सेंसर मछली और लाइव मछली रिकवरी के लिए गुब्बारा टैग विनिर्माण तकनीक
Summary
सेंसर मछली और जीवित मछली को पुनर्प्राप्त करने के लिए गुब्बारा टैग को डिजाइन और निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया जाता है, जिससे हाइड्रोलिक संरचनाओं में उनकी शारीरिक स्थिति और जैविक प्रदर्शन का आकलन किया जा सकता है। विधि गुब्बारे की मात्रा, मुद्रास्फीति / अपस्फीति समय, घटक चयन और इंजेक्शन पानी की विशेषताओं जैसे कारकों पर विचार करके गुब्बारा टैग प्रदर्शन का अनुकूलन करती है।
Abstract
जलविद्युत बांधों में हाइड्रोलिक वाहनों से गुजरने पर मछलियों को चोटों और मृत्यु दर का अनुभव हो सकता है, भले ही इन वाहनों को मछली के अनुकूल बनाया गया हो, जैसे कि डाउनस्ट्रीम बाईपास सिस्टम, संशोधित स्पिलवे और टर्बाइन। हाइड्रोलिक संरचनाओं में मछली मार्ग की स्थिति का अध्ययन करने के लिए उपयोग की जाने वाली मुख्य विधियों में सेंसर मछली प्रौद्योगिकी और जीवित मछली का उपयोग करके प्रत्यक्ष, सीटू परीक्षण शामिल है। सेंसर मछली डेटा मछली मार्ग पर्यावरण में शारीरिक तनाव और उनके स्थानों की पहचान करने में मदद करता है, जबकि जीवित मछली का आकलन चोटों और मृत्यु दर के लिए किया जाता है। गुब्बारा टैग, जो सेंसर मछली और जीवित मछली से बाहरी रूप से जुड़े स्व-फुलाने वाले गुब्बारे हैं, हाइड्रोलिक संरचनाओं से गुजरने के बाद उनकी वसूली में सहायता करते हैं।
यह लेख दो अलग-अलग तापमानों पर ऑक्सालिक एसिड, सोडियम बाइकार्बोनेट पाउडर और पानी के मिश्रण वाले घुलने योग्य, वनस्पति-आधारित कैप्सूल की अलग-अलग संख्या के साथ गुब्बारा टैग के विकास पर केंद्रित है। हमारे शोध ने निर्धारित किया कि तीन कैप्सूल के साथ गुब्बारा टैग, 18.3 डिग्री सेल्सियस पर 5 मिलीलीटर पानी के साथ इंजेक्ट किया गया, लगातार वांछित गुब्बारे की मात्रा हासिल की। इन टैग ों में 1.2 सेमी 3 के मानक विचलन के साथ 114 सेमी3 की औसत मुद्रास्फीति मात्रा थी। 18.3 डिग्री सेल्सियस पर पानी के साथ इंजेक्ट किए गए बैलून टैग के बीच, यह देखा गया कि दो-कैप्सूल बैलून टैग को पूर्ण मुद्रास्फीति तक पहुंचने में सबसे लंबा समय लगा। इसके अलावा, चार-कैप्सूल गुब्बारा टैग ने तेजी से मुद्रास्फीति शुरू होने के समय का प्रदर्शन किया, जबकि तीन-कैप्सूल गुब्बारा टैग ने तेजी से अपस्फीति प्रारंभ समय का प्रदर्शन किया। कुल मिलाकर, यह दृष्टिकोण नई प्रौद्योगिकियों के प्रदर्शन को मान्य करने, टरबाइन डिजाइन में सुधार करने और मछली मार्ग की स्थिति को बढ़ाने के लिए परिचालन निर्णय लेने के लिए प्रभावी साबित होता है। यह अनुसंधान और क्षेत्र मूल्यांकन के लिए एक मूल्यवान उपकरण के रूप में कार्य करता है, हाइड्रोलिक संरचनाओं के डिजाइन और संचालन दोनों के शोधन में सहायता करता है।
Introduction
