Endring av Bank Erosjon Hazard Index (Behi) Protokoll for Rapid Assessment of Streambank Erosjon i Northeastern Ohio

Introduction

Streambank erosjon er en naturlig prosess; imidlertid overdreven erosjon kan bidra med en betydelig mengde av ikke-punktkilde forurensning i form av suspenderte sedimenter ^2. Økt suspendert sediment påvirker vannkvaliteten, fysiske og biologiske funksjoner av en bekk ^tre. Menneskelige påvirkninger kan i stor grad påvirke streambank erosjon, og betydelig øke sediment laster ^4, spesielt i urbane systemer hvor det er en økning i overvann avrenning og tette flater ^5. Høyere belastninger sediment kan negativt påvirke vannkvaliteten og økosystemene i bekker ^6. Vannskille forvaltningspraksis i hele Cleveland Metroparks forsøke å finne og inventar kilden og vurdere risikoen for potensielle streambank erosjon å bistå i forvaltningsstrategier, samt i bekk, elvebreddebufferen, og habitat restaurering.

David Rosgen, med Wildland Hydrologi, utviklet Bank ErosjonHazard Index (Behi), som evaluerer mottakelighet av streambank erosjon på en bekk rekkevidde basert på en kombinasjon av flere erodibility variabler ^7. Behi bruker en rekke indikatorer for å rangere alvorlighetsgraden og sannsynligheten for streambank erosjon, inkludert bank materiale, lagdeling, rot dybde og tetthet, bank vinkel, bankfull høyde til banken og høyde, og mengden av overflatebeskyttelse tilstede. Den Behi vurderingen tildeler en numerisk verdi som tilsvarer en samlet Behi rating (svært lav, lav, moderat, høy, veldig høy, eller ekstrem), for en bestemt streambank. Denne protokollen har vært effektiv i å vurdere potensialet streambank erosjon ^8-10 og kan brukes sammen med andre vannkvalitet og habitatvurderinger. Streambanks som oppviser en høy Behi reisende har blitt vist å tilsvare mindre varierte og mindre stabile macroinvertebrate miljøer, bestående hovedsakelig av opportunistiske arter ^11. Selv om originalen Behi metoden jegs nyttig, kan det være svært tidkrevende, vanskelig for ikke-profesjonelle, og begrenset til bestemte geomorphic regioner, skreddersydd for alluvial stream forhold ^12.

Modifikasjoner av denne protokollen var nødvendig for å løse disse begrensningene. A "Pre-Screening Questionnaire" (figur 1) ble utviklet for å identifisere og eliminere streambanks som er sannsynlig å rangere svært lav eller lav, og dermed fokusere vurderingen på høyere erosjonsområder, og redusere mengden av tid og ressurser som kreves for å utføre en Behi vurdering på en hel strøm. Spørreskjemaet tar også geologiske forskjeller mellom alluviale og ikke-alluviale stream forhold sett i Northeastern Ohio, for eksempel ekstremt eroderbar skiferfjellet ^13, som ikke ville bli vurdert som et eroderbart materiale basert på den opprinnelige Behi protokollen. Eliminering av Study Bank og høyde metrisk inkludert bankfull scenen, noe som kan væresvært vanskelig å fastslå, tillatt for en raskere streambank vurdering og for ikke-fagfolk til å fullføre vurderingen med innledende trening. Denne eliminering av Study Bank og høyde var basert på en modifisert Behi prosedyre utviklet av Joe Rathbun ved Michigan Department of Environmental Quality ^14. For å eliminere behovet for tilleggsberegninger i feltet, blir alle andre beregninger uttrykt som prosentandeler unntatt bank vinkel, og stratifisering og bank vesentlige justeringer. Root tetthet ble først uttrykt som prosent av jordsmonn består av røtter hvor røttene er utvidet. Dette ble multiplisert med roten dybde til å gjøre rede for hele banken høyde; men vi har erstattet dette med et enkelt estimat av tettheten av røtter i hele bredden. Poeng justeringer ble gjort til den opprinnelige Behi scoring system for å ta høyde for eliminering av Study Bank og høyde metrisk og estimerte prosenter. Som beskrevet i den opprinnelige Behiprotokoll de målte verdiene ble omgjort til en risikovurdering av 1-10 (10 er det høyeste nivået av risiko). Risiko karakterer fra 1 til 10 tilsvarer risikere rangeringer svært lav, lav, moderat, høy, veldig høy, og ekstrem potensiell erosjon. Disse forholdene ble etablert basert på en katalog med feltobservasjoner ^10. I den modifiserte Behi protokollen, ble score for Study Bank og høyde metrisk trekkes fra det opprinnelige Behi scoring system for å reflektere nye total score og risiko karakterer (figur 2). Disse endringene løse utfordringer som oppstår i den opprinnelige Behi protokollen i Northeastern Ohio og bistått i å opprettholde konsistens og redusere bruker bias.

