De Bank Erosie Hazard Index (BEHI) Protocol tot wijziging van Rapid Assessment van Streambank Erosie in het noordoosten van Ohio

Introduction

Streambank erosie is een natuurlijk proces; echter overmatige erosie kan een aanzienlijke hoeveelheid niet-puntbronnenverontreiniging bijdragen in de vorm van sediment ^2. Verhoogde sediment beïnvloedt de waterkwaliteit, fysieke en biologische functies van een stroom ^3. Menselijke invloeden kan grote invloed hebben streambank erosie, en een aanzienlijke verhoging van sediment ladingen ^4, met name in stedelijke systemen waar sprake is van een toename van de storm water afvoer en ondoordringbare oppervlakken ^5. Hogere sediment ladingen kan een negatieve invloed hebben op de waterkwaliteit en het ecosysteem van beken ^6. Waterscheiding management praktijken in de hele Cleveland Metroparks proberen te lokaliseren en de inventaris van de bron en de beoordeling van de risico's van mogelijke streambank erosie te helpen bij het effectief management strategieën, evenals in stroom, oeverstaten, en herstel van de habitat.

David Rosgen, met Wildland Hydrologie, ontwikkelde de oevererosieHazard Index (BEHI) die de gevoeligheid van streambank erosie op een stroom evalueert reach gebaseerd op een combinatie van verscheidene variabelen erodeerbaarheid ^7. BEHI maakt gebruik van een verscheidenheid van indicatoren om de ernst en de waarschijnlijkheid van streambank erosie, met inbegrip van de bank materiaal, stratificatie, wortel diepte en dichtheid, dwarshelling, de bankfull hoogte tot bank hoogteverhouding, en het bedrag van de bescherming van het oppervlak aanwezig te rangschikken. De BEHI beoordeling wijst een numerieke waarde die overeenkomt met een algehele BEHI reizigers (zeer lage, lage, gematigde, hoge, hoge, of extreme), voor een bepaalde streambank. Dit protocol is effectief gebleken bij de beoordeling van potentiële streambank erosie ^8-10 geweest en kan worden gebruikt in combinatie met andere kwaliteit en leefgebied water assessments. Streambanks vertonen een hoge BEHI cijfer is aangetoond dat minder divers en minder stabiel macro-invertebraat levensgemeenschappen gemeenschappen overeen, dat hoofdzakelijk bestaat uit opportunistische soorten ^11. Hoewel de oorspronkelijke BEHI methode is nuttig, het kan zeer tijdrovend, moeilijk voor niet-professionals, en beperkt tot specifieke geomorfologische regio's, speciaal op maat gemaakt voor de alluviale stroom omstandigheden ¹² zijn.

Wijzigingen in dit protocol noodzakelijk waren om deze beperkingen aan te pakken. Een "Pre-Screening Questionnaire" (figuur 1) is ontwikkeld om streambanks die waarschijnlijk te rangschikken zeer lage of lage identificeren en te elimineren, zodat de nadruk bij de beoordeling van hogere erosie gebieden, en het verminderen van de hoeveelheid tijd en middelen nodig zijn om een BEHI voeren beoordeling van een hele stroom. De vragenlijst behandelt ook geologische verschillen tussen alluviale en niet-alluviale omstandigheden stroom gezien in Noordoostelijk Ohio, zoals extreem erodeerbare schalie gesteente ^13, die niet wordt beoordeeld als een erodeerbaar materiaal gebaseerd op het oorspronkelijke protocol BEHI. Afschaffing van de studie Bank-hoogteverhouding metrisch inclusief de bankfull stadium, dat kan zijnzeer moeilijk te bepalen, mag voor een snellere streambank beoordeling en voor niet-professionals om de beoordeling met inleidende opleiding te voltooien. Deze eliminatie van de Study Bank-hoogte verhouding was gebaseerd op een gemodificeerde BEHI procedure ontwikkeld door Joe Rathbun aan de Michigan Department of Environmental Quality ^14. Om de noodzaak van aanvullende berekeningen in het veld te elimineren, zijn alle andere statistieken uitgedrukt als percentages behalve dwarshelling en stratificatie en bankmateriaal aanpassingen. Root dichtheid werd aanvankelijk uitgedrukt als het percentage grond uit wortels met de wortels verlengd. Dit werd vermenigvuldigd met de wortel diepte aan rekening te houden met de hele bank in hoogte; maar we dit vervangen door een eenvoudige schatting van de dichtheid van wortels in de gehele bank. Score aanpassingen gedaan aan de oorspronkelijke BEHI scoresysteem om rekening te houden met de eliminatie van de Study Bank-hoogteverhouding metrische en geschatte percentages. Zoals beschreven in het oorspronkelijke BEHIde gemeten metrics protocol werden omgezet naar een risico score van 1-10 (10 is het hoogste niveau van het risico). De risicoklasse 1-10 overeen met het risico ratings van zeer laag, laag, matig, hoog, zeer hoog, en extreme potentiële erosie. Deze relaties werden vastgesteld op basis van een catalogus van veldwaarnemingen ^10. In de gemodificeerde BEHI protocol werden scores voor Studie Bank hoogteverhouding metrisch afgetrokken van het oorspronkelijke BEHI scoringssysteem nieuwe totale scores en risicoratings (figuur 2) weerspiegelen. Deze wijzigingen in op de beperkingen van de oorspronkelijke BEHI protocol in het noordoosten van Ohio en assisteerde bij het handhaven van de consistentie en het verminderen van de gebruiker vooringenomenheid.

