Modifiera banken Erosion Hazard index (BEHI) Protokoll för snabb bedömning av Streambank Erosion i nordöstra Ohio

Introduction

Streambank erosion är en naturlig process; Men överdriven erosion kan bidra med en betydande mängd diffusa föroreningar i form av suspenderat sediment ^2. Ökad suspenderat sediment påverkar vattenkvaliteten, fysisk och biologiska funktioner hos en ström ^3. Mänsklig påverkan kan kraftigt påverka streambank erosion, och avsevärt öka sedimentbelastning ^4, särskilt i storstads system där det finns en ökad dagvattenavrinning och ogenomträngliga ytor ^5. Högre sedimentbelastning kan negativt påverka vattenkvaliteten och ekosystemen i strömmarna ^6. Vattendelare förvaltningsmetoder i hela Cleveland Metroparks försöker lokalisera och inventering källan och betygsätta risken för potentiella streambank erosion att bistå i effektiva förvaltningsstrategier, liksom i bäcken, strand och återställa livsmiljöer.

David Rosgen, med Wildland hydrologi, utvecklade banken ErosionHazard Index (BEHI), som utvärderar känslighet streambank erosion på en ström når bygger på en kombination av flera eroderbarhet variabler ^7. BEHI använder en mängd olika indikatorer för att rangordna svårighetsgraden och sannolikheten för streambank erosion, inklusive bankmaterialet, skiktning, rot djup och täthet, bankvinkel, den bankfull större bankhöjdförhållande till, och mängden ytskydd närvarande. Den BEHI bedömningen delar ett numeriskt värde som motsvarar den övergripande bedömningen BEHI (mycket låg, låg, måttlig, hög, mycket hög, eller extrem), för en viss streambank. Detta protokoll har varit effektiva i att bedöma potentiella streambank erosion ^8-10 och kan användas tillsammans med andra bedömningar vattenkvalitet och livsmiljöer. Streambanks uppvisar en hög BEHI rating har visat sig motsvara mindre varierande och mindre stabila makroinvertebrater samhällen, som huvudsakligen består av opportunistiska arter ^11. Fastän det ursprungliga BEHI metod Is användbart, kan det vara mycket tidskrävande, svårt för icke-professionella, och begränsas till specifika geomorphic regioner, skräddarsydda för alluviala stream förhållanden ^12.

Ändringar av detta protokoll var nödvändigt för att ta itu med dessa begränsningar. En "Pre-Screening Questionnaire" (Figur 1) har utvecklats för att identifiera och eliminera streambanks som sannolikt kommer att rangordna mycket låg eller låg, vilket fokuserar bedömningen på högre områden erosions, och minska den tid och de resurser som krävs för att utföra en BEHI bedömning på en hel ström. Enkäten tar också geologiska skillnader mellan alluviala och icke-alluviala stream förhållanden ses i nordöstra Ohio, såsom extremt eroderbar skiffer berggrund ^13, som inte skulle bedömas som en eroderbar material baserat på den ursprungliga BEHI protokollet. Eliminering av studie Bank-höjdförhållande metriska inklusive bankfull stadiet, vilket kan varamycket svårt att avgöra, tillåtet för en snabbare streambank bedömning och för icke-fackmän att slutföra bedömningen med en introduktionsutbildning. Denna eliminering av studie Bank-höjdförhållande baserades på en modifierad BEHI förfarande som utvecklats av Joe Rathbun vid Michigan Department of Environmental Quality ^14. För att eliminera behovet av ytterligare beräkningar inom området, är alla andra mått uttryckt i procent med undantag för bankvinkel, samt skiktning och väsentliga justeringar bank. Root täthet ursprungligen uttryckt som procent av marken består av rötter, där rötterna förlängs. Detta multiplicerat med roten djup till svars för hela bankhöjden; men vi ersatt detta med en enkel uppskattning av densiteten av rötter i hela banken. Betyg justeringar gjordes till den ursprungliga BEHI poängsystemet för att redogöra för eliminering av studie Bank-höjdförhållande metriska och uppskattade procentsatser. Såsom beskrivits i den ursprungliga BEHIprotokoll de uppmätta mått omvandlades till ett riskvärderings 1-10 (10 är den högsta risknivå). De riskklassificering 1-10 motsvarar riskera betyg av mycket låg, låg, måttlig, hög, mycket hög, och extrem potential erosion. Dessa relationer etablerades utifrån en katalog med fältobservationer ^10. I den modifierade BEHI protokollet, var poängen för Studie Bank-höjdförhållande metriska subtraheras från den ursprungliga BEHI poängsystem för att återspegla nya totala poäng och riskklassificering (Figur 2). Dessa modifieringar itu med begränsningarna i den ursprungliga BEHI protokollet i nordöstra Ohio och hjälpte till att upprätthålla konsekvens och minska användar partiskhet.

