Denne måneden blir Bloede Dam fjernet fra Nedre Patapsco-elven nær Ilchester, Maryland.
Restaureringen er et unikt naturlig eksperiment som vil hjelpe til med å teste hvordan relativt billige droner kan hjelpe forskere som meg til å forstå integriteten til bekker og elver.
Mine samarbeidspartnere inkluderer studenter 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 tilnærmingen vår fungerer, vil det tillate oss å spore sedimentbevegelse mer fullstendig og nøyaktig enn noen gang før, til en brøkdel av bekostningen.
Hva vil endre seg
Bloddammen ble ferdigstilt i 1907 og var i drift i 30 år, og inneholdt det første nedsenkede vannkraftverket i USA på 26, 5 fot høyt, og representerer et av de største demningsfjerningene på det østlige sjøbrettet.
Hvorfor fjerne demningen? Staten, føderale etater og ideelle organisasjoner, håper at eliminere en forhindret fare for offentlig sikkerhet.
Å ta ut demningen vil også komplementere restaurering fra tidligere damfjerning oppstrøms og utvide tilkoblet habitat for fisk og andre vannlevende vesener. Patapsco var en gang vert for store ferskvannskjøringer av skygge, ølkone og amerikansk ål, som ble blokkert av demningen. En fiskestige har vist seg å være ineffektiv ved å forbinde oppstrøms deler av elven med nedstrøms elvemunning og Chesapeake Bay.
Bloede Dam i mars. Den foreldede fiskestigen er i forgrunnen. (Matthew Baker / UMBC) Til tross for en fremtredende rolle i den tidlige amerikanske produksjonen, har Patapsco Valley lidd sin del av miljøutfordringene. Kolonialfart ble tvunget til å flytte til Baltimore etter at den opprinnelige havnen ved Elkridge Landing ble kvalt av sediment fra frakt ballast, elvebredde og oppstrøms skogrydding. En gang en 10-fots kanal omgitt av en saltvannsmyr, er nettstedet i dag friskt og kanalen mindre enn to meter dyp.
Periodiske flom har også ødelagt ødeleggelser i den trange kløften, noen ganger med katastrofale resultater. I løpet av de siste årene har flash-flom bare oppstrøms i Ellicott City ødelagt kloakksentralen som går langs dalbunnen og omorganisert store mengder sand, tre og stein i nedstrøms kanal.
I dag lagrer dammen cirka 2, 6 millioner kubikkmeter lagdelt silt og sand mindre enn åtte miles fra Chesapeake Bay tidevann. Når demningen fjernes, vil vi vite hvor mye sedimentet vil bevege seg og hvor raskt.
Hvorfor sedimentbevegelse?
Å forstå sedimentbevegelse er avgjørende for elveforvaltningen i alle jurisdiksjoner i Chesapeake Bay-vannskillet.
Sediment hjelper med å balansere vannstrømmen for å opprettholde kanalform og stabile leveområder for vannplanter, virvelløse dyr og fisk. Elvesediment er nødvendig for å hjelpe kystlinjer ved elvemunningen å bekjempe havnivået. Imidlertid kan fint sediment også være et forurensende stoff i eller føre næringsstoffer og tungmetaller til elvemunninger nedstrøms.
Luftbilde av Patapsco-elvekanalen som viser grus-, brosteins- og sandforekomster. (Matthew Baker / UMBC) Selv om det er lett å observere bevis for erosjon fra sediment fra elvebredden eller åssidene, er det ofte uklart hvor og hvor mye av det sedimentet blir omplassert og lagret. Håndtering av sedimentlagring, spesielt bak dammer, kan være noe kontroversiell.
Etter å ha studert flere andre damfjerninger, forventer vi at sediment fanget bak demningen raskt evakueres og omfordeler seg nedstrøms over en periode på flere år.
Imidlertid er det fremdeles mye vi ikke vet. Flom etter intens storm kan føre til store mengder sediment, og endre dalbunnen på bare timer. Vil slike stormer deponere sediment et annet sted i juvet eller kystflomsletten, eller levere det til bukta?
Nye måter å spore endringer på
Det er logistisk vanskelig å måle store og potensielt raske kanalendringer nøyaktig.
I en typisk feltundersøkelse måler teknikere vanndybde, strømning, bunnsubstrat og annen informasjon på bestemte steder. Selv om strømkanaler kan variere enormt over rom så vel som gjennom tid, er vi forskere sjelden i stand til å representere en slik variasjon i målingene våre. I stedet samler vi isolerte øyeblikksbilder i tide. Det gir oss mindre forståelse av dynamisk sedimentbevegelse, ødeleggelser utført av flombølger eller mangfoldet av forhold som er nødvendige for å støtte vannlevende liv.
Målestasjoner som ligger oppstrøms og nedstrøms for demningen måler vannføringen og estimerer suspendert materiale som fine silter og leire, men ikke grovere sand og grus som beveger seg langs kanalbunnen. Undersøkelser på 30 tverrsnitt fordelt over åtte mil gir informasjon om hvordan kanalform og sammensetning varierer når man krysser kanalen, men relativt lite om de tusenvis av fotene mellom hver transekt.
Dessuten, etter en stor flom, må forskere gjennomføre nye tverrsnittsundersøkelser, som tar opptil en måned av og til under risikofylte forhold.
Teamet vårt prøver å legge til våre målinger ved å distribuere små, hyllevare droner som fotograferer hele dalbunnen. Gjenta fotografier før, under og etter fjerning kan hjelpe oss med å spore plasseringen av en sedimentplomme når den beveger seg nedstrøms. De tillater også nye perspektiver av elven.
3D-visning av en Patapsco River-kanalspisssky. (Matthew Baker / UMBC) Stoler utelukkende på overlappende bilder samlet både før og etter fjerning av demning, vil vi lage 3D datamaskinmodeller av kanalbunnen og vanndybden - ikke bare ved de undersøkte tverrsnittene, men noen få centimeter langs kanalen. Selv om denne teknologien fungerer best på grunt vann, bør modellene våre tillate oss å forbedre estimatene av både mengden og plasseringen av kanalendring når sediment beveger seg nedstrøms.
Med den nye tilnærmingen samler teamet vårt et bildesett på hele åtte mil på bare noen få dager, og videre arbeid skjer på en stasjonær datamaskin. Det betyr at målinger kan repeteres eller gjøres på nytt når som helst ved hjelp av arkiverte bilder.
Selv om vi absolutt er nysgjerrige på å se hvordan dette mye sedimentet beveger seg, er vi spesielt interessert i hvor godt vi kan fange det. Hvis den fungerer, vil denne teknologien sannsynligvis endre måten forskere samler inn målinger og overvåker elver på.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation.
Matthew E. Baker, professor i geografi og miljøsystemer, University of Maryland, Baltimore County
