Методическая статья

Изменение индекса (Behi) Протокол эрозия берегов опасности для быстрой оценки состояния Streambank эрозии в Северо-Восточной Огайо

8.6K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/52330

⸱

13 февраля 2015 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Потенциал эрозии берегов ручья может быть оценен и ранжирован с помощью индекса опасности эрозии берегов (BEHI) Дэвида Росгена, однако этот протокол имеет существенные ограничения. Здесь мы представляем изменения протокола, чтобы учесть временные ограничения, позволить непрофессионалам проводить точные оценки и учесть условия неаллювиального водотока на северо-востоке Огайо.

Аннотация

Понимание источника загрязнения в ручье жизненно важно для сохранения, восстановления и поддержания функции ручья и среды обитания, которую он обеспечивает. Отложения с сильно размывающихся берегов рек являются основным источником загрязнения в системе водотоков и могут поставить под угрозу среду обитания, инфраструктуру и функцию водотоков. Методы управления водосборными бассейнами во всех метропарках Кливленда направлены на выявление и инвентаризацию источника и оценку риска потенциальной эрозии берегов рек, чтобы помочь в формулировании рекомендаций по управлению водотоком, прибрежными районами и средой обитания. Индекс опасности эрозии берегов (BEHI), разработанный Дэвидом Росгеном из Wildland Hydrology, представляет собой процедуру оценки речных геоморфологов, используемую для оценки восприимчивости к потенциальной эрозии берегов рек на основе комбинации нескольких переменных, чувствительных к различным процессам эрозии. Этот протокол может быть трудоемким, сложным для непрофессионалов и ограниченным определенными геоморфологическими областями. Чтобы устранить эти ограничения и помочь в поддержании согласованности и снижении предвзятости пользователя, изменения в этом протоколе включают «Анкету предварительного скрининга», исключение метрики отношения банка к росту в исследовании, включая определение полного банка, и скорректированную систему оценки. Этот модифицированный протокол был использован для оценки нескольких высокоприоритетных потоков в Cleveland Metroparks. Оригинальный протокол BEHI также использовался для подтверждения результатов модифицированного протокола BEHI. После использования модифицированной оценки в полевых условиях и сравнения ее с исходным методом BEHI было обнаружено, что они позволяют получить сопоставимые рейтинги BEHI по берегам ручьев, при этом значительно сократив количество времени и ресурсов, необходимых для завершения модифицированного протокола.

Введение

Streambank эрозия естественный процесс; Однако чрезмерное эрозия может способствовать значительное количество загрязнения из точечного источника в виде взвешенных наносов 2. Увеличение взвешенные наносы влияет на качество воды, физических и биологических функций потока 3. Влияние человека может сильно повлиять на streambank эрозии, а также значительно увеличить наносов 4, особенно в городских системах, где есть увеличение стока ливневых вод и водонепроницаемых поверхностей 5. Более высокие наносов может негативно повлиять на качество воды и экосистемы потоков 6. Водораздел практики управления во всей Кливленд пытается найти и инвентарь источник оценить риск потенциального streambank эрозии для оказания помощи в эффективных стратегий управления, а также в потоке, прибрежные и восстановления среды обитания.

Дэвид Rosgen, с природным гидрологии, разработанный эрозии банкаИндекс опасности (Behi), которая оценивает восприимчивость streambank эрозии потока достигают на основе комбинации нескольких переменных размываемости 7. Behi использует различные индикаторы для ранжирования тяжести и вероятности streambank эрозии, в том числе банковского материала, стратификации, корень глубины и плотности, угла крена, высота bankfull к высоте банка, а количество присутствующей защиты поверхности. Оценка Behi назначает численное значение, которое соответствует общему рейтингу Behi (очень низкое, низкое, среднее, высокое, очень высокое, или экстремальные), для конкретного streambank. Этот протокол был эффективен при оценке потенциального streambank эрозии 8-10 и может быть использован в сочетании с другими оценки качества воды и среды обитания. Streambanks проявляющие высокую оценку Behi было показано, что соответствует менее разнообразны и менее стабильные макробеспозвоночных общины, состоящие в основном из оппортунистических видов 11. Хотя оригинальной Behi метод, который яš полезно, это может быть очень много времени, трудно непрофессионалов, и лишь в отдельных геоморфологических регионах, специально предназначенные для аллювиальных условиях потока 12.