Den modifiserte Behi protokollen ble brukt til å vurdere flere høyt prioriterte bekker innenfor Cleveland Metroparks. Den opprinnelige Behi Vurderingen ble utført ved Cleveland Metro trenet personell, på en lengde på strømmen for å bekrefte effektiviteten av de modifikasjoner i identifying streambanks med høyere forekomst av erosjon. Den modifiserte Behi protokollen brukes av profesjonelle, frivillige, ansatte og studenter til å vurdere streambank erosjon gjennom Cleveland Metroparks.

Protocol

1. Streambank Identifikasjon

1. Identifisere en enhetlig del av bank på den ene siden av bekken. Skille denne delen av en drastisk annerledes skråning av banken, annen bank materiale, eller en pause i vegetasjon. Denne delen av streambank bør være tydelig forskjellig fra de deler på hver side. Det er ikke et minimum eller maksimum lengde på bank. Separasjon av ekstremt lange seksjoner i mindre segmenter vil forenkle vurderingen.

2. Pre-Screening Behi Questionnaire (figur 1)

1. Svar på følgende spørsmål om uniform streambank seksjon med ja / nei-svar fra figur 1.
   1. Svar på spørsmålet "gjør uniform delen av bankutstillings mindre enn eller lik 50% beskyttelse på tå av banken?" The tå ligger ved foten av banken der den møter vannet under basen strømningsforhold; i gjennomsnitt de nederste seks til åtte inches av banken. Protection inkluderer innebygde steinblokker, innebygd stor woody rusk og forankret vegetasjon. Bedrock teller som tå beskyttelse; derimot, er lett knuselig grunnfjell ikke tå beskyttelse.
   2. Svar på spørsmålet "gjør 50% eller mer av banken utstillings et hakk på 0,5 meter eller mer?" An undercut bank er en streambank som har gjennomgått erosjon under jordoverflaten.
   3. Svar på spørsmålet "gjør 50% eller mer av banken utstillingslagdeling?" Stratifisering er en klart definert horisontal pause i geologi. Ett lag av lagdelingen må bestå av et eroderbart materiale (sand, grus eller matrise).
   4. Svar på spørsmålet "betyr 50% eller mer av banken ha en bank høyde på ti meter eller mer med 50% eller mer jord eksponering?"
   5. Svar på spørsmålet "gjør 50% eller mer av bank utstillingen røtter mangler bank materiale (jord)?"
   6. Svar på spørsmålet "er 50% eller mer av banken blottet for rotfestet vegetasjon? & #8221;
2. Dersom det er to eller flere "ja" svar i figur 1 spørreskjemaet, utføre en Behi evaluering av banken som det er en betydelig sjanse for at streambank erosjon er oppstått eller vil oppstå.
3. Dersom det er mindre enn to "ja" svar i figur 1 spørreskjemaet, ikke fortsette med Behi evaluering fordi banken opplever liten eller ingen erosjon (dvs. svært lav til lav Behi rangering).