De gewijzigde BEHI protocol werd gebruikt om verschillende hoge prioriteit stromingen binnen de Cleveland Metroparks beoordelen. De oorspronkelijke BEHI beoordeling werd uitgevoerd door geschoold Cleveland Metropark personeel, een lengte van stroom om de doeltreffendheid van de wijzigingen identi bevestigenfying streambanks met hogere tarieven van erosie. De gewijzigde BEHI protocol wordt gebruikt door professionals, vrijwilligers, medewerkers en studenten om streambank erosie gedurende de Cleveland Metroparks evalueren.

Protocol

1. Streambank Identificatie

1. Identificeren van een uniform deel van bank op één zijde van de stroom. Differentiëren deze sectie door een drastisch andere helling van de bank, verschillende bank materiaal, of een breuk in de vegetatie. Dit gedeelte van streambank moet zichtbaar verschillen van de secties aan weerszijden zijn. Er is geen minimum of maximum lengte van de bank. Scheiding van extreem lange stukken in kleinere segmenten zullen de beoordeling te vereenvoudigen.

2. Pre-Screening BEHI Questionnaire (figuur 1)

1. Beantwoord de volgende vragen over de uniforme streambank sectie met ja / nee antwoorden uit figuur 1.
   1. De vraag "doet uniform gedeelte van banken vertonen minder dan of gelijk aan 50% bescherming bij de teen van de bank? 'De teen ligt aan de basis van de bank waar het de water tijdens base stromingsomstandigheden; gemiddeld beneden zes tot acht centimeter van de bank. Protectie omvat ingebed keien, embedded groot bosrijk puin, en geworteld vegetatie. Bedrock telt als bescherming teen; echter gemakkelijk breekbare gesteente is geen bescherming teen.
   2. Beantwoord de vraag "doet 50% of meer van de bank vertonen een ondersnijding van 0,5 meter of meer?" Een undercut bank is een streambank dat erosie heeft ondergaan onder het grondoppervlak.
   3. Beantwoord de vraag "doet 50% of meer van de bank tentoonstelling stratificatie?" Gelaagdheid is een duidelijk omschreven horizontale breuk in de geologie. Een laag van de stratificatie moet bestaan ​​uit een erodeerbaar materiaal (zand, grind of matrix).
   4. De vraag "ofwel 50% of meer van de bank een bank hoogte van drie meter of meer met 50% of meer bodem exposure?"
   5. Beantwoord de vraag "doet 50% of meer van de bank tentoonstelling wortels ontbreekt bank materiaal (bodem)?"
   6. Beantwoord de vraag "is 50% of meer van de bank leegte van geworteld vegetatie? & #8221;
2. Als er twee of meer "YES" antwoorden in de figuur 1 vragenlijst voeren een BEHI evaluatie van de bank als er een aanzienlijke kans dat streambank erosie optreedt of zullen plaatsvinden.
3. Als er minder dan twee "JA" antwoorden in de figuur 1 vragenlijst, ga dan niet verder met de BEHI evaluatie omdat de bank weinig ervaart tot geen erosie (dat wil zeggen, zeer laag tot laag BEHI beoordeling).