जल विद्युत दुनिया भर में एक महत्वपूर्ण अक्षय ऊर्जा संसाधन है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, पनबिजलीअक्षय स्रोतों से उत्पन्न बिजली का अनुमानित 38% या 274 TWh का योगदान देता है 1 औरप्रति वर्ष लगभग 460 TWh जोड़ने की क्षमता है। हालांकि, जैसे-जैसे जल विद्युत विकास बढ़ता है, हाइड्रोलिक मार्ग के दौरान मछली की चोट और मृत्यु दर के बारे मेंचिंताएं सर्वोपरि हो गई हैं। विभिन्न तंत्र मार्ग के दौरान मछली की चोटों में योगदान करते हैं, जिसमें तेजी से डीकंप्रेशन (बैरोट्रॉमा), कतरनी तनाव, अशांति, हड़ताल, गुहिकायन और पीसनाशामिल है। यद्यपि इन चोट तंत्रों का मछली की समग्र स्थिति पर तत्काल प्रभाव नहीं हो सकता है, लेकिन वे उन्हें बीमारियों, फंगल संक्रमण, परजीवी और परभक्षणके प्रति अधिक संवेदनशील बना सकते हैं। इसके अतिरिक्त, टर्बाइन या अन्य हाइड्रोलिक संरचनाओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप प्रत्यक्ष शारीरिक चोटें महत्वपूर्ण मृत्यु दर का कारण बन सकती हैं, जो जल विद्युत विकास में इन जोखिमों को कम करने के महत्व पर जोर देती हैं।
मछली मार्ग की स्थिति का मूल्यांकन करने के लिए सबसे आम तरीकों में से एक हाइड्रोलिक संरचनाओं 6,7 के माध्यम से सेंसर मछली और जीवित मछली जारी करना है। सेंसर फिश एक स्वायत्त उपकरण है जो भौतिक स्थितियों का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो मछली हाइड्रोलिक संरचनाओं के माध्यम से पारित होने के दौरान अनुभव करती है, जिसमें टर्बाइन, स्पिलवे और बांध बाईपास विकल्प 8,9 शामिल हैं। 3 डी एक्सेलेरोमीटर, 3 डी जायरोस्कोप, तापमान सेंसर और दबाव सेंसर9 से लैस, सेंसर फिश मछली मार्ग स्थितियों पर मूल्यवान डेटा प्रदान करता है।
गुब्बारा टैग, जो सेंसर मछली और जीवित मछली से बाहरी रूप से जुड़े स्व-फुलाने वाले गुब्बारे हैं, हाइड्रोलिक संरचनाओं से गुजरने के बाद उनकी वसूली में सहायता करते हैं। गुब्बारे टैग में गैस पैदा करने वाले रसायनों (जैसे, ऑक्सालिक एसिड और सोडियम बाइकार्बोनेट), एक सिलिकॉन स्टॉपर और एक मछली पकड़ने की रेखा से भरे विघटित कैप्सूल होते हैं। तैनाती से पहले, गुब्बारे में सिलिकॉन स्टॉपर के माध्यम से पानी इंजेक्ट किया जाता है। पानी वनस्पति आधारित कैप्सूल को भंग कर देता है, जिससे एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू होती है जो गुब्बारे को फुलाने वाली गैस पैदा करती है। इस न्यूट्रलाइजेशन प्रतिक्रिया में, सोडियम बाइकार्बोनेट, एक कमजोर आधार, और ऑक्सालिक एसिड, एक कमजोर एसिड, कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और सोडियम ऑक्सालेट10 बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं। रासायनिक प्रतिक्रिया नीचे दी गई है:
2NaHCO3 + H 2 C2O 4 → 2CO 2 + 2H2O + Na 2 C2O4
फुलाया हुआ गुब्बारा सेंसर मछली और जीवित मछली की उछाल को बढ़ाता है, जिससे उन्हें आसानी से वसूली के लिए पानी की सतह पर तैरने में सक्षम बनाया जाता है।
