Ændring af brederosion Hazard Index (Behi) Protokol til hurtig vurdering af Streambank Erosion i det nordøstlige Ohio

Introduction

Streambank erosion er en naturlig proces; Men overdreven erosion kan bidrage en betydelig mængde af forurening diffuse i form af suspenderet sediment ^2. Øget suspenderet sediment påvirker vandkvaliteten, fysiske og biologiske funktioner af en strøm ^3. Menneskelige påvirkninger kan i høj grad påvirke streambank erosion og øge sediment belastninger ^4, især i byerne systemer, hvor der er en stigning i storm vandafstrømning og uigennemtrængelige overflader ^5. Højere belastninger sediment kan have en negativ indflydelse på vandkvaliteten og økosystemerne i vandløb ^6. Watershed forvaltningspraksis i hele Cleveland Metroparks forsøger at lokalisere og opgørelse kilden og vurdere risikoen for potentielle streambank erosion at hjælpe med effektive strategier ledelse, såvel som i strøm, vandløbsnære, og genoprette levesteder.

David Rosgen, med Wildland Hydrologi, udviklet brederosionHazard Index (Behi), som vurderer modtagelighed streambank erosion på en strøm reach baseret på en kombination af flere eroderbarhed variable ^7. Behi anvender en række indikatorer til at rangere sværhedsgraden og sandsynligheden for streambank erosion, herunder banken materiale, lagdeling, rod dybde og tæthed, krængningsvinkel, den bankfull højde bank højdeforhold til, og mængden af ​​overfladebeskyttelse til stede. Den Behi vurdering tildeler en numerisk værdi, som svarer til en samlet Behi rating (meget lav, lav, moderat, høj, meget høj eller ekstrem), for en bestemt streambank. Denne protokol har været effektiv til at vurdere potentielle streambank erosion ^8-10 og kan bruges sammen med andre vandkvalitet og naturtyper. Streambanks udviser en høj Behi vurdering har vist sig at svare til mindre forskelligartede og mindre stabile smådyrfauna samfund, hovedsageligt bestående af opportunistiske arter ^11. Selvom den oprindelige Behi Fremgangsmåde Is nyttigt, kan det være særdeles tidskrævende, vanskeligt for ikke-fagfolk, og begrænses til bestemte geomorfiske regioner, skræddersyet til alluviale stream vilkår ^12.

Ændringer i denne protokol var nødvendige for at løse disse problemer. A "Pre-Screening Spørgeskema" (figur 1) er udviklet til at identificere og fjerne streambanks, der sandsynligvis vil rangere meget lav eller lav, hvorfor der fokuseres vurderingen på højere erosion områder og reducere mængden af tid og ressourcer, der kræves for at udføre en Behi vurdering af en hel strøm. Spørgeskemaet behandler også geologiske forskelle mellem alluviale og ikke-alluviale stream forhold set i det nordøstlige Ohio, såsom ekstremt nedbrydelig skifer grundfjeld ^13, som ikke ville blive vurderet som et nedbrydeligt materiale baseret på den oprindelige Behi protokollen. Afskaffelse af studienævnet Bank-højdeforhold metriske herunder bankfull fase, som kan væremeget vanskeligt at afgøre, tilladt for en hurtigere streambank vurdering og for ikke-fagfolk at afslutte vurderingen med indledende træning. Denne eliminering af Study Bank-højdeforhold var baseret på en modificeret Behi procedure udviklet af Joe Rathbun i Michigan Department of Environmental Quality ^14. For at eliminere behovet for yderligere beregninger på området, er alle andre parametre udtrykt i procent med undtagelse af bank vinkel og lagdeling og bank materielle justeringer. Root densitet blev oprindeligt udtrykt som procent af jord bestående af rødder, hvor rødderne er forlænget. Dette blev multipliceret med roden dybde til at redegøre for hele bank højde; men vi erstattet dette med en simpel vurdering af tætheden af ​​rødder i hele bank. Der blev foretaget Vurdering justeringer til det oprindelige Behi pointsystemet for at tage højde for afskaffelsen af ​​studienævnet Bank-højdeforhold metriske og skønnede procentsatser. Som beskrevet i den oprindelige Behiprotokol de målte parametre blev konverteret til en risiko rating på 1-10 (10 er den højeste risiko). De risiko-ratings fra 1 til 10 svarer til risikofaktorer ratings af meget lav, lav, moderat, høj, meget høj, og ekstrem potentiel erosion. Disse relationer blev etableret på grundlag af et katalog over feltobservationer ^10. I den modificerede Behi protokollen blev scores for Study Bank-højdeforhold metriske trækkes fra det oprindelige Behi pointsystem for at afspejle nye samlede score og risikoratings (figur 2). Disse modifikationer afbøde begrænsningerne i den oprindelige Behi protokollen i det nordøstlige Ohio og bistået i at opretholde konsistens og reducere brugerens bias.

Den modificerede Behi protokol blev anvendt til at vurdere flere højt prioriterede vandløb inden for Cleveland Metroparks. Den oprindelige Behi vurdering blev udført af uddannet Cleveland Metropark personale, på en længde af strøm for at bekræfte effektiviteten af ​​de ændringer i identivelse streambanks med højere erosion. Den modificerede Behi protokollen bruges af fagfolk, frivillige, ansatte og studerende til at evaluere streambank erosion hele Cleveland Metroparks.

Protocol

1. Streambank Identifikation

1. Identificer en ensartet afsnit af bank på den ene side af åen. Differentiere dette afsnit ved en drastisk anderledes skråning af banken, anderledes bank materiale, eller en pause i vegetation. Denne del af streambank bør være synligt forskelligt fra sektionerne på hver side. Der er ikke et minimum eller maksimal længde på bank. Adskillelse af ekstremt lange sektioner i mindre segmenter vil forenkle vurderingen.

2. Pre-Screening Behi Spørgeskema (figur 1)

1. Besvar følgende spørgsmål om den ensartede streambank sektion med ja / nej svar fra figur 1.
   1. Svar på spørgsmålet "gør den ensartede del af bank udviser mindre end eller lig med 50% beskyttelse ved tåen af ​​banken?" The tå ligger i bunden af ​​den bank, hvor den møder vandet under basen strømning; i gennemsnit de nederste seks til otte inches af banken. Protfdeling omfatter indlejrede kampesten, indlejrede store woody vragrester og rodfæstet vegetation. Tæller Bedrock som tå beskyttelse; imidlertid let knuses fundament er ikke tå beskyttelse.
   2. Svar på spørgsmålet "gør 50% eller mere af bankens udviser en frigang på 0,5 meter eller mere?" En undercut bank er en streambank der har gennemgået erosion under jordoverfladen.
   3. Svar på spørgsmålet "gør 50% eller mere af bankens udstille lagdeling?" Stratificering er et klart defineret vandret pause i geologi. Et lag af lagdeling skal bestå af et eroderbart materiale (sand, grus eller matrix).
   4. Svar på spørgsmålet "gør 50% eller mere af banken have en bank højde på ti meter eller mere med 50% eller mere jord eksponering?"
   5. Svar på spørgsmålet "gør 50% eller mere af bankens udviser rødder mangler bank materiale (jord)?"
   6. Svar på spørgsmålet "er 50% eller mere af bankens tomrum af rodfæstet vegetation? & #8221;
2. Hvis der er to eller flere "ja" svar i figur 1 spørgeskema udføre en Behi evaluering af banken som der er en betydelig chance for, at streambank erosion forekommer eller vil forekomme.
3. Hvis der er mindre end to "ja" svar i Figur 1 spørgeskemaet, ikke gå videre med Behi evaluering, fordi banken oplever lidt at ingen erosion (dvs. meget lav til lav Behi rating).

