Numerical simulation of electro-fishing in seawater

Abstract

We evaluated the feasibility of an electro-fishing system using numerical simulations for laboratory tanks and the open sea. A non-homogeneous bi-dimensional electric-field model for water and fish based on discrete formulation of electro-magnetic field equations was developed using GAME (geometric approach for Maxwell equations) software. Current densities (µA/cm²) and voltage differences (V/m) were calculated for a fixed shape and spatial geometry of electrodes (one circular anode central to two symmetric linear cathodes 10 m distant from each other). Voltage gradients inside the fish and close to the body (head–tail potential difference and mean, maximum and minimum field modules) were determined. Tank and open sea environments were numerically described for single fish 10 cm or 30 cm long and for groups of 30 fish 10 cm long. In the open sea, a tension of 90 V at the electrodes and a water conductibility of 5 S/m resulted in an area of fish attraction (voltage gradient >10 V/m) of about 30 m². Fish in the open sea and in groups had greater internal voltage differences than did fish in tanks and single fish.

Riassunto

L’obiettivo della presente ricerca era la messa a punto di un modello di simulazione di un sistema di pesca elettrica da testare prima in laboratorio e poi in mare aperto.

Le simulazioni del campo elettrico sono state realizzate mediante un modello campistico bi-dimensionale che considera un sistema disomogeneo costituito da pesci che nuotano in acqua marina. Tale modello consente di calcolare l’intensità della corrente agli elettrodi e la differenza di potenziale elettrico (la differenza di potenziale testa-coda, media, minimo e massimo del campo elettrico, V/m) sia nei pesci che nell’acqua marina per una data geometria e distribuzione spaziale degli elettrodi. Le simulazioni del campo elettrico sono state ottenute mediante un software denominato GAME (Geometric Approach for Maxwell Equations).

In mare aperto, una disposizione a triangolo degli elettrodi (anodo circolare e una distanza di 10 m tra i catodi) è risultata più efficace rispetto a quella lineare. Le simulazioni del campo elettrico sono state realizzate per le vasche e l’ambiente marino utilizzando dei pesci singoli (1 pesce di 10 e 30 cm) e gruppi (30 pesci di 10). In mare aperto, applicando agli elettrodi una tensione pari a 90 V e con una conducibilità di 5 S/m, la superficie che risulta idonea all’attrazione dei pesci(differenza di potenziale >10 V/m) è risultata pari a circa 30 m². La differenza di potenziale all’interno del pesce è risultata maggiore in mare aperto rispetto ai valori misurati nelle vasche e nei singoli pesci.

Key words:

• Electro-fishing
• Seawater
• Electric field simulation

Parole chiave::

• Pesca elettrica
• Acqua marina
• Simulazione campo elettrico