Environment

Modification de l'Indice (BEHI) Protocole Banque érosion de risques pour l'évaluation rapide des berges contre l'érosion dans le nord de l'Ohio

Published: February 13, 2015 doi: 10.3791/52330

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

Introduction

L'érosion des berges est un processus naturel; Toutefois érosion excessive peut contribuer une quantité importante de pollution de source non point dans la forme de sédiments en suspension ^2. Augmentation de sédiments en suspension affecte la qualité de l'eau, physique et fonctions biologiques d'un flux ^3. Les influences humaines peuvent grandement affecter l'érosion des berges, et d'augmenter considérablement les charges de sédiments ^4, en particulier dans les systèmes urbains où il ya une augmentation du ruissellement des eaux pluviales et des surfaces imperméables ^5. Charges de sédiments plus élevées peuvent nuire à la qualité de l'eau et les écosystèmes des cours d'eau ^6. Les pratiques de gestion des bassins versants à travers les Cleveland Metroparks tentent de localiser et de l'inventaire de la source et évaluer le risque d'érosion des berges potentiel pour aider dans les stratégies de gestion efficaces, ainsi que dans les cours d'eau, zones riveraines, et la restauration de l'habitat.

David Rosgen, avec forêt hydrologie, a développé le érosion des bergesIndice de Risque (BEHI), qui évalue la sensibilité de l'érosion des berges sur un flux REACH en poste sur une combinaison de plusieurs variables d'érodibilité ^7. BEHI utilise une variété d'indicateurs pour classer la gravité et la probabilité de l'érosion des berges, y compris le matériel de la banque, la stratification, la profondeur des racines et de la densité, l'angle d'inclinaison, la hauteur de débordement rapport hauteur bancaire, et le montant de la protection de surface présente. L'évaluation BEHI attribue une valeur numérique qui correspond à une note globale BEHI (très faible, faible, modéré, élevé, très élevé ou extrême), pour une berges particulier. Ce protocole a été efficace dans l'évaluation des berges érosion potentielle ^8-10 et peut être utilisé en conjonction avec d'autres évaluations de la qualité de l'eau et de l'habitat. Berges présentant une cote élevée de BEHI ont été montré pour correspondre communautés de macroinvertébrés à moins diverses et moins stables, consistant principalement en espèces opportunistes ^11. Bien que l'original BEHI méthode is utile, il peut être extrêmement long, difficile pour les non-professionnels, et confiné aux régions géomorphologiques spécifiques, spécialement conçus pour les conditions de flux alluviales ^12.

Les modifications apportées à ce protocole était nécessaire pour faire face à ces contraintes. Un «pré-questionnaire de dépistage" (Figure 1) a été développé pour identifier et éliminer les berges qui sont susceptibles de rang très faible ou faible, se concentrant ainsi l'évaluation sur les zones d'érosion plus élevés, et la diminution de la quantité de temps et les ressources nécessaires pour effectuer une BEHI l'évaluation sur un flux entier. Le questionnaire aborde également les différences entre les conditions géologiques de flux alluviales et non alluviaux vus dans le nord de l'Ohio, comme très sensibles à l'érosion schiste socle ^13, qui ne serait pas évaluée comme un matériau érodable basé sur le protocole de BEHI originale. Élimination de l'étude de la Banque-Hauteur Ratio métriques, y compris la phase de débordement, qui peut êtretrès difficile de déterminer, permis une évaluation des berges plus rapide et pour les non-professionnels pour compléter l'évaluation de la formation d'introduction. Cette élimination de la Ratio Banque Hauteur étude a été basée sur une procédure BEHI modifiée développée par Joe Rathbun au Michigan Department of Environmental Quality ^14. Pour éliminer la nécessité pour les calculs supplémentaires dans le domaine, tous les autres indicateurs sont exprimés en pourcentages, sauf pour l'angle d'inclinaison et de la stratification et ajustements significatifs bancaires. la densité de la racine a été initialement exprimée comme le pour cent de sol composé de racines, où les racines sont étendues. Cela a été multiplié par la profondeur des racines pour tenir compte de toute la hauteur de la banque; Cependant, nous avons remplacé cela avec une estimation simple de la densité des racines dans la totalité de la banque. Score ajustements ont été apportés au système de notation BEHI d'origine afin de tenir compte de l'élimination de l'étude de la Banque-Hauteur Ratio métrique et pourcentages estimés. Comme décrit dans le BEHI origineprotocole les paramètres mesurés ont été convertis en une cote de risque de 1-10 (10 étant le plus haut niveau de risque). Les cotes de risque de 1 à 10 correspondent à la notation des risques d'érosion potentielle très faible, faible, modéré, élevé, très élevé et extrême. Ces relations ont été établies sur la base d'un catalogue de ¹⁰ observations sur le terrain. Dans le protocole BEHI modifiée, les scores pour l'étude de la Banque-Hauteur Ratio métrique ont été soustraites du système BEHI de notation initiale pour tenir compte de nouveaux scores totaux et évaluations de risque (figure 2). Ces modifications portent sur les limites du protocole de BEHI d'origine dans le nord de l'Ohio et assistés dans le maintien de la cohérence et de réduire le biais de l'utilisateur.

