可以使用 David Rosgen 的河岸侵蚀危险指数（BEHI）来评估和排序河岸侵蚀潜力，但该方法存在显著局限性。本文介绍了对该方法的改进方案，以应对时间限制，使非专业人员能够完成准确评估，并适用于美国俄亥俄州东北部的非冲积性河流条件。
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摘要
摘要
了解溪流污染源对于保护、恢复和维持溪流功能及其所提供的生境至关重要。来自严重侵蚀河岸的沉积物是溪流系统中主要的污染来源，可能威胁到生境、基础设施以及溪流功能。克利夫兰都会公园（Cleveland Metroparks）的流域管理实践致力于定位并记录潜在河岸侵蚀的来源及其风险等级，以协助制定有效的溪流、河岸带及生境管理建议。由Wildland Hydrology的David Rosgen开发的“河岸侵蚀危害指数”（Bank Erosion Hazard Index, BEHI）是一种河流地貌评估方法，通过综合多个对侵蚀过程敏感的变量，评估河岸发生侵蚀的易损性。该原始协议耗时较长，对非专业人员而言操作困难，且仅适用于特定的地貌区域。为解决这些限制，并提高评估的一致性、减少使用者主观偏差，对该协议进行了若干修改，包括增加“预筛选问卷”、取消“研究河岸-高度比”指标（含满岸水位的判定），以及调整评分系统。该改进后的协议已被用于评估克利夫兰都会公园内多条高优先级溪流。同时，也采用原始BEHI协议对结果进行验证。在野外应用改进后的评估方法，并与原始BEHI方法进行比较后发现，两者对河岸的BEHI评级结果具有可比性，而改进协议显著减少了完成评估所需的时间和资源。
引言
河岸侵蚀是一种自然过程，但过度的侵蚀会以悬浮沉积物的形式造成大量的非点源污染2。悬浮沉积物的增加会影响溪流的水质、物理特性及生物功能3。人类活动会显著加剧河岸侵蚀，并大幅增加沉积物负荷4，尤其是在城市区域，由于暴雨径流和不透水地表的增加，这一现象尤为突出5。较高的沉积物负荷会对水质以及溪流生态系统产生负面影响6。克利夫兰都会公园范围内实施的流域管理措施，旨在定位并清查潜在河岸侵蚀的来源及其风险等级，以支持有效的管理策略，同时助力溪流、河岸带及栖息地的修复工作。
David Rosgen（Wildland Hydrology）开发了河岸侵蚀风险指数（Bank Erosion Hazard Index, BEHI），该指数基于多种可蚀性变量的组合，评估某一河段河岸发生侵蚀的易感性7。BEHI 采用多种指标对河岸侵蚀的严重程度和发生概率进行分级，包括河岸物质组成、层理结构、根系深度与密度、河岸坡度、满岸水位高度与河岸总高度的比值，以及地表保护程度等。BEHI 评估为特定河岸赋予一个数值，该数值对应一个总体 BEHI 等级（极低、低、中等、高、很高或极端）。该方法在评估潜在河岸侵蚀方面已被证明有效8-10，并可与其他水质和生境评估方法结合使用。研究表明，BEHI 等级较高的河岸通常对应着多样性较低且稳定性较差的大型无脊椎动物群落，群落组成以机会性物种为主11。尽管原始的 BEHI 方法具有一定实用性，但其评估过程可能极为耗时，对非专业人员而言操作困难，并且主要局限于特定的地貌区域，尤其是针对冲积型河流条件而设计12。