Изменения к настоящему Протоколу, были необходимы для того, чтобы решить эти ограничения. "Pre-скрининг вопросник" (Рисунок 1) была разработана для выявления и устранения streambanks, которые могут занять место очень низкая или слишком низко, таким образом, сосредоточив внимание на оценку на более высоких областях эрозии и уменьшения количества времени и ресурсов, необходимых для выполнения Behi Оценка на весь поток. Вопросник также обращается геологические различия между аллювиальных и не аллювиальных условиях потока видели на северо-востоке штата Огайо, например, чрезвычайно разрушаемого сланцевого скале 13, которые не будут оцениваться как разрушаемого материала на основе оригинального протокола Behi. Устранение Исследование банк-соотношение высота метрики в том числе на стадии bankfull, которые могут бытьОчень трудно определить, позволили для более быстрого оценки streambank и непрофессионалы, чтобы завершить оценку с вводного инструктажа. Это устранение Исследовательской Банк-соотношение высота была основана на модифицированной методике Behi разработанной Джо Ратбун в Мичиган Департамента качества окружающей среды 14. Для устранения необходимости в дополнительных расчетах в области, все остальные показатели выражены в процентах для углом крена, кроме, и стратификации и банковских материальных корректировок. Плотность корневых первоначально выражали в виде процента от почвы, состоящей из корней, где корни расширенных. Это было умножено на глубине корневой для учета всей высоте банка; Однако мы заменили это с простой оценки плотности корней во всем банке. Результат корректировки были внесены в исходной системе Behi счет в целях учета ликвидации Исследование банка соотношение высота метрики и расчетных процентах. Как описано в исходной BehiПротокол измеренные показатели были преобразованы в рейтинге рисков 1-10 (10 является самым высоким уровнем риска). Рейтинги риска от 1 до 10 соответствуют рисковать рейтинги очень низкая, низкая, средней, высокой и очень высокой, и экстремального потенциального эрозии. Были созданы эти отношения на основе каталога полевых наблюдений 10. В модифицированном протоколе Behi, оценки для изучения банка соотношение высота метрики были вычтены из исходной системы Behi выигрыше с учетом новых общие баллы и рейтинги риска (Рисунок 2). Эти изменения устранения ограничений исходной протокола Behi в северо-восточной Огайо и помощь в поддержании согласованности и снижение уклон пользователя.

Модифицированный протокол Behi была использована для оценки несколько наиболее приоритетные потоки в пределах Кливленд. Оригинальный оценка Behi был выполняться обученным персоналом Кливленд Metropark, на длине потока, чтобы подтвердить эффективность изменений в идентификаторыфикации streambanks с более высокими темпы эрозии. Модифицированный протокол Behi используется специалистов, добровольцев, сотрудников и студентов для оценки streambank эрозии на протяжении всех Кливленд.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Идентификация Streambank

  1. Определить единую секцию банка на одной стороне потока. Дифференцировать этот раздел принципиально другим склоне банка, другой банковский материала или перерыва в растительности. Этот раздел должен быть streambank заметно отличается от участков с обеих сторон. Существует не минимальная или максимальная длина банка. Разделение очень длинных участков на более мелкие сегменты упростит оценку.

2. Предварительный отбор Behi анкету (Рисунок 1)

