Denne måned fjernes Bloede Dam fra den nedre Patapsco-flod nær Ilchester, Maryland.
Gendannelsen er et enestående natureksperiment, der vil hjælpe med at teste, hvordan relativt billige droner kan hjælpe forskere som mig med at forstå integriteten af vandløb og floder.
Mine samarbejdspartnere inkluderer studerende og forskere fra University of Maryland Baltimore County, Maryland Geological Survey, Maryland Department of Natural Resources, National Oceanic and Atmospheric Administration og US Geological Survey.
Hvis vores tilgang fungerer, vil det give os mulighed for at spore sedimentbevægelse mere fuldstændigt og nøjagtigt end nogensinde før til en brøkdel af bekostningen.
Hvad vil ændre sig
Bloddammen blev færdig i 1907 og var operationel i 30 år og indeholdt det første nedsænkede vandkraftværk i USA på 26, 5 fod højt og repræsenterer en af de største dæmningsfjernelser på det østlige havbræt.
Hvorfor fjerne dæmningen? Staten, føderale agenturer og non-profit American Rivers håber at fjerne en forladt fare for offentlig sikkerhed.
Udtagelse af dæmningen vil også komplementere restaurering fra tidligere dæmning af dæmningen opstrøms og udvide tilsluttet levesteder for fisk og andre vandlevende væsener. Patapsco var engang vært for store ferskvandskørsler med skygge, ølkone og amerikansk ål, som blev blokeret af dæmningen. En fiskestige har vist sig at være ineffektiv ved at forbinde opstrøms dele af floden med nedstrøms flodmunding og Chesapeake-bugten.
Bloede Dam i marts. Den forældede fiskestige er i forgrunden. (Matthew Baker / UMBC) På trods af en fremtrædende rolle i den tidlige amerikanske fremstilling har Patapsco-dalen lidt sin del af miljøudfordringerne. Kolonitransport blev tvunget til at flytte til Baltimore, efter at den oprindelige havn ved Elkridge Landing blev kvalt af sediment fra forsendelse af ballast, flodbredens miner og opstrøms skovrydning. Når en gang var en 10-fods kanal omgivet af en saltvand myr, er stedet i dag frisk og kanalen mindre end to meter dyb.
Periodiske oversvømmelser har også skabt ødelæggelse i den smalle kløft, lejlighedsvis med katastrofale resultater. I de sidste par år har flash-oversvømmelser lige opstrøms i Ellicott City sprængt kloakstrømmen, der løber langs dalbunden og omorganiseret store mængder sand, træ og klippe i nedstrømskanalen.
I dag opbevarer dæmningen cirka 2, 6 millioner kubikfod lagdelt silt og sand mindre end otte miles fra Chesapeake Bay tidevand. Når dæmningen fjernes, vil vi gerne vide, hvor meget sediment vil bevæge sig, og hvor hurtigt.
Hvorfor sedimentbevægelse?
At forstå sedimentbevægelse er kritisk for flodforvaltning i enhver jurisdiktion i Chesapeake Bugt farvande.
Sediment hjælper med at balance vandstrømmen for at opretholde kanalform og stabile levesteder for akvatiske planter, hvirvelløse dyr og fisk. Flodsediment er nødvendigt for at hjælpe flodmundinger med at bekæmpe stigningen i havniveauet. Dog kan fint sediment også være et forurenende stof i eller bære næringsstoffer og tungmetaller til nedstrøms flodmundinger.
Luftbillede af Patapsco-flodkanalen, der viser grus-, brostensbelægnings- og sandaflejringer. (Matthew Baker / UMBC) Selvom det er let at observere tegn på erosion fra sediment fra flodbanker eller bjergskråninger, er det ofte uklart, hvor og hvor meget af det sediment, der deponeres og opbevares. Håndtering af sedimentopbevaring, især bag dæmninger, kan være lidt kontroversiel.
Efter at have undersøgt flere andre fjernelser af dæmninger, forventer vi, at sediment, der er fanget bag dæmningen, hurtigt evakueres og omfordeler sig nedstrøms over en periode på flere år.
Der er dog stadig meget, vi ikke ved. Oversvømmelser efter intens storm kan flytte enorme mængder sediment og ændre dalbunden på få timer. Vil sådanne storme deponere sedimenter andetsteds i slugten eller kystfloden eller levere den til bugten?
Nye måder at spore ændringer på
Det er logistisk vanskeligt at måle store og potentielt hurtige kanalændringer nøjagtigt.
I en typisk feltundersøgelse måler teknikere vanddybde, flow, bundunderlag og anden information på specifikke steder. Selvom strømkanaler kan variere enormt over rummet såvel som gennem tiden, er vi forskere sjældent i stand til at repræsentere en sådan variation i vores målinger. I stedet samler vi isolerede snapshots i tide. Det efterlader os mindre forståelse af dynamisk sedimentbevægelse, ødelæggelse forarbejdet af oversvømmelsesbølger eller mangfoldigheden af betingelser, der er nødvendige for at støtte akvatiske liv.
Målestationer placeret opstrøms og nedstrøms for dæmningen måler vandstrømmen og estimerer ophængt materiale som fine silter og lerter, men ikke grovere sand og graveller, der bevæger sig langs kanalbunden. Undersøgelser på 30 tværsnit fordelt over otte miles giver information om, hvordan kanalform og sammensætning varierer, når man krydser kanalen, men relativt lidt om de tusinder af fødder mellem hver transekt.
Hvad mere er, efter en stor oversvømmelse skal forskere gennemføre nye tværsnitsundersøgelser, der tager op til en måned lejlighedsvis under risikable forhold.
Vores team forsøger at tilføje vores målinger ved at indsætte små, ikke-hylde droner, der fotograferer hele dalen. Gentag fotografier før, under og efter fjernelse kan hjælpe os med at spore placeringen af en sedimentpude, når den bevæger sig nedstrøms. De tillader også nye perspektiver af floden.
3D-visning af en Patapsco-flodkanal-point sky. (Matthew Baker / UMBC) Når vi kun stoler på overlappende fotos, der er indsamlet både før og efter dæmning af dæmningen, vil vi oprette 3D-computermodeller af kanalbunden og vanddybden - ikke kun ved de undersøgte tværsnit, men hver få centimeter langs kanalen. Selvom denne teknologi fungerer bedst på lavt vand, bør vores modeller give os mulighed for i vid udstrækning at forbedre skøn over både mængde og placering af kanalændring, når sediment bevæger sig nedstrøms.
Med den nye tilgang indsamler vores team et fotosæt på alle otte miles på få dage, og der sker yderligere arbejde på en stationær computer. Det betyder, at målinger kan gentages eller laves på ny når som helst ved hjælp af arkiverede billeder.
Selvom vi bestemt er nysgerrige efter at se, hvordan dette meget sediment bevæger sig, er vi især interesseret i, hvor godt vi kan fange det. Hvis det fungerer, vil denne teknologi sandsynligvis ændre den måde, hvorpå forskere indsamler målinger og overvåger floder.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Matthew E. Baker, professor i geografi og miljøsystemer, University of Maryland, Baltimore County
