Оптимальный водный поток в культуральных бассейнах имеет ключевое значение для роста и благополучия рыбы. В статье приведены эмпирические данные скорости вращения воды и ее качества в цилиндрических и восьмиугольных бассейнах. Рассмотрены две реальные коммерческие фермы по производству смолта с приблизительной продуктивностью 1000 и 1300 тонн смолта в год. В присутствии рыбы, плотность посадки в исследованиях с двумя цилиндрическими бассейнами составила на ферме 1 – 35 и 48 кг/м³, и с четырьмя восьмиугольными бассейнами на ферме 2 – 54. 74, 58 и 64 кг/м³, соответственно.

Работа включала два предмета исследования. Во-первых, изучали влияние биомассы на распределение скорости, при этом выполняли повторные измерения в пустых бассейнах при аналогичных режимах водного потока. Во-вторых, влияние условий работы на качество воды изучали путем сбора и анализа образцов воды на входе и на выходе из системы. Все бассейны имели относительно однородные скорости водного потока в вертикальном профиле, что определили при взятии образцов в радиальном положении. В присутствии рыбы, максимальная (40 см/сек) и минимальная (25-26 см/сек) скорости вращения воды схожи во всех бассейнах и соответствуют оптимальной скорости плавания, рекомендованной для смолта Атлантического лосося, т.е. 1-1.5 длины тела в секунду.

Рыба на 25% снижает скорость водного потока в бассейне по сравнению с пустым бассейном. Модель водного потока менялась в присутствии рыбы. Передвижение рыб являлось основным источником  турбулентности и нелинейности. Операторы и производители бассейнов могут оптимизировать условия поступления воды для достижения подходящей ротационной скорости потока в бассейне, невзирая на широкую вариабельность размеров бассейна, времени удержания воды и расположение узлов отвода воды.

Кроме того, также замеряли профиль растворенного кислорода вдоль диаметральной плоскости через центр восьмиугольного бассейна. Этот профиль четко коррелировал со скоростью водного потока. Все бассейны работали в интенсивных условиях с поступлением кислорода в концентрации 7.4-10.4 мг/л. Уровень потребления кислорода удваивался с возрастанием концентрации TSS с 3.0 мг/л (0.3 кг O₂/кг корма) до 10-12 мг/л (0.7 кг O₂/кг корма). Улучшение контроля за концентрация взвешенных частиц (TSS) способствует существенному снижению потребления кислорода и продукции углекислого газа.

1. Введение

Аквакультура проявляет растущий интерес к установкам замкнутого водоснабжения (УЗВ; Verdegem et al., 2006; Martins et al., 2010; Dalsgaard et al., 2013; Summerfelt et al., 2016). Эти системы имеют ограниченную связь с окружающей средой, они задерживают до 98% загрязнений от рыб (Chen et al., 2002; Summerfelt and Vinci, 2008). УЗВ позволяет лучше контролировать среду культивирования, чем садки в море, препятствует проникновению паразитов и позволяет полностью использовать питательные вещества (Summerfelt et al., 2016). С 2012 года, когда Норвежское министерство рыболовства позволило хозяйствам производить более крупного смолта до 1000 граммов в бассейнах на суше или в море, участники индустрии инвестировали или рассматривали удобное время инвестирования в мощности для выращивания пост-смолта (Hagspiel et al., 2018). И, за последние пять лет, рыбоводы значительно расширили использование УЗВ для выращивания смолта и пост-смолта Атлантического лосося (Summerfelt et al., 2016).

Бассейны для этого обычно крупные (500-3300 м³ на бассейн) и работают с относительно коротким временем гидравлического удержания (HRT). Это снижает нагрузку продуктами метаболизма за единицу объема и повышает качество воды по сравнению с бассейнами, значение HRT которых более высокое. Однако гидродинамика крупных бассейнов в большей степени подвержена турбулентности, которая преобладает в крупных цилиндрических и восьмиугольных бассейнах. Отметим, что восьмиугольные бассейны, подобно цилиндрическим, имеют преимущества, потому что они более компактно группируются вместе, экономят место, могут иметь общие стенки и, следовательно, экономят строительный материал. Кроме того, они  обладают аналогичными с цилиндрическими бассейнами гидродинамическими преимуществами и недостатками, связанными с ротационными потоками и перемешиванием воды.

Эффекты свободной поверхности и турбулентности от перемешивания воздуха и воды также ведут к неопределенности внутренних перемещений водного потока. Продолжительное и нелинейное взаимодействие течений воды и биомассой рыб становится другим источником неоднородности водного потока в бассейне. Одним из эффектов турбулентности в бассейне с рыбой является улучшение перемешивания, что приводит к изменчивости скоростей водного профиля и сопротивления циркуляции потока (Lunger et al., 2006; Masalo et al., 2008; Plew et al., 2015). Оптимизация среды культурального бассейна важна для достижения успеха выращивания рыбы, потому что основу капитальных затрат составляют бассейны, помещение, кормораздатчики, датчики кислорода, переключатели потока или уровня, тогда как переменные затраты включают приобретение рыбы, корма, трудозатраты, лечение, расходные материалы на мониторинг качества воды (Timmons et al., 1998; Davidson and Summerfelt, 2004).

Благополучие культурного Атлантического лосося зависит от накопления и распределения растворенного кислорода (DO) и метаболитов рыб, аммиака, углекислого газа, фекалий и несъеденного корма (Clingerman et al., 2007, Thorarensen and Farrell, 2011; Fivelstad, 2013; Kolarevic et al., 2013; Terjesen et al., 2013; Becke et al., 2017). Объемы производства, скорость водообмена и накопление озвученных веществ в среде культивирования зависят от нескольких факторов, включающих биомассу, режим кормления рыб, объем водообмена, время гидравлического удержания, размер биологических частиц и специфическая сила тяжести, эффективность фильтрации воды и разнообразные физико-химические и гидродинамические взаимодействия между твердыми частицами и водным потоком. Кроме того, двигательная активность рыб влияет на качество воды (Clingerman et al., 2007; Espmark and Baeverfjord, 2009; Davidson et al., 2011b; Good et al., 2018, 2014; Remen et al., 2016). Отсюда, скорость водного потока, концентрация растворенного кислорода и углекислого газа влияют на распределение рыб, их поведение и характеристики цилиндрических и восьмиугольных бассейнов.

В статье описано, каким образом распределяется ротационная скорость водного потока и качество воды по всему объему крупных коммерческих бассейнов для выращивания смолта лосося. Материал поможет рыбоводам и инженерам улучшить гидродинамические характеристики бассейнов, что в долгосрочной перспективе улучшит здоровье и физическое состояние рыбы. Приведены эмпирические данные с двух коммерческих УЗВ ферм, где выращивают смолта лосося. Особое внимание уделено измерению скорости водного потока и профилю растворенного кислорода (когда возможно) вдоль диаметральной плоскости, проходящей через центр бассейна. Также определили качество поступающей и выходящей из системы воды.