  1. Ответьте на следующие вопросы о единой секции streambank с да / нет ответов на рисунке 1.
    1. Ответ на вопрос "делает единую секцию банка показывают менее чем или равной защиты 50% при носке банка?" Палец находится на базе банка, в котором он отвечает воду во время базовом режиме потока; В среднем нижняя шести до восьми дюймов банка. Protотражения включает в себя встроенные валуны, встроенные большое древесные остатки, уходящее корнями растительности. Коренная считается защиты ног; Однако, легкоразбиваемых основой не защита ног.
    2. Ответ на вопрос "делает 50% или более от банка выставке поднутрение 0,5 футов или больше?" Подрезать банк streambank, которая подверглась эрозии под поверхностью земли.
    3. Ответ на вопрос "делает 50% или более от банка выставочная стратификации?" Стратификация четко определены горизонтальный разрыв в геологии. Один слой стратификации должен состоять из разрушаемого материала (песок, гравий, или матрицы).
    4. Ответ на вопрос "не 50% или более от банка имеют высоту берегу десяти футов или больше с 50% или более воздействия почвы?"
    5. Ответ на вопрос "делает 50% или более банковских корней выставочных не хватает банковский материала (почвы)?"
    6. Ответ на вопрос "составляет 50% или более от банка пустоту корни растительности? & #8221;
  2. Если есть два или более "ДА" ответы в анкете Рисунок 1, выполнить оценку Behi банка, поскольку есть значительная вероятность того, что streambank эрозия происходит или будет происходить.
  3. Если есть менее чем за два "ДА" ответы в анкете Рисунок 1, не приступайте к оценке Behi, потому что банк мало переживает ни к эрозии (то есть, очень низкого до низкого рейтинга Behi).

3. Лист Behi Оценка данных (Рисунок 3)

