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UNA HERRAMIENTA NUMÉRICA PARA MANEJO SANITARIO PARA LA ACTIVIDAD ACUICOLA NACIONAL

Roberto Riquelme1,5, V. Alfredo Troncoso2,5, Marco Salamanca2,5, Marcus Sobarzo2,6, Patricio Campos3,5,7, Cristian Agurto4,5, Luis Bravo2. 1 Departamento de Ingeniería Matemática, Universidad de Concepción. 2 Departamento de Oceanografía, Universidad de Concepción. 3 Programa de Doctorado en Acuicultura, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. 4 Centro de Biotecnología, Universidad de Concepción. 5 Grupo Interdisciplinario de Modelación Costera y Oceánica, Universidad de Concepción. 6 Copas Sur-Austral, Universidad de Concepción. 7 Instituto de Ciencias y Tecnología de Puerto Montt. E-mail autor: roberto.riquelme@ing-mat.udec.cl

Financiamiento: Proyecto INNOVA 09MCSS-6673

Introducción La reciente crisis sanitaria de la industria del salmón en Chile, fue causada por masivos brotes de ISAv que afectaron los centros de engorda. Los peces infectados diseminan el virus principalmente a través de la orina, sangre y mucus, a una tasa estimada de 0,72 TCID50 x mL-1 × h-1 × kg-1 (Gregory et al., 2009), es decir, en una jaula circular de 30 m de diámetro y 18 m de profundidad, con una densidad de 16 Kg × m-3, las partículas secretadas por los peces alcanza a las 1,759 x 1012 partículas en 12 horas. Si bien la tasa de sobrevivencia de las partículas virales depende de la salinidad y temperatura del agua receptora, hay concordancia en que el virus sobrevive 12 horas o un ciclo mareal completo. Tasas de decaimiento entre el 6 y 12 % × h-1 han sido descritas por Lovdal y Enger (2002) y Salama y Murra (2011), respectivamente, así como recientes estudios muestran sobrevivencias de 183 días en agua dulce y 23 días en agua de mar a 5°C (Tapia et al., Submitted). Actualmente ISAv no parece ser el principal problema sanitario en la industria del salmón, sino de la bacteria Piscirickettsia salmonis (SRS). Esta bacteria es eliminada al ambiente a través de fecas, orina y bilis (Salinas et al., 1997), generando mortalidades acumuladas de un 4% y 14% para densidades de cultivo de 20 y 40 Kg × m-3, respectivamente (Salinas et al., 1997). La sobrevivencia de P. salmonis aisladas de salmón coho es de 14 días a 15°C en agua de mar (Lannan y Fryer, 1994). Por lo tanto, su sobrevivencia en agua de mar podría proveer tiempo suficiente para permitir la transmisión horizontal sin la necesidad de un huésped intermediario o vectores (Lannan y Fryer, 1994). Si bien el Estado reaccionó ante los brotes de ISAv tomando medidas para manejar la crisis sanitaria (vg. creación de barrios, medidas de bioseguridad, etc.), hoy sabemos que la dinámica de las aguas en el mar interior de Chiloé, particularmente en algunos canales, puede transportar “partículas” a distancias mayores a las que se pensó inicialmente.

En este trabajo, se presenta una herramienta numérica que permite conocer la hidrodinámica y describir el transporte pasivo de microparticulas, permitiendo determinar zonas de influencia de sitios afectados por enfermedades, definir áreas de contención o control de nuevos brotes, evaluar áreas de nuevas concesiones de cultivo y definir límites de áreas de manejo de bahías.

Desarrollo En el Proyecto INNOVA “Obtención de un modelo hidrodinámico aplicado a la evaluación de la dispersión pasiva de microparticulas para ser utilizado en el manejo de barrios productivos (09MCSS-6673)” se desarrollo una herramienta numérica que permite simular la hidrodinámica y la dispersión pasiva de microparticulas, a partir del campo de velocidades de la columna de agua, los forzantes meteorológicos y el nivel del mar en las áreas de estudio. A partir de las ecuaciones de conservación de momento, continuidad, transporte, difusión y dispersión; y utilizando el cambio de variable sigma-coordenado se obtuvo el modelo. Este modelo fue validado contra las observaciones de terreno que se realizaron durante el desarrollo del proyecto. El grado de exactitud varió entre un 85% y un 75%, con lo cual se simularon algunos escenarios. Actualmente disponemos de un modelo que permiten predecir la hidrodinámica y el transporte pasivo de microparticulas considerando las siguientes variables de entrada: •Batimetría de la zona. •Base de datos histórica de velocidad del agua. •Base de datos histórica de mareas. •Base de datos histórica de vientos. •Posición y cantidad de partículas a simular. •Posición y concentración de la sustancia que se dispersa. •Temperatura del agua. •Tiempo a simular.

Investigación

VD ENERO 2013


Investigación

VD ENERO 2013

El modelo entrega diferentes opciones de salidas. Se puede modelar la trayectoria de varias partículas a través del tiempo y/o la dispersión de alguna sustancia, en este último caso se debe entregar la posición de la fuente y la concentración de esta.

Canal Caicahué

Profundidad

Basado en nuestro modelo hidrodinámico y de transporte de partículas se puede establecer un área de excursión de marea. A continuación se muestra algunas salidas graficas que corresponden al canal Caicahué en Chiloé (Fig.- 2 y 3). Este estudio permitió mostrar las salidas que se obtienen al lanzar 12 partículas del mismo punto inicial a intervalos de una hora (Chang et al., 2005), se simularon 14 horas desde el lanzamiento. La posición de lanzamiento de estas partículas es: Latitud 5335409[m] Sur y Longitud 628865[m] Este. Cabe destacar que el programa admite el lanzamiento de más de una partícula a la vez. Las amplitudes y fases de la marea en el Canal Caicahué se muestran en la tabla 1. El tiempo inicial fue al comenzar la vaciante, estas condiciones fueron las entradas del modelo.