Den modifierade BEHI protokoll användes för att bedöma flera högprioriterade strömmar inom Cleveland Metroparks. Den ursprungliga BEHI bedömning utfördes av utbildad Cleveland Metro personal, på en längd av ström för att bekräfta effektiviteten av de ändringar i identifying streambanks med högre hastigheter av erosion. Den modifierade BEHI protokollet används av yrkesverksamma, volontärer, personal och elever för att utvärdera streambank erosion hela Cleveland Metroparks.

Protocol

1. Streambank Identifiering

1. Identifiera en enhetlig del av banken på ena sidan av ån. Differentiera detta avsnitt av en drastiskt annorlunda lutningen på banken, annan bank material, eller ett brott i vegetationen. Detta avsnitt av streambank bör skilja sig utseendemässigt från de andra avsnitten på vardera sidan. Det finns inget minsta eller högsta längd bank. Separation av extremt långa sektioner i mindre segment kommer att förenkla bedömningen.

2. Förhands Screening BEHI Questionnaire (Figur 1)

1. Svara på följande frågor om den enhetliga streambank avsnittet med ja / nej svar från figur 1.
   1. Svara på frågan "gör den enhetliga delen av bank uppvisar mindre än eller lika med 50% skydd vid tån i banken?" Den tån ligger vid foten av den bank där den möter vattnet under grundflödesförhållanden; i genomsnitt de nedre sex till åtta inches av banken. Protektion innehåller inbäddade stenblock, inbyggda död ved, och rotade vegetation. Bedrock räknas som tå skydd; dock lätt brytbar berggrunden inte tå skydd.
   2. Svara på frågan "gör 50% eller mer av banken uppvisar en underskärning av 0,5 meter eller mer?" En undercut bank är en streambank som genomgått erosion under markytan.
   3. Svara på frågan "gör 50% eller mer av banken uppvisar stratifiering?" Stratifiering är en klart definierad horisontell paus i geologi. Ett skikt av stratifieringen måste bestå av ett eroderbart material (sand, grus, eller matris).
   4. Svara på frågan "går 50% eller mer av banken har en bankhöjd på tio meter eller mer med 50% eller mer jord exponering?"
   5. Svara på frågan "gör 50% eller mer av de bank uppvisar rötterna saknar bankmaterial (jord)?"
   6. Svara på frågan "är 50% eller mer av banken tomrum rotad vegetation? & #8221;
2. Om det finns två eller flera "ja" svar i figur 1 enkäten, utföra en BEHI utvärdering av banken eftersom det finns en betydande risk att streambank erosion sker eller kommer att ske.
3. Om det är mindre än två "ja" svar i figur 1 enkäten, inte vidare med BEHI utvärderingen eftersom banken upplever liten eller ingen erosion (dvs mycket låg till låg BEHI betyg).

3. BEHI Utvärdering Data Sheet (Figur 3)

1. Anteckna datum, vädret, och personalen i de utrymmen som tillhandahålls på BEHI utvärderingsbladet.
2. Anteckna numret av banken som utvärderas. Till exempel, ett är den första banken är bedömningen den dagen, 2 är den andra banken är bedömningen, 3, 4, 5 ... och så vidare.
3. Ta GPS-koordinater på den mest uppströms (där vatten rinner från) och mest nedströms (där vattnet is flödar till) punkter banken. Stå så nära till banken som möjligt för att säkerställa noggrannheten.
4. Ta bilder på både uppströms och nedströms punkter på banken. Fånga huvuddragen i banken på bilderna. Ta ytterligare bilder att fånga funktioner på bank eller i kanalen (dvs., Skiktning, död ved sylt, etc.). Spela in bildnummer som referens.
5. Anteckna sidan av strömmen som bedöms (vänster bank eller högra stranden). Bestäm vänstra stranden och höger bank när färdriktning medströms; vänster och höger respektive.
6. Mät bankhöjden, i fot, från tån av banken till toppen av banken. Bestäm toppen av banken av den första definierbara paus i backen, i allmänhet ligger parallellt med vattenflödet.
7. Mät banken längden vid tån, i fot, mellan de mest uppströms och nedströms mest poäng på banken.
8. Skriv numret av de frågor som besvarades med ett "ja" iinledande "Pre-Screening BEHI Questionnaire" i steg 2.
9. Notera avståndet till infrastrukturen och den typ av infrastruktur (dvs.., Broar, kulvertar, vägar, verktyg, hus osv).
10. Circle någon av följande kvalitativa indikatorer som finns: Unvegetated mid-kanals bar / flätat kanal, exponerade trädrötter på båda sidor, lutande träd på båda sidor, exponerad infrastruktur, nedströms en damm, slumping streambanks, headcuts, uppflugen bifloder, misslyckades "Best Management Practices" (BMP: s) såsom beklädnad väggar, Gabion korgar eller kulvertar.
11. Notera sammansättningen av banken materialet. Spela de dominerande materialen finns längs sektionen bank som är under utvärdering.
    OBS: Streambanks kan vara en blandning av material. Till exempel kan en bank ha "skiffer vid tån, och siltig sand med spår grus ovan". "Siltig sand" indikerar mer sand än silt och "spår grus" indikeraren liten mängd av grus. "Sandy silt" indikerar mer silt än sand.
12. Gör bank väsentliga justeringar baserade på eroderbarhet av materialet.
    1. Subtrahera upp till 10 poäng för material som inte har en hög grad av eroderbarhet (dvs., Kullersten). Lägg till upp till 10 poäng för extremt eroderbara material (dvs., Sand). En blandning av material (dvs., Sand med lite grus eller siltig sand med spår grus) är mer ofta i bäcksystem så ett genomsnitt skulle vara lämpligare (Figur 4). Detta är inte ett obligatoriskt justering. Se figur 4 I Resultat avsnitt.
13. Bestäm förhållandet mellan genomsnittliga roten djup växter till studiebankhöjden, uttryckt i procent, för att uppskatta vidhäftning av bankmaterial av växtlighet (Figur 5).
    1. Uppskatta Visuellt roten djupet vertikalt från toppen av banken till tå av banken. För example, om rötterna växer i den övre halvan av banken, skulle roten djupet vara 50%. Om det finns rötter växer från toppen av banken till tån skulle roten djupet vara 100%.
    2. Ta en genomsnittlig procentsats av roten djup längs hela sträckan under utvärdering. Anser inte rötter som är ogiltiga av bankmaterial (dvs., Hängande rötter).