  1. Запишите дату, прогноз погоды, и персонал в специально отведенных местах на листе Behi оценки данных.
  2. Запишите номер банка оценивается. Например, один первый банк быть оценки в тот же день, 2 является вторым банком быть оценки, 3, 4, 5 ... и так далее.
  3. Возьмем GPS-координаты в самый вверх (где вода течет из) и наиболее вниз (где вода яы течет к) точек банка. Стенд так близко к берегу, как можно обеспечить точность.
  4. Сфотографируйте на обоих вверх и вниз по течению пунктов на берегу. Захват основные черты банка в фотографии. Принять дополнительные фотографии, чтобы захватить возможности на берегу или в канале (т.е.., Стратификация, крупных древесных остатков пробки и т.д.). Запишите эти номера изображения для справки.
  5. Запишите сторону потока оценивается (левый берег или правый берег). Определить левый берег и правый берег, когда вниз по течению; слева и справа соответственно.
  6. Измерьте высоту банка, в ногах, от ног банка к началу банка. Определить верхнюю часть банка по первой определимых перерыва в склон, как правило, лежа параллельно с потоком воды.
  7. Измерьте длину банка на носок, в ногах, между самыми вверх и самой дальней точек на берегу.
  8. Написать числа вопросов, которые были даны ответы с "да" вПервоначальный "Предварительный отбор Behi анкету" в шаге 2.
  9. Обратите внимание на расстояние до инфраструктуры и тип инфраструктуры (т.е.., Мосты, водопропускные трубы, дороги, коммунальное хозяйство, дома и т.д.).
  10. Круг любой из следующих качественных показателей, которые присутствуют: Unvegetated бар / плетеный канала в середине канала, обнаженные корни деревьев с обеих сторон, опираясь деревьев с обеих сторон, подвергается инфраструктуры, вниз по течению от плотины, спада streambanks, headcuts, расположенный притоков, не удалось "Лучшие практики управления» (BMP), такие как облицовка стен, габионных корзин или водоводов.
  11. Обратите внимание на состав банковского материала. Запишите преобладающие материалы, найденные вдоль берега разделе, который находится под оценки.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Streambanks может быть сочетание материалов. Например, банк может иметь «сланцевой на носок, и илистый песок с трассы гравия выше". "Илистый песок" указывает на более песок, чем ил и "след гравия" указываетнебольшое количество гравия. "Супесями" указывает на более ил, чем песок.
  12. Сделать банковские корректировки материала на основе размываемости материала.
    1. Вычтите до 10 точек для материала, который не имеющих высокую скорость размываемости (т.е.., Булыжник). Добавьте до 10 баллов за чрезвычайно разрушаемого материала (т.е.., Песок). Смесь материала (т.е.., Песок с некоторым гравия или илистых песках с трассы гравия) чаще встречается в потоке системам, так Средняя оценка будет более подходящим (Рисунок 4). Это не обязательно настройка. Рисунок 4 в результатах разделе.
  13. Определить отношение средней глубины корневой части растений к высоте исследования банковского, выраженное в процентах, чтобы оценить сцепление банковский материала растительности (рисунок 5).
    1. Визуально оценить глубину корневой вертикально сверху банка на носок банка. Для exampле, если корни растут в верхней половине банка, глубина корневой бы 50%. Если корни растущих из верхней части банка до ног, глубина корневой бы 100%.
    2. Возьмем средний процент глубины корневой вдоль всей секции под оценки. Не считайте корни, которые являются недействительными банковского материала (т.е.., Висит корни).
    3. Оцените процент на основе всего банка, а затем использовать "Behi-line Chart", чтобы записать саундтрек к этой доли на листе данных. Смотрите рисунок 5 в результатах разделе.
  14. Определить корень плотность, делая визуальную оценку суммы банковских состоит из корневой материала, выраженное в процентах.
    1. Не считайте корни, которые являются недействительными банковского материала. Маленькие, волокнистые корни могут быть очень плотным и обеспечить большую задержку почвы по сравнению с более крупными системами корней деревьев (рис 6A и 6B). Оцените процент на основеВесь банк, а затем использовать "Behi-line Chart", чтобы записать саундтрек к этой доли на листе данных. Смотрите рисунок 6 в результатах разделе.
  15. Измерьте угол от нижней банка на ватерлинии при базовой потока в верхней части банка (Рисунок 7). Очень подрезать банк может иметь угол до 120 градусов.
    1. Поместите измерительную палку под углом 90 градусов к ватерлинии, чтобы оценить угол крена или использовать инклинометр если таковые имеются. Возьмите среднее значение угла крена по всему сечению под оценки. Например, если в разделе в основном под углом 90 градусов с небольшим разделе, который имеет выточки 110 градусов, записанные степени будет приблизительно 100 градусов.
    2. Оцените процент на основе всего банка, а затем использовать "Behi-line Chart", чтобы записать саундтрек к этой доли на листе данных. Смотрите Рисунок 7 в результатах Sотражения.
  16. Определить защиту поверхности подарок, количество streambank покрытой и охраняются древесных отходов, корни растительности, внедренным валунов, облицовки, скальную породу, или других встроенных материалов, которые защищают streambank от эрозии (рисунок 8).
    1. Визуально оценить процент streambank не подвергается эрозионных сил. Оцените процент на основе всего банка, а затем использовать "Behi-line Chart", чтобы записать саундтрек к этой доли на листе данных. На рисунке 8 в результатах разделе.
  17. Визуально определить количество слоистых слоев. Расслоение относится к четко определенной горизонтальной перерыва в геологии, который имеет потенциал, чтобы вызвать и повышения зон льготного эрозии (рисунок 9).
    1. Запись, как много слоев стратификации присутствуют. Смотрите Рисунок 9 в результатах разделе.
  18. Внесите изменения стратификации, если усиление эрозии происходит из-за стратифицированных слоев.
    1. Добавить до 5 баллов для одного слоя стратификации (два различных геологических слоев). Добавьте до 10 точек для нескольких слоев стратификации (три разные геологические слои). Настроить только для стратификации, если, по крайней мере, один слой материала эродируемо (песок, гравий, или матрица).
    2. Рассмотрим, где слоистые слои по отношению к воде, т.е.., Слоистые слои, которые 50 футов над базовой потока может не иметь эрозивный эффект. Расслаиваются слой вблизи носком банка могут иметь чрезвычайно эрозионное воздействие. Средняя оценка может быть необходимо, особенно при рассмотрении, как разрушаемый материалы и где стратифицированной слой по отношению к воде. Это не обязательно настройка.
  19. Добавить все баллы вместе, чтобы определить общую оценку изменены Behi (низкий / низкий: 4 - 15.5, средняя: 15,75211; 23,5, высокая: 23.75 - 31.5, очень высока: 31.75 - 36.5, или экстрим:> 36,5) для streambank оценены. Запишите общий балл и рейтинг в специально отведенных местах на листе данных.
  20. Обратите внимание на специфике streambank. Например, streambank находится на внешней стороне меандра изгиб, большой древесных отходов вареньем, с неуместным водопропускных труб, или сильного нефтяного запаха. Обратите внимание, любой разрушения инфраструктуры здесь.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Streambanks, что не прошли предварительный отбор анкету и не были оценены с требованиями протокола Behi, занимает низкий или очень низкий при оценке с оригинальным протоколом Behi (Рисунок 10). Это поддерживает использование предварительной проверки вопросника, таким образом, чтобы быстро определить streambanks, которые испытывают умеренный к экстремальным темпы эрозии. Смотрите Рисунок 10 ниже.

