Tässä kuussa Bloede-pato poistetaan Ala-Patapsco-joesta lähellä Marylandin Ilchesterin osavaltiota.
Restaurointi on ainutlaatuinen luonnollinen koe, jonka avulla voidaan testata, kuinka suhteellisen edulliset droonit voivat auttaa minun kaltaisia tutkijoita ymmärtämään purojen ja jokien eheyden.
Yhteistyökumppaneihini kuuluvat opiskelijat ja tutkijat Marylandin yliopiston Baltimore Countyn, Marylandin geologisen tutkimuksen, Marylandin luonnonvarojen laitoksen, kansallisen valtameren ja ilmakehän hallinnon sekä Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen piiristä.
Jos lähestymistapamme toimii, se antaa meille mahdollisuuden seurata sedimenttien liikkumista täydellisemmin ja tarkemmin kuin koskaan ennen, murto-osan kustannuksista.
Mikä muuttuu
Vuonna 1907 valmistunut ja 30 vuotta toiminut Bloede-pato sisälsi ensimmäisen upotetun vesivoimalan Yhdysvalloissa. 26, 5 metrin korkeudessa se edustaa yhtä suurimmista padonpoistoista itäisessä merenrantareunassa.
Miksi pado poistetaan? Valtio, liittovaltion virastot ja voittoa tavoittelemattomat American Rivers toivovat poistavansa hylätyn yleisen turvallisuuden vaaran.
Padon poistaminen täydentää myös restaurointia aiemmista padonpoistoista ylävirtaan ja laajentaa liitettyä elinympäristöä kaloille ja muille vesieläimille. Patapsco isännöi kerran suuria makean veden juoksevia shad, alewife ja amerikkalainen ankerias, jotka padon estämät. Kalaportaat ovat osoittautuneet tehottomiksi yhdistämään joen ylävirtaosuudet alavirtaan sijaitsevan suiston ja Chesapeake-lahden kanssa.
Bloede-pato maaliskuussa. Vanhentuneet kalatikkaat ovat etualalla. (Matthew Baker / UMBC) Huolimatta merkittävästä roolista Yhdysvaltojen varhaisessa tuotannossa, Patapscon laakso on kärsinyt osuutensa ympäristöhaasteista. Siirtoliikenne pakotettiin muuttamaan Baltimoreen sen jälkeen, kun alkuperäinen satama Elkridge Landingissa oli tukahdutettu sedimenttien mukana kulkevasta painolastista, joen rannan kaivoksesta ja ylävirran metsien raivaamisesta. Kun 10-jalkainen kanava oli suolavesisuolan ympäröimä, alue on tänään raikas ja kanava alle kaksi jalkaa syvä.
Määräaikaiset tulvat ovat myös aiheuttaneet tuhoa kapealla rotkalla, toisinaan katastrofaalisten tulosten kanssa. Muutaman viime vuoden aikana Ellicott Cityssä juuri ylävirtaan osoitetut pikavuodot ovat räjäyttäneet laakson pohjaa pitkin kulkevan viemärijärjestelmän ja järjestäneet suuria määriä hiekkaa, puuta ja kiviä alajuoksukanavalle.
Nykyään padolle varastoidaan noin 2, 6 miljoonaa kuutiometriä kerrostettua lietettä ja hiekkaa alle kahdeksan mailin päässä Chesapeake Bayn vuorovesivedestä. Kun pato poistetaan, haluamme tietää kuinka paljon sedimentti aikoo liikkua ja kuinka nopeasti.
Miksi sedimenttien liikkuminen?
Sedimentin liikkumisen ymmärtäminen on kriittistä joenhallinnalle kaikissa Chesapeake Bayn vesistöalueiden lainkäyttöalueissa.
Sedimentti auttaa tasapainottamaan veden virtausta ylläpitämään kanavan muotoa ja pysyviä elinympäristöjä vesikasveille, selkärangattomille ja kaloille. Joen sedimentti on tarpeen suistorannikon auttamiseksi torjumaan merenpinnan nousua. Hienot sedimentit voivat kuitenkin olla myös pilaavia aineita tai kuljettaa ravinteita ja raskasmetalleja alajuoksun suistoalueisiin.