Le protocole BEHI modifié a été utilisé pour évaluer plusieurs flux hautement prioritaires dans les Cleveland Metroparks. L'évaluation BEHI origine a été effectuée par le personnel Cleveland Metropark formés, sur une longueur de flux pour confirmer l'efficacité des modifications à identiFying berges avec des taux plus élevés d'érosion. Le protocole BEHI modifié est utilisé par les professionnels, les bénévoles, le personnel et les élèves à évaluer l'érosion des berges dans les Cleveland Metroparks.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Identification des berges

Identifier une section uniforme de la banque sur un côté de la rivière. Différencier cette section par une pente radicalement différente de la banque, matériel de banque différente, ou une rupture dans la végétation. Cette section de berges devrait être différent visuellement les sections de chaque côté. Il ne est pas une durée minimale ou maximale de la banque. Séparation de très longues sections en segments plus petits permettra de simplifier l'évaluation.

2. présélection BEHI Questionnaire (Figure 1)

Répondez aux questions suivantes sur la section des berges uniforme oui / non réponses de la figure 1.
1. Répondez à la question "ne la section uniforme de banque exposition inférieure ou égale à la protection de 50% à la pointe de la banque?" Le pied est situé à la base de la banque où il rencontre l'eau dans des conditions de débit de base; En moyenne, les bas de six à huit pouces de la banque. Protection comprend rochers embarqués, des débris incrustés boisé grande, et la végétation enracinée. Bedrock compte comme protection des orteils; Toutefois, facilement cassable socle ne est pas la protection des orteils.
2. Répondez à la question "ne 50% ou plus de l'exposition un dégagement de 0,5 mètres ou plus banque?" Une banque est une contre-dépouille berges qui a subi l'érosion sous la surface du sol.
3. Répondez à la question "ne 50% ou plus de la stratification d'exposition de la banque?" La stratification est une pause horizontale clairement défini en géologie. Une couche de la stratification doit être composé d'un matériau érodable (sable, gravier, ou matrice).
4. Répondez à la question "ne 50% ou plus de la banque ont une hauteur de banque de dix pieds ou plus avec 50% ou plus l'exposition du sol?"
5. Répondez à la question "ne 50% ou plus des racines d'exposition des banques qui ne ont pas matière bancaire (sol)?"
6. Répondez à la question "est de 50% ou plus du vide de la banque de la végétation enracinée? & #8221;
Se il ya deux ou plusieurs réponses "oui" dans la Figure 1 questionnaire, procéder à une évaluation de BEHI de la banque car il ya de fortes chances que l'érosion des berges se produit ou se produira.
Se il ya moins de deux réponses "oui" dans la Figure 1 questionnaire, ne pas procéder à l'évaluation de BEHI parce que la banque connaît peu ou pas de l'érosion (ce est à dire, très faible à faible cote de BEHI).