В общем, streambanks начисленных были размещ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Наиболее важными шагами для точного завершения модифицированного протокола BEHI являются: правильное определение однородного участка берега ручья для оценки, если длина берега ручья имеет слишком большую изменчивость, лучше всего разделить и оценить более мелкие сегменты, чтобы точно отразить эрозионную способность берега ручья; заполнить анкету предварительного отбора, чтобы подтвердить, что оценка BEHI должна быть завершена на этом берегу, если существует неопределенность в отношении того, проходит ли банк анкету предв...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Авторы хотели бы выразить признательность Кливлендским метропаркам, включая Дж. Гризера, Д. Марковица, Б. Гармана и вспомогательный персонал; Университет Кейс Вестерн Резерв, доктор Дж. и GLISTEN, Сеть инновационного управления через образование в Великих озерах.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
200-футовая катушковая рулеткаРулетка может быть использована для измерения длины и высоты берега
ИнклинометрИнклинометр может использоваться для измерения угла берега.
GPS GPSиспользуется для определения точек вдоль потока, убедитесь, что для картографических целей используется GPS, который снимает точные показания.
CameraCamera используется для фотографирования оцениваемых берегов и любых основных особенностей водотока.

Ссылки

  1. A Stream Channel Assessment Methodology. Proceedings of 7th Federal Interagency Sedimentation Conference. Rosgen, D. L. 2001 Mar 25-29, Reno, NV, , 26 (2001).
  2. Upper Esopus Creek Management Plan. 1-3, New York City Department of Environmental Protection (NYC DEP), US Army Engineer Research Development Center, Cornell Cooperative – Ulster Country.. (2007).
  3. Karr, J. R., Dudley, D. R. Ecological perspective on water quality goals. Environmental Management. 5 (1), 55-68 (1981).
  4. Trimble, S. W. Contribution of Stream Channel Erosion to Sediment Yield from an Urbanizing Watershed. Science. 278 (1), 1442-1444 (1997).
  5. Lee, J. G., Heaney, J. P. Estimation of Urban Imperviousness and its Impacts on Storm Water Systems. Journal of Water Resources Planning and Management. 129 (5), 419-426 (2003).
  6. Bilotta, G. S., Brazier, R. E. Understanding the influence of suspended solids on water quality and aquatic biota. Water Research. 42 (12), 2849-2861 (2008).
  7. Rosgen, D. L., Silvey, H. L., Frantila, D. Watershed assessment of river stability and sediment supply (WARSSS). , Wildland Hydrology. (2006).
  8. Hansen, B., et al. Streambank (RBS) erosion study for the Minnesota River basin. Report prepared for the Minnesota Pollution Control Agency. , (2010).
  9. Fox, N., Goodman, B., Teel, W. S. Evaluating Conservation Reserve Program Impacts on Smith Creek Erosion Rates in the Shenendoah Valley. Virginia Water Research Symposium. , 103-113 (2004).
  10. A Practical Method of Computing Streambank Erosion Rate. Rosgen, D. L. Seventh Federal Interagency Sedimentation Conference, Pagosa Springs, Colorado, , 15 (2001).
  11. Simpson, A., Turner, I., Brantley, E., Helms, B. Bank erosion hazard index as an indicator of near-bank aquatic habitat and community structure in a southeastern Piedmont stream. Ecological Indicators. 43 (1), 19-28 (2014).
  12. Rosgen, D. L., Frantila, D., Silvey, H. L. River Stability: Field Guide. Wildland Hydrology. , (2008).
  13. Prosser, C. S. The Huron and Cleveland Shales of Northern Ohio. The Journal of Geology. 21 (4), 323-362 (1913).
  14. Rathbun, J. Standard operating procedure: assessing bank erosion potential using Rosgen's bank erosion hazard index (BEHI). Michigan Department of Environmental Quality, Water Bureau, Nonpoint Source Division. , (2008).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи