Utvärdering av funktionen hos fisktrappan i Norrfors under perioden 2013-2020

Den nya fisktrappan i Norrfors togs i bruk 2010 och en första uppföljning gjordes 2012 och 2013. Resultaten från den utvärderingen har tolkats av Miljödomstolen som att det fanns behov att förbättra förutsättningarna för anlockning och passage i fisktrappan. I denna rapport utvärderas effekten av de åtgärder som därefter vidtagits för att förbättra fisktrappans funktion. Detta har undersökts genom att analysera a) anlockning från Laxhoppet till fisktrappan b) anlockning från diffusor till kammartrappa och c) passage genom trappan, både i uppströms och nedströms riktning. Analyserna baserar uteslutande på data från PIT-läsare (Passive Integrated Transponder technology) som registrerat märkt fisk som passerat läsarna i fisktrappan. Merparten av dessa fiskar märktes som smolt. Inga nya data från området kring Laxhoppet har tillkommit pga. laxhälsoproblemen som inverkat menligt på uppvandringen av de laxar som märktes i Obbola under åren 2017-2020. Det innebär att anlockningen från Laxhoppet till fisktrappan endast har utvärderats utifrån den förbättring som erhållits i anlockningen från diffusor till kammartrappa. Anlockningen från diffusorn och kammartrappan har ökat vandringsframgången från Laxhoppet till kammartrappan med ca 20 procentenheter, från 67 till 87 %, dvs med en faktor 1,3. Denna slutsats bygger på antagandet att åtgärden utanför diffusorn, utjämningen av utskovsgolvet, inte haft någon effekt alls. Åtgärden med en mellanvägg med en mindre öppning för att öka anlockningen från diffusor till kammartrappa har haft en tydlig positiv effekt på uppvandringen. Anlockningseffektiviteten från diffusor till kammartrappa borde vara minst 92 %, baserat på resultatet från det år då laxhälsoproblemet var minst påtagligt, vilket ska jämföras med ca 70 % i samband med utvärderingen 2013. Trots hälsoproblemen var uppehållstiden i diffusorn drygt 11 dygn kortare efter åtgärden jämfört med under 2013. Passageeffektiviteten som uppmätts i kammartrappan för märkta lekvandrande laxar har varit över 95 % under flera av åren då laxarna var friska, men betydligt sämre under några av åren då laxarna haft hälsoproblem. Mediantiden för passage har varit under fyra timmar utom 2014 då mediantiden var närmare 8 timmar. Majoriteten av individerna med jojo-beteende gav inte upp vandringen. Däremot leder beteendet till en tidsfördröjning på enstaka dygn till ett par veckor för en del av individerna. Majoriteten av individerna som vände gjorde det uppströms antenn 6, men nedströms fiskräknaren. Passagetiden för nedströmsvandrande vuxna laxar (median 2,8 h) var kortare än för uppströmsvandrande laxar och ingen dödlighet har konstaterats i samband med nedströmsvandring. Passagetiden för nedströmsvandrande smolt var 1,3 dygn (median), och uppvisade större variation mellan individer jämfört med vuxen lax, från några timmar till flera dagar. Dödligheten (predationsförluster orsakade av måsfåglar) för smolt kunde inte skattas på ett tillförlitligt sätt, men de beräkningar som gjorts hamnade i storleksordningen 10-15 %

Effekt av åtgärder i Umeälvens nedre del på leklaxens vandring från älvmynningen till passage av Stornorrfors fisktrappa 2014

