Deze maand wordt de Bloede Dam verwijderd uit de Lower Patapsco River in de buurt van Ilchester, Maryland.
De restauratie is een uniek natuurlijk experiment dat zal helpen testen hoe relatief goedkope drones wetenschappers zoals ik kunnen helpen de integriteit van beken en rivieren te begrijpen.
Mijn medewerkers zijn studenten en onderzoekers van de Universiteit van Maryland Baltimore County, Maryland Geological Survey, Maryland Department of Natural Resources, National Oceanic and Atmospheric Administration en US Geological Survey.
Als onze aanpak werkt, kunnen we sedimentbewegingen vollediger en nauwkeuriger dan ooit tevoren volgen, voor een fractie van de kosten.
Wat zal er veranderen
Voltooid in 1907 en 30 jaar operationeel, bevatte de Bloede Dam de eerste ondergedompelde waterkrachtcentrale in de VS Op 26, 5 voet hoog, vertegenwoordigt het een van de grootste damverwijderingen op de oostkust.
Waarom de dam verwijderen? De staat, federale agentschappen en Amerikaanse rivieren zonder winstoogmerk hopen een verlaten gevaar voor de openbare veiligheid te elimineren.
Het uitschakelen van de dam zal ook een aanvulling vormen op herstel van eerdere damverwijderingen stroomopwaarts en de verbonden habitat uitbreiden voor vissen en andere waterdieren. De Patapsco organiseerde ooit grote zoetwaterpartijen shad, alewife en Amerikaanse paling, die werden geblokkeerd door de dam. Een visladder is niet effectief gebleken bij het verbinden van stroomopwaartse delen van de rivier met de stroomafwaartse estuarium en de Chesapeake Bay.
De Bloede Dam in maart. De verouderde visladder staat op de voorgrond. (Matthew Baker / UMBC) Ondanks een prominente rol in de vroege productie in de VS, heeft de Patapsco Valley zijn aandeel in de uitdagingen op milieugebied ondervonden. Koloniale scheepvaart werd gedwongen om naar Baltimore te verhuizen nadat de oorspronkelijke haven van Elkridge Landing was verstikt door sediment van scheepsballast, rivieroeverwinning en stroomopwaartse boskap. Ooit een 10-voet kanaal omringd door een zoutwater moeras, vandaag is de site fris en het kanaal minder dan twee voet diep.
Periodieke overstromingen hebben ook verwoesting aangericht in de smalle kloof, soms met catastrofale gevolgen. In de afgelopen jaren hebben overstromingen net stroomopwaarts in de stad Ellicott de rioolleiding die langs de bodem van de vallei loopt gescheurd en grote hoeveelheden zand, hout en steen in het stroomafwaartse kanaal gereorganiseerd.
Vandaag slaat de dam ongeveer 2, 6 miljoen kubieke voet gelaagd slib en zand op minder dan acht mijl van het getijdenwater van Chesapeake Bay. Wanneer de dam wordt verwijderd, willen we weten hoe veel sediment zal bewegen en hoe snel.
Waarom sedimentbewegingen?
Het begrijpen van sedimentbewegingen is van cruciaal belang voor rivierbeheer in elk rechtsgebied van het stroomgebied van de Chesapeake Bay.
Sediment helpt de waterstroom in evenwicht te houden om de kanaalvorm en stabiele habitats voor waterplanten, ongewervelde dieren en vissen te behouden. Riviersediment is nodig om estuariene kustlijnen te helpen de zeespiegelstijging tegen te gaan. Fijn sediment kan echter ook een vervuilende stof zijn in, of voedingsstoffen en zware metalen naar stroomafwaartse estuaria vervoeren.
Luchtfoto van het Patapsco River-kanaal met afzettingen van grind, keien en zand. (Matthew Baker / UMBC) Hoewel het gemakkelijk is om bewijs te zien van sedimenterosie van rivieroevers of heuvels, is het vaak onduidelijk waar en hoeveel van dat sediment opnieuw wordt afgezet en opgeslagen. Het beheer van sedimentopslag, met name achter dammen, kan enigszins controversieel zijn.
