북동부 오하이오 하천 제방 침식의 신속한 평가를위한 은행 침식 위험 지수 (베히) 프로토콜을 수정

Cleveland Metro Parks는 오하이오 북동부 지역의 하천 제방 침식을 신속하게 평가하기 위해 수정된 제방 침식 위험 지수 프로토콜을 소개합니다. 섹션 1, 서론: 하천 제방 침식은 자연스러운 과정이지만, 과도한 침식은 부유 퇴적물로 인한 주요 비점 오염원의 원인이 될 수 있습니다. 콜로라도의 wildland hydrology 소속 저명한 수문학자인 Dr. David Roskin은 하천 제방 침식의 심각도와 취약성을 등급화하기 위해 다양한 지표를 활용하는 BHI(Bank Erosion Hazard Index, 제방 침식 위험 지수)를 개발했습니다. 기존의 BHI 방법은 유용하지만 시간이 많이 소요되고 비전문가가 수행하기 어려우며, 콜로라도 남부의 특정 충적 환경으로 제한된다는 단점이 있습니다.

오하이오주 북동부 전역에 걸쳐 23,000에이커 규모의 공원 시스템을 갖춘 Cleveland Metro Parks는 토지 관리 및 복원 노력을 지원하기 위해 하천 제방 침식의 체적 원천과 속도를 결정하고자 합니다. Roskins 프로토콜의 수정 사항은 beehive 절차를 오하이오 북동부 수로의 지형적 환경에 맞게 조정하였습니다. 또한, 시민 과학 자원봉사자들이 behi 프로토콜을 수행할 수 있도록 추가적인 변경 사항이 적용되었습니다.

기초 교육 과정에서는 원래의 BEHI 절차에 대한 추가 정보가 포함된 둑만을 평가합니다. 도서 Watershed Assessment of River Stability and Sediment Supply를 참조하십시오. BEHI 프로토콜에 대한 Raskin의 BEHI 수정 사항를 다루는 섹션 2는, 매우 낮음 또는 낮음 등급으로 분류될 가능성이 높은 하천 둑을 식별하고 제외하기 위한 사전 스크리닝 설문지로 시작합니다.

이를 통해 침식이 심한 지역에 집중함으로써 하천 전체에 대해 beehive 평가를 수행하는 데 필요한 시간과 자원을 줄일 수 있습니다. 이 설문지는 오하이오주의 침식 가능한 셰일(Shale)과 같이 기존의 beehive 프로토콜에서는 침식성 물질로 평가되지 않았을 비충적 경계 조건을 다룸으로써, 오하이오 북동부와 콜로라도 남부 사이의 지질학적 차이를 고려합니다. 결정하기 매우 어려울 수 있는 만수위(bank full stage)를 포함한 하천 제방 높이 비율 지표를 제거함으로써, 하천 제방 평가 속도를 높였으며 비전문가도 현장에서 추가 계산 없이 정확하게 평가를 완료할 수 있도록 하였습니다.

뱅크 각도 층화 및 뱅크 재료 조정을 제외한 모든 다른 지표는 백분율로 표현되도록 수정되었습니다. 수정 사항을 반영하기 위해 점수가 변경되었습니다. Roskin의 원래 프로토콜과 유사하게 수정된 BHI 사전 스크리닝 설문지인 섹션 3의 수정된 BHI는 뱅크의 균일한 구역을 식별하는 것으로 시작합니다.

이 구역은 경사도의 변화, 식생의 단절 또는 서로 다른 제방 재질에 의해 구분될 수 있습니다. 제방의 길이에 대한 최소 또는 최대 제한은 없습니다. 매우 긴 구역은 더 작은 세그먼트로 분할할 수 있습니다.

하지만 이는 필수 사항이 아닙니다. 수정된 behi 프로토콜을 완료하려면, 하천 구간이 다음 사전 스크리닝 기준 중 두 가지 이상을 충족해야 합니다. 만약 제방이 두 가지 이상의 기준을 충족하지 않는다면, 침식이 거의 또는 전혀 일어나지 않는 것이므로 behi 프로토콜을 진행하지 마십시오.

제방의 균일한 구간의 하단부(toe) 보호 수준이 50% 이하입니까? 하단부는 제방이 물과 만나는 기저부에 위치합니다. 평균적으로, 제방 보호 시설의 하단 6~8인치 구간에는 매립된 바위, 매립된 대형 목질 잔해 및 뿌리를 내린 식생이 포함됩니다.

기반암은 하단 보호물로 간주됩니다. 하지만 기반암 조각을 쉽게 부술 수 있다면, 이는 하단 보호물로 간주되지 않습니다. 제방의 50% 이상에서 0.5 ft 이상의 언더컷(undercut) 현상이 나타납니까?

