שינוי פרוטוקול מדד סיכוני שחיקת בנק (BEHI) לראפיד הערכה של שחיקת Streambank בצפון מזרח אוהיו

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

שחיקת Streambank היא תהליך טבעי; עם זאת שחיקה מוגזמת יכולה לתרום כמות משמעותית של זיהום מקור לא נקודות בצורה של משקעים מושעים ^2. גדלו משקעים מושעים משפיעים על איכות מים, פיזית, ותפקידים ביולוגיים של נחל ^3. השפעות אנושיות יכולות מאוד להשפיע על שחיקת streambank, ולהגדיל באופן משמעותי עומסי משקעים ^4, במיוחד במערכות עירוניות שבו יש עלייה בניגר מים סערה ומשטחים אטומים ^5. המון משקעים גבוהים יותר עלול להשפיע לרעה על איכות מים ועל המערכות האקולוגיות של הנחלים ^6. שיטות ניהול קו פרשת מים בכל רחבי Metroparks קליבלנד ינסו לאתר ומלאי המקור ולדרג את הסיכון לשחיקת streambank פוטנציאל לסייע באסטרטגיות ניהול יעילות, כמו גם בזרם, חופי, ושיקום בתי גידול.

דוד Rosgen, עם Wildland הידרולוגיה, פיתח את שחיקת הבנקהמפגע Index (BEHI), אשר מעריך את הרגישות של שחיקת streambank בזרמו מגיע המבוסס על שילוב של מספר משתנה erodibility ^7. BEHI משתמש במגוון של מדדים לדרג את החומרה והסתברות של שחיקת streambank, כולל חומר בנק, ריבוד, עומק שורש וצפיפות, זווית בנק, גובה bankfull יחס גובה בנק, והסכום של הווה להגנה מפני שטח. הערכת BEHI מקצה ערך מספרי אשר תואם את דירוג כולל BEHI (נמוך מאוד, נמוך, בינוני, גבוה, גבוה מאוד, או קיצוני), לstreambank מסוים. פרוטוקול זה היה יעיל בהערכת שחיקת streambank פוטנציאל ^8-10 ויכול לשמש בשילוב עם הערכות איכות מים ובתי גידול אחרות. Streambanks מציג דירוג BEHI גבוה הוכח מתאים קהילות macroinvertebrate פחות מגוונות ופחות יציבים, המורכב בעיקר ממינים אופורטוניסטיים ^11. למרות שאני שיטת BEHI המקוריזה שימושי, זה יכול להיות מאוד זמן רב, קשה לאנשי מקצוע שאינו, ומוגבל לאזורים ספציפיים geomorphic, מותאם במיוחד לתנאי זרם סחף ^12.

שינויים בפרוטוקול זה היו הכרחיים על מנת להתמודד עם האילוצים הללו. "שאלון הקרנה טרום" (איור 1) פותח כדי לזהות ולחסל streambanks שעשויים לדרג נמוכים מאוד או נמוכים, ובכך למקד את ההערכה על אזורי שחיקה גבוהים יותר, ולהקטין את כמות הזמן ומשאבים הנדרשת לביצוע BEHI הערכה בכל זרם. השאלון מתייחס גם להבדלים בין תנאים גיאולוגיים זרם סחף ולא ראו סחף בצפון מזרח אוהיו, כגון סלע מאוד erodible מפצלים ^13, אשר לא ניתן להעריך כחומר erodible מבוסס על פרוטוקול BEHI המקורי. ביעור מדד יחס המחקר של הבנק-גובה לרבות שלב bankfull, שיכול להיותקשה מאוד לקבוע, אפשר להערכת streambank מהר יותר ושלאינם אנשי מקצוע על מנת להשלים את ההערכה עם הכשרה אקדמאי. חיסול זה של יחס הבנק-גובה המחקר התבסס על הליך BEHI שונה שפותח על ידי ג'ו Rathbun במחלקת מישיגן של איכות הסביבה ^14. לחסל את הצורך בחישובים נוספים בתחום, כל המדדים האחרים באים לידי ביטוי באחוזים, פרט לזווית בנק, והריבוד והתאמות מהותיות בנק. צפיפות שורש בתחילה הביעה כאחוז מהקרקע המורכבת משורשים שבו השורשים מורחבים. זה מוכפל בעומק השורש כדי להסביר את כל גובה הבנק; עם זאת החלפנו זה עם הערכה פשוטה של ​​הצפיפות של שורשים בכל הבנק. ציון בוצעו התאמות לשיטת ניקוד BEHI המקורית כדי להסביר את חיסולו של מדד יחס מחקר של בנק-גובה והאחוזים מוערכים. כפי שתואר בBEHI המקוריהמדדים שנמדדו הפרוטוקול הומרו לדירוג סיכון של 1-10 (10 להיות ברמה הגבוהה ביותר של סיכון). דירוגי הסיכון 1-10 מתאים לסכן את הדירוגים של שחיקה פוטנציאלית נמוכה מאוד, נמוכה, בינונית, גבוהה, גבוהה מאוד, וקיצונית. יחסים אלה הוקמו על בסיס קטלוג של תצפיות שדה ^10. בפרוטוקול BEHI שונה, ציונים למדד יחס הבנק-גובה החקר נגרעו משיטת ניקוד BEHI המקורית כדי לשקף ציונים כולל חדשים ודירוגי סיכון (איור 2). שינויים אלה מתייחסים למגבלות של פרוטוקול BEHI המקורי בצפון מזרח אוהיו וסייעו בשמירה על העקביות והקטנת הטיה משתמש.