Na een aantal andere damverwijderingen te hebben bestudeerd, verwachten we dat sediment dat achter de dam is opgesloten, snel stroomafwaarts kan evacueren en herverdelen over een periode van enkele jaren.
Er is echter nog veel dat we niet weten. Overstromingen na intense stormen kunnen enorme hoeveelheden sediment verplaatsen, waardoor de bodem van de vallei in slechts enkele uren verandert. Zullen dergelijke stormen sediment elders in de kloof of de uiterwaarden van de kust opnieuw afzetten, of aan de baai afleveren?
Nieuwe manieren om wijzigingen bij te houden
Het is logistiek moeilijk om grote en potentieel snelle kanaalveranderingen nauwkeurig te meten.
In een typisch veldonderzoek meten technici waterdiepte, stroming, bodemsubstraat en andere informatie op specifieke locaties. Hoewel stream-kanalen zowel in de ruimte als in de tijd enorm kunnen variëren, zijn wij wetenschappers zelden in staat om dergelijke variabiliteit in onze metingen weer te geven. In plaats daarvan verzamelen we op tijd geïsoleerde momentopnamen. Dat laat ons met minder begrip van dynamische sedimentbeweging, verwoesting veroorzaakt door vloedgolven of de diversiteit van omstandigheden die nodig zijn om het waterleven te ondersteunen.
Meetstations die zich stroomopwaarts en stroomafwaarts van de dam bevinden, meten de waterstroom en schatten zwevend materiaal zoals fijn slib en klei, maar geen grover zand en grind die langs de kanaalbodem bewegen. Enquêtes van 30 dwarsdoorsneden verdeeld over acht mijl geven informatie over hoe kanaalvorm en samenstelling variëren als men het kanaal kruist, maar relatief weinig over de duizenden voet tussen elke transect.
Bovendien moeten wetenschappers na een grote overstroming nieuwe transversale onderzoeken uitvoeren, die soms een maand duren in risicovolle omstandigheden.
Ons team probeert aan onze metingen toe te voegen door kleine, kant-en-klare drones in te zetten die de hele bodem van de vallei fotograferen. Herhaal foto's vóór, tijdens en na verwijdering, zodat we de locatie van een sedimentpluim kunnen volgen terwijl deze stroomafwaarts beweegt. Ze laten ook nieuwe perspectieven op de rivier toe.
3D-weergave van een Patapsco River-kanaalwolk. (Matthew Baker / UMBC) Op basis van alleen overlappende foto's die zijn verzameld voor en na het verwijderen van de dam, maken we 3D-computermodellen van de kanaalbodem en waterdiepte - niet alleen op de onderzochte doorsneden, maar om de paar centimeter langs het kanaal. Hoewel deze technologie het beste werkt in ondiep water, moeten onze modellen ons in staat stellen om de schattingen van zowel de hoeveelheid als de locatie van kanaalverandering enorm te verbeteren als het sediment stroomafwaarts beweegt.
Met de nieuwe aanpak verzamelt ons team een fotoreeks van alle acht mijl in slechts enkele dagen, en verder werk vindt plaats op een desktopcomputer. Dat betekent dat metingen te allen tijde kunnen worden herhaald of opnieuw kunnen worden uitgevoerd met behulp van gearchiveerde afbeeldingen.
Hoewel we zeker nieuwsgierig zijn om te zien hoe veel sediment beweegt, zijn we vooral geïnteresseerd in hoe goed we het kunnen vangen. Als het werkt, zal deze technologie waarschijnlijk de manier veranderen waarop wetenschappers metingen verzamelen en rivieren volgen.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Matthew E. Baker, hoogleraar geografie en milieusystemen, Universiteit van Maryland, Baltimore County