3. Behi Evaluering Data Sheet (figur 3)

1. Notér dato, vejret, og det personale i felterne på Behi Evaluation datablad.
2. Registrere antallet af banken, der evalueres. For eksempel 1 er den første bank er vurderingen dag, 2 er den anden bank er vurderingen, 3, 4, 5 ... og så videre.
3. Læs GPS-koordinater på det mest opstrøms (hvor vandet strømmer fra) og mest nedstrøms (hvor vandet is strømmer til) point i banken. Stå så tæt til banken som muligt for at sikre nøjagtighed.
4. Tag billeder på både upstream og downstream punkter på banken. Fang de vigtigste elementer i banken i billederne. Tag flere billeder at fange funktioner på banken eller i kanalen (dvs.., Lagdeling, store woody vragrester syltetøj, etc.). Optag billedet numre for reference.
5. Optag den side af åen vurderes (venstre bank eller højre bred). Bestem den venstre bred og højre bred, når nedstrøms; venstre og højre henholdsvis.
6. Mål bank højde, i fod, fra tåen af ​​banken til toppen af ​​banken. Bestem toppen af ​​banken den første definerbar pause i hældning, generelt liggende parallelt med vandgennemstrømning.
7. Mål bank længde ved tåen i fødder, mellem de opstrøms og mest nedstrøms punkter på banken.
8. Skriv antallet af de spørgsmål, som blev besvaret med et "ja" iindledende "Pre-Screening Behi Spørgeskema" i trin 2.
9. Bemærk afstanden til infrastruktur og typen af infrastruktur (dvs.., Broer, stenkister, veje, forsyningsselskaber, huse osv.)
10. Circle en af ​​følgende kvalitative indikatorer, der er til stede: Unvegetated mid-kanal bar / flettet kanal, eksponerede træ rødder på begge sider, skæve træer på begge sider, udsat infrastruktur, nedstrøms for en dæmning, slumping streambanks, headcuts, perched bifloder mislykkede "Best Management Practices" (BMP), såsom stensætninger vægge, faskine kurve eller stenkister.
11. Bemærk sammensætningen af ​​bankens materiale. Optag de dominerende materialer, der findes langs bredden sektion, der er under evaluering.
    BEMÆRK: Streambanks kan være en blanding af materialer. For eksempel kan en bank have "skifer ved tåen og mudret sand med spor grus ovenfor." "Mudrede sand" angiver mere sand end silt og "trace grus" angiveren lille mængde af grus. "Sandy silt" angiver mere silt end sand.
12. Gør bank materiale justeringer baseret på eroderbarhed af materialet.
    1. Træk op til 10 point for materiale, der ikke har en høj eroderbarhed (dvs.., Brostensbelagte). Tilføj op til 10 point for ekstremt nedbrydelige materialer (dvs.., Sand). En blanding af materiale (dvs.., Sand med nogle grus eller mudrede sand med spor grus) er oftere fundet i stream, så en gennemsnitlig score ville være mere passende (figur 4). Dette er ikke et obligatorisk justering. Se Figur 4 I afsnittet Resultater.
13. Bestem forholdet mellem den gennemsnitlige rod dybde af planter til studiet bank højde, udtrykt som en procentdel, til at estimere vedhæftningen af bank materiale af vegetation (figur 5).
    1. Visuelt anslår roden dybde lodret fra toppen af ​​banken til tå af banken. For example, hvis rødder vokser i den øverste halvdel af banken, vil roden dybde være 50%. Hvis der er rødder vokser fra toppen af ​​banken til tå ville roden dybde være 100%.
    2. Tag en gennemsnitlig procentdel af roden dybde langs hele afsnit under evaluering. Må ikke overveje rødder, der er blottet for bank materiale (dvs.., Hængende rødder).
