Ta mesec bo Bledov jez odstranjen iz reke Spodnji Patapsco v bližini Ilchesterja v zvezni državi Maryland.
Obnova je edinstven naravni eksperiment, ki bo pomagal preizkusiti, kako razmeroma poceni droni lahko pomagajo znanstvenikom, kot sem jaz, razumeti celovitost potokov in rek.
Moji sodelavci vključujejo študente in raziskovalce z univerze v okrožju Maryland Baltimore, Maryland Geological Survey, Maryland Department of Natural Resources, National Oceanic and Atmospheric Administration in US Geological Survey.
Če bo naš pristop deloval, nam bo omogočil, da z delnimi stroški sledimo gibanju usedlin bolj popolno in natančno kot kdaj koli prej.
Kaj se bo spremenilo
Jez Bloede je bil dokončan leta 1907 in je deloval 30 let. Vseboval je prvo potopljeno hidroelektrarno v ZDA, visoka 26, 5 čevljev, predstavlja eno največjih odstranitev jezov na vzhodnem morju.
Zakaj odstraniti jez? Država, zvezne agencije in neprofitne ameriške reke upajo, da bodo odpravile zapuščeno nevarnost za javno varnost.
Izvlečenje jezu bo dopolnilo tudi obnovo od prejšnjih odstranitev jezov navzgor in razširilo povezane habitate za ribe in druga vodna bitja. Patapsco je nekoč gostil večje sladkovodne kraje sence, alewife in ameriške jegulje, ki jih je jez blokiral. Ribja lestev se je izkazala za neučinkovito pri povezovanju gorvodnih odsekov reke z spodnjim ustjem in zalivom Chesapeake.
Marca Bloede. V ospredju je zastarela ribja lestev. (Matthew Baker / UMBC) Kljub vidni vlogi v zgodnji ameriški proizvodnji je dolina Patapsco doživela svoj delež okoljskih izzivov. Kolonialni ladijski promet je bil prisiljen preseliti v Baltimore, potem ko je prvotno pristanišče v Elkridge Landingu zadušilo usedline iz ladijskega balasta, rudarjenja rečnih bregov in odstranjevanja gozdov. Nekoč 10-metrski kanal, obkrožen z morsko močvirjem, je danes mesto sveže, kanal pa globok manj kot dva metra.
Občasne poplave so tudi v ozki soteski pustile pusto, občasno s katastrofalnimi posledicami. V zadnjih nekaj letih so bliskovite poplave tik pred tokom v mestu Ellicott pretrgale kanalizacijo, ki poteka vzdolž dna doline in preuredila velike količine peska, lesa in kamnin v spodnjem toku.
Danes jezov hrani približno 2, 6 milijona kubičnih metrov slojevitega mulja in peska, ki je manj kot osem milj od vodne zalive Chesapeake Bay. Ko je jez odstranjen, želimo vedeti, kako se premika toliko usedlin in kako hitro.
Zakaj gibanje usedlin?
Razumevanje gibanja usedlin je ključnega pomena za upravljanje reke na vseh območjih porečja zaliva Chesapeake.
Usedlina pomaga uravnotežiti pretok vode za vzdrževanje oblike kanala in stabilnih habitatov za vodne rastline, nevretenčarje in ribe. Rečna usedlina je potrebna za pomoč estuarijskim obalnim pasam v boju proti dvigu morske gladine. Vendar je drobna usedlina lahko tudi onesnaževalec v ustju navzdol ob ustju ali prenaša hranljive snovi in težke kovine.
Zračna slika kanala reke Patapsco, ki prikazuje nanosi gramoza, kamenja in peska. (Matthew Baker / UMBC) Čeprav je težko opaziti dokaze o eroziji usedlin z obrežja ali pobočij, pogosto ni jasno, kje in koliko tega usedlin je odloženo in shranjeno. Upravljanje skladišč usedlin, zlasti za jezovi, je lahko nekoliko sporno.
Po preučevanju več drugih odstranitev jezov pričakujemo, da se sediment, ujet za jezo, v nekaj letih hitro izprazni in prerazporedi nizvodno.
Vendar pa je še veliko tega, česar ne vemo. Poplave po močnih nevihtah lahko premaknejo ogromne količine usedlin in spremenijo dno doline v samo nekaj urah. Ali bodo takšne nevihte ponovno usedle usedline drugje v soteski ali obalnem poplavnem območju ali ga bodo dostavile v zaliv?
Novi načini za sledenje spremembam
Logistično je težko natančno izmeriti velike in potencialno hitre spremembe kanalov.
V običajni terenski raziskavi tehniki izmerijo globino vode, pretok, dno podlage in druge informacije na določenih lokacijah. Čeprav se tokovni kanali lahko zelo razlikujejo tako v prostoru kot skozi čas, smo znanstveniki le redko sposobni zastopati takšno spremenljivost v naših meritvah. Namesto tega pravočasno zbiramo osamljene posnetke. Zaradi tega imamo manj razumevanja dinamičnega gibanja usedlin, pustošenja zaradi poplavnih valov ali raznolikosti pogojev, potrebnih za podporo vodnega življenja.
Merilne postaje, ki se nahajajo navzgor in navzdol od jezu, merijo pretok vode in ocenjujejo suspendirani material, kot so drobne silke in gline, ne pa grobih peskov in gramozov, ki se premikajo po dnu kanala. Raziskave 30 presekov, razporejenih v osmih miljah, zagotavljajo informacije o tem, kako se oblika in sestava kanalov razlikujeta, ko prečka kanal, a relativno malo o tisočih metrih med vsakim prerezom.
Po večji poplavi morajo znanstveniki opraviti nove presečne raziskave, ki občasno trajajo tudi do enega meseca v tveganih razmerah.
Naša ekipa poskuša dodati naše meritve z nameščanjem majhnih brezpilotnih dronov, ki fotografirajo celotno dno doline. Ponavljanje fotografij pred, med in po odstranitvi nam lahko pomaga pri sledenju lokacije plina usedlin, ko se premika navzdol. Omogočajo tudi nove perspektive reke.
3D pogled oblačnega točke oblaka reke Patapsco. (Matthew Baker / UMBC) Le na podlagi prekrivajočih se fotografij, zbranih pred in po odstranitvi jezu, bomo ustvarili 3D računalniške modele dna kanala in globine vode - ne le na preiskanih prerezih, temveč na vsakih nekaj centimetrov vzdolž kanala. Čeprav ta tehnologija najbolje deluje v plitvi vodi, bi nam morali naši modeli omogočiti, da znatno izboljšamo ocene količine in lokacije sprememb kanala, ko se sediment premika navzdol.
Z novim pristopom naša ekipa v nekaj dneh zbere komplet fotografij v vseh osmih miljah, nadaljnje delo pa se zgodi znotraj namiznega računalnika. To pomeni, da se meritve lahko kadar koli ponovijo ali naredijo z uporabo arhiviranih slik.
Čeprav smo gotovo radovedni, kako se premika ta toliko usedlin, nas še posebej zanima, kako dobro jo lahko zajamemo. Če deluje, bo ta tehnologija verjetno spremenila način, kako znanstveniki zbirajo meritve in spremljajo reke.
Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru.
Matthew E. Baker, profesor geografije in okoljskih sistemov, Univerza v Marylandu, okrožje Baltimore