פרוטוקול BEHI שונה שימש להערכה כמה זרמים בעדיפות גבוהה בMetroparks קליבלנד. הערכת BEHI המקורית בוצעה על ידי אנשי קליבלנד Metropark מאומנים, באורך של זרם כדי לאשר את היעילות של השינויים בזיהוfying streambanks עם שיעור גבוה יותר של שחיקה. פרוטוקול BEHI שונה משמש על ידי אנשי מקצוע, מתנדב, צוות ותלמידים להעריך שחיקת streambank ברחבי Metroparks קליבלנד.

Protocol

1. זיהוי Streambank

1. לזהות סעיף אחיד של בנק בצד אחד של הנחל. להבדיל סעיף זה על ידי שיפוע של הבנק, חומר בנק אחר, או הפסקה בצמחייה שונה באופן דרסטי. חלק זה של streambank צריך להיות שונה בעליל מהסעיפים משני הצדדים. אין מינימום או אורך מרבי של בנק. הפרדה של קטעים ארוכים מאוד למקטעים קטנים יותר תהיה לפשט את ההערכה.

2. טרום הקרנת BEHI שאלון (איור 1)

1. ענה על השאלות לגבי סעיף streambank האחיד עם כן / לא תגובות מהאיור 1 הבאה.
   1. לענות על השאלה "האם הסעיף האחיד של תערוכת הבנק קטנה או שווה להגנה של 50% בבוהן של הבנק?" הבוהן נמצאת בבסיס של הבנק שבו הוא עומד במים במהלך זרימת בסיס תנאים; בממוצע התחתון שישה עד שמונה של בנק אינץ '. Protection כולל סלעים משובצים, פסולת וודי גדולה מוטבע, וצמחייה מושרשת. סלע נחשב כהגנת בוהן; עם זאת, בקלות סלע שביר הוא לא הגנת בוהן.
   2. לענות על השאלה "עושה 50% או יותר מתערוכת הבנק לערער של 0.5 מטר או יותר?" בנק לערער הוא streambank שעבר שחיקה מתחת לפני שטח האדמה.
   3. לענות על השאלה "עושה 50% או יותר מריבוד תערוכת בנק?" ריבוד היא הפסקה אופקית ברורה בגיאולוגיה. שכבה אחת של ריבוד חייבת להיות מורכבת מחומר erodible (חול, חצץ, או מטריצה).
   4. לענות על השאלה "האם 50% או יותר מהבנק יש לי גובה בנק של שלושה מטרים או יותר עם 50% או יותר חשיפת אדמה?"
   5. לענות על השאלה "עושה 50% או יותר משורשי תערוכת הבנק חסרי חומר בנק (אדמה)?"
   6. לענות על השאלה "הוא 50% או יותר מאת חלל הבנק של צמחייה מושרשת? & #8221;
2. אם יש שתיים או יותר תשובות "כן" בשאלון איור 1, לבצע הערכת BEHI של הבנק כפי שיש סיכוי משמעותי שחיקה streambank מתרחשת או תתרחש.
3. אם יש פחות משני תשובות "כן" בשאלון איור 1, לא להמשיך בהערכת BEHI כי הבנק הוא חווה לא מעט על מנת שחיקה (כלומר, נמוכה מאוד לדירוג BEHI הנמוך).

