Articolo metodologico

Modifica della Banca Erosione Hazard Index (Behi) Protocollo per la rapida valutazione dei corsi d'acqua Erosion in Northeastern Ohio

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DOI:

10.3791/52330

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13 febbraio 2015

 , 
1Natural Resources, Cleveland Metroparks, 2Department of Biology, Case Western Reserve University

In questo articolo

Sommario

Il potenziale di erosione delle sponde può essere valutato e classificato utilizzando l'indice di rischio di erosione bancaria (BEHI) di David Rosgen, tuttavia questo protocollo presenta limitazioni significative. Qui presentiamo le modifiche al protocollo per affrontare i vincoli di tempo, consentire ai non professionisti di completare valutazioni accurate e tenere conto delle condizioni dei corsi d'acqua non alluvionali nel nord-est dell'Ohio.

Abstract

Comprendere la fonte dell'inquinamento in un corso d'acqua è vitale per preservare, ripristinare e mantenere la funzione del corso d'acqua e l'habitat che fornisce. I sedimenti provenienti da argini altamente erosi sono una delle principali fonti di inquinamento in un sistema fluviale e hanno il potenziale di mettere a repentaglio l'habitat, le infrastrutture e la funzione del corso d'acqua. Le pratiche di gestione dei bacini idrografici in tutti i Cleveland Metroparks tentano di localizzare e inventariare la fonte e valutare il rischio di potenziale erosione degli argini dei corsi d'acqua per aiutare a formulare raccomandazioni per la gestione degli effetti, dei corsi d'acqua, dei fiumi e degli habitat. Il Bank Erosion Hazard Index (BEHI), sviluppato da David Rosgen di Wildland Hydrology, è una procedura di valutazione geomorfica fluviale utilizzata per valutare la suscettibilità di una potenziale erosione degli argini dei corsi d'acqua basata su una combinazione di diverse variabili sensibili a vari processi di erosione. Questo protocollo può richiedere molto tempo, essere difficile per i non professionisti e essere limitato a specifiche regioni geomorfiche. Per affrontare questi vincoli e aiutare a mantenere la coerenza e ridurre i pregiudizi degli utenti, le modifiche a questo protocollo includono un "Questionario di pre-screening", l'eliminazione della metrica Study Bank-Height Ratio, inclusa la determinazione del bankfull, e un sistema di punteggio regolato. Questo protocollo modificato è stato utilizzato per valutare diversi flussi ad alta priorità all'interno dei Cleveland Metroparks. Il protocollo BEHI originale è stato utilizzato anche per confermare i risultati del protocollo BEHI modificato. Dopo aver utilizzato la valutazione modificata sul campo e averla confrontata con il metodo BEHI originale, si è scoperto che i due hanno prodotto valutazioni BEHI comparabili delle rive dei corsi d'acqua, riducendo significativamente la quantità di tempo e risorse necessarie per completare il protocollo modificato.

Introduzione

Dei corsi d'acqua erosione è un processo naturale; tuttavia eccessiva erosione può contribuire una quantità significativa di inquinamento fonte non punto nella forma di sedimenti in sospensione 2. Aumento dei sedimenti in sospensione influisce sulla qualità dell'acqua, fisico, e le funzioni biologiche di un flusso di 3. Influenze umane possono influenzare notevolmente l'erosione dei corsi d'acqua, e di aumentare in modo significativo i carichi di sedimento 4, in particolare nei sistemi urbani in cui vi è un aumento del deflusso delle acque piovane e di superfici impermeabili 5. Carichi di sedimenti elevate possono influire negativamente sulla qualità dell'acqua e degli ecosistemi di flussi 6. Pratiche di gestione dei bacini idrografici in tutto Metroparks Cleveland tentano di individuare e di inventario la fonte e valutare il rischio di potenziale erosione dei corsi d'acqua per aiutare a strategie di gestione efficaci, oltre che nel flusso, ripariale, e il ripristino dell'habitat.

