Environment

Modificando o Index (BEHI) Protocolo Banco Erosão Hazard para Avaliação Rápida de Streambank Erosão na Northeastern Ohio

Published: February 13, 2015 doi: 10.3791/52330

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

Introduction

Erosão Streambank é um processo natural; no entanto erosão excessiva pode contribuir com uma quantidade significativa de poluição de origem não-ponto na forma de sedimentos suspensos ^2. Aumento de sedimentos em suspensão afeta a qualidade da água, físico e funções biológicas de um córrego ^3. Influências humanas podem afetar significativamente erosão Streambank, e aumentar significativamente a carga de sedimentos ^4, particularmente em sistemas urbanos, onde há um aumento no escoamento de águas pluviais e superfícies impermeáveis ^5. Cargas de sedimentos mais altas podem afetar negativamente a qualidade da água e dos ecossistemas de rios ^6. Práticas de gestão de bacias hidrográficas em todo o Metroparks Cleveland tentar localizar e inventário a fonte e avalie o risco de erosão potencial Streambank para auxiliar nas estratégias de gestão eficazes, bem como em córrego, mata ciliar e recuperação do habitat.

David Rosgen, com Wildland Hidrologia, desenvolvido a erosão das margensÍndice de perigo (BEHI), que avalia a susceptibilidade de erosão Streambank sobre um fluxo alcance baseada numa combinação de diversas variáveis de erodibilidade ^7. BEHI usa uma variedade de indicadores para classificar a gravidade e probabilidade de erosão Streambank, incluindo o material de banco, estratificação, a profundidade da raiz e densidade, ângulo de inclinação, a altura bankfull e à altura do banco, e a quantidade de proteção de superfície presente. A avaliação BEHI atribui um valor numérico que corresponde a uma classificação BEHI global (muito baixo, baixo, moderado, alto, muito alto ou extremo), para uma Streambank particular. Este protocolo tem sido eficaz na avaliação de potencial de erosão Streambank ^8-10 e pode ser usado em conjunto com outras avaliações de qualidade da água e do habitat. Streambanks exibindo uma classificação alta BEHI foram mostrados para correspondem a menos diversificadas e menos estáveis comunidades de macroinvertebrados, que consiste principalmente de espécies oportunistas ^11. Embora o original BEHI método ié útil, pode ser extremamente demorado, difícil para os não profissionais, e confinado a regiões geomorfológicas específicos, voltados especificamente para as condições de transmissão aluviais ^12.

Modificações deste protocolo foram necessárias, a fim de responder a estas restrições. Um "pré-Screening Questionnaire" (Figura 1) foi desenvolvido para identificar e eliminar streambanks que são susceptíveis de classificar muito baixo ou de baixo, incidindo assim sobre a avaliação de áreas de erosão superiores, e diminuindo a quantidade de tempo e os recursos necessários para realizar um BEHI apreciação numa corrente inteira. O questionário também aborda as diferenças geológicas entre as condições de transmissão aluviais e não aluviais visto em Northeastern Ohio, como extremamente erodible rocha xisto ^13, o que não seria avaliada como um material erodible baseado no protocolo BEHI inicial. Eliminação da métrica Rácio Estudo Banco de altura incluindo a fase bankfull, que pode sermuito difícil de determinar, permitiu uma avaliação Streambank mais rápido e para não profissionais para completar a avaliação com o treinamento introdutório. Esta eliminação do Estudo Rácio Banco de altura foi baseada em um procedimento BEHI modificado desenvolvido por Joe Rathbun no Departamento de Qualidade Ambiental ^{14 de} Michigan. Para eliminar a necessidade de cálculos adicionais no campo, todas as outras métricas são expressos em porcentagem, exceto para o ângulo de inclinação, e estratificação e ajustes relevantes bancárias. A densidade das raízes foi inicialmente expressos como a percentagem de composto de raízes solo onde as raízes são estendidos. Este foi multiplicado pela profundidade da raiz para explicar toda a altura do banco; no entanto, esta substituído com um simples estimativa da densidade de raízes em todo o banco. Pontuação ajustes foram feitos para o sistema de pontuação BEHI originais, a fim de explicar a eliminação da Relação de métrica estudo do Banco de altura e porcentagens estimadas. Como descrito no BEHI inicialprotocolo as métricas de medição foram convertidos para uma classificação de risco de 1-10 (sendo 10 o mais alto nível de risco). As classificações de risco 1-10 correspondem às classificações de muito baixo, baixo, moderado, alto, muito alto e extremo erosão potencial de risco. Essas relações foram estabelecidas com base em um catálogo de observações de campo ^10. No protocolo BEHI modificado, a pontuação para o Banco-Height métrica Rácio Study foram subtraídos do sistema BEHI pontuação original para refletir novas pontuações totais e classificações de risco (Figura 2). Estas modificações abordar as limitações do protocolo BEHI original na Northeastern Ohio e auxiliado a manter a consistência e reduzir a inclinação do utilizador.