MAREA HARMONICOS

AMPLITUD

FASE

M2

1,7653[m]

3,4067[m]

S2

0,5789[m]

4,3600[m]

N2

0,3968[m]

1,2067[m]

K1

0,2686[m]

0,3800[m]

Tabla 1.- Datos de Marea

Canal Caicahué

Profundidad

Figura 1. Canal Caicahué y punto de lanzamiento de las partículas.

Figura 2. Trayectoria de la partícula lanzada inicialmente después de 14 horas.

La trayectoria que sigue la partícula y define la influencia que tiene esta con su entorno (Fig.- 2). La distancia alcanzada por una partícula depende del punto de lanzamiento y el momento de lanzamiento, es por esa razón que se lanzaron en diferentes instantes de tiempo para de este modo ver la influencia de la hidrodinámica en la trayectoria. Las trayectorias de las 12 partículas (Fig. 3), muestra claramente el efecto de la hidrodinámica en el movimiento de cada partícula. De este tipo de grafico se puede establecer un área de influencia del punto de lanzamiento. Por otra parte y a modo de ejemplo se podría pensar que la partícula puede corresponder también a algún contaminante que sale del punto de lanzamiento e indica hasta donde alcanzaría su trayectoria en 14 horas. Este proyecto permitió establecer en forma comparativa la distancia lineal (Fig. 4) de cada partícula a través del tiempo desde el punto de su lanzamiento.

Canal Caicahué

Profundidad

Figura 3. Trayectoria de las 12 partículas después de 14 horas


Conclusiones El conocimiento de la hidrodinámica local muestra que la trayectoria de una partícula, lanzada desde un mismo punto, depende del momento de su lanzamiento, y su trayectoria varía de acuerdo a la marea. Por lo tanto, las distancias recorridas por partículas lanzadas horariamente en un mismo punto son diferentes (Fig. 4). Estos resultados son relevantes para determinar zonas de influencia epidemiológica, ya que ellas al depender de las hidrodinámicas locales no pueden ser consideradas iguales. Figura 4. Distancia lineal total de las partículas al punto de lanzamiento. En particular se destaca las partículas lanzadas a la segunda y tercera hora (en color rojo) las cuales alcanzan las máximas distancias cercanas a los 8 [km] al cabo de 14 [h]

Un aspecto importante de este estudio es la visualización de las salidas (Fig. 5 y 6) que muestran la dispersión de una sustancia contaminante vertida a una tasa constante durante 9 horas, cuya fuente continua es presentada en la Figura 1.

Esta herramienta permite establecer la región de influencia de un centro de cultivo con su entorno cercano. En otras palabras, simula la diseminación de un brote epidémico donde el agente patógeno se transporta pasivamente por el agua. El grupo interdisciplinario de investigación, desarrollo e innovación en modelación costera y oceánica de la Universidad de Concepción está generando estos servicios y productos para ser transferidos al sector productivo, poniendo a disposición una validad y poderosa herramienta numérica de gestión, manejo y control sanitario con un gran impacto económico para el sector acuícola nacional.

Bibliografía

Chang, B. D.; F. H. Page, R. J. Losier, D. A. Greenberg, J. D. Chaffey, and E. P. McCurdy (2005). Application of a Tidal Circulation Model for Fish Health Management of Salmon Farms in the Grand Manan Island Area, Bay of Fundy. Bulletin of the Aquaculture Association of Canada, 105 (1): 22-33. Gregory, A.; L. A Munro, M. Snow, K. L. Urquhart, A. G. Murray,. & R. S Raynard (2009). An experimental investigation on aspects of infectious salmon anaemia virus (ISAV) infection dynamics in seawater Atlantic salmon, Salmo salar L. J Fish Dis, 32: 481-9. Figura 5. Dispersión de un contaminante, donde la mayor concentración esta mostrada en color rojo después de 2 horas (A); 3 horas (B); 4 horas (C); y 5 horas (D), respectivamente.

Lannan, C. & J. Fryer (1994). Extracellular survival of Piscirickettsia salmonis. J. Fish Dis 17: 545-548. Lovdal, T. & O. Enger (2002). Detection of infectious salmon anemia virus in sea water by nested RT-PCR. Dis Aquat Organ, 49: 123-8. Salama, N. K. G. & A. G Murray (2011). Farm size as a factor in hydrodynamic transmission of pathogens in aquaculture fish production. Aquaculture Environment Interactions, 2, 6174. Salinas, G.; J. Contreras, P. Smith & J. Larenas (1997). Horizontal transmission and excretion of Piscirickettsia salmonis in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) in fresh water condition. In: VIII International Conference Diseases of Fish and Shellfish. Abstracts Book. Heriot-Watt University, Edinburgh, European Association of Fish Pathologists. pp. P-057.

Figura 6. Dispersión de un contaminante después de 6 horas (A); 7 horas (B); 8 horas (C) y 9 horas (D), respectivamente.

Tapia, E.; G. MontI, A. SandovaL, A. Gaete, H. Bohle, P. BustoS & M. Rozas. The effects of temperature and salinity on the invitro survival of the Infectious Salmon Anaemia Virus (ISAV). Submitted to Aquaculture.

Investigación

VD ENERO 2013


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