David Rosgen, con Wildland Idrologia, ha sviluppato il Erosione BankIndice Hazard (Behi), che valuta la suscettibilità di erosione dei corsi d'acqua su un flusso sbraccio basa su una combinazione di diverse variabili erodibilità 7. Behi utilizza una serie di indicatori per classificare la gravità e la probabilità di erosione dei corsi d'acqua, tra cui il materiale banca, la stratificazione, la profondità delle radici e la densità, l'angolo della banca, l'altezza bankfull al rapporto di altezza banca, e la quantità di protezione superficiale presente. La valutazione Behi assegna un valore numerico che corrisponde ad una valutazione complessiva Behi (molto basso, basso, moderato, alto, molto alto, o estremo), per un particolare dei corsi d'acqua. Questo protocollo è stato efficace nel valutare il potenziale di erosione dei corsi d'acqua 8-10 e può essere utilizzato in combinazione con altre valutazioni della qualità delle acque e di habitat. Streambanks espositrici un rating elevato Behi hanno dimostrato di corrispondere a meno diversi e meno stabili comunità di macroinvertebrati, che consiste principalmente di specie opportunistiche 11. Anche se l'originale metodo di Behi is utile, può essere molto tempo, difficile per i non professionisti, e limitata a specifiche regioni geomorfologiche, specificamente pensati per le condizioni di flusso alluvionali 12.

Modifiche a questo protocollo sono state necessarie per affrontare questi vincoli. A "Pre-Screening Questionario" (Figura 1) è stato sviluppato per identificare ed eliminare streambanks che probabilmente rango molto basso o basso, concentrandosi così la valutazione sulle zone superiori erosione, e diminuendo la quantità di tempo e di risorse necessarie per eseguire un behi valutazione su un intero flusso. Il questionario affronta anche le differenze geologiche tra le condizioni della corrente alluvionali e non alluvionali visto in Northeastern Ohio, come estremamente erodibili scisto roccia 13, che non sarebbe stato valutato come un materiale erodible basato sul protocollo Behi originale. Eliminazione della Ratio metrica Study Bank-Altezza compresa la fase di bankfull, che può esseremolto difficile da determinare, ha permesso per una valutazione dei corsi d'acqua più veloce e per non professionisti per completare la valutazione con la formazione introduttiva. Questa eliminazione dello studio della Banca-Height rapporto era basato su una procedura Behi modificata sviluppata da Joe Rathbun presso il Dipartimento del Michigan di Qualità Ambientale 14. Per eliminare la necessità di ulteriori calcoli nel campo, tutti gli altri parametri sono espressi come percentuali eccetto angolo di banco, e stratificazione e rettifiche materiali bancari. Densità Root è stato inizialmente espresso come la percentuale di terreno composto da radici dove sono estese le radici. Questo è stato moltiplicato per la profondità della radice per spiegare l'intera altezza banca; Tuttavia abbiamo sostituito questo con una semplice stima della densità di radici nell'intera banca. Clienti adeguamenti sono stati apportati al sistema di punteggio Behi originale per spiegare l'eliminazione del rapporto metrico Study Bank-Height e le percentuali stimate. Come descritto in originale behiprotocollo le metriche di misurazione sono stati convertiti in un rating di rischio di 1-10 (10 è il più alto livello di rischio). I rating di rischio da 1 a 10 corrispondono a rating molto basso, basso, moderato, alto, molto alto, e l'estrema potenziale erosione rischiare. Questi rapporti sono stati stabiliti sulla base di un catalogo di osservazioni sul campo 10. Nel protocollo Behi modificato, i punteggi per lo studio Banca-Altezza Rapporto metrica sono stati sottratti dal sistema di punteggio Behi originale per riflettere le nuove punteggio totale e dei livelli di rischio (Figura 2). Queste modifiche riguardano i limiti del protocollo Behi originale in Northeastern Ohio e assistiti nel mantenere la coerenza e la diminuzione degli errori utente.

Il protocollo Behi modificato è stato utilizzato per valutare diversi flussi ad alta priorità nei Metroparks Cleveland. La valutazione iniziale behi stata eseguita da personale addestrato Cleveland Metropark, su una lunghezza di flusso per confermare l'efficacia delle modifiche identifying streambanks con più alti tassi di erosione. Il protocollo Behi modificato viene utilizzato da professionisti, volontari, personale e studenti di valutare l'erosione dei corsi d'acqua in tutto il Metroparks Cleveland.