为了应对这些限制，有必要对该方案进行修改。为此开发了“预筛选问卷”（图1），用于识别并排除可能被评为极低或低等级的河岸，从而将评估重点集中在侵蚀较严重的区域，并减少对整条河流进行BEHI评估所需的时间和资源。该问卷还考虑了俄亥俄州东北部冲积性与非冲积性河流条件之间的地质差异，例如极易侵蚀的页岩基岩13，而按照原始BEHI方案，这类基岩不会被判定为易侵蚀材料。通过取消包含河岸满水位阶段的“研究河岸高度比”指标（该参数通常极难确定），可加快河岸评估速度，并使非专业人员在接受基础培训后即可完成评估。此项对“研究河岸高度比”指标的取消，依据的是密歇根州环境质量部Joe Rathbun所开发的改进版BEHI程序14。为避免在野外进行额外计算，除河岸坡度、层理结构及河岸材料调整外，其余所有指标均以百分比形式表示。最初，根系密度以根系伸展状态下根系所占土壤体积的百分比表示，再乘以根系深度以涵盖整个河岸高度；但我们已将其替换为对整个河岸中根系密度的简单估算。为反映“研究河岸高度比”指标的取消以及百分比的估算方式，对原始BEHI评分系统进行了评分调整。如原始BEHI方案所述，测量所得的各项指标被转换为1–10的风险等级（10代表最高风险水平）。1至10的风险等级对应于极低、低、中等、高、极高和极端侵蚀潜力的风险评级。这些对应关系基于野外观测记录汇编而建立10。在改进版BEHI方案中，从原始BEHI评分体系中去除了“研究河岸高度比”指标的得分，以体现新的总分和风险等级（图2）。这些修改解决了原始BEHI方案在俄亥俄州东北部应用中的局限性，并有助于保持评估的一致性，减少使用者的主观偏差。
采用改进的BEHI方案对中国克利夫兰都会公园内的多条高优先级溪流进行了评估。最初的BEHI评估由经过培训的克利夫兰都会公园工作人员在一段溪流上实施，以验证该改进方案在识别侵蚀速率较高的溪岸方面的有效性。目前，改进后的BEHI方案已被专业人员、志愿者、工作人员和学生用于在整个克利夫兰都会公园范围内评估溪岸侵蚀情况。
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方案
1. 河岸识别
- 在溪流的一侧确定一段具有均匀特征的河岸。通过明显不同的坡度、不同的河岸物质或植被中断来区分该区域。该河岸段应明显不同于其两侧的河岸段。河岸段的长度没有最小或最大限制。将过长的河岸段划分为较小的段可简化评估工作。
2. BEHI 问卷初筛（图 1）
- 回答以下关于均匀河岸断面的问题，以“是”或“否”作答 图1.
- 回答问题：“河岸的均匀段在河岸坡脚处的保护程度是否小于或等于50%？” 坡脚位于河岸底部与基流条件下水面相接的位置，通常为河岸最底部的六至八英寸范围内。保护结构包括嵌入的巨石、嵌入的大型木质残体以及根系固着的植被。基岩可视为坡脚保护；但易碎裂的基岩不视为有效的坡脚保护。
- 回答问题：“是否有50%或以上的河岸出现0.5英尺或更大的下切侵蚀？” 下切侵蚀河岸是指地表以下部分发生侵蚀的河岸。
- 回答问题：“河岸的50%或以上是否表现出层理构造？” 层理构造是地质学中一种清晰可辨的水平分界面。层理构造中至少有一层必须由易侵蚀物质（如沙、砾石或基质）组成。
- 回答问题：“该河岸是否50%或以上区域的河岸高度达到或超过十英尺，且其中50%或以上区域存在土壤暴露？”
- 回答问题：“是否有50%或更多的河岸区域表现出根部缺乏河岸物质（土壤）？”
- 回答问题：“该河岸区域中是否有50%或以上的部分缺乏定植植被？”
- 如果“是”的答案有两个或以上 图1 问卷，应对河岸进行BEHI评估，因为河岸侵蚀很可能正在发生或即将发生。
- 如果“是”的回答少于两个 图1 问卷显示，由于河岸几乎无侵蚀或侵蚀极轻微，无需进行 BEHI 评估即，极低至低 BEHI 评分）。
3. BEHI 评估数据表（图 3）
- 在BEHI评估数据表上指定的位置记录日期、天气和人员信息。
- 记录被评估银行的编号。例如，1 表示当天第一个被评估的银行，2 表示第二个被评估的银行，3、4、5……依此类推。