3. BEHI données Fiche d'évaluation (figure 3)

Notez la date, le temps, et le personnel dans les espaces prévus sur la feuille BEHI données d'évaluation.
Enregistrez le numéro de la banque en cours d'évaluation. Par exemple, 1 est la première banque étant évaluer ce jour, 2 est la deuxième banque étant l'évaluation, trois, quatre, cinq ... et ainsi de suite.
Prenez les coordonnées GPS à la plus en amont (où l'eau se écoule de) et le plus en aval (où l'eau is écoulant vers) points de la banque. Tenez aussi proche de la banque que possible pour assurer l'exactitude.
Prenez des photos de deux points en amont et en aval sur la rive. Capturez les principales caractéristiques de la banque dans les images. Prenez des photos supplémentaires pour capturer fonctionnalités de la banque ou dans le canal (ie., Stratification, de grands amoncellements de débris ligneux, etc.). Notez les numéros d'image pour référence.
Notez le côté de la rivière en cours d'évaluation (rive gauche ou rive droite). Déterminer la rive gauche et la rive droite face aval; respectivement gauche et droite.
Mesurez la hauteur de la banque, en pieds, de la pointe de la banque vers le haut de la banque. Déterminer le haut de la banque par la première pause définissable dans la pente, se trouvant généralement parallèle à l'écoulement de l'eau.
Mesurer la longueur de la banque à l'orteil, en pieds, entre les points les plus en amont et en aval plus sur la banque.
Ecrire le nombre de questions qui ont été répondu par un «oui» dans leinitiale "présélection BEHI Questionnaire" à l'étape 2.
Notez la distance à l'infrastructure et le type d'infrastructure (ce est à dire., Des ponts, des ponceaux, des routes, les services publics, maisons, etc.).
Cercle aucun des indicateurs qualitatifs suivants qui sont présents: bar canaux sans végétation mi-canal / tressée, les racines des arbres exposés des deux côtés, arbres penchés sur les deux côtés, infrastructure exposée, en aval d'un barrage, les berges affaissement, headcuts, affluents perchés, défaillants «meilleures pratiques de gestion» (BMP) tels que des murs de soutènement, gabions ou des ponceaux.
Notez la composition du matériau de la banque. Enregistrez les matériaux prédominants trouvés le long de la section de banque qui est en cours d'évaluation.
REMARQUE: les berges peuvent être un mélange de matériaux. Par exemple, une banque peut avoir "schiste à l'orteil, et de sable limoneux avec des traces de gravier ci-dessus". «Sable limoneux" indique plus de sable que le limon et «gravier trace" indiqueune petite quantité de gravier. "Limon sableux" indique plus de limon que le sable.
Faire des ajustements matériels bancaires basés sur l'érodabilité de la matière.
1. Soustraire jusqu'à 10 points pour les matières qui ne ont pas un taux élevé de érodabilité (ie., Galets). Ajoutez jusqu'à 10 points pour les matériaux extrêmement sensibles à l'érosion (ie., Sable). Un mélange de matériau (ie., Sable avec du gravier ou du sable limoneux avec des traces de gravier) est plus souvent trouvé dans les systèmes de flux de sorte un score moyen serait plus approprié (Figure 4). Ce ne est pas un ajustement obligatoire. Voir Figure 4 Dans la section Résultats.
Déterminer le rapport de la profondeur moyenne de la racine des plantes à la hauteur de la banque d'étude, exprimée en pourcentage, pour estimer l'adhérence du matériau de banque par la végétation (figure 5).
1. Estimer visuellement la profondeur des racines verticalement de haut de la banque à la pointe de la banque. Pour Exemple, si les racines sont de plus en plus dans la moitié supérieure de la banque, la profondeur des racines serait de 50%. Si il ya des racines de plus en plus du haut de la banque à l'orteil, la profondeur des racines serait de 100%.
2. Prenez un pourcentage moyen de la profondeur de la racine le long de la section entière en cours d'évaluation. Ne considérez pas les racines qui sont vide de matière bancaire (ie., Racines suspendus).
3. Estimer un pourcentage basé sur la totalité de la banque, puis utilisez la "BEHI Score Chart" pour enregistrer le score pour ce pourcentage sur la feuille de données. Voir Figure 5 dans la section Résultats.
