods for evaluating fish passage conditions is releasing Sensor Fish and live fish through hydraulic structures6,7. The Sensor Fish is an autonomous device designed to study the physical conditions that fish experience during passage through hydraulic structures, including turbines, spillways, and dam bypass alternatives8,9. Equipped with a 3D accelerometer, 3D gyroscope, temperature sensor, and pressure sensor9, the Sensor Fish provides valuable data on fish passage conditions.
Balloon tags, which are self-inflating balloons attached externally to Sensor Fish and live fish, assist in their recovery after passing through hydraulic structures. The balloon tags consist of dissolvable capsules filled with gas-generating chemicals (e.g., oxalic acid and sodium bicarbonate), a silicone stopper, and a fishing line. Prior to deployment, water is injected through the silicone stopper into the balloon. The water dissolves the vegetable-based capsules, triggering a chemical reaction that produces gas&#160;inflating the balloon. In this neutralization reaction, sodium bicarbonate, a weak base, and oxalic acid, a weak acid, react to form carbon dioxide, water, and sodium oxalate10. The chemical reaction is provided below:
2NaHCO3+ H2C2O4 &#8594; 2CO2 + 2H2O + Na2C2O4
The inflated balloon increases the buoyancy of the Sensor Fish and live fish, enabling them to float on&#160;the water surface for easier recovery.
The number of balloon tags required to achieve flotation and facilitate the retrieval of a sample (e.g., Sensor Fish or live fish) may vary based on the volume and mass characteristics of the sample. The duration of balloon tag inflation can be adjusted by injecting water at different temperatures. Colder water will increase the inflation time, while warmer water will decrease it. Balloon tags have been successfully employed in various locations, including the Farmers Screen, a unique horizontal, flat-plate fish and debris screen structure in Hood River, Oregon11, and a Francis turbine at Nam Ngum Dam in the Lao People&#39;s Democratic Republic12. Another commercially available balloon tag example is the Hi-Z Turb&#39;N Tag13,14. The Hi-Z Turb&#39;N Tag allows inflation time to be adjusted between 2 min and 60 min, depending on the injected water temperature13. This technology has been used in fish studies at many field sites, including studies involving Chinook salmon smolts released at Rocky Reach Dam on the Columbia River and juvenile American shad at Hadley Falls Dam on the Connecticut River15,16. Both technologies utilize acid-base&#160;chemical reactions to inflate the balloon tags for recovery.
This method offers cost-effectiveness and simplicity in manufacturing, with an estimated material cost of only $0.50 per balloon. As described here, the manufacturing process is easy to follow, making balloon tag production accessible to anyone.

Autor im Rampenlicht: Entwicklung kostengünstiger und anpassbarer Ballon-Tags für Fischpassagenstudien 

Ballon-Tag-Herstellungstechnik für die Bergung von Sensorfischen und lebenden Fischen

This research focuses on developing and evaluating cost-effective balloon tags for fish passage studies and hydraulic structures. Our aim is to assess the effectiveness of different balloon tag configurations for the recovery of sensor fish and live fish after they pass through these hydraulic structures. The balloon tag protocol we developed offer a cost effectiveness, customizability, and adjustable inflation times.It is a low-cost solution for large scale studies with limited budgets. It helps to understand the impact of hydraulic structures on fish and can be tailored to different species and environments. We have developed a cost-effective balloon tag manufacturing process.This will enhance our understanding of balloon tag performances under different conditions, enabling tailored testing and facilitating environmental impact assessments for developing and operating fish-friendly hydropower systems.

Watch this Scientific Journal Video about Balloon Tag Assembly and Attachment to Sensor Fish Caps at JoVE.com

Ballon-Tag-Montage und Befestigung an Sensorfischkappen

Um mit der Montage des Ballonanhängers zu beginnen, führen Sie das Piercingwerkzeug vorsichtig in den Silikonstopfen ein. Führen Sie dann das am Stopfen befestigte Piercingwerkzeug in eine 15-Gauge-Spritzennadel ein. Entfernen Sie danach das Piercingwerkzeug vom Silikonstopfen, so dass nur noch die Nadel im Stopper steckt.Schneiden Sie ein sechs Zoll langes Stück von einer 50 Pfund schweren Angelschnur ab. Führen Sie das Angelschnurstück durch die 15-Gauge-Nadel in den Silikonstopfen ein. Während Sie den Stopfen und die Angelschnur zusammenhalten, ziehen Sie die Nadel vorsichtig vom Stopfen zurück und lassen Sie die Angelschnur im Stopfen.Als nächstes werden zwei mit Säure gefüllte Pulverkapseln in einen Latexballon gegeben. Dehnen Sie die Ballonöffnung vorsichtig mit einem Gummiband-Spreizwerkzeug wie einer Kastrationsbandzange aus. Führen Sie dann vorsichtig einen Silikonstopfen in die Ballonöffnung ein und achten Sie darauf, dass die beiden Enden der Angelschnur außerhalb des Ballons bleiben.Setzen Sie zwei O-Ringe auf das Gummiband-Dehnwerkzeug und dehnen Sie diese aus. Schieben Sie den Hals des Latexballons durch die beiden aufgeweiteten O-Ringe. Ziehe die beiden O-Ringe vorsichtig vom Gummiband-Expansionswerkzeug weg und lasse sie fest um den Hals des Ballons gewickelt, mittig auf dem Stopfen.Führen Sie ein Ende der Angelschnur durch eines der kleinen Löcher in der Sensorfischkappe und ziehen Sie es durch das große Loch in der Mitte. Binden Sie beide Enden der Angelschnur zusammen und lassen Sie einen Abstand von 0,5 bis einem Zoll von der Oberseite der Kappe zur Ballonbasis. Halten Sie die zusätzliche Angelschnur befestigt, da sie sich lösen könnte, wenn Sie sie zu nah an einen Knoten schneiden.Die Untersuchung der durchschnittlichen Aufblaszeit von Ballonanhängern mit unterschiedlichen Wassermengen bei zwei verschiedenen Temperaturen ergab, dass das vollständige Aufblasen bei einer Temperatur von 18,3 Grad Celsius schneller auftrat als bei 12,7 Grad Celsius. Eine langsamere Auflösung der Kapseln bei niedrigeren Temperaturen führte zu einem verzögerten Aufblasen. Unter den getesteten Bedingungen zeigten die drei Kapselballon-Tags, die mit fünf Millilitern Wasser bei 18,3 Grad Celsius injiziert wurden, eine gleichbleibende Größe mit einem mittleren Volumen von 114 Kubikzentimetern.Mit 18,3 Grad Celsius zeigten die vier Kapselballon-Tags eine schnellere Startzeit zum Aufblasen. Die vollständigen Aufblaszeiten für die zwei Kapsel- und vier Kapselballon-Tags waren jedoch nahezu identisch. Der Drei-Kapsel-Ballon-Tag begann sich zuerst zu entleeren, gefolgt von den vier Kapseln und schließlich den beiden Kapsel-Ballon-Anhängern.

Research

JoVE Journal

Engineering

Balloon Tag Assembly and Attachment to Sensor Fish Caps

Balloon Tag Manufacturing Technique for Sensor Fish and Live Fish Recovery

Fish may experience injuries and mortality when they pass through hydraulic conveyances at hydropower dams, even if these conveyances are designed to be ...