3. BEHI Evaluatie Data Sheet (figuur 3)

1. Noteer de datum, het weer, en het personeel in de ruimtes die op de BEHI Evaluatie Data Sheet.
2. Noteer het nummer van de bank wordt geëvalueerd. Bijvoorbeeld 1 is de eerste bank wordt de beoordeling die dag 2 is de tweede bank wordt beoordelen, 3, 4, 5 ... enzovoorts.
3. Neem de GPS-coördinaten op de meest stroomopwaarts (waar het water stroomt uit) en de meest stroomafwaarts gelegen (waar het water is stroomt naar) de punten van de bank. Ga zo dicht bij de bank mogelijk om nauwkeurigheid te garanderen.
4. Maak foto's op zowel de upstream en downstream-punten op de bank. Vastleggen van de belangrijkste kenmerken van de bank op de foto's. Neem extra foto's om functies op de bank of in het kanaal (bijv., Gelaagdheid, grote houtige puin jam, enz.) Vast te leggen. Noteer de foto nummers voor referentie.
5. Noteer de zijde van de stroom wordt beoordeeld (links of rechts bank bank). Bepaal de linkeroever en rechteroever wanneer geconfronteerd downstream; respectievelijk naar links en rechts.
6. Meet de bank hoogte in voeten van de teen van de bank naar de top van de bank. Bepaal de top van de bank op de eerste bepaalbare breuk in helling algemeen die evenwijdig is aan waterstroom.
7. Meet de bank lengte bij de teen, voet, tussen de stroomopwaartse en meest stroomafwaarts gelegen punten op de bank.
8. Schrijf het nummer van de vragen die werden beantwoord met een "ja" in deinitiële "Pre-Screening BEHI Questionnaire" in stap 2.
9. Let op de afstand tot de infrastructuur en de aard van de infrastructuur (dwz., Bruggen, duikers, wegen, nutsvoorzieningen, huizen enz.).
10. Cirkel van de volgende kwalitatieve indicatoren die aanwezig zijn: Unvegetated mid-kanaal bar / gevlochten kanaal, blootgesteld boomwortels aan beide zijden, leunend bomen aan beide zijden, blootgesteld infrastructuur, stroomafwaarts van een dam, slumping streambanks, headcuts, neergestreken zijrivieren, mislukte "Best Management Practices '(BMP's), zoals bekleding muren, schanskorf manden of duikers.
11. Let op de samenstelling van de bank materiaal. Noteer de overheersende materialen gevonden langs de sectie bank die onder de evaluatie.
    OPMERKING: streambanks kan een mix van materialen. Bijvoorbeeld kan een bank "schalie bij de teen en zilt zand met sporenelementen grind boven" hebben. "Lemige zand" geeft meer zand dan slib en "trace gravel" geefteen kleine hoeveelheid grind. "Sandy slib" geeft meer slib dan zand.
12. Voeg bankmateriaal aanpassingen op basis van de erodeerbaarheid van het materiaal.
    1. Aftrekken tot 10 punten voor materiaal dat niet beschikt over een hoge mate van erodeerbaarheid (dwz., Kasseien). Optellen tot 10 punten voor extreem erosiegevoelige materialen (dwz., Zand). Een mengsel van materiaal (dwz., Zand met wat grind of zilt zand met trace grind) wordt vaker gevonden in beek systemen, zodat een gemiddelde score meer geschikt (figuur 4) zou zijn. Dit is niet een verplichte aanpassing. Zie Figuur 4 In Resultaten Sectie.
13. Bepaal de verhouding van de gemiddelde diepte wortels van planten om studie bank hoogte, uitgedrukt als percentage, het schatten van de hechting van bankmateriaal door de vegetatie (figuur 5).
    1. Visueel schatten de wortel diepte verticaal vanaf de top van de bank aan de teen van de bank. Voor example, indien wortels groeien in de bovenste helft van de bank, de wortel diepte zou 50%. Als er wortels groeien vanaf de bovenkant van de bank naar de teen, zou worteldiepte 100%.
    2. Neem een ​​gemiddeld percentage van de wortel diepte langs de hele sectie onder evaluatie. Houden geen rekening met wortels die leegte van de bank materiaal zijn (dwz., Opknoping wortels).