- 在河岸的最上游（水流来源处）和最下游（水流去向处）位置记录GPS坐标。应尽可能靠近河岸站立，以确保坐标准确。
- 在河岸的上游和下游位置分别拍照，照片应包含河岸的主要特征。另需拍摄额外照片，以记录河岸或河道内的具体特征。即分层、粗木质残体堵塞等）。记录照片编号以供参考。
- 记录被评估溪流的一侧（左岸或右岸）。面向下游时，左侧为左岸，右侧为右岸。
- 从河岸坡脚到河岸顶部测量河岸高度（单位：英尺）。河岸顶部的位置由可明确识别的坡度转折点确定，通常与水流方向平行。
- 测量河岸趾部最上游点与最下游点之间的长度（单位：英尺）。
- 在步骤2中，填写初始“BEHI预筛问卷”中回答为“是”的问题数量。
- 注意与基础设施的距离及基础设施的类型（即桥梁、涵洞、道路、公共设施、房屋等。
- 圈出以下存在的任何定性指标：无植被的河心滩/辫状河道、两岸暴露的树根、两岸倾斜的树木、暴露的基础设施、位于大坝下游、河岸塌陷、溯源侵蚀沟（headcuts）、悬空支流、失效的“最佳管理措施”（BMPs），如护岸墙、石笼网箱或涵洞。
- 记录河岸材料的组成。记录所评估河岸断面中占主导地位的材料。
注意：河岸的组成物质可能为多种材料的混合。例如，河岸可能“底部为页岩，上部为含少量砾石的粉砂质砂土”。“粉砂质砂土”表示砂的含量多于粉砂，“少量砾石”表示砾石含量很少。“砂质粉砂”则表示粉砂的含量多于砂。 - 根据材料的可侵蚀性对河岸材料进行调整。
- 对于侵蚀率不高的材料，最多可扣除10分即，鹅卵石）。对于极易侵蚀的材料，最多可加10分。即，沙子）。一种混合材料（即．，含少量砾石的砂或含微量砾石的粉砂质砂）更常见于河流系统中，因此采用平均分更为合适（图4）。此调整并非强制要求。 参见 图4 在结果部分。
- 确定植物平均根系深度与研究河岸高度的比值，以百分比表示，用于估算植被对河岸材料的固持作用图5).
- 从河岸顶部到坡脚处垂直目测估算根系深度。例如，若根系生长在河岸上半部分，则根系深度为50%；若根系从河岸顶部一直生长至坡脚，则根系深度为100%。
- 取整个评估断面上根系深度的平均百分比。不考虑缺乏河岸材料的根系即，悬挂的根。
- 根据整个样本库估算百分比，然后使用“BEHI评分表”在数据表上记录该百分比对应的得分。 参见 图5 在结果部分。
- 通过目测评估由根系物质组成的河岸部分所占的百分比，确定根系密度。
- 不要考虑缺乏根际物质的根系。细小的纤维状根系可能非常密集，与树木的较大根系相比，能提供更强的土壤保持能力图6A和6B）。根据整个样本库估算百分比，然后使用“BEHI评分表”在数据表上记录该百分比对应的得分。 参见 图6 在结果部分。
- 测量基流期间从水面处的下部河岸到河岸顶部的角度图7）。极度倾斜的河岸其角度可达120度。
- 将测量尺垂直于水线放置，以估算河岸坡度，或在有条件时使用坡度计。对所评估河段的整个区域取河岸坡度的平均值。例如，若该河段大部分为90度，仅有小部分存在110度的下切坡，则记录的坡度约为100度。
- 根据整个样本库估算百分比，然后使用“BEHI评分表”在数据表上记录该百分比对应的得分。 参见 图7 在结果部分。
- 确定存在的表面保护类型，包括由木本碎屑、根系植被、嵌入的巨石、护岸结构、基岩或其他嵌入材料覆盖并保护河岸免受侵蚀的河岸部分所占的比例图8).
- 目视估算未暴露于侵蚀力作用下的河岸所占百分比。根据整个河岸的情况估算出一个百分比，然后使用“BEHI评分表”在数据表上记录对应百分比的得分。 参见 图8 在结果部分。
- 目视确定分层的层数。分层是指地质中明显存在的水平间断面，可能形成并加剧优先侵蚀区域图9).
