Ändern der Ufererosion Hazard Index (behi) Protokoll für Rapid Assessment von stream Erosion in Northeastern Ohio

Zusammenfassung

Streambank erosion potential can be evaluated and ranked using David Rosgen’s Bank Erosion Hazard Index (BEHI), however this protocol has significant limitations. Here we present protocol modifications to address time constraints, allow nonprofessionals to complete accurate assessments, and account for non-alluvial stream conditions in Northeast Ohio.

Zusammenfassung

Understanding the source of pollution in a stream is vital to preserving, restoring, and maintaining the stream’s function and habitat it provides. Sediments from highly eroding streambanks are a major source of pollution in a stream system and have the potential to jeopardize habitat, infrastructure, and stream function. Watershed management practices throughout the Cleveland Metroparks attempt to locate and inventory the source and rate the risk of potential streambank erosion to assist in formulating effect stream, riparian, and habitat management recommendations. The Bank Erosion Hazard Index (BEHI), developed by David Rosgen of Wildland Hydrology is a fluvial geomorphic assessment procedure used to evaluate the susceptibility of potential streambank erosion based on a combination of several variables that are sensitive to various processes of erosion. This protocol can be time consuming, difficult for non-professionals, and confined to specific geomorphic regions. To address these constraints and assist in maintaining consistency and reducing user bias, modifications to this protocol include a “Pre-Screening Questionnaire”, elimination of the Study Bank-Height Ratio metric including the bankfull determination, and an adjusted scoring system. This modified protocol was used to assess several high priority streams within the Cleveland Metroparks. The original BEHI protocol was also used to confirm the results of the modified BEHI protocol. After using the modified assessment in the field, and comparing it to the original BEHI method, the two were found to produce comparable BEHI ratings of the streambanks, while significantly reducing the amount of time and resources needed to complete the modified protocol.

Einleitung

Stream Erosion ist ein natürlicher Prozess, aber übermäßige Erosion kann eine erhebliche Menge an nicht-Punktquellen in Form von Schwebstoffen ² beitragen. Erhöhte Schwebstoffe betrifft die Wasserqualität, physikalischen und biologischen Funktionen eines Stromes ³ erhalten. Menschliche Einflüsse kann großen Einfluss auf stream Erosion und Sedimentfrachten deutlich erhöhen ^4, vor allem in städtischen Systemen, bei denen es zu einem Anstieg in Regenwasserabfluss und versiegelten Flächen ^5. Höhere Sedimentfrachten kann sich negativ auf die Wasserqualität und die Ökosysteme der Ströme ^6. Watershed Management-Praktiken in den Cleveland Metro versuchen zu finden und Bestands die Quelle und bewerten das Risiko möglicher stream Erosion in effektiver Managementstrategien im Strom, Ufer und Lebensraumwiederherstellung zu unterstützen, als auch.

David Rösgen, mit Wildland Hydrologie, entwickelte die UfererosionGefahrenindex (behi), der die Anfälligkeit von stream Erosion an einem Strom auswertet REACH auf einer Kombination mehrerer Erodierbarkeit Variablen ⁷ basiert. Behi verwendet eine Vielzahl von Indikatoren, um die Schwere und Wahrscheinlichkeit von stream Erosion einschließlich Bankmaterial, Schichtung, Wurzeltiefe und Dichte, Querneigung, die bankfull Höhe auf Bank Höhe-Verhältnis, und die Menge an Oberflächenschutz vorhanden Rang. Die behi Beurteilung weist einen Zahlenwert, die zu einer Gesamt behi Rating (sehr niedrig, niedrig, mittel, hoch, sehr hoch, oder extreme) entspricht, für einen bestimmten stream. Dieses Protokoll wurde wirksam bei der Beurteilung potenzieller stream Erosion ^8-10 und kann in Verbindung mit anderen Wasserqualität und Lebensraumbewertung verwendet werden. Streambanks das eine hohe behi Bewertung wurde gezeigt, dass weniger vielfältig und weniger stabil Makrozoobenthos entsprechen, im Wesentlichen bestehend aus opportunistischen Art ^11. Obwohl die ursprüngliche behi Verfahren is nützlich, kann es sehr zeitaufwändig, schwierig für Nicht-Profis, und auf bestimmte geomorphologischen Regionen beschränkt, die speziell für alluviale Strom Bedingungen ¹² zugeschnitten sein.