    3. Vurdere en procentsats baseret på hele banken, så bruge "Behi Score Chart" for at optage den score for denne procentsats på databladet. Se figur 5 i afsnittet Resultater.
14. Bestem roden tæthed ved at lave en visuel vurdering af mængden af ​​bank består af rod materiale, udtrykt i procent.
    1. Må ikke overveje rødder, der er blottet for bank materiale. Små, fibrøse rødder kan være meget tæt og give større beskyttelse af jorden i forhold til de større rodsystemer af træer (Figur 6a og 6b). Estimere en procentdel baseret påhele banken, så bruge "Behi Score Chart" for at optage den score for denne procentsats på databladet. Se figur 6 i afsnittet Resultater.
15. Måle vinklen fra den nedre bank ved vandlinjen under basen flow til toppen af banken (figur 7). En yderst underskåret bank kan have en vinkel på op til 120 grader.
    1. Placer en målepind i en 90 graders vinkel til vandlinjen for at vurdere banken vinkel eller bruge en hældningsmåler, hvis tilgængelig. Tag et gennemsnit af banken vinkel langs hele afsnit under evaluering. For eksempel, hvis afsnittet er for det meste 90 grader med en lille del, der har 110 graders underskæring, ville det optagede grad være ca. 100 grader.
    2. Vurdere en procentsats baseret på hele banken, så bruge "Behi Score Chart" for at optage den score for denne procentsats på databladet. Se figur 7 i Resultater Sfdeling.
16. Bestem overfladebeskyttelse til stede, mængden af streambank omfattet og beskyttet af woody vragrester, rodfæstet vegetation, indlejrede kampesten, revetment, grundfjeld eller andre indlejrede materialer, der beskytter streambank mod erosion (figur 8).
    1. Visuelt estimere procentdelen af ​​streambank ikke er udsat for eroderende kræfter. Vurdere en procentsats baseret på hele banken, så bruge "Behi Score Chart" for at optage den score for denne procentsats på databladet. Se figur 8 i afsnittet Resultater.
17. Visuelt bestemme antallet af lagdelte lag. Stratificering refererer til en klart defineret vandret pause i geologi, som har potentiale til at forårsage og forbedre zoner af præferentiel erosion (figur 9).
    1. Registrere, hvor mange lag af lagdeling er til stede. Se figur 9 i afsnittet Resultater.
    </ Li>
18. Foretag justeringer stratification hvis øget erosion forekommer på grund af de lagdelte lag.
    1. Tilføj op til 5 point for et enkelt lag af lagdeling (to forskellige geologiske lag). Tilføj op til 10 point for flere lag af lagdeling (tre forskellige geologiske lag). Kun justere til stratificering, hvis mindst ét ​​lag af materiale er eroderbart (sand, grus eller matrix).
    2. Overveje, hvor den lagdelte lag er i forhold til vandet, dvs.. Kan lagdelte lag, der er 50 fod over bunden flow ikke har en eroderende virkning. En lagdelt lag nær tåen af ​​banken kan have en yderst eroderende effekt. En gennemsnitlig score kan være nødvendigt, især når man tænker hvordan eroderbare materialer er, og hvor den lagdelte lag er i forhold til vandet. Dette er ikke et obligatorisk justering.
19. Tilføj alle scores sammen for at bestemme den samlede modificerede Behi rating (meget lav / lav: 4-15,5, moderat: 15,75211; 23.5, høj: 23,75-31,5, meget højt: 31,75-36,5, eller ekstrem:> 36,5) for streambank vurderes. Optag den samlede score og rating i felterne på databladet.
20. Vær opmærksom på de streambank detaljerne. For eksempel streambank er på ydersiden af ​​en meander bøjning, en stor woody debris marmelade, en ud af sted gennemløb eller stærk lugt af petroleum. Bemærk eventuelle svigtende infrastruktur her.