Syftet med studien 2014 var att utvärdera effekten på uppströmsvandringen av de åtgärder som gjorts i Umeälvens nedre del sedan 2013. Totalt märktes 94 laxar med aktiva radiosändare och 159 med passiva sändare (PIT) fördelat över fem märkomgångar mellan 11 juni och 16 juli. Nio loggrar med antenner placerades ut på nio strategiskt utvalda ställen längs älven, från Gimonäs till Ekorrsele, för registrering av laxarna med aktiva sändare. Läsare för de passiva märkena fanns i Baggböle (ej fullständig täckning) samt i fisktrappan (sju antennpar). Vandringssäsongen 2014 karaktäriserades av höga flöden från månadsskiftet maj-juni och några veckor in i juni. Efter mitten av juni följde spillflödena utan undantag den planerade spillflödesregimen för säsongen 2014 samtidigt som flödet via kraftverket var betydligt lägre än veckorna innan. Vattentemperaturen var hög från mitten av juli till mitten av augusti, med temperaturer över 24 °C när det var som varmast. I början av säsongen och fram till 20 juli noterades förekomst av sjuka och svampangripna laxar i samband med märkning och uppe i älven. Uppvandringsframgången (Obbola till passage av fisktrappan) var låg om man ser till alla märkgrupper, ca 20 %. Endast några få procent av den första märkgruppen passerade fisktrappan, vilket drog ner den totala vandringsframgången. Om man exkluderar den första märkgruppen vid beräkning av vandringsframgången blev resultatet ca 35 %. Syftet med undersökningen var inte att fastställa vandringsframgången för hela säsongen, men bortfallet ur den första märkgruppen antyder att framgången var mycket låg för den stora mängd vilda laxar som anlände tidigt under säsongen. De specifika frågeställningarna med årets undersökningar och de svar som erhölls på dessa frågor var: 1. Hur påverkas uppvandringen av fisk från sammanflödesområdet till passage av fisktrappan (gamla älvfåran) av kortare men mer frekventa 50 m3 /s spill än de traditionella 50 m3 /s spillen? Mer specifika frågeställningar har varit: a. Hur påverkas anlockningen från sammanflödet till Baggböle? 82 % av laxarna registrerades i sammanflödesområdet och hälften av dessa kom till Baggböleområdet inom 1.8 dygn efter ankomst till sammanflödet. För 25 % av laxarna tog det mer än 4.4 dygn att ta sig till Baggböle. Liksom tidigare år anlockades laxarna på en hög andel spillflöde, främst på spillflöden som utgjorde mer än 10 % av totalflödet. Tiden från märkning till Baggböle var för merparten av laxarna mer än tre dygn kortare än under 2013. Däremot var andelen som kom till Baggböle betydligt lägre, 65 %, under 2014 jämfört med 2013 (88 %). b. Hur påverkas uppehållstiden i Baggböleområdet? Uppehållstiderna i Baggböleområdet innan uppströmspassage var betydligt längre än under 2013, 28.8 jämfört med 6.8 dygn (medianer), troligen pga en kombination av dålig kondition hos laxen och hög vattentemperatur. c. Hur påverkas vandringen från Baggböleområdet till fisktrappans område? Passagen av forsen var överrepresenterad vid 23 m3 /s spill i och med att 87.5 % av individerna passerade Baggböleforsen på 23 m3 /s medan detta spill förekom 73 % av tiden när laxarna befann sig i området. 35-45 % av laxarna i Baggböle registrerades även i fisktrappan, vilket var drygt 20 procentenheter sämre jämfört med 2013 då andelen som tog 4 sig vidare till fisktrappan var ca 65 %. Tänkbara förklaringar till den sämre framgången 2014 torde vara sjukdom och hög vattentemperatur snarare än den ändrade flödesregimen. d. Hur påverkas uppehållstiden i området vid fisktrappan? Mediantiden från första registrering på undervattensantennen inne i diffusorn till första registreringen i kammartrappan var 1.6 dygn, vilket var två dygn snabbare än 2013. 75 % av de radiomärkta laxarna registrerades i fisktrappan inom 4.1 dygn vilket var 10 dygn snabbare än föregående år. Den betydligt kortare anlockningstiden under 2014 kan förklaras av förbättrad anlockningsströmning från kammartrappan, kortare 50 m3 /s spill, samt svårare för laxarna att simma upp mot utskovet med det nya utskovsgolvet. Det går inte att avgöra vilken av dessa faktorer som varit mest bidragande, men experimentet med anlockningsströmningen visade att laxarna anlockades bättre när anlockningsströmmen var som högst. Uppehållstiden räknat från första registrering på antennpar 1 i kammartrappan till passage av fisktrappan var ca 10.5 timmar vilket var ca 1 timme längre än under 2013. e. Hur påverkas uppvandringstiden i kammartrappan? Passagetiden genom hela fisktrappan var ca 8 timmar (median), vilket var 0.5 timmar snabbare än under 2013. De laxar som påbörjar uppvandringen i trappan sent under dagen hinner inte passera innan mörkrets inbrott och ”övernattning” i fisktrappan bidrar till att den beräknade passagetiden blir längre än för de som vandrar upp under dagtid. 2. Går det att få en mer detaljerad bild av vandringsproblemen i Baggböle som kan vara till hjälp för att fatta beslut om eventuella åtgärder i området? Registreringarna på undervattensantennen i poolen uppströms den nedre forsen på södra sidan tyder på att merparten av laxarna passerar nära det området i forsen. När laxarna väl lyckats ta sig upp i forsen tycks det vara få som faller tillbaks nedströms till poolen. Däremot är det oklart hur stor andel av laxarna som försöker ta sig upp i den norra delen av den nedre forsen. Det faktum att merparten av laxarna passerar forsen på 23 m3 /s antyder att ”avvattning” av forsen (till ett omlöp) vid 50 m3 /s spill förväntas ge snabbare uppvandring från området. Laxarna tycks tillbringa relativt kort tid för passage av den övre forsen. 3. Vilken betydelse har nytt utskovsgolv på laxens vandring till och genom fisktrappan? De enda konkreta bevis för att det nya utskovsgolvet hindrade laxarna från att simma upp mot utskovet när det spilldes från B-luckan var observationer av stora mängder lax som positionerade sig i bakvattnet strax uppströms ingången till diffusorn. Den något snabbare uppvandringen från ankomst till området till uppvandring i fisktrappan liksom den något snabbare uppvandringen i själva fisktrappan kan tyda på en positiv effekt av det nya utskovsgolvet. Uppvandringstiderna mellan olika grupper var dock inte helt samstämmig vilket försvårar tolkningarna. 4. Går det att förbättra anlockningen av fisk från diffusorn till kammartrappan genom att ändra anlockningsströmmen? Experimentet med olika anlockningsströmningar från kammartrappan till diffusorn antyder att anlockningen av lax förbättras med högre strömhastighet. Däremot tycks försöken med att skapa vorticitet för att anlocka fisken snarare ge försämrad anlockning, troligen på grund 5 av att halvcylindern som användes för att skapa vorticiteten var ett hinder för fisken när den skulle ta sig vidare upp i kammartrappa