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Protocollo

1. Identificazione dei corsi d'acqua

  1. Identificare una sezione uniforme della banca su un lato del torrente. Differenziare questa sezione una pendenza drasticamente diversa della banca, materiale banca differente, o una pausa di vegetazione. Questa sezione dei corsi d'acqua dovrebbe essere visibilmente diversi da sezioni su entrambi i lati. Non c'è una lunghezza massima o minima di banca. Separazione delle sezioni estremamente lunghi in segmenti più piccoli semplificherà la valutazione.

2. Pre-Screening Behi Questionnaire (Figura 1)

  1. Rispondete alle seguenti domande circa la sezione dei corsi d'acqua uniforme sì / no risposte da figura 1.
    1. Rispondere alla domanda "fa parte uniforme mostra banca inferiore o uguale al 50% di protezione alla punta della banca?" La punta si trova alla base della banca dove incontra l'acqua in condizioni di flusso di base; in media la parte inferiore sei-otto centimetri di banca. Protezione include massi embedded, incorporato grandi detriti legnosi e vegetazione radicata. Bedrock conta come la protezione delle dita; tuttavia, facilmente roccia fragili non è la protezione delle dita.
    2. Rispondere alla domanda "fa il 50% o più della mostra banca uno scarico di 0,5 metri o più?" Una banca scarico è una dei corsi d'acqua che ha subito l'erosione sotto la superficie del suolo.
    3. Rispondere alla domanda "fa il 50% o più della stratificazione mostra banca?" Stratificazione è una rottura orizzontale, chiaramente definito in geologia. Uno strato di stratificazione deve essere composta da un materiale erodibile (sabbia, ghiaia, o matrice).
    4. Rispondere alla domanda "non oltre il 50% della banca hanno un'altezza banca di tre metri o più, con il 50% o più di esposizione del suolo?"
    5. Rispondere alla domanda "fa o più del 50% della banca radici presentano privi di materiale bancario (suolo)?"
    6. Rispondere alla domanda "è del 50% o più del vuoto banca di vegetazione radicata? & #8221;
  2. Se ci sono due o più "sì" risposte nella figura 1 questionario, effettuare una valutazione Behi della banca in quanto vi è una significativa probabilità che dei corsi d'acqua erosione sta accadendo o accadrà.
  3. Se ci sono meno di due "sì" risposte nella figura 1 questionario, non procedere con la valutazione Behi perché la banca sta vivendo poco o nessun erosione (cioè, molto basso per voto basso Behi).