प्लवनशीलता प्राप्त करने और एक नमूने की पुनर्प्राप्ति की सुविधा के लिए आवश्यक गुब्बारा टैग की संख्या (जैसे, सेंसर मछली या जीवित मछली) नमूने की मात्रा और द्रव्यमान विशेषताओं के आधार पर भिन्न हो सकती है। बैलून टैग मुद्रास्फीति की अवधि को विभिन्न तापमानों पर पानी इंजेक्ट करके समायोजित किया जा सकता है। ठंडा पानी मुद्रास्फीति के समय को बढ़ाएगा, जबकि गर्म पानी इसे कम कर देगा। बैलून टैग को विभिन्न स्थानों पर सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है, जिसमें फार्मर्स स्क्रीन, हूड रिवर, ओरेगन11 में एक अद्वितीय क्षैतिज, फ्लैट-प्लेट मछली और मलबे स्क्रीन संरचना और लाओ पीपुल्स डेमोक्रेटिक रिपब्लिक12 में नाम नगुम बांध में एक फ्रांसिस टरबाइन शामिल हैं। एक और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध गुब्बारा टैग उदाहरण हाई-जेड टर्ब’एन टैग13,14 है। हाई-जेड टर्ब’एन टैग इंजेक्ट किए गए पानी के तापमान13 के आधार पर मुद्रास्फीति के समय को 2 मिनट और 60 मिनट के बीच समायोजित करने की अनुमति देता है। इस तकनीक का उपयोग कई क्षेत्र स्थलों पर मछली के अध्ययन में किया गया है, जिसमें कोलंबिया नदी पर रॉकी रीच बांध में जारी चिनूक सैल्मन स्मोल्ट ्स और कनेक्टिकट नदी15,16 पर हैडली फॉल्स डैम में किशोर अमेरिकी शाद शामिल हैं। दोनों प्रौद्योगिकियां वसूली के लिए गुब्बारा टैग को फुलाने के लिए एसिड-बेस रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करती हैं।
यह विधि विनिर्माण में लागत-प्रभावशीलता और सादगी प्रदान करती है, जिसमें केवल $ 0.50 प्रति गुब्बारे की अनुमानित सामग्री लागत होती है। जैसा कि यहां वर्णित है, विनिर्माण प्रक्रिया का पालन करना आसान है, जिससे गुब्बारा टैग उत्पादन किसी के लिए भी सुलभ हो जाता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि 18.3 डिग्री सेल्सियस पर 5 एमएल पानी के साथ इंजेक्ट किए गए तीन-कैप्सूल बैलून टैग में दो-कैप्सूल और चार-कैप्सूल बैलून टैग की तुलना में धीमी शुरुआत मुद्रास्फीति समय और लगातार ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन को अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) जल शक्ति प्रौद्योगिकी कार्यालय द्वारा वित्त पोषित किया गया था। प्रयोगशाला अध्ययन प्रशांत नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी में आयोजित किए गए थे, जो अनुबंध डीई-एसी 05-76आरएल01830 के तहत डीओई के लिए बैटेले द्वारा संचालित है।
Materials
| 3D Printed Silicone Stopper Plate | NA | NA | |
| ARC800 Sensor Fish | ATS | NA | |
| FDM 3D printer | NA | NA | |
| Manual Capsule Filler Machine CN-400CL (Size #3) | Capsulcn | NA | |
| Mold Star 15 SLOW | Smooth-On | NA | |
| Oil-Resistant Buna-N O-Ring | McMaster-Carr | SN: 9262K141 | |
| Oxalic Acid, 98%, Anhydrous Powder (C2H2O4) | Thermo Scientific | CAS: 144-62-7 | |
| Rubber Band Expansion Tool | iplusmile | NA | |
| Separated Vegetable Cellulose Capsules (Size #3) | Capsule Connection | NA | |
| Smiley Face YoYo Latex balloon | YoYo Balloons, Etc. | NA | |
| Sodium Bicarbonate Powder (CHNaO3) | Sigma | CAS: 144-55-8 | |
| Spectra Fiber Braided Fishing Line (50 lbs.) | Power Pro | NA |
References
- Uria-Martinez, R., et al. U.S. Hydropower Market Report. Oak Ridge National Laboratory. , (2021).