Ilmakuva Patapsco-joen kanavasta, jossa näkyvät sora-, mukula- ja hiekkakerrostumat. (Matthew Baker / UMBC) Vaikka sedimenttien eroosion näyttöä joen rannoilta tai rinteiltä on helppo havaita, on usein epäselvää, missä ja kuinka suuri osa sedimentistä on talletettu ja varastoitu. Sedimenttien varastoinnin hallinta, etenkin patojen takana, voi olla jonkin verran kiistanalaista.
Tutkittuaan useita muita padonpoistoja odotamme patojen takana loukkuun jääneiden sedimenttien evakuoituvan ja jakautuvan uudelleen alavirtaan usean vuoden ajan.
Emme kuitenkaan tiedä vielä paljon. Voimakkaiden myrskyjen jälkeiset tulvat voivat siirtää valtavia määriä sedimenttejä, muuttaen laakson pohjaa muutamassa tunnissa. Säilyttävätkö myrskyt sedimentin muualla rotkon tai rannikon tulva-alueella tai toimittavat sen lahteen?
Uusia tapoja seurata muutoksia
Logistisesti vaikeaa mitata tarkasti suuria ja mahdollisesti nopeita kanavamuutoksia.
Tyypillisessä kenttätutkimuksessa teknikot mittaavat veden syvyyttä, virtausta, pohja-alustaa ja muuta tietoa tietyissä paikoissa. Vaikka virtauskanavat voivat vaihdella valtavasti sekä avaruudessa että ajassa, me tutkijat kykenemme harvoin esittämään tällaisen vaihtelun mittauksissamme. Sen sijaan keräämme yksittäisiä valokuvia ajoissa. Se jättää meille vähemmän ymmärrystä dynaamisesta sedimenttien liikkeestä, tulva-aaltojen aiheuttamista tuhoista tai vesieliön tukemiseen tarvittavien olosuhteiden monimuotoisuudesta.
Padosta ylävirtaan ja alavirtaan sijaitsevat mittausasemat mittaavat veden virtausta ja arvioivat suspendoituneen materiaalin, kuten hienot silikat ja savet, mutta eivät kanavan pohjaa pitkin liikkuvien karkeampien hiekkojen ja soran. Kahdeksan mailin päähän jaetut 30 poikkileikkausta sisältävät tutkimukset antavat tietoa siitä, kuinka kanavan muoto ja koostumus vaihtelevat kanavan ylittäessä, mutta suhteellisen vähän tuhansien jalkojen välillä kunkin transsektin välillä.
Lisäksi suurten tulvien jälkeen tutkijoiden on tehtävä uusia poikkileikkaustutkimuksia, jotka kestävät jopa kuukauden ajoittain vaarallisissa olosuhteissa.
Tiimimme yrittää lisätä mittaamme lähettämällä pieniä, hyllyltä hyllyjä, jotka kuvaavat koko laakson pohjaa. Valokuvien toistaminen ennen poistoa, sen aikana ja sen jälkeen voi auttaa meitä seuraamaan sedimentin tulpan sijaintia sen siirtyessä alavirtaan. Ne sallivat myös joen uudet näkökulmat.
3D-näkymä Patapsco-joen kanavapistepilviltä. (Matthew Baker / UMBC) Luotamme pelkästään päällekkäisiin valokuviin, jotka on kerätty sekä ennen padon poistoa että sen jälkeen, luomme 3D-tietokonemalleja kanavan pohjasta ja veden syvyydestä - ei vain mitattujen poikkileikkausten lisäksi, vaan joka muutaman tuuman välein kanavaa pitkin. Vaikka tämä tekniikka toimii parhaiten matalassa vedessä, mallidemme pitäisi antaa meille mahdollisuuden parantaa huomattavasti sekä kanavan muutoksen määrää että sijaintia, kun sedimentti liikkuu alavirtaan.
Uuden lähestymistavan avulla tiimimme kerää valokuvasarjan kaikista kahdeksasta mailista muutamassa päivässä, ja lisätyötä tehdään pöytätietokoneella. Tämä tarkoittaa, että mittaukset voidaan toistaa tai tehdä uudelleen milloin tahansa arkistoitujen kuvien avulla.
Vaikka olemmekin uteliaita näkemään kuinka suuri sedimentti liikkuu, olemme erityisen kiinnostuneita siitä, kuinka hyvin pystymme sieppaamaan sen. Jos se toimii, tämä tekniikka todennäköisesti muuttaa tapaa, jolla tutkijat keräävät mittauksia ja seuraavat joet.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Matthew E. Baker, maantieteen ja ympäristöjärjestelmien professori, Marylandin yliopisto, Baltimore County