3. Behi Evaluering datablad (figur 3)

1. Registrere dato, været, og personell, og klikk på Behi Evaluering datablad.
2. Registrere antall banken blir vurdert. For eksempel, en er den første banken være å vurdere den dagen, er to andre banken være å vurdere, 3, 4, 5 ... og så videre.
3. Ta GPS-koordinater på det mest oppstrøms (hvor vannet strømmer fra), og mest nedstrøms (hvor vannet is strømmer til) poeng av banken. Stå så nært til banken som mulig for å sikre nøyaktighet.
4. Ta bilder på både oppstrøms og nedstrøms poeng på banken. Fange opp de viktigste funksjonene i banken i bildene. Ta flere bilder for å fange funksjoner på banken eller i kanalen (ie., Lagdeling, store woody rusk syltetøy, etc.). Spill bildenumrene for referanse.
5. Noter side av bekken blir vurdert (venstre bank eller høyre bank). Bestem venstre bredd og høyre bank når du møter nedstrøms; venstre og høyre henholdsvis.
6. Måle bredden høyde, i meter, fra tåen av banken til toppen av banken. Bestemme toppen av bredden av den første definer pause i helning, vanligvis liggende parallelt med vannstrømmen.
7. Måle bredden lengde ved tåen, i fot, mellom de oppstrøms og de nedstrøms punkter på banken.
8. Skriv nummeret av spørsmålene som ble besvart med et "ja" iinnledende "Pre-Screening Behi Questionnaire" i trinn 2.
9. Oppmerksom på avstand til infrastruktur og den type infrastruktur (dvs., Broer, kulverter, veier, verktøy, hus etc.).
10. Sirkel noen av følgende kvalitative indikatorer som er til stede: Unvegetated mid-kanal bar / flettet kanal, synlige trerøtter på begge sider, lener trær på begge sider, utsatt infrastruktur, nedstrøms av en demning, slumping streambanks, headcuts, perched sideelver, mislykkede "Best Management Practices" (BMP-tallet) som kledning vegger, skansekurv kurver eller kulverter.
11. Legg merke til at sammensetningen av banken materiale. Spill de dominerende materialer som finnes langs bredden delen som er under evaluering.
    MERK: Streambanks kan være en blanding av materialer. For eksempel kan en bank ha "skifer på tå, og siltig sand med spor grus over". "Silty sand" indikerer mer sand enn silt og "spor grus" indikereren liten mengde av grus. "Sandy silt" indikerer mer silt enn sand.
12. Gjør bank vesentlige justeringer basert på erodibility av materialet.
    1. Trekke opp til 10 poeng for materiale som ikke har en høy grad av erodibility (ie., Brolegge). Legg opp til 10 poeng for ekstremt eroderbare materialer (ie., Sand). En blanding av materiale (ie., Sand med noe grus eller siltig sand med spor grus) er oftere funnet i bekkesystemene slik en gjennomsnittlig poengsum ville være mer hensiktsmessig (figur 4). Dette er ikke et obligatorisk justering. Se Figur 4 I Resultater seksjon.
13. Bestemme forholdet mellom den gjennomsnittlige dybde roten av planter til studiet bank høyde, uttrykt som en prosentandel, for å estimere tilslutning av banken materiale av vegetasjon (figur 5).
    1. Anslå visuelt rot dybde vertikalt fra toppen av banken til tå av banken. For example, hvis røtter vokser i den øverste halvdelen av banken, ville roten dybden være 50%. Hvis det er røtter som vokser fra toppen av banken til tå, vil roten dybden være 100%.
    2. Ta en gjennomsnittlig andel på rot dybde langs hele strekningen under evaluering. Ikke anser røtter som er blottet for bank materiale (ie., Hengende røtter).
    3. Estimere en prosentandel basert på hele banken, deretter bruke "Behi Score Chart" å registrere score for denne prosenten på databladet. Se figur 5 i Resultater seksjon.
14. Finne roten tetthet ved å foreta en visuell vurdering av mengden av bank består av rotmateriale, uttrykt som en prosentandel.
    1. Ikke anser røtter som er blottet for bank materiale. Små, fibrøse røtter kan være veldig tett og gir større jord oppbevaring i forhold til de større rotsystemer av trær (Figur 6A og 6B). Estimere en prosentandel basert påhele banken, deretter bruke "Behi Score Chart" å registrere score for denne prosenten på databladet. Se figur 6 i Resultater avsnitt.
15. Måle vinkelen fra det nedre bredden i vannlinjen under basisstrøm til toppen av banken (figur 7). En ekstremt underskåret bank kan ha en vinkel opp til 120 grader.
    1. Plasser en målestokk i en 90 graders vinkel i forhold til vannlinjen for å anslå banken vinkel eller bruk en inclinometer hvis tilgjengelig. Ta et gjennomsnitt av banken vinkel langs hele strekningen under evaluering. For eksempel, hvis den delen er stort sett 90 grader med en liten del som har 110 graders underslag, ville den innspilte grad være ca 100 grader.
    2. Estimere en prosentandel basert på hele banken, deretter bruke "Behi Score Chart" å registrere score for denne prosenten på databladet. Se figur 7 i Resultater Section.
16. Bestemme overflatebeskyttelse til stede, mengden av streambank dekket og beskyttet av woody rusk, forankret vegetasjon, innebygde steinblokker, revet, berggrunn, eller andre innebygde materialer som beskytter streambank mot erosjon (figur 8).
    1. Anslå visuelt andelen streambank ikke utsettes for erosive krefter. Estimere en prosentandel basert på hele banken, deretter bruke "Behi Score Chart" å registrere score for denne prosenten på databladet. Se figur 8 i Resultater Seksjon.
17. Visuelt bestemme antall stratifisert lag. Stratifisering refererer til en klart definert horisontal pause i geologi som har potensiale til å forårsake og forbedre soner av preferanse erosjon (figur 9).
    1. Rekord hvor mange lag av stratifisering er til stede. Se figur 9 i Resultater avsnitt.
    </ Li>
18. Gjør stratifisering justeringer hvis økt erosjon er oppstått på grunn av den lagdelte lag.
    1. Legg opp til 5 poeng for et enkelt lag av stratifisering (to ulike geologiske lag). Legg opp til 10 poeng for flere lag med lagdeling (tre forskjellige geologiske lag). Bare justere for lagdeling dersom minst ett lag av materialet er eroderbart (sand, grus eller matrise).
    2. Vurdere hvor de stratifiserte lag er i forhold til vannet, det vil si., Kan det stratifiserte lag som er 50 fot over basisstrømmen ikke har en eroderende effekt. En stratifisert lag nær tå av banken kan ha en ekstremt erosive effekt. En gjennomsnittlig poengsum kan være nødvendig, spesielt når man vurderer hvor eroderbart materiale er og hvor den stratifiserte lag er i forhold til vannet. Dette er ikke et obligatorisk justering.
19. Legg alle poeng sammen for å bestemme den totale modifiserte Behi rating (svært lav / lav: 4 - 15.5, med moderat: 15.75211; 23.5, høy: 23,75 til 31,5, svært høy: 31,75 til 36,5, eller ekstrem:> 36.5) for streambank vurdert. Spill den totale poengsummen og vurdering, og klikk på datablad.
20. Legg merke til streambank detaljer. For eksempel er streambank på utsiden av en meander bøyes, et stort treaktig rusk jam, en ut av plass kulvert eller sterk oljelukt. Oppmerksom på eventuelle sviktende infrastruktur her.