A Contraction Based Solution for the Improvement of Fish Ladder Attraction Flow

A new, potentially cost efficient, concept for improving the attraction flow to a fish ladder has been investigated in a case study. For the upstream migrating Atlantic salmon to reach the fish ladder and by-pass the case study hydropower plant, it must be able to localize the attraction flow where it enters the main flow from the tailrace of the hydropower plant in the so-called confluence area. Here the comparatively small and limited attraction flow from the old river channel must be improved in order to be able compete with the substantially larger main flow. The objective of the present study is to investigate the feasibility of a new concept for further improvement of the attraction flow using guiding walls forming a contraction channel. Field measurements were performed tracing tagged fish in the confluence area downstream of the case study hydropower plant in order to understand the movement pattern of the fish. Based on the results, and results from bathymetry measurements in the same area, a physical scale model was constructed where it was experimentally demonstrated that it is hydraulically feasible to construct guiding walls, forming a contraction, which accelerate the attraction flow and generate a concentrated turbulent jet with a higher velocity, while keeping the flow rate unchanged. The attraction flow penetrates about half-way (70 m) into the main flow and reaches the position where most fish are positioned according to fish position measurements and therefore potentially has a good ability to attract upstream migrating fish. There is no negative impact on the water level in the confluence area and thereby not on electricity production. It was shown that the results can be scaled up to prototype conditions and the strategy can presumably be generalized to similar flow situations, existing at other hydropower plants, allowing for improved upstream fish migration in coexistence with a sound hydropower production

Validation of Francis–Kaplan Turbine Blade Strike Models for Adult and Juvenile Atlantic Salmon (Salmo Salar, L.) and Anadromous Brown Trout (Salmo Trutta, L.) Passing High Head Turbines

The negative effects of hydroelectric power (HEP) on salmonid populations has long been recognized and studied. Downstream passage through turbines may potentially constitute a significant source of mortality for both juvenile and adult fish in regulated rivers. Numerical models have been developed to calculate turbine passage mortality based on the probability of collision with the turbine blades, but although widely used in management and conservation, their performance is rarely validated in terms of the accuracy and bias of the mortality estimates. In this study, we evaluated commonly used blade strike models for Kaplan and Francis turbines by comparing model predictions with observed passage mortalities for juvenile 13-27 cm and adult 52-94 cm Atlantic salmon (Salmo salar, L.) and anadromous brown trout (Salmo trutta, L.) acquired by acoustic telemetry. Predictions made for juveniles aligned closer with observed mortality for both Kaplan and Francis turbines (within 1-3% percentage points). However, the model severely underestimated the mortality of adult fish passing through Francis turbines, with up to 50% percentage points difference between predicted and observed mortalities. Furthermore, the model did not capture a clear negative correlation between mortality and discharge observed for salmon between 50-60 cm (grilse). We concluded that blade strike models are a useful tool for quantifying passage mortality for salmonid smolts passing large, high-head turbines, but that the same models should be used with care when trying to estimate the passage mortality of kelts in iteroparous populations. We also concluded that the major cause of passage mortality for juveniles is injury by collision with the turbine blade, but that other factors seem to contribute substantially to the passage mortality of kelts. Our study reports low mortality for smolts up to 27 cm passing through Kaplan and Francis turbines (0-12%), but high mortality for salmon over 50 cm passing though Francis turbines (56-81%)

Growth variation of Atlantic salmon Salmo salar at sea affects their population-specific reproductive potential

Understanding the processes shaping the dynamics of anadromous fish populations is essential for their management and conservation. Yet, little is known about how variation in performance at sea affects their population dynamics. Here we show that variation in body growth at sea contributes to explaining variation in the reproductive potential for 2 Atlantic salmon Salmo salar populations, but to a varying extent. To this end, we assembled data collected during 50 yr for 2 Baltic salmon populations of hatchery origin, including annually released smolts, survival at sea estimates, size-specific growth at sea, annual length distributions of returning adult females and their reproductive potential. The regression models fitted to explain the reproductive potential of our 2 study populations improved when growth at sea was included as an explanatory variable, in addition to smolt year class abundance and estimates of their survival at sea. This link between body growth at sea and population-level reproductive potential suggests that growth at sea can be important to consider when resolving variation in recovery and dynamics among salmon populations sharing the same sea