O protocolo BEHI modificado foi utilizado para avaliar vários streams de alta prioridade dentro dos Metroparks Cleveland. A avaliação inicial BEHI foi realizada por pessoal treinado Cleveland Metropark, em um comprimento de fluxo para confirmar a eficácia das modificações na identitificar streambanks com maiores taxas de erosão. O protocolo BEHI modificado é usado por profissionais, voluntários, funcionários e estudantes para avaliar a erosão Streambank longo dos Metroparks Cleveland.

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Protocol

1. Identificação Streambank

Identificar uma seção uniforme do banco de um lado do córrego. Diferenciar esta seção por um declive drasticamente diferente do banco, material banco diferente, ou uma ruptura na vegetação. Esta seção de Streambank deve ser visivelmente diferente das seções de cada lado. Não há um comprimento máximo de banco mínimo ou. Separação de secções extremamente longos em segmentos mais pequenos irá simplificar a avaliação.

2. Pré-Triagem BEHI Questionnaire (Figura 1)

Responda as seguintes perguntas sobre a secção Streambank uniforme com respostas sim / não da Figura 1.
1. Resposta à pergunta "faz a secção uniforme do banco exibem menos do que ou igual a 50% de protecção no dedo do pé do banco?" O dedo está localizado na base do banco onde se encontra com a água durante as condições de fluxo de base; Em média, o fundo de seis a oito centímetros do banco. Protexão inclui pedregulhos integrada, integrada grande detritos de madeira e vegetação enraizada. Bedrock conta como proteção toe; no entanto, facilmente quebrável alicerce não é proteção toe.
2. Responda a pergunta "faz 50% ou mais da exposição banco um rebaixo de 0,5 metros ou mais?" Um banco é um rebaixo Streambank que sofreu erosão por baixo da superfície do solo.
3. Responda a pergunta "faz 50% ou mais da estratificação exposição banco?" Estratificação é uma ruptura horizontal claramente definido em geologia. Uma camada de estratificação deve ser composto por um material erosionável (areia, cascalho, ou matriz).
4. Responda a pergunta "se 50% ou mais do banco ter uma altura de banco de 10 pés ou mais com 50% ou mais exposição do solo?"
5. Responda a pergunta "faz 50% ou mais das raízes apresentam bancárias que faltam materiais banco (solo)?"
6. Responda a pergunta "é de 50% ou mais do vazio banco de vegetação enraizada? & #8221;
Se houver duas ou mais respostas "sim" no questionário Figura 1, realizar uma avaliação BEHI do banco pois há uma chance significativa de que a erosão Streambank está ocorrendo ou vai ocorrer.
Se houver menos de duas respostas "sim" no questionário Figura 1, não prossiga com a avaliação BEHI porque o banco está enfrentando pouca ou nenhuma erosão (ou seja, muito baixa a baixa Classificação BEHI).