    3. Schatten een percentage op basis van de hele bank, gebruik dan de "BEHI scoretabel" om de score voor dat percentage op de fiche op te nemen. Zie figuur 5 in de resultaten sectie.
14. Bepaal de worteldichtheid door een visuele beoordeling van de hoeveelheid bank uit wortelmateriaal, uitgedrukt als percentage.
    1. Houden geen rekening met wortels die leegte van de bank materiaal zijn. Kleine, vezelige wortels zeer dicht zijn en een grotere retentie bodem vergeleken met de grotere wortelsystemen van bomen (Figuur 6A en 6B). Schatten van een percentage dat is gebaseerd opde hele bank, gebruik dan de "BEHI scoretabel" om de score voor dat percentage op de fiche op te nemen. Zie figuur 6 in Results sectie.
15. Meet de hoek van de onderste bank de waterlijn gedurende base stroom naar de top van de bank (figuur 7). Een uiterst undercut bank kan een hoek tot 120 graden hebben.
    1. Plaats een meetlat in een hoek van 90 graden aan de waterlijn om een ​​schatting van de bank hoek of gebruik een inclinometer indien beschikbaar. Neem een ​​gemiddelde van de bank hoek langs de hele sectie onder evaluatie. Bijvoorbeeld, als de sectie meestal 90 graden met een kleine doorsnede die 110 graden ondersnijding heeft, zou de opgenomen graad ongeveer 100 graden.
    2. Schatten een percentage op basis van de hele bank, gebruik dan de "BEHI scoretabel" om de score voor dat percentage op de fiche op te nemen. Zie figuur 7 in Resultaten Sectie.
16. Bepaal de huidige bescherming van het oppervlak, de hoeveelheid streambank bedekt en beschermd door bosrijk puin, geworteld vegetatie, embedded keien, voering, gesteente of andere embedded materialen die de streambank beschermen tegen erosie (figuur 8).
    1. Visueel schatten het percentage streambank niet blootgesteld aan erosieve krachten. Schatten een percentage op basis van de hele bank, gebruik dan de "BEHI scoretabel" om de score voor dat percentage op de fiche op te nemen. Zie figuur 8 in Resultaten sectie.
17. Visueel bepalen van het aantal gelaagde lagen. Stratificatie verwijst naar een duidelijk omschreven horizontale breuk in de geologie, die kunnen veroorzaken en de zones van de preferentiële erosie (Figuur 9) te verbeteren heeft.
    1. Record hoeveel lagen van stratificatie zijn aanwezig. Zie figuur 9 in de resultaten sectie.
    </ Li>
18. Maak stratificatie aanpassingen indien toenemende erosie optreedt als gevolg van de gelaagde lagen.
    1. Optellen tot 5 punten voor een enkele laag van stratificatie (twee verschillende geologische lagen). Optellen tot 10 punten voor meerdere lagen van stratificatie (drie verschillende geologische lagen). Slechts passen voor stratificatie als ten minste één laag materiaal erodeerbare (zand, grind of matrix).
    2. Beschouw waarbij de gelaagde lagen ten opzichte van het water, dwz., Kan gelaagde lagen die 50 meter boven de basis stroom een eroderende werking. Een gelaagde laag bij de teen van de bank kan een uiterst erosieve effect. Een gemiddelde score kan nodig zijn, vooral gezien hoe erodeerbare materialen zijn en waar de gestratificeerde laag ten opzichte van het water. Dit is niet een verplichte aanpassing.
19. Voeg alle scores bij elkaar om te bepalen de totale gewijzigde BEHI beoordeling (zeer laag / laag: 4-15,5, matig: 15.75211; 23,5, hoog: 23,75-31,5, zeer hoog: 31,75-36,5, of extreme:> 36,5) voor de streambank beoordeeld. Noteer de totale score en de rating in de ruimtes die op de data sheet.
20. Kennis te nemen van de streambank bijzonderheden. Zo streambank is aan de buitenzijde van een meander bocht, een groot bosrijk puin jam, een misplaatst duiker, of sterke petroleum geur. Opmerking hier geen falende infrastructuur.

