Simulation-Based Analysis of Salmon Encounters with Delousing Operations

Abstract

Denne oppgaven ser nærmere på laksevelferd i fartøyoperasjoner, som er et nytt område innen marin systemdesign. Fartøyoperasjoner som involverer laks har blitt en vesentlig del av å begrense lusenivåene i norsk havbruk, til tross for økonomiske og biologiske tap oppnådd fra behandlingsdødelighet, redusert vekst og høyere økonomisk fôrfaktor. Lakselusa har utviklet en motstand mot tradisjonelle medisiner. Dermed har det skjedd et skifte fra medisinske til ikke-medisinske metoder for avlusing, som hovedsakelig består av termiske og mekaniske behandlinger.

For å identifisere risikoen for laks i møte med fartøysoperasjoner, er det gjennomført en grovanalyse. Analysen peker på svakheter ved gjeldende prosedyrer og foreslår risikoreduserende tiltak for laks. Basert på data fra litteratur og pågående forskning er det utviklet en simuleringsmodell i Simulink for å undersøke velferdsorienterte strategier i lakseoppdrett. Modellen predikerer vekst og naturlig dødelighet, samt en behandlingsdødelighet som er basert på stokastiske modeller for laksens helse, og responsen til laks på behandlinger. Laksepopulasjoner på tusen fisk er modellert med helsestatus, som er en tilfeldig variabel med en uniform fordeling i intervallet 1–100\%. Rapporterte data fra to lokaliteter i Norge er implementert i modellen, og etter kalibrering av dødelighet er basisproduksjoner fra begge steder etablert. Til slutt er det gjennomført en casestudie med større smolt og et varierende antall lusebehandlinger og sultedager, og netto nytteverdi er funnet med en nytte-kostnadsanalyse.

Den etablerte simuleringsmodellen kombinerte teknologi med biologi og gjorde det mulig å kvantifisere tap fra fartøysoperasjoner, inkludert dødelighet, vekttap fra sulting, økt produksjonstid og effekter fra gjentatt håndtering. Ved å kombinere en casestudie med en nytte-kostnadsanalyse ble verdien av disse tapene sammenstilt og sammenlignet med basisproduksjonene. Basert på analysen av de simulerte resultatene ble noen av strategiene funnet mer effektive, og presenterte dermed en lønnsom måte å forhindre laksedød på i løpet av produksjonen. Det er usikkerhet knyttet til modelleringen av helserespons, men likevel viser denne tilnærmingen hvordan stokastisk modellering kan være nyttig i forskning som involverer laksens helse og økonomi.

This thesis explores salmon welfare in vessel operations, which is a new area within marine system design. Vessel operations that involve salmon have become an essential part of limiting sea lice levels in Norwegian aquaculture, despite economic and biological losses attained from treatment mortality, reduced growth and higher economic feed conversion ratio. Salmon lice have developed a resistance towards traditional medicines, and there has been a shift from medicinal to non-medicinal methods of delousing, which mainly consist of thermal and mechanical treatments.

In order to identify the risks for salmon encountering vessel operations, a preliminary hazard analysis has been conducted. The analysis points out weaknesses within current procedures and suggests risk reducing measures for salmon. Based on data from literature and ongoing research, a simulation model has been developed in Simulink to investigate welfare oriented strategies in salmon farming. The model contains predictions for growth and natural mortality, and also treatment mortality that is based on stochastic models for salmon health, and the response of salmon to treatments. Salmon populations of a thousand fish are modelled with a random health status with a uniform distribution in the interval 1–100\%. Reported data from two localities in Norway has been implemented into the model, and after calibration of mortality, baseline productions from both sites were established. Finally, a case study has been conducted with larger smolt and a varying number of lice treatments and starving days, and net benefits are found with a cost benefit analysis.

The established simulation model combines technology with biology and enables to quantify losses from vessel operations, including mortality, weight loss from starvation, increased production time and effects from repeated handling. By combining the case study with a cost benefit analysis, these losses are assembled and compared to the baseline productions. Based on the analysis of the simulated results, some of the strategies are found more efficient and present profitable ways to prevent premature death of thousands of salmon. There is uncertainty connected to modelling health response to treatments, but still, this approach shows how stochastic modelling can be useful in research involving salmon health and economics.