Representative Results

Streambanks som ikke besto Pre-Screening Questionnaire og ble ikke vurdert med den modifiserte Behi protokollen, rangert lav eller svært lav når vurderes med den opprinnelige Behi protokollen (Figur 10). Dette støtter bruk av Pre-Screening Questionnaire som en måte å raskt identifisere streambanks som opplever moderat til ekstreme priser av erosjon. Se figur 10 nedenfor.

Generelt ble streambanks vurderes plassert i samme endelige Behi vurdering ved hjelp av både den opprinnelige og den endrede Behi protokollen. Seksten ut av atten, eller 89% av streambanks vurderes med både Behi protokoller fikk samme endelige Behi rating (Figur 10). Streambank 5 scoret en 23,0 hjelp av modifiserte Behi protokollen, som er 0,5 poeng under cutoff mellom en moderat og en høy Behi rating (tabell 1). Ved hjelp av den opprinnelige Behi protokollen, banken scoret en 31.25, en høy Behi vurdering; Men stillingen var innenfor 1,25 poeng av cutoff mellom en moderat og en høy Behi rating (tabell 2). Denne liten forskjell i den endelige Behi vurdering kan tilskrives de cutoff marginer innenfor Behi karakterer. Det anbefales at de endelige numeriske score er vurdert, ved vurderingen av den generelle helsen til bekken for å observere små variasjoner i margen av de Behi karakterer (ie., En høy, moderat kontra en lav, høy). Se tabellene 1 og 2 nedenfor.

Streambank 18 (Figur 11), en forvitret skifervegg, hadde en ulik Behi vurdering mellom de to protokollene fordi det var ute av stand til å bli vurdert med den opprinnelige Behi protokollen som berggrunn får en svært lav Behi poengsum automatisk; men mislyktes denne streambank Pre-Screening Questionnaire på grunn av mangel på tå beskyttelse til stede (eroderbar skifer teller ikke som tå beskyttelse i vår modifisering av Behi), en bank høyde på ti føtter eller mer med 50% eller mer jord eksponering, og mer enn 50% av bankens var blottet for rotfestet vegetasjon (Figur 11); Derfor var det nødvendig en vurdering ved hjelp av den modifiserte Behi protokollen. Den endelige Behi reisende, ved hjelp av den modifiserte Behi protokollen var ekstreme, på grunn av den bratte vinkel bank, eroderbart materiale, mangel på en elvebredde rotsystem brer seg til tåen, og en liten mengde av overflatebeskyttelse tilstede. Se figur 11 nedenfor.

Figur 1. Pre-Screening Questionnaire.

Figur 2. Score Chart.

0 / 52330fig3.jpg "/>
Figur 3. Behi evaluering datablad.

Figur 4. Bank Material Metric. Justeringer kan gjøres basert på erodibility av materialet. En blanding av materiale, som vist i figuren er ofte funnet i stream-systemer slik at en gjennomsnittlig poengsum ville være mer hensiktsmessig.

Figur 5. Riparian referanse Dybde metrisk. Forholdet mellom den gjennomsnittlige dybde roten av planter til studiet bank høyde, uttrykt som en prosentandel. For denne banken, røtter vokse til en dybde på omtrent 30% av hele bredden.

0fig6.jpg "/>
Figur 6. Root Tetthet Metric. Liten, fibrøse røtter, som vist i (A) kan være svært tett og gi større jord oppbevaring i forhold til store, trykk rotsystemer vist i (B). Klikk her for å se en større versjon av dette figur.

Figur 7. Bank Angle Metric. Er Banken vinkel vinkelen fra nedre bank ved vannlinjen under basen strømme til toppen av banken. En ekstremt underskåret bank, som vist på figuren kan ha en vinkel på 120 grader eller mer.

Figur 8.

Figur 9. Stratifisering Metric. Et klart definert lag av lagdeling med morene på tå og en grusete sand lag over.

Figur 10. Kart sammenligning. Sagamore Creek kart over Behi karakterer, sammenligne den modifiserte og originale protokollen. Streambanks som ikke besto Pre-Screening Questionnaire og ble ikke vurdert med den modifiserte Behi protocol, rangert lav eller svært lav når vurderes med den opprinnelige Behi protokollen som vises i grønt ovenfor. Seksten av de atten streambanks vurderes med den opprinnelige Behi protokollen hadde samme endelige Behi vurdering når vurdert med den modifiserte Behi protokollen.

. Figur 11. Shale Wall The forvitret skifer veggen som var ute av stand til å bli vurdert med den opprinnelige Behi protokollen fordi grunnfjellet får en svært lav Behi poengsum automatisk; Men etter å ha fullført den modifiserte Behi protokollen, denne streambank rangert ekstreme.

Tabell 1. Modifisert Behi Protocol datasett. Datasett fra Sagamore Creek Behi vurdering, ved hjelp av den modifiserte protokollen.
Tabell 2. Original Behi Protocol datasett. Datasett fra Sagamore Creek Behi vurdering, bruker den originale protokollen.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
200' reel tape measure			Tape measure can be used to measure bank length and height
Inclinometer			Inclinometer may be used to measure bank angle.
GPS			GPS is used to take points along the stream, make sure for mapping purposes to use a GPS that takes accurate readings.
Camera			Camera is used to take photos of the banks under assessment and of any major stream features.