2. Материалы и методы

2.1. Описание эксперимента

На основе данных, собранных Summerfelt et al. (2016), в данной работе рассматривали культуральные бассейны с ферм по выращиванию смолта. Посещали две коммерческие фермы и в процессе их работы измеряли скорость водного потока и профили растворенного кислорода в бассейнах. Первая ферма располагалась в северной Норвегии, а вторая в северо-западной Норвегии. В таблице 1 приведены измеренные параметры. Детальное описание бассейнов и условий выращивания приведены ниже.

Таблица 1. Схема эксперимента. Показаны проведенные измерения в бассейнах на двух фермах. Образцы воды брали во всех бассейнах, но регистрацию скорость и растворенного кислорода проводили только в некоторых

		Ферма 1		Ферма 2
		Бассейн 1	Бассейн 2	Бассейн 1	Бассейн 2	Бассейн 3	Бассейн 4
Скорость	без рыб	*	*	*	*
	с рыбой		*	*
Кислород				*	*
Качество воды		*	*	*	*	*	*

2.1.1. Ферма 1: северная Норвегия

Эта ферма включала цилиндрические бассейны двух размеров; бассейн 1 имел 12 метров в диаметре, обеспечивающие объем 368 м³, бассейн 2 имел диаметр 16 метров и обеспечивает объем 653 м³. Общая продуктивность фермы составила 1000 тонн в год. Высота всех бассейнов составила 4 метра, а уровень воды – 3.25 метра. В каждый бассейн поступала вода из двух вертикально расположенных труб. Эти трубы располагались ассиметрично, как показано на рисунке 1. Каждый бассейн имел центральный донный дренаж (80 см в диаметре) с экраном от попадания рыбы, который можно поднять на платформу для удаления мертвой рыбы. В ходе измерения параметров бассейны первого и второго типа включали биомассу 13031 кг (35 кг/м³)  31215 кг (48 кг/м³), соответственно. Кроме того, дорожки охватывали только половину диаметра бассейнов, поэтому профили скоростей водного потока измеряли лишь на половине диаметральной плоскости. Профили концентраций растворенного кислорода на этой ферме не измеряли. Для оценки влияния биомассы на распределение скорости водного потока, в крупном бассейне измерение проводили дважды, в присутствии и отсутствии рыбы.

2.1.2. Ферма 2: северо-западная Норвегия

При размещении аквакультуры на суше одним из критериев является экономия пространства. В этом плане, восьмиугольные бассейны иногда используют вместо цилиндрических бассейнов, потому что они при сохранении аналогичных гидродинамических преимуществ экономят пространство вплоть до 15%. Восьмиугольные бассейны размещали на ферме 2, одной из крупнейших УЗВ ферм по выращиванию смолта Атлантического лосося в мире. Общая производительность составляла 1300 тонн, т.е. ежегодно 7.5 млн. смолта массой 180 граммов. Технология обработки воды позволяет вторично использовать более 99% всего объема воды и примерно 1% объема обновляется для контроля уровня нитратов. Этот 1% объема обновляемой воды типичен для ферм УЗВ в северной Европе (Terjesen et al., 2013). Измерения скорости водного потока и параметров качества воды проводили в четырех бассейнах объемом 788 м³. Хотя геометрическая форма бассейнов одинакова, особенности биомассы и условия управления были различными (Таблица 2), поэтому модели водного потока и параметры качества воды отличались. Скорость водного потока в бассейнах варьировала от 0.21 до 0.26 м³/сек, тогда как число и масса рыб в каждом бассейне варьировало от 184000 до 300000 и 162 до 250 граммов, соответственно. Во время взятия образцов рыбу кормили из расчета 480-500 кг в день, но при втором визите и взятие образцов из других двух бассейнов от кормления воздержались.

Таблица 2. Операционные условия УЗВ во время проведения эксперимента. На ферме 1 бассейны цилиндрические, но отличаются по размеру, тогда как на ферме 2 они восьмиугольные одинакового размера 788 м³

	Ферма 1		Ферма 2
Параметр	Бассейн 1	Бассейн 2	Бассейн 1	Бассейн 2	Бассейн 3	Бассейн 4
Форма	Цилиндрический		Восьмиугольный
Объем, м3	368,0	653,0	788,0
Диаметр/высота	3,7	4,9	3,6
Поток воды, м3/мин)	16,9	15,6	15,8	12,3	15,8	13,0
HRT, мин	22,0	42,0	50,0	64,0	50,0	61,0
Количество рыбы	117609,0	264208,0	197544,0	299898,0	184118,0	312559,0
Средняя масса, г	111,0	118,0	215,0	195,0	250,0	162,0
Кормление, кг/день	230,0	378,0	Ускоряли во время измерений. Последнее — 268	500,0	Ускоряли во время измерений. Последнее — 287	480,0
Кормление/течение, г/м3	9,4	17,0	12,0	28,0	13,0	26,0

Высота бассейнов составляла 4.2 метра, а уровень воды – 3.9 метра. Все бассейны оборудованы двумя трубами поступления воды диаметром 46 см. Каждая труба поступления воды имеет 11 насадок диаметром 9 см, которые при взгляде сверху создают по часовой стрелке эффективный поток. Поток воды ассиметричен линии измерений. Мертвая рыба с током воды покидает бассейн через четыре трубы с отверстиями около центра дна (Рисунок 2); мертвая рыба поднимается по вертикальным трубам с  током воды и накапливаются на решетках, расположенных сверху центрального дренажа, тогда как вода направляется в вертикальную трубу диаметром 90 см через перелив из бассейна. Дорожка над каждым бассейном проходит рядом с центром бассейна, что позволяет работнику удалять мертвую рыбу из решетки. Дорожка также дает возможность измерить скорость водного потока и концентрацию растворенного кислорода в отдельных точках вертикального профиля, проходящего через центр бассейна. Однако, возможности измерения ограничены диаметральной плоскостью бассейна, тянущейся вдоль дорожки. В таблице 2 приведены условия культивирования в бассейнах на обеих фермах во время сбора образцов.

2.2. Инструменты и анализ

Водный поток через входную трубу измеряли с помощью ультразвукового расходомера Portaflow 300  (Micronics Ltd., Бакингемшир, Великобритания). Ротационную скорость измеряли с использованием акустического доплеровского велоциметра Nortek (Nortek AS, Вангкрокен, Норвегия), который регистрировал мгновенные векторы скорости локального потока. Ранее, несколько исследовательских групп регистрировали скорость воды приборами на основе эффекта Доплера (Davidson and Summerfelt, 2005, Masalo et al., 2008). Датчик инструмента включает бистатическую акустическую систему, которая излучает короткие акустические импульсы с частотой 6 МГц. Три преобразователя располагаются вокруг передатчика под азимутальными интервалами 120 градусов и принимают эхо, которое в модуле подвергается цифровой обработке для определения Доплеровского смещения. Этот модуль автономный компонент, имеет малую мощность, предназначен для подводного применения. Система приема сигнала предназначена для перевода аналогового сигнала в цифровой через RS232 порт. Частота дискретизации может варьировать в диапазоне 1-64 Гц. Хотя частоту дискретизации нужно подбирать под конкретные периоды и потоки воды, в зависимости от интенсивности турбулентности. Частота дискретизации менее 32 Гц не влияет на качество измерений. В некоторых случаях, частота дискретизации менее 4 Гц снижала качество измерений. В большинстве измерений выбирали значения 8 или 16 Гц, которые создают корреляцию более 90% и отношение сигнал-шум более 45 дБ. Во всех тестах регистрацию компонентов скорости в продольном (u), латеральном (v) и вертикальном (w) направлениях проводили в течение 120 секунд. Собранные данные обрабатывали в программе ExploreV (Nortek AS, Вангкрокен, Норвегия) для анализа стационарных и переходных процессов. Регистрацию профиля растворенного кислорода (DO) на ферме 2 проводили гальваническим зондом с мембранным покрытием OxyGuard, но логистические проблемы помешали его использованию на ферме 1.

