Droner til at spore en af ​​de største dæmningsfjernelser på den østlige kyst

Denne måned, Bloede Dam vil blive fjernet fra Lower Patapsco River nær Ilchester, Maryland.

Restaureringen er et enestående naturligt eksperiment, 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 omfatter studerende og forskere fra University of Maryland Baltimore County, Maryland Geological Survey, Maryland Department of Natural Resources, National Oceanic and Atmospheric Administration og U.S. Geological Survey.

Hvis vores tilgang virker, det vil give os mulighed for at spore sedimentbevægelser mere fuldstændigt og præcist end nogensinde før, til en brøkdel af udgiften.

Hvad vil ændre sig

Fuldført i 1907 og i drift i 30 år, Bloede-dæmningen indeholdt det første nedsænkede vandkraftværk i USA, 26,5 fod højt, det repræsenterer en af ​​de største dæmningsfjernelser på det østlige hav.

Hvorfor fjerne dæmningen? Staten, føderale agenturer og nonprofit American Rivers håber at eliminere en forladt offentlig sikkerhedsrisiko.

Fjernelse af dæmningen vil også komplementere restaurering fra tidligere dæmningsfjernelser opstrøms og udvide det tilsluttede levested for fisk og andre vandlevende skabninger. Patapsco var engang vært for store ferskvandsløb af skygge, alewife og amerikansk ål, som blev blokeret af dæmningen. En fisketrappe har vist sig ineffektiv til at forbinde opstrøms sektioner af floden med nedstrøms flodmundingen og Chesapeake Bay.

På trods af en fremtrædende rolle i den tidlige amerikansk fremstilling, Patapsco -dalen har lidt sin del af miljøudfordringer. Kolonialskibsfarten blev tvunget til at flytte til Baltimore, efter at den oprindelige havn ved Elkridge Landing blev kvalt af sediment fra skibsballast, minedrift på flodbredden og opstrøms skovrydning. Engang en 10 fods kanal omgivet af en saltvandsmose, i dag er stedet frisk og kanalen mindre end to fod dyb.

Periodiske oversvømmelser har også skabt kaos i den smalle kløft, lejlighedsvis med katastrofale resultater. I de seneste år, oversvømmelser lige opstrøms i Ellicott City har sprængt kloakledningen, der løber langs dalbunden, og omorganiseret store mængder sand, træ og sten i nedstrøms kanal.

I dag, dæmningen gemmer cirka 2,6 millioner kubikfod lagdelt silt og sand mindre end 8 miles fra Chesapeake Bays tidevand. Når dæmningen fjernes, vi vil vide, hvor meget sediment der bevæger sig, og hvor hurtigt.

Hvorfor sedimentbevægelse?

Forståelse af sedimentbevægelser er afgørende for flodforvaltning i alle jurisdiktioner i Chesapeake Bay-vandskellet.

Sediment hjælper med at balancere vandstrømmen for at opretholde kanalform og stabile levesteder for vandplanter, hvirvelløse dyr og fisk. Flodsediment er nødvendigt for at hjælpe kyststrækninger ved flodmundinger med at bekæmpe havniveaustigningen. Imidlertid, fint sediment kan også være et forurenende stof i, eller transportere næringsstoffer og tungmetaller til, nedstrøms flodmundinger.

Selvom det er let at observere tegn på sedimenterosion fra flodbredder eller bjergskråninger, det er ofte uklart, hvor og hvor meget af det sediment, der genaflejres og opbevares. Håndtering af sedimentopbevaring, især bag dæmninger, kan være noget kontroversielt.

Efter at have studeret flere andre dæmningsfjernelser, vi forventer, at sediment fanget bag dæmningen hurtigt evakueres og omfordeles nedstrøms over en periode på flere år.

Imidlertid, der er stadig meget vi ikke ved. Oversvømmelser efter intense storme kan flytte enorme mængder sediment, ændre dalbunden på få timer. Vil sådanne storme genaflejre sediment andre steder i kløften eller den kystnære flodslette, eller levere det til bugten?

Nye måder at spore ændringer på

Det er logistisk vanskeligt nøjagtigt at måle store og potentielt hurtige kanalændringer.

I en typisk feltundersøgelse, teknikere måler vanddybden, flyde, bundsubstrat og anden information på bestemte steder. Selvom stream-kanaler kan variere enormt over rummet såvel som gennem tiden, vi forskere er sjældent i stand til at repræsentere en sådan variation i vores målinger. I stedet, vi indsamler isolerede øjebliksbilleder i tide. Det efterlader os med mindre forståelse af dynamisk sedimentbevægelse, ødelæggelser forårsaget af oversvømmelsesbølger eller mangfoldigheden af ​​forhold, der er nødvendige for at understøtte vandlevende liv.

Målestationer placeret opstrøms og nedstrøms for dæmningen måler vandstrømmen og estimerer suspenderet materiale som fin silt og ler, men ikke grovere sand og grus, der bevæger sig langs rendebunden. Undersøgelser af 30 tværsnit fordelt over 8 miles giver information om, hvordan kanalens form og sammensætning varierer, når man krydser kanalen, men relativt lidt om de tusinder af fod mellem hver transekt.

Hvad mere er, efter en stor oversvømmelse, forskere skal foretage nye tværsnitsundersøgelser, tager op til en måned i lejlighedsvis under risikable forhold.

Vores team forsøger at tilføje til vores målinger ved at implementere små, hyldedroner, der fotograferer hele dalbunden. Gentag fotografier før, under og efter fjernelse kan hjælpe os med at spore placeringen af ​​en sedimentfane, når den bevæger sig nedstrøms. De tillader også nye perspektiver af floden.

Udelukkende afhængig af overlappende fotos indsamlet både før og efter fjernelse af dæmningen, vi vil lave 3-D computermodeller af kanalbunden og vanddybden – ikke kun ved de undersøgte tværsnit, men med få centimeters mellemrum langs kanalen. Selvom denne teknologi fungerer bedst på lavt vand, vores modeller skulle give os mulighed for i høj grad at forbedre estimater af både mængden og placeringen af ​​kanalændringer, når sediment bevæger sig nedstrøms.

Med den nye tilgang, vores team samler et fotosæt af alle otte miles på få dage, og yderligere arbejde sker inden for en stationær computer. Det betyder, at målinger til enhver tid kan gentages eller foretages igen ved hjælp af arkiverede billeder.

Selvom vi bestemt er nysgerrige efter at se, hvordan så meget sediment bevæger sig, vi er især interesserede i, hvor godt vi kan fange det. Hvis det virker, denne teknologi vil sandsynligvis ændre den måde, videnskabsmænd indsamler målinger og overvåger floder på.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.