3. גיליון BEHI הערכת נתונים (איור 3)

1. רשום את התאריך, מזג האוויר, והאנשים במקומות המתאימים בגיליון BEHI הערכת נתונים.
2. רשום את המספר של הבנק נבדק. לדוגמא, 1 הוא להיות הערכה באותו יום הבנק הראשון, 2 הוא להיות הערכה, 3, 4, 5 הבנק השני ... וכן הלאה.
3. קח GPS קואורדינטות במעלה הזרם ביותר (שבו המים זורמים מ) או במורד ביותר (שבו אני מיםs זורם ל) נקודות של הבנק. לעמוד קרוב לבנק ככל האפשר כדי להבטיח דיוק.
4. צלם תמונות בשתי הנקודות במורד הזרם בבנק. ללכוד את התכונות העיקריות של הבנק בתמונות. צלם תמונות נוספות כדי ללכוד תכונות בבנק או בערוץ (כלומר., ריבוד, ריבות גדולות וודי פסולת, וכו '). רשום את מספרי תמונה להתייחסות.
5. רשום את הצד השני של הנחל מוערך (גדה השמאלית או גדה ימנית). לקבוע את הגדה השמאלית וגדה ימנית, כאשר מול מורד הזרם; שמאל וימין בהתאמה.
6. מדוד את גובה הבנק, ברגליים, מבוהן של הבנק לחלק העליון של הבנק. לקבוע את חלקו העליון של הבנק על ידי ההפסקה להגדרה הראשונה במדרון, בדרך כלל שוכב במקביל לזרימת מים.
7. מדוד את אורך הבנק בחרטום, ברגליים, בין הנקודות במעלה הזרם או במורד ביותר ביותר בבנק.
8. כתוב את מספר השאלות שנענו ב" כן "בראשוני בשלב 2 "BEHI שאלון הקרנה טרום".
9. שים לב למרחק לתשתית והסוג של תשתית (כלומר., גשרים, מעבירי מים, כבישים, חשמל, בתים וכו ').
10. מעגל כל האינדיקטורים הבאים האיכותיים שנמצאים: בר / ערוץ Unvegetated אמצע ערוץ-קלוע, שורשי עצים חשופים משני הצדדים, עצים נשענים על שני הצדדים, תשתיות חשופות, במורד הזרם של סכר, streambanks שפלה, headcuts, יובלים יושב, נכשלו "שיטות ניהול הטובים ביותר" (BMP של) כגון קירות ציפוי, סלי gabion או מעבירי מים.
11. שים לב להרכב של חומר הבנק. רשום את שלטת החומרים הנמצאים בקטע הבנק שנמצא תחת הערכה.
    הערה: Streambanks יכול להיות שילוב של חומרים. לדוגמא, בנק עשוי להיות "פצלי בבוהן, וחול בוצי עם חצץ עקבות לעיל". "חול בוצי" מציין יותר חול מאשר סחף ו" חצץ עקבות "מצייןכמות קטנה של חצץ. "סחף סנדי" מציין יותר מאשר סחף חול.
12. לבצע התאמות חומר בנק המבוססות על erodibility של החומר.
    1. לחסר עד 10 נקודות לחומר שאין לו שיעור גבוה של erodibility (כלומר., מרצפות). להוסיף עד 10 נקודות לחומרים מאוד erodible (כלומר., חול). תערובת של חומר (כלומר., חול עם כמה חצץ או חול בוצי עם חצץ עקבות) נמצאת לעתים קרובות יותר במערכות זרם כך ציון ממוצע יהיה מתאים יותר (איור 4). זה לא התאמת חובה. ראה איור 4 בסעיף תוצאות.
13. לקבוע את היחס של עומק השורש הממוצע של צמחים לגובה בנק מחקר, מבוטא באחוזים, להעריך את הדבקות של חומר בנק בצמחייה (איור 5).
    1. מבחינה ויזואלית לאמוד את עומק השורש אנכי, מלמעלה של הבנק לבוהן של הבנק. לexample, אם שורשים גדלים במחצית העליונה של הבנק, עומק השורש יהיה 50%. אם יש שורשים גדלו מהחלק העליון של הבנק לבוהן, עומק השורש יהיה 100%.
    2. קח שיעור ממוצע של עומק שורש לכל אורך הקטע תחת הערכה. לא רואים את השורשים שהם ריקים מחומר בנק (כלומר., תלוי שורשים).
    3. להעריך אחוז המבוסס על כל הבנק, ולאחר מכן להשתמש "תרשים ציון BEHI" כדי להקליט את הציון לשיעור שבגיליון נתונים. ראה איור 5 בסעיף תוצאות.
14. לקבוע את צפיפות השורש על ידי ביצוע הערכה חזותית של כמות הבנק המורכב מחומר שורש, מבוטא באחוזים.