3. Scheda Behi Valutazione dei dati (Figura 3)

  1. Annotare la data, il tempo, e il personale in appositi spazi sul foglio Behi Valutazione dei dati.
  2. Registra il numero della banca oggetto di valutazione. Per esempio, 1 è la prima banca essendo valutare quel giorno, 2 è il secondo banco essendo valutare, 3, 4, 5 ... e così via.
  3. Dai coordinate GPS al massimo monte (dove l'acqua fluisce dal) e più a valle (dove l'acqua is che scorre a) i punti della banca. Stand più vicino alla banca il più possibile per garantire l'accuratezza.
  4. Scattare foto sia a punti a monte ea valle sulla riva. Cattura le caratteristiche principali della banca nelle immagini. Scatta foto aggiuntive per catturare caratteristiche sulla banca o del canale (es., Stratificazione, grandi marmellate detriti legnosi, ecc). Registrare i numeri di immagine per riferimento.
  5. Registrare il lato del torrente in fase di valutazione (riva sinistra o riva destra). Determinare la riva sinistra e riva destra di fronte a valle; a sinistra ea destra, rispettivamente.
  6. Misurare l'altezza banca, in piedi, dalla punta della banca all'inizio della banca. Determinare all'inizio della banca entro il pausa definibile in salita, generalmente situata parallelamente al flusso dell'acqua.
  7. Misurare la lunghezza banca alla punta, in piedi, tra i punti più a monte e più a valle della sponda.
  8. Scrivere il numero delle domande a cui ha risposto con un "sì" neliniziale "Pre-Screening Behi Questionario" al punto 2.
  9. Nota la distanza alle infrastrutture e al tipo di infrastruttura (es., Ponti, canali sotterranei, strade, servizi, case, ecc).
  10. Circle uno dei seguenti indicatori qualitativi che sono presenti: unvegetated bar / canale mid-channel intrecciato, radici di alberi esposti su entrambi i lati, alberi appoggiati su entrambi i lati, le infrastrutture esposti, a valle di una diga, streambanks crolli, headcuts, affluenti arroccati, fallite "migliori pratiche di gestione" (BMP di) come muri da filo, gabbioni o canali sotterranei.
  11. Notare la composizione del materiale banca. Registrare i materiali predominanti che si trovano lungo la sezione banca che è in fase di valutazione.
    NOTA: streambanks possono essere una combinazione di materiali. Ad esempio, una banca può avere "scisto alla punta, e sabbia limoso con tracce di ghiaia sopra". "Sabbia limosa" indica più sabbia che limo e "trace ghiaia" indicauna piccola quantità di ghiaia. "Limo Sandy" indica più limo di sabbia.
  12. Effettuare bancari rettifiche materiali basati sul erodibilità del materiale.
    1. Sottrarre fino a 10 punti per materiale che non hanno un alto tasso di erodibilità (es., Ciottoli). Aggiungi fino a 10 punti per i materiali estremamente erodibili (es., Sabbia). Una miscela di materiale (es., Con un po 'di sabbia ghiaia o sabbia limosa con la traccia ghiaia) è più diffuso nei sistemi di flusso così un punteggio sarebbe più opportuno (Figura 4). Questa non è una regolazione obbligatoria. Vedere la Figura 4 In Risultati sezione.
  13. Determinare il rapporto tra la profondità media radicale delle piante all'altezza banca studio, espresso in percentuale, per stimare l'aderenza del materiale banca da vegetazione (Figura 5).
    1. Visivamente stimare la profondità di radice verticale dall'alto della banca per la punta della banca. Per example, se radici crescono nella metà superiore della banca, la profondità della radice sarebbe 50%. Se ci sono radici crescono dall'alto della banca alla punta, la profondità della radice sarebbe 100%.
    2. Prendere una percentuale media della profondità di radice lungo l'intera sezione in esame. Non considerare le radici che sono privi di materiale bancario (es., Appesa radici).
    3. Stimare una percentuale sulla base dell'intera banca, quindi utilizzare il "Behi Score Chart" per registrare il punteggio per tale percentuale sulla scheda tecnica. Vedere la Figura 5 in Risultati sezione.
  14. Determinare la densità radice facendo una valutazione visiva della quantità di banca composto di materiale radice, espresso in percentuale.
    1. Non considerare le radici che sono privi di materiale banca. Piccoli, radici fibrose possono essere molto denso e fornire una maggiore ritenzione del suolo rispetto ai sistemi più grandi radici degli alberi (Figura 6A e 6B). Stimare una percentuale fondata sullal'intera banca, quindi utilizzare il "Behi Score Chart" per registrare il punteggio per tale percentuale sulla scheda tecnica. Vedere la Figura 6 in Risultati sezione.
  15. Misurare l'angolo dal banco inferiore alla linea di galleggiamento durante il flusso base alla sommità della banca (Figura 7). Una banca estremamente scarico può avere un angolo fino a 120 gradi.
    1. Posizionare un bastone di misurazione ad un angolo di 90 gradi alla linea di galleggiamento per stimare l'angolo di rollio o utilizzare un inclinometro se disponibile. Prendere una media di inclinazione laterale lungo l'intera sezione in esame. Ad esempio, se la sezione è principalmente di 90 gradi con una piccola sezione che ha 110 gradi sottosquadro, il grado registrata sarebbe di circa 100 gradi.
    2. Stimare una percentuale sulla base dell'intera banca, quindi utilizzare il "Behi Score Chart" per registrare il punteggio per tale percentuale sulla scheda tecnica. Vedere la figura 7 in Risultati Sezione.
  16. Determinare la protezione superficiale presente, la quantità di dei corsi d'acqua coperta e protetta da detriti legnosi, vegetazione radicata, massi integrati, rivestimento, roccia, o altri materiali incorporati che proteggono il dall'erosione dei corsi d'acqua (Figura 8).
    1. Visivamente stimare la percentuale di dei corsi d'acqua non esposto a forze erosive. Stimare una percentuale sulla base dell'intera banca, quindi utilizzare il "Behi Score Chart" per registrare il punteggio per tale percentuale sulla scheda tecnica. Vedere la Figura 8 in Risultati sezione.
  17. Visivamente determinare il numero di strati stratificati. Stratificazione si riferisce ad una rottura orizzontale chiaramente definito in geologia che ha il potenziale di causare e valorizzare zone di erosione preferenziale (Figura 9).
    1. Record come molti strati di stratificazione sono presenti. Vedere Figura 9 in Risultati sezione.
  18. Effettuare le regolazioni di stratificazione se aumento dell'erosione si verifica a causa di strati stratificati.
    1. Aggiungi fino a 5 punti per un singolo strato di stratificazione (due differenti strati geologici). Aggiungi fino a 10 punti per più livelli di stratificazione (tre differenti strati geologici). Solo per regolare stratificazione se almeno uno strato di materiale è erodibile (sabbia, ghiaia, o matrice).
    2. Considerate dove gli strati sono stratificati in relazione all'acqua, cioè., Strati stratificati pari a 50 metri sopra il flusso di base non possono avere un effetto erosivo. Uno strato stratificato vicino alla punta della banca può avere un effetto estremamente erosivo. Un media può essere necessario, specialmente quando considerando quanto erodibile i materiali sono e dove lo strato stratificato è in relazione all'acqua. Questa non è una regolazione obbligatoria.
  19. Aggiungere tutti gli spartiti insieme per determinare il punteggio complessivo Behi modificato (molto basso / basso: 4-15,5, moderata: 15.75211; 23.5, high: 23,75-31,5, molto alto: 31,75-36,5, o estrema:> 36,5) per la valutazione dei corsi d'acqua. Registrare il punteggio totale e la valutazione negli appositi spazi sulla scheda tecnica.
  20. Prendete nota delle specifiche dei corsi d'acqua. Per esempio, dei corsi d'acqua è al di fuori di una curva meandro, una grande marmellata detriti legnosi, un fuori luogo canale sotterraneo o forte odore di petrolio. Nota qualsiasi infrastruttura in mancanza qui.