Representative Results

Streambanks die niet voorbij de Pre-Screening Questionnaire en werden niet gemeten met de gewijzigde BEHI protocol, op volgorde laag of zeer laag wanneer gemeten met de originele BEHI protocol (Figuur 10). Dit ondersteunt het gebruik van de Pre-Screening Questionnaire als een manier om snel streambanks dat matig ervaren extreme tarieven van de erosie te identificeren. Zie Figuur 10 hieronder.

In het algemeen werden de streambanks beoordeeld geplaatst in dezelfde finale BEHI cijfer met behulp van zowel de oorspronkelijke als de gewijzigde BEHI protocol. Zestien van de achttien, of 89% van de streambanks beoordeeld met zowel BEHI protocollen kregen dezelfde finale BEHI waardering (Figuur 10). Streambank 5 scoorde een 23,0 toepassing van de gemodificeerde BEHI protocol, die 0,5 punten onder de scheidingsfrequentie tussen een matige en hoge BEHI reizigers (Tabel 1). Met behulp van de originele BEHI protocol, de bank scoorde een 31.25, een hoge BEHI waardering; echter, was de score binnen 1,25 punten van de cutoff tussen een matige en een hoge BEHI waardering (tabel 2). Dit klein verschil in het uiteindelijke BEHI waardering kan worden toegeschreven aan de cutoff marges binnen de BEHI ratings. Het wordt aanbevolen dat de uiteindelijke numerieke scores worden beschouwd, bij de beoordeling van de algehele gezondheid van de stroom aan kleine variaties waarnemen in de marge van de BEHI ratings (bijv., Een hoge, matige versus een laag, hoog). Zie de tabellen 1 en 2 hieronder.

Streambank 18 (figuur 11), een verweerde leisteen muur, had een afwijkende BEHI rating tussen de twee protocollen, omdat het niet in staat om te worden beoordeeld met de originele BEHI protocol als fundament ontvangt een zeer lage BEHI score automatisch was; Echter, dit streambank mislukte de Pre-Screening Questionnaire te wijten aan het gebrek aan bescherming teen aanwezig (erosiegevoelige schalie telt niet als teen bescherming in onze modificatie van BEHI), een hoogte bank van tien meter of meer met 50% of meer bodem exposure, en meer dan 50% van de bank was leegte van geworteld vegetatie (figuur 11); Daarom, een evaluatie met behulp van de gewijzigde BEHI protocol was nodig. De uiteindelijke waardering BEHI, met de gemodificeerde BEHI protocol was extreem, vanwege de steile rolhoek, erodeerbaar materiaal ontbreken van een oever wortelstelsel uitstrekt tot de teen en kleine hoeveelheid oppervlaktebescherming aanwezig. Zie Figuur 11 hieronder.

Figuur 1. Pre-Screening Questionnaire.

Figuur 2. scoretabel.

0 / 52330fig3.jpg "/>
Figuur 3. BEHI evaluatie Data Sheet.

Figuur 4. Bank Materiaal Metric. Aanpassingen kunnen worden gemaakt op basis van de erodeerbaarheid van het materiaal. Een mengsel van materiaal, zoals weergegeven in de figuur wordt vaak gevonden in beek systemen, zodat een gemiddelde score passender zou zijn.

Figuur 5. Riparian Root diepte Metrisch. De verhouding van de gemiddelde diepte wortels van planten om studie bank hoogte, uitgedrukt als percentage. Voor deze bank, wortels groeien tot een diepte van ongeveer 30% van de totale bank.

0fig6.jpg "/>
Figuur 6. Root Density Metric. Kleine, vezelige wortels, zoals weergegeven in (A) kan zeer dicht zijn en zorgen voor een grotere retentie bodem in vergelijking met grote, penwortel systemen weergegeven in (B). Klik hier om een grotere versie van deze foto figuur.

Figuur 7. dwarshelling Metric. De bank is de hoek van de onderste bank de waterlijn gedurende base stroom naar de top van de bank. Een zeer ondersnijding bank, zoals in de figuur kan een hoek van 120 graden of meer hebben.

Figuur 8.

Figuur 9. Stratificatie Metric. Een duidelijk gedefinieerde laag van stratificatie met glaciale tot aan de teen en een schorre zandlaag boven.

Figuur 10. Kaart vergelijking. Sagamore Creek kaart van BEHI ratings, de gewijzigde en originele protocol te vergelijken. Streambanks die niet voorbij de Pre-Screening Questionnaire en werden niet gemeten met de gewijzigde BEHI protocol, op volgorde laag of zeer laag wanneer gemeten met de originele BEHI protocol, zoals aangegeven in groen boven. Zestien van de achttien streambanks beoordeeld met de originele BEHI protocol had dezelfde finale BEHI waardering wanneer gemeten met de gewijzigde BEHI protocol.

. Figuur 11. Shale Wall De verweerde leisteen muur die niet in staat moeten worden onderzocht met het oorspronkelijke BEHI protocol omdat fundament ontvangt een zeer lage BEHI score automatisch was; Echter, na het voltooien van de gewijzigde BEHI protocol, dit streambank gerangschikt extreem.

Tabel 1. Modified BEHI Protocol Dataset. Dataset van de Sagamore Creek BEHI beoordeling, met behulp van het gewijzigde protocol.
Tabel 2. Originele BEHI Protocol Dataset. Dataset van de Sagamore Creek BEHI beoordeling, met behulp van het oorspronkelijke protocol.

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.