    3. Uppskatta en procentsats baserad på den hela banken, använd sedan "BEHI Score diagram" för att spela in betyget för denna procentsats på databladet. Se Figur 5 i Resultat avsnitt.
14. Bestäm roten densiteten genom att göra en visuell bedömning av mängden bank består av rot material, uttryckt i procent.
    1. Anser inte rötter som är ogiltiga av bankmaterial. Små, fibrösa rötter kan vara mycket tät och ge större mark retentionen jämfört med större rotsystem av träd (figur 6A och 6B). Uppskatta en procentsats baserad påhela banken, använd sedan "BEHI Score diagram" för att spela in betyget för denna procentsats på databladet. Se figur 6 i Resultat avsnitt.
15. Mät vinkeln från den nedre banken vid vattenlinjen under grundflöde till toppen av banken (Figur 7). En extremt underskuren bank kan ha en vinkel på upp till 120 grader.
    1. Placera en mätsticka vid en 90 graders vinkel till vattenlinjen för att uppskatta sidlutningsvinkeln eller använd en lutningsmätare om tillgängligt. Ta ett medelvärde av sidlutningsvinkeln längs hela avsnittet under utvärdering. Till exempel, om sektionen är mestadels 90 grader med ett litet avsnitt som har 110 graders underskärning, skulle det inspelade grad vara ungefär 100 grader.
    2. Uppskatta en procentsats baserad på den hela banken, använd sedan "BEHI Score diagram" för att spela in betyget för denna procentsats på databladet. Se figur 7 i Resultat Sektion.
16. Bestäm ytskydd närvarande mängden streambank omfattas och skyddas av träig skräp, rotade vegetation, inbäddade stenblock, strandskoning, berggrund eller andra inbyggda material som skyddar streambank från erosion (Figur 8).
    1. Uppskatta Visuellt andelen streambank inte utsatt för eroderande krafter. Uppskatta en procentsats baserad på den hela banken, använd sedan "BEHI Score diagram" för att spela in betyget för denna procentsats på databladet. Se figur 8 i Resultat avsnitt.
17. Visuellt bestämma antalet skiktade lager. Stratifiering hänvisar till en klart definierad horisontell paus i geologi som har potential att orsaka och förbättra zoner av förmåns erosion (Figur 9).
    1. Rekord hur många lager av stratifiering är närvarande. Se figur 9 i Resultat avsnitt.
    </ Li>
18. Gör justeringar stratifiering om ökad erosion sker på grund av de skiktade skikten.
    1. Lägg till upp till 5 poäng för ett enda lager av stratifiering (två olika geologiska skikt). Lägg till upp till 10 poäng för flera lager av stratifiering (tre olika geologiska skikt). Endast justera för stratifiering om åtminstone ett lager av material är eroderbar (sand, grus, eller matris).
    2. Tänk där skiktade skikten är i förhållande till vattnet, dvs., Kan skiktade lager som är 50 meter över basflödet inte en eroderande effekt. Ett stratifierat skikt nära tån på banken kan ha en extremt erosiv effekt. En Medelpoängen kan vara nödvändigt, särskilt när man beaktar hur eroderbara materialet är och var den skiktade skiktet är i förhållande till vattnet. Detta är inte ett obligatoriskt justering.
19. Lägg alla poäng tillsammans för att bestämma den övergripande bedömningen modifierade BEHI (låg / låg: 4-15,5, måttlig: 15.75211; 23,5, hög: 23,75-31,5, mycket högt: 31,75-36,5, eller extrem:> 36,5) för streambank bedömas. Spela den totala poängen och betyget i fälten på databladet.
20. Ta del av de streambank detaljerna. Till exempel är streambank på utsidan av en meander böj, en död ved sylt, en på sin plats kulvert, eller stark petroleumlukt. Notera eventuella bristande infrastrukturen här.