3. Folha BEHI dados de avaliação (Figura 3)

Registre a data, o tempo, eo pessoal nos espaços fornecidos na Folha BEHI dados de avaliação.
Registre o número do banco que está sendo avaliado. Por exemplo, 1 é o primeiro banco estar avaliar esse dia, 2 é o segundo banco estar avaliar, 3, 4, 5 ... e assim por diante.
Tome coordenadas GPS, no máximo, a montante (em que a água está a fluir a partir de) e mais a jusante (onde a água is fluindo a) Os pontos de banco. Fique mais próximo possível do banco quanto possível para garantir a precisão.
Tire fotos em ambos os pontos a montante ea jusante sobre o banco. Capture os principais características do banco nas fotos. Tire fotos adicionais para captar recursos no banco ou no canal (ie., A estratificação, grandes congestionamentos de detritos de madeira, etc.). Anote os números de imagem para referência.
Grave o lado do córrego sendo avaliado (margem esquerda ou margem direita). Determinar a margem esquerda e margem direita quando confrontados com a jusante; esquerda e direita, respectivamente.
Medir a altura do banco, em centímetros, a partir da ponta do banco para o topo do banco. Determine o topo do banco pela primeira ruptura definível em declive, geralmente paralelo ao fluxo de água.
Meça o comprimento do banco no dedo do pé, em centímetros, entre os pontos mais a montante ea jusante mais no banco.
Escreva o número das perguntas que foram respondidas com um "sim" noinicial "pré-triagem BEHI Questionnaire" no Passo 2.
Observe o raio de infra-estrutura e do tipo de infra-estrutura (ie., Pontes, bueiros, estradas, serviços públicos, casas etc.).
Círculo qualquer um dos seguintes indicadores qualitativos que estão presentes: bar / canal Unvegetated meio do canal trançado, raízes de árvores expostas em ambos os lados, inclinando-se árvores de ambos os lados, de infra-estrutura exposta, a jusante de uma barragem, streambanks queda nas, headcuts, afluentes empoleirados, Falhou "Melhores Práticas de Gestão" (BMP), como paredes Revetment, cestas de gabião ou bueiros.
Note-se a composição do material de banco. Grave os materiais predominantes encontradas ao longo da seção banco que está sob avaliação.
NOTA: streambanks pode ser uma mistura de materiais. Por exemplo, um banco pode ter "shale no dedo do pé, e areia com traço silty cascalho acima". "Areia Silty" indica mais areia do que lodo e "trace cascalho" indicauma pequena quantidade de cascalho. "Silte Sandy" indica mais lodo de areia.
Faça ajustes materiais bancários baseados na erodibilidade do material.
1. Subtrair até 10 pontos para o material que não tem uma elevada taxa de erodibilidade (ie., Calçada). Adicione até 10 pontos para materiais extremamente erosionáveis (ie., Areia). Uma mistura de material (ie., A areia com um pouco de cascalho ou areia silty com traço cascalho) é mais frequentemente encontrada em sistemas de transmissão de modo uma pontuação média seria mais apropriado (Figura 4). Este não é um ajustamento obrigatório. Veja a Figura 4 Em resultado secção.
Determinar a relação entre a profundidade média da raiz das plantas até à altura de banco de estudo, expressa como uma percentagem, para estimar a aderência do material de banco de vegetação (Figura 5).
1. Visualmente estimar a profundidade da raiz verticalmente de cima do banco para o dedo do pé do banco. Para example, se as raízes estão crescendo na metade superior do banco, a profundidade da raiz seria de 50%. Se há raízes que crescem a partir do topo do banco para o dedo do pé, a profundidade da raiz seria de 100%.
2. Tome um percentual médio da profundidade da raiz ao longo de toda a seção sob avaliação. Não considere raízes que são nulas de material banco (ie., Pendurado raízes).
3. Estimar um percentual com base em todo o banco, em seguida, usar o "BEHI Score Chart" para registrar a pontuação para esse percentual sobre a folha de dados. Veja a Figura 5 em resultado secção.