Déterminer la densité des racines en faisant une évaluation visuelle de la quantité de composé de banque matériau de base, exprimé en pourcentage.
1. Ne considérez pas les racines qui sont vide de matière bancaire. Petites racines fibreuses peuvent être très dense et une plus grande rétention des sols par rapport aux grands systèmes racinaires des arbres (Figure 6a et 6b). Estimer un pourcentage basé surla totalité de la banque, puis utilisez la "BEHI Score Chart" pour enregistrer le score pour ce pourcentage sur la feuille de données. Voir Figure 6 dans la section Résultats.
Mesurer l'angle de la banque inférieure à la flottaison pendant l'écoulement de base au sommet de la banque (figure 7). Une banque extrêmement contre-dépouille peut avoir un angle allant jusqu'à 120 degrés.
1. Placez un bâton de mesure à un angle de 90 degrés par rapport à la ligne de flottaison afin d'estimer l'angle de banque ou utiliser un inclinomètre si disponible. Prenez une moyenne de l'angle d'inclinaison le long de la section entière en cours d'évaluation. Par exemple, si la section est essentiellement de 90 degrés avec une petite section qui a 110 degrés contre-dépouille, le degré enregistré serait d'environ 100 degrés.
2. Estimer un pourcentage basé sur la totalité de la banque, puis utilisez la "BEHI Score Chart" pour enregistrer le score pour ce pourcentage sur la feuille de données. Voir Figure 7 dans les résultatsection.
Déterminer la protection de surface présente, la quantité de berges couvert et protégé par des débris ligneux, la végétation enracinée, rochers intégrées, revêtement, socle, ou d'autres matériaux incorporés qui protègent le berges de l'érosion (figure 8).
1. Estimer visuellement le pourcentage de berges ne sont pas exposés aux forces d'érosion. Estimer un pourcentage basé sur la totalité de la banque, puis utilisez la "BEHI Score Chart" pour enregistrer le score pour ce pourcentage sur la feuille de données. Voir Figure 8 dans la section Résultats.
Visuellement déterminer le nombre de couches stratifiées. La stratification se réfère à une pause horizontale clairement défini en géologie qui a le potentiel de causer et d'améliorer les zones d'érosion préférentiel (Figure 9).
1. Enregistrer le nombre de couches de stratification sont présents. Voir Figure 9 dans la section Résultats.
</ Li>
Faire des ajustements de stratification si l'érosion accrue se produit en raison des couches stratifiées.
1. Ajouter jusqu'à 5 points pour une seule couche de stratification (deux couches géologiques différentes). Ajoutez jusqu'à 10 points pour de multiples couches de stratification (trois couches géologiques différentes). Ne réglez pour la stratification si au moins une couche de matériau est érodée (sable, gravier, ou matrice).
2. Considérez où les couches stratifiées sont en relation avec l'eau, ce est à dire., Couches stratifiées qui sont 50 pieds au-dessus du débit de base ne peuvent pas avoir un effet érosif. Une couche stratifiée près de la pointe de la banque peut avoir un effet extrêmement érosive. Un score moyen peut être nécessaire, en particulier lorsque l'on considère la façon dont les matériaux sont sensibles à l'érosion et où la couche stratifiée est en relation avec l'eau. Ce ne est pas un ajustement obligatoire.
Ajouter toutes les partitions ensemble pour déterminer la note globale des BEHI modifié (très faible / faible: 4 à 15,5, modérée: 15,75211; 23,5, haute: 23,75 à 31,5, très élevé: de 31,75 à 36,5, ou l'extrême:> 36,5) pour l'évaluation des berges. Notez le score total et la cote dans les espaces prévus sur la feuille de données.
Prenez note des spécificités des berges. Par exemple, berges est à l'extérieur d'un virage de méandre, un grand jam de débris ligneux, un hors de ponceau, ou forte odeur de pétrole. Notez toute infrastructure défaillante ici.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Berges qui ne passent pas le Questionnaire de présélection et ne ont pas été évalués avec le protocole BEHI modifiée, classés faible ou très faible lors de l'évaluation avec le protocole BEHI original (Figure 10). Cela confirme l'utilisation de la présélection questionnaire comme un moyen d'identifier rapidement les berges qui connaissent modérée à taux extrêmes d'érosion. Voir la Figure 10 ci-dessous.