    1. לא רואים את שורשים שהם ריקים מחומר בנק. שורשים קטנים, סיביים יכולים להיות מאוד צפופים ולספק שמירת קרקע גדולה יותר בהשוואה למערכות הגדולה יותר השורש של עצים (איור 6 א ו6 ב). להעריך אחוז המבוסס עלכל הבנק, ולאחר מכן להשתמש "תרשים ציון BEHI" כדי להקליט את הציון לשיעור שבגיליון נתונים. ראה איור 6 בסעיף תוצאות.
15. למדוד את הזווית מהבנק הנמוך בקו המים בזרימת בסיס לחלק העליון של הבנק (איור 7). בנק מאוד לערער יכול להיות זווית של עד 120 מעלות.
    1. מניחים את מקל מדידה בזווית של 90 מעלות לקו המים על מנת לאמוד את זווית הבנק או להשתמש בשיפוע אם זמין. קח ממוצע של זווית הבנק לאורך כל הסעיף בהערכה. לדוגמא, אם הסעיף הוא בעיקר 90 מעלות עם קטע קטן שיש לו 110 מעלות לערער, ​​התואר שנרשם יהיה מעלות כ -100.
    2. להעריך אחוז המבוסס על כל הבנק, ולאחר מכן להשתמש "תרשים ציון BEHI" כדי להקליט את הציון לשיעור שבגיליון נתונים. ראה איור 7 בS תוצאותection.
16. לקבוע את ההווה להגנה מפני שטח, כמות streambank מכוסה ומוגן על ידי חומרים משובצים אחרים המגנים על streambank משחיקה (איור 8) פסולת וודי, צמחייה נטועה, סלעים מוטבעים, ציפוי, סלע, או.
    1. מבחינה ויזואלית להעריך את אחוז streambank אינו חשוף לכוחות erosive. להעריך אחוז המבוסס על כל הבנק, ולאחר מכן להשתמש "תרשים ציון BEHI" כדי להקליט את הציון לשיעור שבגיליון נתונים. ראה איור 8 בסעיף תוצאות.
17. מבחינה ויזואלית לקבוע את מספר השכבות מרובדת. ריבוד מתייחס להפסקה אופקית ברורה בגיאולוגיה שבו יש הפוטנציאל לגרום ולשפר את האזורים של שחיקה מועדפת (איור 9).
    1. כמה שכבות שיא של ריבוד נמצאות. ראה איור 9 בסעיף תוצאות.
18. לבצע התאמות ריבוד אם שחיקה מוגברת מתרחשת בשל השכבות מרובדת.
    1. להוסיף עד 5 נקודות לשכבה אחת של ריבוד (שתי שכבות גיאולוגיות שונות). להוסיף עד 10 נקודות לשכבות רבות של ריבוד (שלוש שכבות גיאולוגיות שונות). כוון רק לריבוד אם שכבה אחת לפחות של חומר היא erodible (חול, חצץ, או מטריצה).
    2. שקול שבו השכבות מרובדת הן ביחס למים, כלומר., שכבות מרובדת שהן 50 מטרים מעל זרימת הבסיס לא יכולה להיות השפעת erosive. שכבה מרובדת ליד הבוהן של הבנק עלולה להיות השפעה מאוד erosive. ציון ממוצע עשוי להיות נחוץ, במיוחד כאשר בוחנים כיצד erodible החומרים ובו השכבה מרובדת היא ביחס למים. זה לא התאמת חובה.
19. הוסף את כל הציונים יחד כדי לקבוע את דירוג BEHI שונה הכולל (נמוכים מאוד / נמוכים: 4-15.5, מתון: 15.75211; 23.5, גבוהים: 23.75-31.5, גבוהים מאוד: 31.75-36.5, או קיצוני:> 36.5) לstreambank העריך. רשום את הציון הכולל והדירוג במקומות המתאימים בגיליון נתונים.
20. שימו לב לפרטי streambank. לדוגמא, streambank הוא בצד החיצוני של עיקול נפתול, ריבה וודי פסולת גדולה, מתוך גשרון מקום, או ריח נפט חזק. שים לב כל תשתית נכשלה כאן.

תוצאות

Streambanks שלא עבר את השאלון טרום הקרנה ולא העריך בפרוטוקול BEHI שונה, מדורגת במקום נמוך או נמוך מאוד, כאשר העריכו בפרוטוקול BEHI המקורי (איור 10). זה תומך בשימוש בהקרנה טרום-האלון כדרך לזהות במהירות streambanks שחווים מתונות לשיעורים קיצוניים של שחיקה. ראה א?...

Discussion

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...

Materials

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.