Determinar a densidade da raiz, fazendo uma avaliação visual da quantidade de banco constituído por material de raiz, expressa como uma percentagem.
1. Não considere raízes que são nulas de material banco. Pequenas, raízes fibrosas podem ser muito denso e proporcionar maior retenção no solo em comparação com os sistemas de raízes de árvores de maiores dimensões (Figura 6A e 6B). Calcula-se uma percentagem baseada natodo o banco, em seguida, usar o "BEHI Score Chart" para registrar a pontuação para esse percentual sobre a folha de dados. Veja a Figura 6 em resultado secção.
Medir o ângulo a partir do banco inferior na linha de flutuação durante o fluxo de base para o topo do banco (Figura 7). Um banco extremamente rebaixada pode ter um ângulo de até 120 graus.
1. Coloque uma vara de medição em um ângulo de 90 graus em relação à linha de água, a fim de estimar o ângulo banco ou usar um inclinômetro, se disponível. Tome uma média do ângulo de inclinação ao longo de toda a seção sob avaliação. Por exemplo, se o ponto é principalmente de 90 graus, com uma pequena secção que tem 110 graus rebaixo, o grau gravado seria de aproximadamente 100 graus.
2. Estimar um percentual com base em todo o banco, em seguida, usar o "BEHI Score Chart" para registrar a pontuação para esse percentual sobre a folha de dados. Veja a Figura 7 no resultado de Sexão.
Determinar a proteção da superfície presente, a quantidade de Streambank coberto e protegido por detritos de madeira, vegetação enraizada, pedregulhos embutidas, revestimento, rocha, ou outros materiais incorporados que protegem o Streambank da erosão (Figura 8).
1. Visualmente estimar a percentagem de Streambank não exposto a forças erosivas. Estimar um percentual com base em todo o banco, em seguida, usar o "BEHI Score Chart" para registrar a pontuação para esse percentual sobre a folha de dados. Veja a Figura 8 em resultado secção.
Visualmente determinar o número de camadas estratificadas. Estratificação refere-se a uma ruptura horizontal claramente definido em geologia que tem o potencial para causar e aprimorar zonas de erosão preferencial (Figura 9).
1. Grave quantas camadas de estratificação estão presentes. Veja a Figura 9 em resultado secção.
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Faça ajustes de estratificação se o aumento da erosão está ocorrendo devido às camadas estratificadas.
1. Adicione até 5 pontos por uma única camada de estratificação (duas camadas geológicas diferentes). Adicione até 10 pontos por várias camadas de estratificação (três camadas geológicas diferentes). Apenas para ajustar estratificação se pelo menos uma camada de material é erodível (areia, cascalho, ou matriz).
2. Considere onde as camadas estratificadas são em relação à água, isto é., As camadas estratificadas que têm 50 pés acima do fluxo de base pode não ter um efeito erosivo. Uma camada estratificada perto do dedo do pé do banco pode ter um efeito extremamente erosivo. Uma pontuação média pode ser necessário, especialmente quando se considera como os materiais erodíveis e onde a camada estratificada é em relação à água. Este não é um ajustamento obrigatório.
Adicionar todos os pontos juntos para determinar a classificação geral BEHI modificado (muito baixa / baixa: 4 - 15,5, moderada: 15.75211; 23,5, alta: 23,75-31,5, muito alto: 31,75-36,5, ou extrema:> 36,5) para o Streambank avaliada. Grave a pontuação total ea classificação nos espaços fornecidos na folha de dados.
Tome nota das especificidades Streambank. Por exemplo, Streambank é do lado de fora de uma curva meandro, um grande congestionamento de detritos de madeira, um fora de lugar bueiro, ou odor forte de petróleo. Nota qualquer infra-estrutura não aqui.