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Risultati

Streambanks che non hanno superato il questionario di pre-screening e non sono stati valutati con il protocollo Behi modificata, classificati a basso o molto basso quando valutata con il protocollo Behi originale (Figura 10). Questo supporta l'uso del pre-screening questionario come un modo per identificare rapidamente streambanks che stanno vivendo da moderata a tassi estremi di erosione. Vedere la Figura 10 di seguito.

In generale, s...

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Discussione

I passaggi più critici per il completamento accurato del protocollo BEHI modificato sono: identificare correttamente una sezione uniforme di riva del corso d'acqua da valutare, se la lunghezza della riva del corso d'acqua ha troppa variabilità è meglio separare e valutare i segmenti più piccoli per catturare con precisione l'erodibilità della banca del fiume; completare il questionario di pre-screening per confermare che una valutazione BEHI deve essere completata su quella banca di flusso, se c'è incertezza sul fatto ch...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare i Cleveland Metroparks, tra cui J. Grieser, J. Markowitz, B. Garman e il personale di supporto; Case Western Reserve University, Dr. J. Burns; e GLISTEN, la rete dei Grandi Laghi per la gestione innovativa attraverso l'istruzione.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Il metro a nastro può essere utilizzato per misurare la lunghezza e l'altezza dell'inclinazioneL'inclinometro
può essere utilizzato per misurare l'angolo di inclinazione.
GPSIl GPS viene utilizzato per prendere punti lungo il torrente, assicurarsi che ai fini della mappatura si utilizzi un GPS che effettui letture accurate.
La fotocameraviene utilizzata per scattare foto delle banche in fase di valutazione e di tutte le principali caratteristiche del flusso.
Metro a nastro a bobina da 200'

Riferimenti

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