언더컷 제방(undercut banks)은 중력과 전단 응력으로 인해 제방 붕괴 위험이 더 높으며, 제방의 50% 이상에서 층리가 나타납니다. 층리는 지질학에서 명확하게 정의된 수평 띠로, 두 개 이상의 지층을 가진 제방 내에서 우선적 침식 구역을 유발할 수 있습니다. 단면의 절반 이상에서 제방 높이가 10 feet 이상이며 토양 노출도가 50% 이상입니까?

흔히 이는 수변 완충 지대가 소실되어 하천 채널이 불안정해졌음을 나타냅니다. 제방의 50% 이상에서 하천으로 돌출된 뿌리보다 제방 물질이 부족한 뿌리가 관찰됩니까? 이는 활발한 침식을 의미할 수 있습니다. 제방의 50% 이상에 뿌리를 내린 식생이 없습니까?

BHI 평가가 필요한 경우, 사전 스크리닝 설문지 결과에 따라 뿌리 내린 식생이 침식력으로부터 제방 재료를 보호하는 데 도움이 됩니다. 데이터 시트에서 '예'라고 답한 질문들을 확인하십시오. 섹션 4, 수정된 BHI 데이터 시트 기록.

해당 날짜, 참여 인원, 기상 상태 및 일반 지역 정보를 기록합니다. 뱅크 번호는 하천 제방 인근에서 평가된 제방 상태에 임의로 부여된 참조 번호입니다. 상류 및 하류 지점에서 GPS 좌표를 측정합니다.

제방과 하도 특징이 나타나도록 두 지점의 사진을 촬영하십시오. 제방은 하천의 측면을 의미합니다. 하류 방향을 바라보았을 때를 기준으로 좌측과 우측을 평가합니다.

제방 높이는 제방의 하단(toe)에서 상단까지의 측정값입니다. 상단은 정의 가능한 첫 번째 굴절점과 경사면을 통해 결정할 수 있습니다. 제방 길이는 평가 대상인 가장 상류 지점과 가장 하류 지점 사이의 측정값입니다.

가장 가까운 기반 시설까지의 거리와 원의 유형을 기록하십시오. 존재하는 모든 정성적 지표를 통해 하천 제방 재료의 조성을 기록하십시오. 하천 제방은 여러 재료가 혼합되어 있을 수 있습니다.

예를 들어, 제방의 하단부에는 셰일이 있고 그 위에는 미량의 자갈을 포함한 실트질 모래가 있을 수 있습니다. 실트질 모래는 실트보다 모래가 더 많음을 나타내며, 미량의 자갈은 소량의 자갈이 포함되어 있음을 의미합니다. 재료 유형을 분류할 때는 다음 기준을 사용하십시오. 침식 차이를 고려하여 제방 재료 조정을 수행할 수 있습니다.

재료의 침식 능력에 따라 최대 10점을 가산하거나 감산할 수 있습니다. 약간의 자갈이 섞인 모래나 미량의 자갈이 포함된 실트질 모래와 같은 혼합 재료가 하천 체계에서 더 자주 발견되므로, 평균적인 조정치를 적용하는 것이 더 적절합니다. 이는 필수적인 조정 사항은 아닙니다.

수변 식생 뿌리 깊이는 식물의 평균 뿌리 깊이와 조사 대상 제방 높이의 비율을 백분율로 나타낸 것입니다. 제방 상단부터 하단(toe)까지 수직 방향으로 뿌리 깊이를 시각적으로 추정하십시오. 예를 들어, 뿌리가 제방의 상단 부분에서 자라고 있다면 뿌리 깊이는 35%가 됩니다. 제방 토양 없이 공중에 매달려 있는 뿌리는 고려하지 마십시오.

전체 둑(bank)을 기준으로 백분율을 추정하십시오. 그런 다음 BHI 점수 도표를 사용하여 데이터 시트에 점수를 기록하십시오. 뿌리 밀도는 뿌리 물질로 구성된 둑의 양을 백분율로 나타낸 시각적 평가 값입니다.

제방 물질이 없는 매달린 뿌리는 고려하지 마십시오. 작은 섬유근은 매우 밀집되어 있을 수 있으며, 커다란 직근 체계에 비해 더 뛰어난 토양 보전 능력을 제공합니다. 전체 제방을 기준으로 백분율을 추정하십시오.

그 후 BHI 점수 표를 참조하여 데이터를 기록합니다. 제방 각도는 제방 하단에서 상단까지의 각도를 의미합니다. 제방 각도가 가파를수록 중력으로 인해 대규모 붕괴 위험이 더 높을 것으로 추정됩니다.

스트레스 측정 시 평가 대상 전체 구간의 뱅크 각도 평균값을 반영하십시오. 예를 들어, 대부분의 구간이 90도이고 일부 구간에 110도의 언더컷이 있다면, 기록되는 각도는 약 100도가 됩니다. 점수표를 활용하여 뱅크 전체를 기준으로 각도를 추정하고 기록 값을 결정하십시오.