Representative Results

Streambanks som inte klarade Pre-Screening Questionnaire och var inte bedömts med den modifierade BEHI protokollet, rankad låg eller mycket låg när bedömas med den ursprungliga BEHI protokollet (Figur 10). Detta stöder användningen av Pre-Screening Questionnaire som ett sätt att snabbt identifiera streambanks som upplever måttlig till extremvärden erosion. Se figur 10 nedan.

I allmänhet var streambanks bedömts placeras i samma final BEHI rating använder både den ursprungliga och den modifierade BEHI protokollet. Sexton av de arton, eller 89% av de streambanks bedömts med både BEHI protokollen fått samma slut BEHI rating (Figur 10). Streambank 5 gjorde en 23,0 med den modifierade BEHI protokollet, vilket är 0,5 procentenheter lägre än cutoff mellan en moderat och en hög BEHI rating (tabell 1). Använda den ursprungliga BEHI protokollet, gjorde banken en 31,25, en hög BEHI rating; emellertid var ställningen inom 1,25 punkter cutoff mellan en måttlig och hög BEHI rating (tabell 2). Denna liten skillnad i slut BEHI rating kan hänföras till cutoff marginaler inom BEHI betyg. Det rekommenderas att de slutliga numeriska poängen beaktas vid bedömningen av allmänna hälsotillståndet i bäcken för att observera små variationer i anslutning de BEHI betyg (dvs., En hög, måttlig kontra en låg, hög). Se tabellerna 1 & 2 nedan.

Streambank 18 (Figur 11), en riden skiffervägg, hade ett avvikande BEHI rating mellan de två protokollen eftersom det inte kunde bedömas med den ursprungliga BEHI protokoll som berggrunden får automatiskt en mycket låg BEHI poäng; Men detta streambank misslyckades Pre-Screening Questionnaire på grund av bristen på tå skydds närvarande (eroderbar skiffer räknas inte som tå skydd i vår modifiering av BEHI), en bank höjd av tio fot eller mer med 50% eller mer jord exponering, och mer än 50% av banken var ogiltigt av rotade vegetation (Figur 11); Därför var det nödvändigt med en bedömning med hjälp av modifierade BEHI protokollet. Den slutliga BEHI rating, användning av den modifierade BEHI Protokollet var extrem, på grund av den branta lutningsvinkel, eroderbara material, brist på ett strand rotsystem sträcker sig till tå, och liten mängd ytskydd närvarande. Se Figur 11 nedan.

Figur 1. Pre-Screening Questionnaire.

Figur 2. Score diagram.

0 / 52330fig3.jpg "/>
Figur 3. BEHI utvärderingsbladet.

Figur 4. Bank Material Metric. Justeringar kan göras baserat på eroderbarhet av materialet. En blandning av material, så som visas i figuren finns ofta i stream system så en genomsnittlig poäng skulle vara lämpligare.

Figur 5. Riparian Root Djup Metrisk. Förhållandet av den genomsnittliga rot djup växter till studien bankhöjden, uttryckt i procent. För denna bank, rötterna växer till ett djup av ungefär 30% av hela banken.

0fig6.jpg "/>
Figur 6. Root Densitet Metric. Liten, fibrösa rötter, som visas i (A) kan vara mycket tät och ge större mark behålla jämfört med stora, peka rotsystem som visas i (B). Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 7. Bank Angle Metric. Banken är vinkeln från den nedre banken vid vattenlinjen under grundflöde till toppen av banken. En extremt underskuren bank, såsom visas i figuren kan ha en vinkel på 120 grader eller mer.

Figur 8.

Figur 9. Stratifiering Metric. En klart definierad lager av stratifiering med morän vid tån och en grusig sandskikt ovan.

Figur 10. Karta jämförelse. Sagamore Creek karta över BEHI betyg, jämföra den modifierade och ursprungliga protokollet. Streambanks som inte klarade Pre-Screening Questionnaire och bedömdes inte med den modifierade BEHI protocol, rankad låg eller mycket låg när bedömas med den ursprungliga BEHI protokoll som visas i grönt ovan. Sexton av de arton streambanks bedömts med den ursprungliga BEHI protokollet hade samma slut BEHI betyg när bedömas med den modifierade BEHI protokollet.

. Figur 11. Shale Wall Den vittrade skiffervägg som inte kunde bedömas med den ursprungliga BEHI protokollet eftersom berggrunden får automatiskt en mycket låg BEHI poäng; Men efter att ha avslutat den modifierade BEHI protokollet, rankad här streambank extrem.

Tabell 1. Modifierad BEHI protokoll dataset. Dataset från Sagamore Creek BEHI bedömning, med den modifierade protokollet.
Tabell 2. Original BEHI Protocol dataset. Dataset från Sagamore Creek BEHI bedömning, med den ursprungliga protokollet.

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.