Änderungen an diesem Protokoll wurden, um diese Beschränkungen Adresse notwendig. Ein "Pre-Screening Questionnaire" (Abbildung 1) wurde entwickelt, um zu identifizieren und zu beseitigen streambanks die wahrscheinlich Rang sehr niedrig oder niedrig sind, damit die sich die Beurteilung auf höhere Erosionsflächen und Verringerung der Menge an Zeit und Ressourcen erforderlich, um eine behi führen Bewertung auf einer ganzen Strom. Der Fragebogen geht auch geologischen Unterschiede zwischen angeschwemmten und nichtSchuttStrom Bedingungen in Northeastern Ohio gesehen, wie extrem erodierbaren Schiefergestein ^13, die nicht als erodierbares Material, basierend auf dem ursprünglichen behi Protokolls beurteilt werden würde. Abschaffung der Studienbank Höhe Verhältnis metrischen einschließlich der bankfull Bühne, die sein können,sehr schwer zu bestimmen, erlaubt eine schnellere streamBewertung und für Nichtfachleute, die Beurteilung mit einführenden Ausbildung abzuschließen. Diese Eliminierung der Studie Bank Höhe Verhältnis wurde auf einem von Joe Rathbun an der Michigan Department of Environmental Quality ¹⁴ entwickelt modifizierte behi Verfahren. Um die Notwendigkeit für zusätzliche Berechnungen auf dem Gebiet zu beseitigen, werden alle anderen Messgrößen in Prozent mit Ausnahme der Bankwinkel und Schichtung und Bank wesentlichen Anpassungen zum Ausdruck gebracht. Wurzeldichte wurde zunächst als Prozent des Bodens von Wurzeln, wo die Wurzeln ausgereicht ausgedrückt. Dies wurde durch die Wurzeltiefe multipliziert, um für die gesamte Bank Höhe ausmachen; aber wir ersetzen diese durch eine einfache Abschätzung der Dichte der Wurzeln in der gesamten Bank. Ergebnis Anpassungen zur ursprünglichen behi Scoring-System, um die Beseitigung der Studie Bank Höhe Verhältnis metrischen und geschätzten Prozentsätze vorgenommen. Wie in der ursprünglichen behi beschriebenProtokoll die gemessenen Kennzahlen wurden auf eine Risikobewertung von 1-10 (10 die höchste Risikostufe) umgewandelt. Die Risiko-Ratings von 1 bis 10 entsprechen, um die Bewertungen der sehr niedrig, niedrig, mittel, hoch, sehr hoch, und extreme Potenzial Erosion zu riskieren. Diese Beziehungen wurden auf der Grundlage eines Katalogs von Feldbeobachtungen ¹⁰ etabliert. In der modifizierten behi Protokoll wurden Noten für die Studie Bank Höhe Verhältnis Metrik von der ursprünglichen behi Punktesystem abgezogen, um neue Gesamtwerte und Risikobewertungen (Abbildung 2) zu reflektieren. Diese Änderungen richten die Grenzen des ursprünglichen behi Protokoll in Northeastern Ohio und in die Konsistenz und die Verringerung der Benutzer Bias unterstützt.

Die modifizierte behi Protokoll wurde verwendet, um mehrere Ströme mit hoher Priorität innerhalb der Cleveland Metro bewerten. Die ursprüngliche behi Einschätzung wurde durch geschultes Personal Cleveland Metropark auf einer Länge von Strom durchgeführt, um die Wirksamkeit der Änderungen in Identi bestätigenfying streambanks mit höheren Raten von Erosion. Die modifizierte behi Protokoll wird von Fachleuten, Freiwilligen, Mitarbeitern und Studenten verwendet werden, um stream Erosion in den Cleveland Metro bewerten.

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Protokoll

1. stream Identification

1. Identifizieren Sie eine einheitliche Sektion Bank auf der einen Seite des Flusses. Differenzieren Sie diesen Abschnitt durch eine drastisch unterschiedliche Neigung der Bank, verschiedene Bank Material oder einer Unterbrechung der Vegetation. Dieser Abschnitt der stream sollte sichtbar von den Abschnitten auf beiden Seiten sein. Es ist keine minimale oder maximale Länge der Bank. Die Trennung von extrem langen Abschnitte in kleinere Segmente wird die Bewertung zu vereinfachen.