지표면 보호는 목질 잔해, 뿌리 내린 식생, 매몰된 암석 등으로 덮여 보호되는 하천 제방의 정도를 의미합니다. 이는 침식력에 노출되지 않은 하천 제방의 비율(%)로 측정합니다. 제방 전체를 기준으로 백분율을 추정하십시오.

그런 다음 점수표를 사용하여 층상 구조의 가치 층별화를 기록합니다. 층상 구조로 인해 침식이 증가하는 경우에는 조정이 가능합니다. 단일 층의 경우 최대 5점, 여러 층의 층상 구조인 경우 최대 10점까지 추가할 수 있습니다.

모래나 자갈과 같이 침식 가능한 재료가 최소 한 층 이상 포함된 경우에만 층리에 대해 보정하십시오. 층리층이 수위와 어떤 관계에 있는지 고려하십시오. 수위보다 상당히 높게 위치한 층리층은 침식 효과가 없을 수 있습니다.

토우(toe) 근처의 층상 구조는 매우 강한 침식 효과를 나타낼 수 있습니다. 이는 필수적인 조정 사항은 아닙니다. 모든 점수를 합산하여 전체 B.High 등급을 결정하십시오.

매우 낮음, 낮음, 보통, 높음, 매우 높음 또는 극도로 높음의 기록입니다. 총점과 등급은 노트 기록 스트림 및 뱅크 특이적이며, 예를 들어 스트림 뱅크가 곡류 굽이의 외곽에 위치하는 것과 같습니다. 대형 목재 잔해 잼, 인프라 손상, 강한 석유성 엔진 오일 또는 수면 유막.

섹션 5 대표 결과. 사전 스크리닝 설문지를 통과하고 수정된 BHI로 평가되지 않은 하천 제방들은 Rogan의 원래 프로토콜로 평가했을 때 '낮음' 또는 '매우 낮음'으로 분류되었습니다. 두 프로토콜로 모두 평가된 18개의 하천 제방 중 16개가 동일한 최종 등급을 받았습니다.

이 특정 은행은 수정된 프로토콜을 사용하여 23.0점을 기록했으며, 이는 중간 및 높은 BHI 등급 간의 컷오프보다 0.5점 낮은 수치입니다. 기존 프로토콜을 사용했을 때 이 은행은 31.25점을 기록하여 높은 BHI 등급을 받았습니다. 하지만 이 점수는 중간 및 높은 등급 간의 컷오프와 1.25점 이내의 차이였습니다.

최종 등급의 미세한 차이는 평가 시스템 내의 컷오프 기준(cutoff margins)에 기인한 것일 수 있습니다. BHI 등급이 다르게 나타난 다른 제방은 풍화된 셰일 벽이었으며, 기반암은 자동으로 매우 낮은 BHI 점수를 받기 때문에 기존의 BHI 프로토콜로는 평가할 수 없었습니다. 그러나 이 하천 제방은 제방 하단부 보호(toe protection)가 부족하여 사전 스크리닝 설문 조사에서 부적격 판정을 받았습니다.

제방의 높이가 10 feet를 초과하고 토양 노출도가 50% 이상이었으며, 제방의 50% 이상에 뿌리를 내린 식생이 없었습니다. 따라서 수정된 BHI 프로토콜을 이용한 평가가 필요했습니다. 수정된 BHI 프로토콜을 사용한 최종 등급은 'extreme'으로 나타났으며, 이는 가파른 제방 각도, 매우 침식되기 쉬운 재료, 수변 뿌리 시스템의 부재, 그리고 매우 적은 표면 보호층의 존재에 의해 뒷받침됩니다.

하천의 전반적인 건강 상태를 평가할 때, 점수의 범위를 가장 잘 요약하는 최종 수치 점수를 고려하는 것이 권장됩니다. 각 등급이 나타내는 의미는 다음과 같습니다. 섹션 6.

결론적으로, 수정된 beehive 프로토콜은 하천 관리 전략 수립을 돕기 위해 하천 제방 침식을 순위화하고 우선순위를 정하는 데 효과적입니다. 하지만 제방 만수 높이(bank full height) 지표를 제거했기 때문에, 본 모델을 사용하여 연간 하천 제방 침식률을 예측할 수는 없습니다. 수정 작업을 통해 연간 하천 제방 침식률을 도출하고자 한다면, 비점오염 결과 퇴적물 모델에 대한 제방 평가를 완료해야 합니다.

우리는 Rogan 박사의 기존 제방 침식 위험 지수 프로토콜을 효과적으로 재구성하여 오하이오 북동부 지형 경관 내에서 가치 있는 정보를 도출하였습니다.