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Representative Results

Streambanks que não passaram o questionário de pré-triagem e não foram avaliadas com o protocolo BEHI modificados, classificados baixo ou muito baixo quando avaliada com o protocolo BEHI original (Figura 10). Isso suporta o uso do pré-triagem Questionnaire como uma maneira de identificar rapidamente streambanks que apresentarem moderada a índices extremos de erosão. Ver Figura 10 abaixo.

Em geral, streambanks avaliadas foram colocados na mesma classificação BEHI final utilizando tanto o protocolo original e o BEHI modificado. Dezesseis das dezoito anos, ou 89% dos streambanks avaliados com ambos os protocolos Behi recebeu o mesmo rating final BEHI (Figura 10). Streambank 5 marcou um 23,0 usando o protocolo BEHI modificado, que é 0,5 pontos abaixo do ponto de corte entre um moderado e uma boa classificação BEHI (Tabela 1). Usando o protocolo BEHI original, o banco teve um 31,25, uma alta classificação BEHI; no entanto, o placar estava dentro de 1,25 pontos do corte entre um moderado e uma boa classificação BEHI (Tabela 2). Esta pequena diferença na classificação final, BEHI pode ser atribuído às margens de corte dentro dos ratings Behi. Recomenda-se que os escores numéricos finais são considerados, ao avaliar a saúde geral do fluxo de observar pequenas variações nas margens dos ratings Behi (ie., Um alto, moderado em comparação com um baixo, alto). Ver Tabelas 1 e 2 abaixo.

Streambank 18 (Figura 11), uma parede de xisto resistido, tinha uma classificação BEHI diferentes entre os dois protocolos porque era incapaz de ser avaliada com o protocolo BEHI original como alicerce automaticamente recebe uma pontuação muito baixa BEHI; no entanto, este Streambank falhou a pré-triagem Questionnaire devido à falta de proteção toe presente (shale erodible não conta como proteção toe em nossa modificação de BEHI), uma altura de banco de dez ou mais pés com 50% ou mais a exposição do solo, e mais do que 50% do banco foi vazio de vegetação enraizada (Figura 11); por conseguinte, uma avaliação utilizando o protocolo modificado BEHI era necessário. A avaliação BEHI final, usando o protocolo BEHI modificado era extrema, devido ao ângulo de inclinação íngreme, material erodible, a falta de um sistema de raízes ciliar estendendo-se até o dedo do pé, e pequena quantidade de proteção de superfície presente. Ver Figura 11 abaixo.

Figura 1. Pré-Screening Questionnaire.

Figura 2. Score Chart.

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Figura Folha de Avaliação dos dados 3. BEHI.

Figura 4. Banco de Material Metric. Ajustes podem ser feitos com base na erodibilidade do material. Uma mistura de material, como mostrado na figura é frequentemente encontrada em sistemas de transmissão de modo a pontuação média seria mais apropriada.

Figura 5. Profundidade ciliar Raiz métrica. O rácio da profundidade média da raiz das plantas até à altura de banco de estudo, expresso como uma percentagem. Para este banco, raízes crescem até uma profundidade de aproximadamente 30% de todo o banco.

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Figura 6. densidade radicular Metric. Pequeno, raízes fibrosas, como mostrado em (A) pode ser muito denso e proporcionar uma maior retenção do solo em comparação com sistemas grandes e profundas tap mostrados em (B). Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 7. Banco Ângulo métrica. O ângulo de inclinação é o ângulo da margem inferior, a linha de flutuação durante o fluxo de base para o topo do banco. Um banco extremamente rebaixada, como se mostra na figura pode ter um ângulo de 120 graus ou mais.

Figura 8.

Figura 9. A estratificação Metric. Uma camada claramente definida de estratificação com glacial até no dedo do pé e uma camada de gravilha acima.

Figura 10. Mapa de comparação. Map Sagamore Creek das avaliações Behi, comparando o protocolo modificado e original. Streambanks que não passaram na pré-triagem Questionnaire e não foram avaliados com a pr BEHI modificadootocol, classificou baixo ou muito baixo quando avaliada com o protocolo BEHI original como mostrado em verde acima. Dezesseis das dezoito streambanks avaliadas com o protocolo BEHI original tinha o mesmo rating final BEHI quando avaliada com o protocolo BEHI modificado.

. Figura 11. Shale Muralha A resistido parede de xisto que não foi capaz de ser avaliado com o protocolo BEHI original, porque alicerce automaticamente recebe uma pontuação muito baixa BEHI; no entanto, após a conclusão do protocolo BEHI modificado, este Streambank classificou extremo.

Tabela 1. Modificado BEHI Protocolo Dataset. Dataset da avaliação Sagamore Creek BEHI, usando o protocolo modificado.
Tabela 2. Original BEHI Protocolo Dataset. Dataset da avaliação Sagamore Creek BEHI, usando o protocolo original.

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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).