2. Pre-Screening behi Questionnaire (Abbildung 1)

1. Beantworten Sie die folgenden Fragen über die einheitliche stream Abschnitt mit Ja / Nein-Antworten von Abbildung 1.
   1. Beantworten Sie die Frage "tut die einheitliche Abschnitt Bank Ausstellung weniger als oder gleich 50% igen Schutz im Zehenbereich der Bank?" Der Fuß ist an der Basis der Bank, wo er das Wasser während der Basisstrom Bedingungen erfüllt befindet; im Durchschnitt die unteren sechs bis acht Zoll der Bank. ProtReflexion umfasst Embedded Felsbrocken, eingebettete großen Totholz und verwurzelt Vegetation. Bedrock zählt als Zehenschutz; aber leicht zerbrechlichen Fundament nicht Zehenschutz.
   2. Beantworten Sie die Frage "tut, 50% oder mehr der Bank weisen einen Hinterschnitt von 0,5 Meter oder mehr?" Ein Unterschnitt Bank ist ein stream die Erosion unter der Bodenoberfläche unterzogen wurde.
   3. Beantworten Sie die Frage "tut, 50% oder mehr der Bank weisen Schichtung?" Die Schichtung ist eine klar definierte horizontale Bruch in Geologie. Eine Schicht der Schichtung muß eines erodierbaren Material (Sand, Kies oder Matrix) bestehen.
   4. Beantworten Sie die Frage "ist 50% oder mehr der Bank über ein Bankhöhe von drei Metern oder mehr mit 50% oder mehr Boden Exposition?"
   5. Beantworten Sie die Frage "tut, 50% oder mehr der Bank weisen Wurzeln fehlen Bank Material (Boden)?"
   6. Beantworten Sie die Frage "ist 50% oder mehr der Bank frei von Vegetation verwurzelt? & #8221;
2. Wenn es zwei oder mehr "JA" Antworten in der Abbildung 1 Fragebogens führen behi Beurteilung der Bank, da es eine signifikante Wahrscheinlichkeit, dass stream Erosion auftritt oder auftreten.
3. Wenn es weniger als zwei "JA" Antworten in der Abbildung 1 Fragebogen, nicht mit der Bewertung zu beginnen behi weil die Bank erfährt wenig bis gar keine Erosion (dh sehr gering bis gering behi Stern).

3. behi Bewertung Datenblatt (Abbildung 3)