En général, les berges évalués ont été placés dans la même cote de BEHI final en utilisant à la fois l'original et le protocole BEHI modifié. Seize des dix-huit, soit 89% des berges évalués avec les protocoles Behi a reçu la même cote finale de BEHI (Figure 10). 5 berges a marqué un 23,0 en utilisant le protocole de BEHI modifiée, ce qui est 0,5 points en dessous de la coupure entre un modéré et un indice de BEHI élevé (tableau 1). En utilisant le protocole BEHI d'origine, la banque a marqué un 31,25, une cote élevée de BEHI; Cependant, le score était à 1,25 points de la coupure entre un modéré et un indice de BEHI élevé (tableau 2). Cette légère différence dans la cote finale de BEHI peut être attribuée à des marges de coupure dans les évaluations Behi. Il est recommandé que les scores numériques finales sont considérés lors de l'évaluation de la santé globale du flux d'observer de légères variations dans les marges des notes de Behi (ie., Une élevé, modéré par rapport à un faible, élevé). Voir les tableaux 1 et 2 ci-dessous.

Berges 18 (Figure 11), un mur de schiste altérée, avait une cote de BEHI différentes entre les deux protocoles parce qu'il était impossible d'évaluer avec le protocole BEHI original socle reçoit automatiquement un score très faible de BEHI; cependant, cette berges échoué le Questionnaire de présélection en raison de l'absence de protection des orteils présente (schiste érodable ne compte pas comme une protection de pointe dans notre modification de BEHI), une hauteur de banque de dix pieds ou plus avec 50% ou plus l'exposition du sol, et plus de 50% de la banque était vide de la végétation enracinée (Figure 11); par conséquent, une évaluation en utilisant le protocole BEHI modifiée était nécessaire. La cote finale de BEHI, en utilisant le protocole BEHI modifiée était extrême, en raison de la forte inclinaison, matériaux érodables, le manque d'un système racinaire riveraine étendant à l'orteil, et une petite quantité de protection de la surface actuelle. Voir la Figure 11 ci-dessous.

Figure 1. Pré-questionnaire de dépistage.

Figure 2. Score Chart.

0 / 52330fig3.jpg "/>
Figure 3. BEHI Fiche d'évaluation.

Figure 4. Banque Matériel métrique. Ajustements peuvent être faits sur la base du érodabilité de la matière. Un mélange de matériaux, comme le montre la figure est souvent trouvé dans les systèmes de flux de sorte un score moyen serait plus approprié.

Figure 5. riveraine Racine Profondeur métrique. Le rapport de la profondeur moyenne des racines de plantes à la hauteur de la banque d'étude, exprimée en pourcentage. Pour cette banque, les racines poussent à une profondeur d'environ 30% de la totalité de la banque.

0fig6.jpg "/>
Figure 6. Racine Densité métrique. Petit, racines fibreuses, comme le montre (A) peut être très dense et une plus grande rétention des sols par rapport aux grands systèmes robinet profondes indiqués en (B). Se il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 7. Banque Angle métrique. L'inclinaison est l'angle de la banque inférieure à la flottaison pendant l'écoulement de base au sommet de la banque. Une banque extrêmement contre-dépouille, comme le montre la figure peut avoir un angle de 120 degrés ou plus.

Figure 8.

Figure 9. Stratification métrique. Une couche clairement défini de la stratification avec till glaciaire au pied et une couche de sable graveleux ci-dessus.

Figure 10. Comparaison de cartes. Carte Sagamore Creek des notes Behi, comparant le protocole modifié et original. Berges qui ne passent pas le pré-questionnaire de dépistage et ne ont pas été évalués avec le pr BEHI modifiéeotocole, classé faible ou très faible lors de l'évaluation avec le protocole BEHI origine comme indiqué en vert ci-dessus. Seize des dix-huit berges évaluées avec le protocole BEHI original avait la même note finale BEHI lors de l'évaluation avec le protocole BEHI modifié.

. Figure 11. Le mur de schiste résisté schiste mur qui n'a pas pu être évaluées avec le protocole BEHI originale parce socle reçoit automatiquement un score très faible de BEHI; Toutefois, après avoir terminé le protocole de BEHI modifié, ce berges classé extrême.

Tableau 1. modification BEHI Protocole Dataset. Dataset de l'évaluation Sagamore Creek BEHI, en utilisant le protocole modifié.
Tableau 2. origine Protocole BEHI Dataset. Dataset de l'évaluation Sagamore Creek BEHI, en utilisant le protocole original.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

A Stream Channel Assessment Methodology. Proceedings of 7th Federal Interagency Sedimentation Conference. Rosgen, D. L. 2001 Mar 25-29, Reno, NV, , 26 (2001).
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).
Karr, J. R., Dudley, D. R. Ecological perspective on water quality goals. Environmental Management. 5 (1), 55-68 (1981).
Trimble, S. W. Contribution of Stream Channel Erosion to Sediment Yield from an Urbanizing Watershed. Science. 278 (1), 1442-1444 (1997).
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).
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).
Rosgen, D. L., Silvey, H. L., Frantila, D. Watershed assessment of river stability and sediment supply (WARSSS). , Wildland Hydrology. (2006).
Hansen, B., et al. Streambank (RBS) erosion study for the Minnesota River basin. Report prepared for the Minnesota Pollution Control Agency. , (2010).
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).
A Practical Method of Computing Streambank Erosion Rate. Rosgen, D. L. Seventh Federal Interagency Sedimentation Conference, Pagosa Springs, Colorado, , 15 (2001).
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).
Rosgen, D. L., Frantila, D., Silvey, H. L. River Stability: Field Guide. Wildland Hydrology. , (2008).
Prosser, C. S. The Huron and Cleveland Shales of Northern Ohio. The Journal of Geology. 21 (4), 323-362 (1913).
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).