Помимо измерения профилей скорости водного потока, с помощью различных датчиков и аналитических методов определяли концентрацию растворенного кислорода, углекислого газа, аммонийного азота, нитрит азота, нитрат азота, электропроводность, pH, TSS, щелочность. На ферме 1 на входе и на выходе из каждого бассейна брали три пробы, тогда как на ферме 2 брали по четыре пробы. В таблице 3 приведены значения измеренных параметров на двух фермах и использованные методы. Максимальная погрешность измерений для зонда Oxyguard, Franatech CO₂ и электрода WTW ph составляет ± 1%, ± 10% и ± 0.03%, соответственно. Все инструменты калибровали и проверяли стандартными растворами.

3. Результаты

3.1. Ферма 1: Цилиндрические бассейны в северной Норвегии

Скорость водного потока можно было измерить только в области перекрытия половины бассейна. Поэтому, контурные графики демонстрируют распределение скорости от центра бассейна (левый конец графика) к стенке (правый конец графика). Результаты для большого и маленького бассейнов приведены отдельно.

3.1.1. Бассейн 1 (объем 368 м³)

Как упоминалось ранее, трубы поступления воды располагаются ассиметрично, поэтому водный поток несимметричный. На рисунке 3 приведены точки измерения на диаметральной плоскости бассейна. Скорость, измеренная в этих 5х3 точках, интерполирована через плоскости, и результирующая область представлена на рисунке 4. Отмечалось неуклонное возрастание скорости, от 33 см/сек около центра бассейна, до 40 см/сек в радиальном положении в 2 метрах от центра бассейна. Затем ротационная скорость воды снижалась до 35 см/сек в радиальном положении в 4 метрах от центра бассейна. Область около стенки бассейна характеризовалась сложным профилем скоростей. От поверхности до дна бассейна минимальная скорость отмечена в срединной области. Причинами этого несоответствия, вероятно, являются нелинейное распределение скорости и/или рыб.

При времени гидравлического удержания 22 минуты максимальная нагрузка кормом в бассейне 1 составила в среднем 9.4 граммов корма на кубический метр водного потока ежедневно (Таблица 3). Концентрации DO, CO₂, TSS на выходе из бассейна 1 составили 9.1 ± 0.3 мг/л, 16.4 ± 1.4 мг/л, и 10.0 ± 0.4 мг/л, соответственно (Таблица 4). При относительно умеренной нагрузке кормом 9.6 граммов корма на кубический метр водного потока зарегистрированное потребление растворенного кислорода составило 7.4 мг/л, как разница значений DO в поступающей и уходящей воде. Предполагая квазистационарные условия, оценка баланса масс указывает на то, что рыба и биологическое потребности кислорода в воде (BOD) нуждаются в 0.8 кг кислорода на каждый килограмм потребленного корма. Отсюда, средний расход 7.4 мг/л растворенного кислорода при прохождении воды через бассейн. В УЗВ для смолта не установлен допустимый предел углекислого газа. Известно, что содержание взрослого лосося в УЗВ с высокой щелочностью концентрация CO₂ 20 мг/л при сравнении с 10 мг/л не оказывает негативных эффектов (Davidson et al., 2011a; Good et al., 2018). Поэтому, УЗВ в данной работе имела безопасные уровни растворенного кислорода и углекислого газа на выходе из бассейна 1. Стоит отметить, что Fivelstad et al. (2015) докладывал об отсутствии негативных эффектов для Атлантического лосося концентрации углекислого газа менее 15 мг/л в проточной пресноводной системе культивирования (не УЗВ), однако рост лосося незначительно снижался при возрастании углекислого газа до 15-20 мг/л. Автор предупреждает о более существенном снижении роста рыбы при возрастании концентрации углекислого газа. Кроме того, концентрация TAN в выходящей воде в бассейнах 1 и 2 составили в среднем 0.88 ± 0.01 и 2.19 ± 0.06 мг/л. Концентрация нитрит азота в выходящей воде более низкая в бассейне 1, чем в бассейне 2, 0.26 ± 0.01 мг/л против 0.79 ± 0.56 мг/л, соответственно (Таблица 4). Различия концентраций TAN и NO₂-N в выходящем водном потоке каждого бассейна свидетельствует об особенных характеристиках биологических фильтров разных УЗВ.

Таблица 3. Список регистрируемых параметров качества воды и методы

Параметр	Метод	Место регистрации
Поток воды	Расходомер Portaflow 300  (Micronics Ltd., Бакингемшир, Великобритания)	трубы поступления воды
Скорость течения	Акустический доплеровский велоциметр Nortek, Nortek AS, Вангкрокен, Норвегия	определенные точки на центральной вертикальной плоскости
Растворенный кислород	DO Handy Polaris, OxyGuard, Дания
Растворенный углекислый газ	Датчик растворенного CO2, Franatech, Германия	определенные точки на центральной вертикальной плоскости на участке поступления воды и ухода
Элетропроводность, pH	pH электрод Sentix 980, WTW, Германия
TSS	Метод 2540 D (TSS высушивают при 103-105 C)
Щелочность	Метод 8203, цифровой титратор, Hach, США
NO2-N/NO3-N/TAN	Метод 350.1, автоматический анализатор, Flow Solution IV, OI Analytical, США

3.1.2. Бассейн 2 (объем 653 м³)

Бассейн 2 объемом 653 м³ имел радиус 8 метров. Регистрировали скорость водного потока в семи различных положениях вдоль одной радиальной оси и трех точках на различной глубине (Рисунок 5). Соответствующая магнитуда скорости водного потока в бассейне приведена на рисунке 6a в присутствии рыбы и на рисунке 6b в отсутствии рыбы. Скорости в обоих случаях снижаются при регистрации от стенки к промежуточному радиальному положению (4 метра), затем возрастала до максимальных значений в положении 1.5-2.0 метра от центра бассейна. Максимальная скорость существенно выше в отсутствии рыб (47 см/сек), чем в присутствии (34 см/сек). Минимальная скорость отмечена около центра бассейна, в радиусе 0.15 метра и чуть выше решетки удаления рыб около донного дренажа. Снижение скорости около центра более резкое в присутствии рыб. Кроме того, бассейн с рыбой имел более однородный профиль скорости водного потока, чем бассейн без рыб. Стоит отметить, что скорости в крупном бассейне со временем гидравлического удержания (HRT) 42 минуты имели схожую магнитуду, что и скорости в бассейне 1, когда присутствовала рыба. Однако HRT в бассейне 1 составило 22 минуты.

Максимальная кумулятивная нагрузка кормом в бассейне 2 при HRT 42 минуты составила в среднем 17 граммов на м³ водного потока. Концентрация DO, CO₂, TSS в выходящей воде составили 8.6 ± 0.2 мг/л, 18.6 ± 1.0 мг/л и 12.1 ± 4.0 мг/л, соответственно (Таблица 4). Максимальная кумулятивная нагрузка кормом в бассейне обуславливает потребление 10.4 мг/л кислорода. Предполагая квазистационарные условия, оценка баланса масс указывает на то, что рыба и биологическое потребности кислорода в воде (BOD) нуждаются в 0.61 кг кислорода на каждый килограмм потребленного корма. Хотя уровень растворенного кислорода был безопасным, концентрация CO₂ находилась на верхней точке допустимого безопасного уровня, как отмечено выше.

Таблица 4. Измерения параметров качества воды (среднее ± стандартное отклонение) на участке поступления и выхода воды в бассейнах на ферме 1

	Бассейн 1 (368 м3)		Бассейн 2 (653 м3)
	Поступление	Выход	Поступление	Выход
O2, мг/л	16,5 ± 1,3	9,1 ± 0,3	19,0 ± 1,7	8,6 ± 0,2
CO2, мг/л	8,0 ± 1,8	16,4 ± 1,4	13,1 ± 1,6	18,6 ± 1,0
Электропроводность	5,1 ± 0	5,1 ± 0	17,3 ± 0	17,3 ± 0
pH	7,16 ± 0,03	6,87 ± 0,04	7,33 ± 0,04	7,13 ± 0,02
TSS, мг/л	9,9 ± 0,2	10,0 ± 0,4	9,8 ± 1,5	12,1 ± 4,0
Щелочность, мг/л	71 ± 19	81 ± 5	197 ± 5	205 ± 2
NO2-N, мг/л	0,26 ± 0	0,26 ± 0,01	1,0 ± 0,11	0,79 ± 0,56
NO3-N, мг/л	15 ± 2	17 ± 0	41 ± 1	42 ± 1
TAN, мг/л	0,61 ± 0,04	0,88 ± 0,01	1,67 ± 0,15	2,19 ± 0,06

3.2. Ферма 2: восьмиугольные бассейны в северо-западной Норвегии

3.2.1. Влияние биомассы на скорость водного потока в бассейне 1

Хотя средняя скорость является параметром, используемым в расчетах силы импульса, распределение скоростей в культуральном бассейне важно, потому что от стенок к центру возникает значительный градиент. Этот градиент играет важную роль в распределении параметров качества воды и, следовательно, поведении рыб. На рисунке 7 представлены точки регистрации на вертикальной плоскости около центра бассейна. Измерение параметров проводили велосиметром и зондом DO. Эти точки 14х3 использовали для построения распределения скоростей водного потока в плоскости.

Результирующие скорости на плоскости изображены на рисунке 8a и 8b для бассейна 1 в отсутствии и присутствии рыб, соответственно. Когда бассейн функционирует в присутствии биомассы, минимальная скорость составляет около 20 см/сек около стенок, тогда как в радиусе 2 метров от центра скорость в два раза больше. Всасывающая действие вертикальных выходных труб около дна бассейна затягивает поток воды, что повышает скорость в этой области. Такой паттерн водного потока обуславливает хорошее перемешивание и высокую скорость около центрального дренажа. Существенное возрастание магнитуды скорости от стенок к центру приводит к возрастанию водного потока и снижению времени гидравлического удержания (HRT). Интересно, что в отсутствии биомассы максимальная и минимальная ротационные скорости зарегистрированы по периметру бассейна (у стенок) и в центре, соответственно. Это обратная ситуация в сравнении работой бассейна в присутствии рыбы. Аналогичная картина отмечена в бассейне 2 со снижением момента концентраций, который обусловлен более слабым водным потоком (Рисунок 9).

3.2.2. Влияние плотности посадки рыб на распределение кислорода в бассейнах 1 и 2

Концентрация DO в плоскости измерения варьировала от 8.6 до 10.0 мг/л (Рисунок 10), с уровнем насыщения от 78% до 92% (Таблица 5). Более высокая концентрация кислорода по внешнему радиусу обусловлена поступлением свежей воды и передвижением рыб. Минимальный уровень кислорода в центре бассейна, где практически 100% воды покидает дно, указывает на необходимость улучшения перемешивания. Эти результаты согласуются с наблюдениями более ранних проб (неопубликованы) на том же предприятии, но со слегка иной биомассой. В идеальном случае, уровень насыщения кислородом не должен падать ниже 85% во всех участках бассейна (Thorarensen and Farrell, 2011). В различных частях бассейна можно установить дополнительные датчики кислорода, что даст более детальную картину распределения DO, чем она имеется сейчас. С помощью программируемых логических контроллеров в петле обратной связи можно автоматически управлять количеством поступающего кислорода, а многочисленные датчики сохранят идеальный кислородный профиль от периферии бассейна к его центру.

Таблица 5. Измерения параметров качества воды (среднее ± стандартное отклонение) на участке поступления и выхода воды в бассейнах на ферме 2

	Бассейн 1		Бассейн 2		Бассейн 3		Бассейн 4
	Поступление	Выход	Поступление	Выход	Поступление	Выход	Поступление	Выход
O2, мг/л	16,5 ± 0,3	11,9 ± 0,2	17,8 ± 1,0	8,6 ± 0,1	14,3 ± 0,4	10,7 ± 0,1	16,5 ± 1,3	9,1 ± 0,3
CO2, мг/л	4,2 ± 0,2	10,6 ± 0,3	10,6 ± 0,9	22,8 ± 0,8	3,8 ± 0,0	10,7 ± 1,0	8 ± 1,8	16,4 ± 1,4
Электропроводность	19,8 ± 0,0	19,8 ± 0,0	10,1 ± 0,5	10,3 ± 0,1	20,4 ± 0,0	20,4 ± 0,0	5,1 ± 0,0	5,1 ± 0,0
pH	7,4 ± 0,0	7,1 ± 0,0	7,2 ± 0,1	6,8 ± 0,1	7,4 ± 0,0	6,9 ± 0,0	7,2 ± 0,0	6,9 ± 0,0
TSS, мг/л	6,5 ± 2,7	8,3 ± 1,6	2,1 ± 0,5	3,0 ± 0,2	3,5 ± 0,1	5,7 ± 0,1	2,3 ± 0,4	5,1 ± 1,5
Щелочность, мг/л	56 ± 6	75 ± 2	74 ± 6	83 ± 6	51 ± 6	52 ± 4	63 ± 1	71 ± 4
NO2-N, мг/л	0,1 ± 0	0,1 ± 0	1,6 ± 0,7	1,9 ± 0,8	0,1 ± 0	0,1 ± 0	1,1 ± 0,0	1,2 ± 0,1
NO3-N, мг/л	6,6 ± 1	7,7 ± 0,2	16,4 ± 0,2	16,6 ± 0,4	4,9 ± 1,3	5,0 ± 0,7	23,7 ± 0,1	23,8 ± 0,2
TAN, мг/л	0,3 ± 0,1	0,7 ± 0	1,7 ± 0,3	1,9 ± 0,2	0,28 ± 0,1	0,36 ± 0	1,9 ± 0,1	2,2 ± 0,0

3.2.3. Оценка качества воды

В бассейнах 1 и 3 на ферме 2, рыбу в день сбора проб не кормили для подготовки к переносу в море. Максимальная кумулятивная нагрузка кормом в бассейнах 2 и 4 на ферме 2 в день отбора проб составила 28 и 26 граммов на кубический метр водного потока в среднем за день, соответственно. Кумулятивная нагрузка кормом в бассейнах на ферме 2 примерно в 3 раза выше, чем на ферме 1 (Таблица 2), потому что бассейны на ферме 2 работают при относительно высоком уровне внесения корма и высоком HRT, чем на ферме 1. Концентрация кислорода, CO₂ и TSS в выходящем потоке из бассейнов 2 и 4 составили 8.6 ± 0.1 и 9.1 ± 0.3 мг/л, 16.4 ± 1.4 и 22.8 ± 0.8 мг/л, 5.1 ± 1.5 и 3.0 ± 0.2 мг/л, соответственно (Таблица 5). Процессы фильтрации в рециркуляционной системе и гидравлика в бассейнах объединены для контроля растворенного кислорода, углекислого газа, TSS. Эти показатели близки к оптимальным в бассейнах 2 и 4, за исключением высокого CO₂ на выходе из бассейна 2, особенно, когда кумулятивная нагрузка кормом была высокой. Измеренное потребление кислорода в бассейнах 2 и 4, где кормили рыбу, составило 9.2 и 7.4 мг/л (разница концентраций в поступающем и выходящем потоках, Таблица 5). Измеренное потребление кислорода в бассейнах 1 и 3, где не кормили рыбу, составило 4.6 и 3.6 мг/л, соответственно. Более низкое потребление кислорода в бассейнах с отсутствием кормления ожидаемо, с учетом того, что водообмен в обоих типах бассейнах одинаково. Предполагая квазистационарные условия, оценка баланса масс указывает на то, что рыба нуждается в 0.33 и 0.29 кг кислорода на каждый килограмм потребленного корма в бассейнах 2 и 4, соответственно. Авторы отмечают, что это относительно низкое потребление кислорода рыбой в бассейнах связано с чистотой среды и относительно низким содержанием TSS, 3-5 мг/л. Кроме того, средние концентрации TAN и NO₂-N в выходящем водном потоке бассейнов, где кормили рыбу, варьируют от 1.9 до 2.2 мг/л и от 1.2 до 1.9 мг/л, соответственно. В свою очередь, аналогичные значения в бассейнах, где присутствовала рыба, но ее не кормили, колебались от 0.36 до 0.70 мг/л (TAN) и 0.1 мг/л (NO₂-N), соответственно. Хотя эти средние значения NO₂-N обычно рассматриваются как высокие с точки зрения здоровья рыб, они не опасны при внесении в воду хлорида (Wedemeyer, 1996).

4. Обсуждение

На двух фермах по выращиванию смолта и взрослого лосося, в трех крупных бассейнах провели эмпирическое исследование для определения ротационной скорости и качества водного потока. Результаты свидетельствуют о том, что, не смотря на существенные различия HRT, объема, структуры дренажа и расположения мест культивирования, зарегистрированные во всех трех бассейнах ротационные скорости достаточны для поддержания условий самоочистки и близки к оптимальной скорости для плавания Атлантического лосося.

4.1. Вращение воды без рыбы

Во все три бассейна погружены две вертикальные трубы с отверстиями для поступления воды. Эти трубы располагаются вдоль стенок. В отсутствие рыб в цилиндрических и восьмиугольных бассейнах сохраняется относительно однородное поле скоростей водного потока в вертикальной плоскости,  во всех радиальных направлениях (Рисунок 6a и 8a). Наибольшие ротационные скорости зафиксированы около стенок, что обусловлено тангенциальной направленностью к ним поступающего из труб водного потока. Кроме того, пик скоростей отмечен в промежуточной радиальной зоне в 2 метрах от центра бассейна. Вероятно, это связано с присутствием центрального донного дренажа в обоих типах бассейнов. Волнистая природа максимумов скоростей на поверхности воды во втором бассейне на ферме 1 распространяется ко дну. Эта особенность не характерна для цилиндрического бассейна на ферме 1. Таким образом, в крупных цилиндрических бассейнах градиент вертикальной скорости оказывает минимальное влияние на водный поток. Неизвестна точная причина различий вертикального зонирования высоких и низких ротационных скоростей в восьмиугольном и цилиндрическом бассейнах. Авторы предполагают, что причиной является различие в местах отведения воды. Весь объем водного потока выходит через центральный донный дренаж в бассейнах на ферме 2, однако в двух бассейнах на ферме 1 примерно 80% воды выходит через центральный донный дренаж, тогда как 20% через боковой пристеночный дренаж. Другое важное наблюдение касается градиента скоростей в радиальном направлении в обоих бассейнах. Оно показывает, что форма бассейна в купе с его размером играет значимую роль в формировании поля скоростей вдоль радиальной плоскости.

Магнитуда ротационных скоростей в крупном цилиндрическом и восьмиугольном бассейнах в присутствии рыбы удивительно схожа даже с учетом больших различий HRT и объемов (Таблица 6). Цилиндрические бассейны на ферме 1 работают при HRT 22 минуты (бассейн 1) и 42 минуты (бассейн 2), значительно более быстром обороте, чем 64 минуты HRT в бассейне 788 м³ на ферме 2. Кроме того, минимальная (25-26 см/сек) и максимальная (40 см/сек) ротационные скорости практически идентичны в большом и маленьком культуральных бассейнах, т.е. 788 м³ против 368 м³. Эти бассейны также имели большие различия в HRT, 64 минуты против 22 минут, соответственно. Результаты свидетельствуют о том, что в каждом конкретном исполнении, разработчики бассейнов и обслуживающий персонал имели достаточный опыт для оптимизации скорости поступления воды и ориентации труб поступления воды. Они достигали подходящих ротационных скоростей в присутствии гаммы условий, включая большую вариабельность размеров бассейнов, HRT и механизмов отвода воды.

Таблица 6. Объем бассейна, HRT, примерная длина рыб, ротационная скорость, скорость плавания в трех бассейнах

	Объем бассейна, м3	HRT, мин	Длина рыб, см	Скорость плавания, см/сек	Скорость плавания, BL/сек
Ферма 1	653	42	23	17–34	0,7–1,5
Ферма 1	368	22	22	26–40	1,2–1,8
Ферма 2	788	64	27	25–40	0,9–1,5

4.2. Вращение воды в присутствии рыб

Перемещение рыбы существенно влияет на характер вращения водного потока в бассейнах. Это связано с естественной динамикой перемещения рыб, которая более важна в наземной системе культивирования, потому что стая рыб порождает нелинейную динамику жидкости и зависимую от времени турбулентность. Обращаясь к рисункам 6b и 8b, на которых показаны контуры скоростей крупного цилиндрического и восьмиугольного бассейнов, соответственно, магнитуда скорости ниже около стенок бассейнов, чем в радиусе 2 метров от центра. Противоположная ситуация наблюдается в пустых бассейнах. Это обычное явление, потому что рыба стремится занять область с более высоким содержанием кислорода, вдоль стенок и труб поступления воды. Максимальные ротационные скорости в бассейнах на ферме 2 отмечены в радиусе 3 метров от центра бассейна. Ротационные скорости в местах, близких к периметру бассейна, составляют почти половину скорости в центре бассейна. Напротив, оба бассейна на ферме 1 имеют относительно высокие скорости водного потока в двух зонах, около стенок и затем снова в радиусе 1-3 метра от центра бассейна. В бассейнах на ферме 1 относительно медленные скорости отмечены в центре выше донного дренажа и снова в средней области бассейна. Линейная вариация магнитуды скорости в радиальном направлении, однако, в различных масштабах, отчасти сохраняется и в присутствии рыб. Одно главное несоответствие наблюдается около стенок в бассейне 383 м³ (Рисунок 4). Кроме того, регистрацию ротационной скорости воды можно провести только в местах под подвесной платформой, что затрудняет прямое сравнение профилей скоростей в бассейнах. Таким образом, между бассейнами имелось несоответствие в отношении расстояния между ближайшей трубой поступления воды и вертикальной плоскостью, в которой измеряли скорости водного потока.

Блокирование водного потока биомассой вносило основной вклад в снижение ротационной скорости в бассейне. Используя эмпирические данные в 736 м³ цилиндрическом бассейне в отсутствии или присутствии рыбы с тремя плотностями посадки, Plew et al. (2015) определил, что возрастание плотности посадки рыбы снижает скорость водного потока, влияет на локальное распределение скоростей и приводит к возрастанию турбулентности. Отмеченная Plew et al. (2015), средняя скорость водного потока снижалась примерно до 20 см/сек в присутствии рыбы, что на 1/3 меньше скорости 30 см/сек, которая наблюдалась в отсутствии рыбы. Аналогичным образом, в данной работе отмечено падение скорости на 25% в присутствии рыбы. Однако тенденции изменения средней скорости в радиальном направлении сохраняются. Это позволяет рыбе выбирать условия различных скоростей. Полученные данные согласуются с работой Timmons et al. (1998).

Рыба также влияет на качество измерений, потому что своим перемещением создают турбулентность и флуктуации магнитуды скоростей. Это приводит к возрастанию разброса значений от средней скорости. Так как измерения проводили в различных бассейнах с различной биомассой и условиями культивирования, коэффициент вариации (COV) рассматривается как наилучший критерий расчета и сравнения вариабельности данных. График COV на Рисунке 11 для цилиндрического и восьмиугольного бассейнов показывает, что данные, собранные у поверхности воды более вариабельные, чем на глубине. Водный поток около центрального дренажа в цилиндрическом бассейне демонстрирует максимальную вариабельность, сопоставимую со скоростью на поверхности. Динамика всасывающего вихря в этой области является основной причиной разброса данных от среднего значения. С другой стороны, хотя в случае восьмиугольного бассейна вода собирается в центре, её направляют по вертикальным трубам в кожух, расположенный сверху, где вода покидает бассейн. Отсутствие центрального донного дренажа обуславливает отсутствие сильного всасывающего вихря. В результате, коэффициент вариации (COV) снижается на 60%. Рыба в бассейне повышает средний подъем графика COV в два раза в цилиндрическом бассейне и в 4 раза в восьмиугольном бассейне. Эти наблюдения согласуются графиками асимметрии-эксцесса, где общий эксцесс в присутствии рыбы более чем в 5 раз выше, чем в отсутствии. Позитивная асимметрия данных указывает на тенденцию присутствия более высоких скоростей, чем средняя. График разброса не масштабированных значений асимметрии и эксцесса дает информацию о зависимом от времени случайном распределении магнитуды скоростей. Тогда как обусловленная турбулентностью не нулевая асимметрия самое распространенное наблюдение, в некоторых точках измерений отмечена незначительная временная асимметрия. Распределение скоростей с асимметрией, близкой к нулю, но с более высоким эксцессом, указывают на пиковые сигналы, которые имеют тенденцию достигать более высокой вероятности экстремальных событий, таких как интенсивная турбулентность. В целом, собранные эмпирические данные в отсутствие рыбы следуют g-and-h распределению с h > 0, тогда как в присутствии рыбы они попадают в g-and-h распределению с h < 0.

4.3. Потребление кислорода, скорости водного потока, TSS

Минимальные и максимальные скорости водного потока в вертикальной плоскости трех бассейнов варьировали от 17 до 26 см/сек и от 34 до 40 см/сек, соответственно (Таблица 6). Средняя длина Атлантического лосося находилась в диапазоне 22-27 см в бассейнах на время взятия образцов. Таким образом, для сохранения ими позиции в различных зонах бассейна, средняя скорость плавания должна составлять минимум 0.7-1.2 длины тела в секунду и максимум 1.5-1.8 длины тела в секунду. Идеальная скорость плавания лосося этого размера составляет примерно 1.0-1.5 длины тела в секунду, что позитивно влияет на скорость роста, сопротивляемость заболеваниям и связано с активацией ряда генов, отвечающих за здоровье (Davison, 1997; Castro et al., 2011; Ytrestøyl et al., 2013). В данной работе все бассейны имели скорость водного потока, практически идеальную для плавания лосося.

Скорость плавания также влияет на потребление кислорода Атлантическим лососем (Forsberg 1994; Castro et al., 2011). Полученные данные позволили оценить расход кислорода рыбой на каждую единицу потребленного корма в трех бассейнах. Однако оценка они имеют большой разброс, составляющий 0.3-0.8 кг кислорода на 1 килограмм корма (Таблица 1). Для определения того, являются ли результаты реальным разбросом или эмпирической ошибкой необходимы детальные исследования. Если разброс данных реальный, он обусловлен тремя причинами.

1. Возрастанием потребления кислорода, вследствие выделения биологических загрязнений и TSS, а не самой рыбой.
2. Повышением потребления кислорода Атлантическим лососем при нахождении в среде с уровнем TSS 10-12 мг/л по сравнению с TSS 3-5 мг/л.
3. Повышением потребления кислорода при скоростях плавания рыб, действительно более высоких, чем течение в бассейне.

В последнем случае, использование ротационной скорости водного потока как критерия оптимальной скорости плавания рыб не подходит для оценки потребления кислорода. Будет важной находкой, если выяснится, что потребление кислорода действительно удваивается с 0.29-0.33 кг O₂/кг корма до 0.61-0.80 кг O₂/кг корма при возрастании концентрации TSS с 3-5 мг/л до 10-12 мг/л, соответственно. Это важно с точки зрения проектирования и управления системой, потому что удвоение потребления требует введения в два раза больше кислорода. Кроме того, в этих условиях примерно в два раза возрастает продукция углекислого газа, что ухудшает качество воды. В данной работе авторы не задавались вопросом определить, вызван ли разный уровень TSS в культуральных бассейнах различиями свойств частиц (размера и плотности, Veerapen et al., 2005) фекалий рыб в этих бассейнах или различиями эффективности захвата загрязнений фильтрами, либо комбинацией этих факторов.

4.4. Качество воды, совокупная нагрузка кормом и средний HRT бассейнов

Совокупная нагрузка кормом существенно снижалась при уменьшении среднего HRT бассейнов, от высокой 28 г/м³ водного потока за 64 минут до 9.4 г/м³ водного потока за 22 минуты HRT (Таблица 7). В бассейнах на обеих фермах уровни растворенного кислорода, углекислого газа и TSS близки к оптимальным значениям, за исключением повышенного углекислого газа на выходе из бассейна, особенно при высокой совокупной нагрузке кормом. Таким образом, процессы водоподготовки и фильтрации и гидравлика бассейнов в рециркуляционных системах обеспечивали относительно безопасную среду для выращивания смолта и пост-смолта Атлантического лосося.

Таблица 7. HRT, совокупная нагрузка кормом, разница содержания растворенного кислорода на входе и на выходе, потребление кислорода, концентрации TSS и CO₂ на выходе через центральный донный дренаж. Данные двух верхних строчек в бассейнах на ферме 1. А двух нижних строчек в бассейнах на ферме 2. Значения – среднее ± стандартное отклонение

HRT, мин	Совокупная нагрузка кормом, г/м3 потока	O2 на выходе, мг/л	Разница O2: поступление-выход, мг/л	Потребление O2, кг O2/кг корма	TSS на выходе, мг/л	CO2 на выходе, мг/л	Разница CO2: поступление-выход, мг/л
22	9,4	9,1 ± 0,3	7,4	0,8	10,0 ± 0,4	16,4 ± 1,4	8,4
42	17	8,6 ± 0,2	10,4	0,61	12,1 ± 4,0	18,6 ± 1,0	5,5
61	26	9,1 ± 0,3	7,4	0,29	5,1 ± 1,5	16,4 ± 1,4	8,4
64	28	8,6 ± 0,1	9,2	0,33	3,0 ± 0,2	22,8 ± 0,8	12,2

5. Заключение

Большие культуральные бассейны знамениты турбулентностью, нелинейностью и неоднородностью водного потока. Характеристика водного потока требует многих измерений, но ограничения на инструментарий, время и бюджет снижают экспериментальные возможности на месте. В данной работе приведены данные, полученные при регистрации скорости в различных точках вдоль вертикальной плоскости крупных цилиндрических и восьмиугольных бассейнов коммерческих УЗВ. Они подчеркивают существенное влияние биомассы на распределение скоростей водного потока. Кроме того, изучалось влияние на качество воды плотности посадки рыб в бассейнах, со значениями 35 и 48 кг/м³ в двух цилиндрических бассейнах на ферме 1, и со значениями 54, 74, 58 и 64 кг/м³ в четырех восьмиугольных бассейнах на ферме 2, соответственно. Полученные данные имеют сильную корреляцию с распределением скоростей водного потока. На фермах скорость водного потока была оптимальной для плавания Атлантического лосося, т.е. 1-1.5 длины тела в секунду. Тем не менее, изучение простых плоских полей не позволяет изучить целостное гидравлическое поведение в таких больших объемах воды. Для понимания поведения водного потока и правильного управления гидродинамикой в таких больших системах необходимо сложное компьютерное моделирование, где результаты данной работы окажутся полезными для проверки модели.

——

J.M.R.Gorlea, B.F.Terjesen, V.C.Mota, S.Summerfelt. Water velocity in commercial УЗВ culture tanks for Atlantic salmon smolt production. Aquacultural Engineering. Volume 81, May 2018, Pages 89-100

Becke, C., Steinhagen, D., Schumann, M., Brinker, A., 2017. Physiological consequences
for rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) of short-term exposure to increased suspended solid load. Aquacult. Eng. 78, 63–74. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.
2016.11.001.
Castro, V., Grisdale-Helland, B., Helland, S.J., Kristensen, T., Jorgensen, S.M., Helgerud,
J., Claireaux, G., Farrell, A.P., Krasnov, A., Takle, H., 2011. Aerobic training stimulates growth and promotes disease resistance in Atlantic salmon (Salmo salar). Comp.
Biochem. Physiol. A Mol. Integr. Physiol. 160 (2), 278–290. https://dx.doi.org/10.
1016/j.cbpa.2011.06.013.
Chen, S., Summerfelt, S.T., Losordo, T., Malone, R., 2002. Recirculating systems, effluents, and treatments. In: Tomasso, J.R. (Ed.), Aquaculture and the Environment in
the United States. U.S. Aquaculture Society, Baton Rouge, LA, pp. 119–140.
Clingerman, J., Bebak, J., Mazik, P.M., Summerfelt, S.T., 2007. Use of avoidance response
by rainbow trout to carbon dioxide for fish self-transfer between tanks. Aquacult.
Eng. 37 (3), 234–251. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2007.07.001.
Dalsgaard, J., Lund, I., Thorarinsdottir, R., Drengstig, A., Arvonen, K., Pedersen, P.B.,
2013. Farming different species in RAS in Nordic countries: current status and future
perspectives. Aquacult. Eng. 53, 2–13. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2012.
11.008.
Davidson, J., Summerfelt, S.T., 2004. Solids flushing, mixing, and water velocity profiles
within large (10 and 150 m3) circular ‘Cornell-type’ dual-drain tanks. Aquacult. Eng.
32, 245–271. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2004.03.009.
Davidson, J., Summerfelt, S.T., 2005. Solids removal from a coldwater recirculating
system-comparison of a swirl separator and a radial-flow settler. Aquacult. Eng. 33,
47–61. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2004.11.002.
Davidson, J., Good, C., Terjesen, B.F., Welsh, C., Summerfelt, S.T., 2011a. The effects of
high (20 mg/l) and low (10 mg/l) carbon dioxide concentrations on Atlantic salmon
Salmo salar growout in freshwater closed-containment systems. Aquaculture America
2011. World Aquaculture Society, New Orleans, Louisiana, US.
Davidson, J., Good, C., Welsh, C., Summerfelt, S.T., 2011b. Abnormal swimming behavior
and increased deformities in rainbow trout Oncorhynchus mykiss cultured in low
exchange water recirculating aquaculture systems. Aquacult. Eng. 45 (3), 109–117.
https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2011.08.005.
Davison, W., 1997. The effects of exercise training on teleost fish, a review of recent
literature. Comp. Biochem. Physiol. Part A Physiol. 117 (1), 67–75. https://dx.doi.
org/10.1016/S0300-9629(96)00284-8.
Espmark, Å.M., Baeverfjord, G., 2009. Effects of hyperoxia on behavioural and physiological variables in farmed Atlantic salmon (Salmo salar) parr. Aquacult. Int. 17 (4),
341–353. https://dx.doi.org/10.1007/s10499-008-9206-6.
Fivelstad, S., Kvamme, K., Handeland, S., Fivelstad, M., Olsen, A.B., Hosfeld, C.D., 2015.
Growth and physiologicalmodels for Atlantic salmon (Salmo salar L.) parr exposed to
elevated carbon dioxide concentrations at high temperature. Aquaculture 436,
90–94. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaculture.2014.11.002.
Fivelstad, S., 2013. Long-term carbon dioxide experiments with salmonids. Aquacult. Eng.
53, 40–48. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2012.11.006.
Forsberg, O.I., 1994. Modelling oxygen consumption rates of postsmolt Atlantic salmon in
commercial-scale, land-based farms. Aquacult. Int. 2 (3), 180–196. https://dx.doi.org/
10.1007/BF00231514.
Good, C., Davidson, J., Kinman, C., Kenney, P.B., Bæverfjord, G., Summerfelt, S.T., 2014.
Observations on side-Swimming rainbow trout in water recirculation aquaculture
systems. J. Aquat. Anim. Health 26 (4), 219–224. https://dx.doi.org/10.1080/
08997659.2014.938870.
Good, C., Davidson, J., Tergesen, B.F., Takle, H., Kolarevic, J., Bæverfjord, G.,
Summerfelt, S., 2018. The effects of long-term 20 mg/L carbon dioxide exposure on
the health and performance of Atlantic salmon Salmo salar post-smolts in water recirculation aquaculture systems. Aquacult. Eng. 81, 1–9. https://dx.doi.org/10.1016/
j.aquaeng.2018.01.003.
Hagspiel, V., Hannevik, V., Lavrutich, J., Naustdal, M., Struksnæs, M., 2018. Real options
under technological uncertainty: a case study of investment in a post-smolt facility in
Norway. Mar. Policy 88, 158–166. https://dx.doi.org/10.1016/j.marpol.2017.11.020.
Kolarevic, J., Selset, R., Felip, O., Good, C., Snekvik, K., Takle, H., Ytteborg, E.,
Baeverfjord, G., Åsgård, T., Terjesen, B.F., 2013. Influence of long term ammonia
exposure on Atlantic salmon (Salmo salar L.) parr growth and welfare. Aquacult. Res.
44, 1649–1664. https://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2109.2012.03170.x.
Lunger, A., Rasmussen, M.R., Laursen, J., McLean, E., 2006. Fish stocking density impacts
tank hydrodynamics. Aquaculture 254, 370–375. https://dx.doi.org/10.1016/j.
aquaculture.2005.10.023.
Martins, C.I.M., Eding, E.H., Verdegem, M.C.J., Heinsbroek, L.T.N., Schneider, O.,
Blancheton, J.P., d’Orbcastel, E.R., Verreth, J.A.J., 2010. New developments in recirculating aquaculture systems in Europe: a perspective on environmental sustainability. Aquacult. Eng. 43, 83–93. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2010.09.
002.
Masalo, I., Reig, L., Oca, J., 2008. Study of fish swimming activity using Acoustical
Doppler Velocimetry (ADV) techniques. Aquacult. Eng. 38, 43–51. https://dx.doi.org/
10.1016/j.aquaeng.2007.10.007.
Plew, D.R., Klebert, P., Rosten, T.W., Aspaas, S., Birkevold, J., 2015. Changes to flow and
turbulence caused by different concentrations of fish in a circular tank. J. Hydraul.
Res. 53 (3), 364–383. https://dx.doi.org/10.1080/00221686.2015.1029016.
Remen, M., Solstorm, F., Bui, S., Klebert, P., Vågseth, T., Solstorm, D., Hvas, M., Oppedal,
F., 2016. Critical swimming speed in groups of Atlantic salmon Salmo salar. Aquacult.
Environ. Interac. 8, 659–664. https://dx.doi.org/10.3354/aei00207.
Summerfelt, S.T., Vinci, B.J., 2008. Better management practices for recirculating systems. In: Tucker, C.S., Hargreaves, J.A. (Eds.), Environmental Best Management
Practices for Aquaculture. Blackwell Publishing Ames, Iowa, pp. 389–426.
Summerfelt, S.T., Mathisen, F., Holan, A.B., Terjesen, B.F., 2016. Survey of large circular
and octagonal tanks operated at Norwegian commercial smolt and post-smolt sites.
Aquacult. Eng. 74, 105–110. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2016.07.004.
Terjesen, B.F., Rosten, T., Ulgenes, Y., Henriksen, K., Aarhus, I., Winther, U., 2013.
Betydning av vannmiljøet ved produksjon av laksefisk i lukkede systemer i sjø Water
quality requirements for efficient farming of Atlantic salmon in closed systems. In
Norwegian English abstract. VANN 48 (1), 14–27.
Thorarensen, H., Farrell, A., 2011. The biological requirements for post-smolt Atlantic
salmon in closed-containment systems. Aquaculture 312, 1–14. https://dx.doi.org/10.
1016/j.aquaculture.2010.11.043.
Timmons, M.B., Summerfelt, S.T., Vinci, B.J., 1998. Review of circular tank technology
and management. Aquacult. Eng. 18 (1), 51–69. https://dx.doi.org/10.1016/S0144-
8609(98)00023-5.
Veerapen, J.P., Lowry, B.J., Couturier, M.F., 2005. Design methodology for the swirl
separator. Aquacult. Eng. 33, 21–45. https://dx.doi.org/10.1016/j.aquaeng.2004.11.
001.
Verdegem, M.C.J., Bosma, R.H., Verreth, J.A.J., 2006. Reducing water use for animal
production through aquaculture. Int. J. Water Resour. Dev. 22 (1), 101–113. https://
dx.doi.org/10.1080/07900620500405544.
Wedemeyer, G.A., 1996. Physiology of Fish in Intensive Culture. International Thompson
Publishing, New York.
Ytrestøyl, T., Takle, H., Kolarevic, J., Calabrese, S., Rosseland, B., Teien, H.-C., Nilsen,
T.O., Stefansson, S., Handeland, S., Terjesen, B., 2013. Effects of salinity and exercise
on performance and physiology of Atlantic salmon postsmolts reared in RAS. In:
Abstracts Aquaculture Europe 2013. European Aquaculture Society, Trondheim. pp.
465.