1. Notieren Sie das Datum, das Wetter, und das Personal in den Räumen auf der behi Bewertung Datenblatt zur Verfügung gestellt.
2. Notieren Sie die Nummer der Bank geprüft. Zum Beispiel 1 ist die erste Bank als Beurteilung an diesem Tag, 2 ist die zweite Bank als die Bewertung, 3, 4, 5 ... und so weiter.
3. Nehmen GPS-Koordinaten an der am weitesten stromaufwärts (in dem das Wasser fließt) und am meisten stromabwärts (in denen das Wasser is fließt) Punkte der Bank. Ständer so nahe an die Bank möglich, die Genauigkeit zu gewährleisten.
4. Nehmen Sie Bilder an den beiden vor- und nachgelagerten Punkte auf der Bank. Erfassen Sie die Hauptmerkmale der Bank in den Bildern. Nehmen Sie zusätzliche Bilder, um Funktionen auf der Bank oder in den Kanal (dh., Schichtung, große Totholz Marmeladen, etc.) zu erfassen. Notieren Sie die Bildnummern als Referenz.
5. Notieren Sie sich die Seite des Baches zu beurteile (linken Ufer oder rechtes Ufer). Bestimmen Sie den linken Ufer und rechten Ufer, wenn vor nachgeschalteten; links und rechts beziehungsweise.
6. Messen Sie die Bank die Höhe in Fuß, von der Spitze der Bank an die Spitze der Bank. Bestimmen Sie die Spitze der Bank von der ersten definierbarer Pause in Hanglage, in der Regel parallel zur Wasserdurchfluss liegt.
7. Messen Sie die Bank Länge an der Spitze, in den Füßen, zwischen den am weitesten stromaufwärts und stromabwärts die meisten Punkte auf der Bank.
8. Schreiben Sie die Zahl der Fragen, die mit "Ja" in die beantwortet wurdenersten "Pre-Screening behi Fragebogen" in Schritt 2.
9. Notieren Sie den Abstand, um die Infrastruktur und die Art der Infrastruktur (dh., Brücken, Durchlässe, Straßen, Versorgungsunternehmen, Häuser etc.).
10. Kreis eine der folgenden qualitativen Indikatoren, die vorhanden sind: unbewachsene Mittelkanal Bar / geflochtenen Kanal ausgesetzt Baumwurzeln auf beiden Seiten, lehnte Bäumen auf beiden Seiten, ausgesetzt Infrastruktur, hinter einem Damm, Absacken streambanks, headcuts, thront Nebenflüsse, fehlgeschlagen "Best Management Practices" (BMP), wie Deckwerk Wände, Gabionenkörbe oder Durchlässe.
11. Beachten Sie die Zusammensetzung des Bankmaterial. Notieren Sie die vorherrschenden Materialien entlang der Bank, die unter Abschnitt Auswertung ist gefunden.
    HINWEIS: Streambanks kann eine Mischung aus Materialien sein. Zum Beispiel kann eine Bank haben "Schiefer an der Zehe und schluffigen Sand mit Spur Schotter oben". "Lehmiger Sand" zeigt noch mehr Sand als Schlamm und "trace Kies" zeigt an,eine kleine Menge an Kies. "Sandy Schluff" zeigt mehr als Schluff Sand.
12. Achten Bank wesentlichen Anpassungen auf der Grundlage der Erosionsfähigkeit des Materials.
    1. Subtrahieren Sie bis zu 10 Punkte für Material, das eine hohe Rate der Erosionsfähigkeit haben muss (dh., Kopfsteinpflaster). Fügen Sie bis zu 10 Punkte für äußerst erodierbaren Materialien (dh., Sand). Eine Mischung aus Material (dh., Sand mit etwas Kies oder schluffiger Sand mit Spuren Kies) ist häufiger bei Strom Systemen so eine durchschnittliche Punktzahl besser geeignet wäre (Abbildung 4). Dies ist nicht zwingend Verstellung. Siehe Abbildung 4 Im Abschnitt Ergebnisse.
13. Bestimmen Sie das Verhältnis der durchschnittlichen Wurzeltiefe von Pflanzen auf das Studium Bankhöhe, ausgedrückt in Prozent, um die Haftung der Bank Material durch die Vegetation (Abbildung 5) zu schätzen.
    1. Visuell schätzen die Wurzeltiefe vertikal von oben von der Bank an den Zehen der Bank. Für example, wenn Wurzeln werden in der oberen Hälfte der Bank wächst, die Wurzeltiefe würde 50% betragen. Wenn es Wurzeln wachsen aus der Spitze der Bank an der Spitze würde die Wurzeltiefe 100% betragen.
    2. Nehmen Sie einen durchschnittlichen Prozentsatz der Wurzeltiefe entlang der gesamten Abschnitt evaluiert. Denke nicht, Wurzeln, die frei von Bankmaterial (dh., Hängende Wurzeln).
    3. Schätzen Sie einen Prozentsatz bezogen auf die gesamte Bank, dann mit dem "behi Score-Tabelle", um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 5 im Abschnitt Ergebnisse.
14. Bestimmen Sie die Wurzeldichte, indem sie eine visuelle Beurteilung der Höhe der Bankwurzelmaterial, ausgedrückt als Prozentsatz.
    1. Denke nicht, Wurzeln, die Leere der Bank wesentlich sind. Klein, faserigen Wurzeln sehr dicht sein und eine größere Bodenrückhalte Vergleich zu den größeren Wurzelsysteme der Bäume (6A und 6B). Schätzen Sie einen Prozentsatz, basierend aufdie gesamte Bank, dann mit dem "behi Score-Tabelle", um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 6 in Abschnitt Ergebnisse.
15. Messen Sie den Winkel von der unteren Bank an der Wasserlinie im Basisstrom an die Spitze der Bank (Abbildung 7). Eine extrem Hinterschneidung Bank kann einen Winkel bis zu 120 Grad.
    1. Legen Sie einen Maßstab in einem 90 Grad Winkel zur Wasserlinie, um den Neigungswinkel-Abschätzung oder verwenden Sie einen Neigungsmesser, falls vorhanden. Nehmen eines Mittelwerts der Querneigungswinkel über den gesamten Bereich unter Auswertung. Wenn beispielsweise der Querschnitt ist meist 90 Grad mit einem kleinen Abschnitt, der 110 Grad Hinterschneidung hat, das aufgezeichnete Maß würde ungefähr 100 Grad betragen.
    2. Schätzen Sie einen Prozentsatz bezogen auf die gesamte Bank, dann mit dem "behi Score-Tabelle", um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 7 Ergebnisse SReflexion.
16. Bestimmen Sie den Oberflächenschutz vorhanden ist, die Menge der stream bedeckt und von Totholz, verwurzelt Vegetation eingebetteten Felsbrocken, Deckwerk, Grundgestein, oder andere Materialien, die die eingebetteten stream vor Erosion zu schützen (Abbildung 8) geschützt.
    1. Visuell schätzen den Anteil der stream nicht erosiven Kräften ausgesetzt. Schätzen Sie einen Prozentsatz bezogen auf die gesamte Bank, dann mit dem "behi Score-Tabelle", um das Ergebnis für diesen Prozentsatz im Datenblatt notieren. Siehe Abbildung 8 im Abschnitt Ergebnisse.
17. Visuell bestimmen die Anzahl der geschichteten Schichten. Schichtung bezieht sich auf eine klar definierte horizontale Pause in der Geologie, die das Potenzial zu verursachen und zu verbessern Zonen Präferenzerosion (Abbildung 9).
    1. Nehmen Sie, wie viele Ebenen der Schichtung sind vorhanden. Siehe Abbildung 9 in Abschnitt Ergebnisse.
18. Stellen Schichtung Anpassungen, wenn eine verstärkte Erosion wird durch die geschichteten Lagen auftreten.
    1. Sie können bis zu 5 Punkten für eine einzelne Schicht der Schichtung (zwei verschiedene geologische Schichten). Fügen Sie bis zu 10 Punkte für mehrere Ebenen der Schichtung (drei verschiedene geologische Schichten). Nur zur Stratifizierung einzustellen, wenn wenigstens eine Schicht aus einem Material ist erodierbaren (Sand, Kies oder Matrix).
    2. Prüfen, wo die geschichteten Lagen sind in Bezug auf das Wasser, dh., Geschichtetes Schichten, die 50 Fuß über dem Basisstrom nicht eine erosive Wirkung. Eine geschichtete Schicht in der Nähe der Spitze der Bank kann eine extrem erodierende Wirkung. Einen Durchschnittswert kann notwendig sein, insbesondere wenn man bedenkt, wie erodierbaren Materialien sind und wobei die geschichtete Schicht im Verhältnis zu dem Wasser ist. Dies ist nicht zwingend Verstellung.
19. In aller Noten zusammen, um die Gesamt geändert behi Bewertung bestimmen (sehr niedrig / niedrig: 4-15,5, moderate: 15,75211; 23,5, hoch: 23,75 bis 31,5, sehr hoch: 31,75 bis 36,5 oder extremer:> 36,5) für die stream bewertet. Notieren Sie die Gesamtpunktzahl und die Bewertung in den Räumen auf dem Datenblatt.
20. Beachten Sie die stream Besonderheiten. Zum Beispiel ist stream auf der Außenseite einer Biegung Biegung einer großen Totholz Marmelade, einer deplatziert Düker oder starke Petroleumgeruch. Beachten Sie jede unzulänglichen Infrastruktur hier.