Representative Results

Streambanks der ikke bestod Pre-Screening Spørgeskema og blev ikke vurderet med den modificerede Behi protokollen, rangeret lavt eller meget lavt, når vurderes med den oprindelige Behi protokol (figur 10). Dette understøtter brugen af ​​Pre-Screening Spørgeskema som en måde til hurtigt at identificere streambanks, der oplever moderat til ekstreme satser for erosion. Se figur 10 nedenfor.

Generelt blev streambanks vurderede placeret i samme endelige Behi bedømmelse ved hjælp af både den oprindelige og den ændrede Behi protokollen. Seksten ud af atten, eller 89% af streambanks vurderes med både Behi protokoller modtog den samme endelige Behi rating (figur 10). Streambank 5 scoret en 23,0 ved hjælp af den modificerede Behi-protokollen, hvilket er 0,5 point lavere end cutoff mellem en moderat og en høj Behi rating (tabel 1). Brug af originale Behi protokol, banken scoret en 31,25, en høj Behi bedømmelse; Men scoren var inden 1,25 punkter i cutoff mellem en moderat og en høj Behi rating (tabel 2). Denne lille forskel i den endelige Behi vurdering kan henføres til cutoff marginer inden for Behi ratings. Det anbefales, at de endelige numeriske scores betragtes ved vurderingen af den generelle sundhed i åen for at observere små variationer i tilknytning de Behi ratings (dvs.., En høj, moderat versus en lav, høj). Se tabel 1 og 2 nedenfor.

Streambank 18 (figur 11), en forvitret skifer væg, havde en forskellig Behi vurdering mellem de to protokoller, fordi det ikke var i stand til at vurdere den oprindelige Behi protokollen som grundfjeld modtager automatisk en meget lav Behi score; men denne streambank mislykkedes Pre-Screening Spørgeskema på grund af manglen på tå beskyttelse til stede (nedbrydelig skifer tæller ikke som tå beskyttelse i vores ændring af Behi), en bank højde på ti fod eller mere med 50% eller mere jord eksponering, og mere end 50% af bankens var ugyldige af rodfæstet vegetation (figur 11); Derfor var det nødvendigt at vurdere ved hjælp af den modificerede Behi protokollen. Den endelige Behi rating, anvendelse af den modificerede Behi protokol var ekstrem, på grund af den stejle krængningsvinkel, eroderbart materiale, mangel på en bredpart rodsystem strækker sig tå og lille mængde overfladebeskyttelse stede. Se figur 11 nedenfor.

Figur 1. Pre-Screening Spørgeskema.

Figur 2. Score Chart.

0 / 52330fig3.jpg "/>
Figur 3. Behi evaluering datablad.

Figur 4. Bank Materiale Metric. Justeringer kan foretages på grundlag af eroderbarhed af materialet. En blanding af materiale, som vist i figuren findes ofte i strøm, så en gennemsnitlig score ville være mere passende.

Figur 5. bredpart Root Depth metrisk. Forholdet mellem den gennemsnitlige rod dybde af planter til studiet bank højde, udtrykt som en procentdel. For denne bank, vokse rødder til en dybde på ca. 30% af hele bank.

0fig6.jpg "/>
Figur 6. Root Density Metric. Small, fibrøse rødder, som vist i (A) kan være meget tæt og give større beskyttelse af jorden i forhold til store, tap rodsystemer vist i (B). Klik her for at se en større udgave af dette figur.

Figur 7. krængningsvinkel metrisk. Banken er vinklen fra den nedre bank ved vandlinjen under basen flow til toppen af banken. En yderst underskåret bank, som vist i figuren kan have en vinkel på 120 grader eller mere.

Figur 8.

Figur 9. Stratificering Metric. Et klart defineret lag af lagdeling med moræneler på tå og en gruset sand lag over.

Figur 10. Kort sammenligning. Sagamore Creek kort over Behi ratings, sammenligner den modificerede og oprindelige protokol. Streambanks der ikke bestod Pre-Screening Spørgeskema og blev ikke vurderet med den modificerede Behi protocol, rangeret lavt eller meget lavt, når vurderes med den oprindelige Behi protokol som vist med grønt ovenfor. Seksten af ​​de atten streambanks vurderes med den oprindelige Behi protokol havde samme endelige Behi bedømmelse ved undersøgelse ved den modificerede Behi protokollen.

. Figur 11. Shale Wall Den forvitrede skifer mur, der var ude af stand til at blive vurderet med den oprindelige Behi protokollen fordi grundfjeldet modtager automatisk en meget lav Behi score; Men efter at have gennemført den modificerede Behi protokol, denne streambank rangeret ekstreme.

Tabel 1. Modificeret Behi protokol datasæt. Datasæt fra Sagamore Creek Behi vurdering, ved hjælp af den ændrede protokol.
Tabel 2. Original Behi protokol datasæt. Datasæt fra Sagamore Creek Behi vurdering, ved hjælp af den oprindelige protokol.

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.