Proposal of a practical method to estimate the ecological carrying capacity for finfish mariculture with respect to particulate organic carbon deposition to the seafloor

Niederndorfer, Katharina Róisín

Finfish mariculture (FMC) in floating net cages causes considerable amounts of nutrient emissions which may cause deterioration of ecological conditions. Its global expansion and intensification has therefore been of growing concern and development of FMC activities should be guided by considerations with respect to the ecological carrying capacity (ECC) of the coastal area of interest. This study proposes a practical method to estimate the ECC for marine cage fish farming with respect to the fluxes of particulate organic carbon (POC) to the sea floor. The method was developed as a screening tool to support decision making at feasibility stage when a coastal area is assessed for its potential for FMC. Dimensional analysis was used to simplify complex physical interdependencies by identifying meaningful and general relations between the most relevant parameters for POC transport and deposition. For a given bed roughness coefficient (n), the ratio of settled to emitted particulate organic wastes (Mb/Ms) was found to be a function of the local Reynolds number of the flow (Re) and the non-dimensional characteristic settling velocity of the particulates (Ws*). Numerical flow and particle transport models from the Delft3D modelling suite were employed to empirically confirm the found relationship which forms the basis of the developed method. The method was applied to Pegametan Bay in Bali, Indonesia to define the holding capacity of existing cage fish farms. The validity of the method was verified with in-situ investigations. Its universal and easy applicability is regarded as the strength of the method. Only few input data is needed which is especially useful in remote regions with limited availability of environmental data. Further potentiality of the method lies in the possible combination with hydrodynamic model results. The method allows the evaluation of the potential for FMC production on different levels, ranging from coastal regions to a single farm.

Marikultur von Fischen in Netzkäfigen (MKF) verursacht Emission von Nährstoffen, welche zu einer Beeinträchtigung des Ökosystems führen können. Aus diesem Grund wird die globale Ausweitung und Intensivierung von MKF kritisch betrachtet und bei ihrer Entwicklung sollte die ökologische Tragfähigkeit (ÖTF) der betroffenen Gebiete berücksichtigt werden. Die Studie präsentiert eine praktikable Methode zur Abschätzung der ÖTF für MKF im Bezug auf die Sedimentation von partikulären organischen Abfallstoffen (POC). Sie wurde entwickelt, um in der Phase der Machbarkeitsanalyse Entscheidungshilfen beizutragen, wenn Küstengebiete auf ihr Potential für MKF bewertet werden. Mittels Dimensionsanalyse wurden physikalische Zusammenhänge vereinfacht und aussagekräftige Zusammenhänge zwischen den wichtigsten Variablen für POC-Transport und -Sedimentation identifiziert. Für einen festgelegten Rauheitskoeffizienten (n), ist das Verhältnis zwischen abgelagertem und emittiertem organischen Material (Mb/Ms) eine Funktion der Reynoldszahl (Re) und der dimensionslosen charakteristischen Sinkgeschwindigkeit der Partikel (Ws*). Strömungs- und Transportmodelle (Delft3D) wurden verwendet, um die funktionale Beziehung zu bestätigen, welche die Grundlage für die entwickelte Methode darstellt. Die Methode wurde in der Pegametan Bucht in Bali, Indonesien angewendet, um die Tragfähigkeit bestehender Fischfarmen zu definieren. Ihre Aussagekraft wurde anhand von in-situ Untersuchungen bestätigt. Die Stärke der vorgeschlagenen Methode liegt in ihrer einfachen und universellen Anwendbarkeit. Sie bedarf nur weniger Eingangsgrößen, was in abgelegenen Gebieten mit geringer Datenverfügbarkeit von Vorteil ist. Ein Potential der Methode liegt in der Kombination mit hydrodynamischen Modellergebnissen. Die Methode ermöglicht eine schnelle Beurteilung der Entwicklungspotentiale für MKF auf unterschiedlichen Ebenen, von Küstengebieten bis hin zur einzelnen Farm.

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Niederndorfer, Katharina Róisín: Proposal of a practical method to estimate the ecological carrying capacity for finfish mariculture with respect to particulate organic carbon deposition to the seafloor.

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