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Ergebnisse

Streambanks, die nicht bestanden hat die Pre-Screening-Fragebogen und wurden mit dem modifizierten behi Protokoll beurteilt, auf Platz niedrig oder sehr niedrig, wenn sie mit dem ursprünglichen behi Protokoll (Abbildung 10) bewertet. Dies unterstützt die Verwendung von Pre-Screening-Fragebogen als eine Möglichkeit, schnell streambanks, bei denen sind mäßige bis extreme Erosionsraten zu identifizieren. Siehe Abbildung 10 unten.

Im allg...

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Diskussion

The most critical steps for accurate completion of the modified BEHI protocol are to: correctly identify a uniform section of streambank to assess, if the streambank length has too much variability it is best to separate and assess smaller segments to accurately capture the erodibility of the streambank; complete the Pre-Screening Questionnaire to confirm that a BEHI assessment should be completed on that streambank, if there is uncertainty in whether a bank passes the Pre-Screening Questionnaire, a BEHI assessment shoul...

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
200' reel tape measure			Tape measure can be used to measure bank length and height
Inclinometer			Inclinometer may be used to measure bank angle.
GPS			GPS is used to take points along the stream, make sure for mapping purposes to use a GPS that takes accurate readings.
Camera			Camera is used to take photos of the banks under assessment and of any major stream features.