- Kao, S., et al. New stream-reach development: a comprehensive assessment of hydropower energy potential in the United States. Oak Ridge National Laboratory. , (2014).
- Martinez, J. J., Deng, Z. D., Mueller, R., Titzler, S. In situ characterization of the biological performance of a Francis turbine retrofitted with a modular guide vane. Applied Energy. 276, 115492 (2020).
- Čada, G. l. e. n. n. . F. The development of advanced hydroelectric turbines to improve fish passage survival. Fisheries. 26, 14-23 (2001).
- Tuononen, E. I., Cooke, S. J., Timusk, E. R., Smokorowski, K. E. Extent of injury and mortality arising from entrainment of fish through a Very Low Head hydropower turbine in central Ontario, Canada. Hydrobiologia. 849, 407-420 (2020).
- Deng, Z., Carlson, T. J., Duncan, J. P., Richmond, M. C., Dauble, D. D. Use of an autonomous sensor to evaluate the biological performance of the advanced turbine at Wanapum Dam. Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2, 053104 (2010).
- Martinez, J. J., et al. Hydraulic and biological characterization of a large Kaplan turbine. Renewable energy. 131, 240-249 (2019).
- Zhiqun Deng, , et al. Six-degree-of-freedom sensor fish design and instrumentation. 7, 3399-3415 (2007).
- Deng, Z. D., et al. Design and implementation of a new autonomous sensor fish to support advanced hydropower development. Review of Scientific Instruments. 85, 115001 (2014).
- Deng, Y., Jia, Y., Haoran, L. Effects of ionicity and chain structure on the physicochemical properties of protic ionic liquids. AIChE Journal. 66 (10), e16982 (2020).
- Salalila, A., Deng, Z. D., Martinez, J. J., Lu, J., Baumgartner, L. J. Evaluation of a fish-friendly self-cleaning horizontal irrigation screen using autonomous sensors. Marine and Freshwater Research. 70, 1274-1283 (2019).
- Martinez, J., et al. In situ characterization of turbine hydraulic environment to support development of fish-friendly hydropower guidelines in the lower Mekong River region. Ecological engineering. 133, 88-97 (2019).
- Heisey, P. G., Mathur, D., D’Allesandro, L. A new technique for assessing fish passage survival at hydro power stations. International Atomic Energy Agency. , (1993).
- Heisey, P. G., Mathur, D., Rineer, T. A reliable tag-recapture technique for estimating turbine passage survival: application to young-of-the-year American shad (Alosa sapidissima). Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 49 (9), 1826-1834 (1992).
- Mathur, D., Heisey, P. G., Euston, E. T., Skalski, J. R., Hays, S. Turbine passage survival estimation for chinook salmon smolts (Oncorhynchus tshawytscha) at a large dam on the Columbia River. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 53 (3), 542-549 (1996).
- Mathur, D., Heisey, P. G., Robinson, D. A. Turbine-passage mortality of juvenile American shad at a low-head hydroelectric dam. Transactions of the American Fisheries Society. 123 (1), 108-111 (1994).
- Watson, S., et al. Safe passage of American Eels through a novel hydropower turbine. Transactions of the American Fisheries Society. 151, 711-724 (2022).
- Al-Tabakha, M. o. a. w. i. a. . M., et al. Influence of capsule shell composition on the performance indicators of hypromellose capsule in comparison to hard gelatin capsules. Drug Development and Industrial Pharmacy. 41 (10), 1726-1737 (2015).
- . Hydropower Vision. U.S. Department of Energy. , (2016).
- Duncan, J. o. a. n. n. e. . P., et al. Physical and ecological evaluation of a fish-friendly surface spillway. Ecological Engineering. 110, 107-116 (2018).
- Trumbo, B. r. a. d. l. y. . A., et al. Improving hydroturbine pressures to enhance salmon passage survival and recovery. Reviews in fish biology and fisheries. 24, 955-965 (2014).
- Pohanish, R. P. . Sittig’s handbook of toxic and hazardous chemicals and carcinogens. , (2017).
- U.S. Food and Drug Administration. . CFR – Code of Federal Regulations Title 21. , (1994).