- 记录存在的分层层数。 参见 图9 在结果部分。
- 如果由于分层结构导致侵蚀加剧，则需进行分层调整。
- 单层分层（两种不同的地质层）最多加5分。多层分层（三种不同的地质层）最多加10分。仅当至少有一层材料为可侵蚀性（如砂、砾石或基质）时，才对分层情况进行调整。
- 考虑分层的各层相对于水的位置， 即.，位于基流上方50英尺处的分层可能不会产生侵蚀作用。而靠近岸坡坡脚处的分层则可能具有极强的侵蚀性。在评估材料的可侵蚀性以及分层相对于水面的位置时，可能需要给出一个平均评分。此项调整并非强制要求。
- 将所有分数相加，以确定总体改良版 BEHI 评分（极低/低：4 – 15.5，中等：15.75 – 23.5，高：23.75 – 31.5，极高：31.75 – 36.5，或极重： >36.5）用于评估河岸的评分。将总分和评级记录在数据表中提供的相应位置。
- 记录河岸的具体情况。例如，河岸位于河曲弯道的外侧、存在大型木质残骸堵塞、有位置不当的涵洞，或有强烈的石油气味。在此记录任何正在失效的基础设施。
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结果
使用原始 BEHI 协议评估时，未通过预筛选问卷且未采用改进版 BEHI 协议评估的河岸，其评分结果为低或很低（图 10）。这支持将预筛选问卷作为快速识别正经历中等至极端侵蚀速率河岸的一种方法。 见下方 图 10。
总体而言，使用原始和修改后的BEHI方案评估的河岸，其最终BEHI评级结果基本一致。在采用两种BEHI方案评估的18个河岸中，有16个（即89%）获得了相同的最终BEHI评级图10). 根据修改后的 BEHI 协议，河岸 5 号得分为 23.0，低于中等与高 BEHI 等级分界值 0.5 分（表 1）。使用原始 BEHI 协议时，该河岸得分为 31.25，属于高 BEHI 等级；然而，该得分距离中等与高 BEHI 等级的分界值仅差 1.25 分（表 2）。最终 BEHI 等级的这一微小差异可归因于 BEHI 等级中的分界阈值设定。建议在评估溪流整体健康状况时，应考虑最终的数值得分，以观察 BEHI 等级阈值范围内存在的微小差异。...
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讨论
准确完成改进的BEHI方案最关键的步骤包括：正确识别出具有代表性的河岸均质段进行评估；如果河岸长度范围内变化过大，则最好将其划分为若干较小的河段分别评估，以准确反映河岸的可侵蚀性；完成预筛选问卷，以确认是否应对该河岸开展BEHI评估；若对河岸是否通过预筛选问卷存在疑问，则应进行BEHI评估；准确评估BEHI各项指标，避免观察者偏差并保持一致性，可通过由2至4人共同开展评估来实现；以及完整填写BEHI评估数据表。
这种改进的 BEHI 协议显著缩短了河岸评估所需的时间，并极大提高了评估的便捷性，使得非专业人员也能开展 BEHI 评估。该方法还考虑了非冲积条件，特别是美国俄亥俄州东北部存在的易侵蚀页岩；然而，协议还可根据特定区域的需求进一步调整。为准确反映区域冲积边界不一致及基础地质特征，可能需要进行特定修改。
改进的BEHI方案在对河岸侵蚀进行排序和优先级划分方面是有效的，有助于制定有效的河道管理策略；然而，该改进的BEHI方案也存在局限性，例如在未确定满岸流量水位、未完成近岸应力（Near Bank Stress, NBS）分...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者谨向克利夫兰都会公园（包括 J. Grieser、J. Markowitz、B. Garman 及支持团队）、凯斯西储大学 J. Burns 博士，以及通过教育促进五大湖创新管理的网络 GLISTEN（Great Lakes Innovative Stewardship through Education Network）表示感谢。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 200英尺卷尺 | 卷尺可用于测量河岸的长度和高度 | ||
| 倾角仪 | 倾角仪可用于测量河岸的倾斜角度。 | ||
| 全球定位系统（GPS） | 全球定位系统（GPS）用于沿溪流采集定位点，为确保绘图精度，应使用能获取准确读数的GPS设备。 | ||
| 相机 | 相机用于拍摄待评估河岸以及溪流中任何重要地貌特征的照片。 |
参考文献
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