Deze maand, de Bloede Dam wordt verwijderd uit de Lower Patapsco River bij 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 onder meer studenten en onderzoekers van de University of Maryland Baltimore County, Maryland Geologisch Onderzoek, Maryland Ministerie van Natuurlijke Hulpbronnen, National Oceanic and Atmospheric Administration en U.S. Geological Survey.

Als onze aanpak werkt, het zal ons in staat stellen de sedimentbeweging vollediger en nauwkeuriger te volgen dan ooit tevoren, voor een fractie van de kosten.

Wat gaat er veranderen?

Voltooid in 1907 en 30 jaar operationeel, de Bloede Dam bevatte de eerste verzonken waterkrachtcentrale in de VS op 26,5 voet hoog, het vertegenwoordigt een van de grootste damverwijderingen aan de oostkust.

Waarom de dam verwijderen? De staat, federale agentschappen en non-profit American Rivers hopen een vervallen gevaar voor de openbare veiligheid te elimineren.

Het verwijderen van de dam zal ook een aanvulling vormen op het herstel van eerdere damverwijderingen stroomopwaarts en de verbonden habitat voor vissen en andere waterdieren uitbreiden. De Patapsco was ooit de thuisbasis van grote zoetwaterstromen van elft, alewife en Amerikaanse paling, die door de dam werden geblokkeerd. Een vistrap is niet effectief gebleken bij het verbinden van stroomopwaartse delen van de rivier met het stroomafwaartse estuarium en de Chesapeake Bay.

Ondanks een prominente rol in de vroege Amerikaanse productie, de Patapsco-vallei heeft te maken gehad met milieu-uitdagingen. De koloniale scheepvaart werd gedwongen te verhuizen naar Baltimore nadat de oorspronkelijke haven van Elkridge Landing was verstikt door sediment van scheepsballast. mijnbouw op de oevers van de rivier en het kappen van bossen stroomopwaarts. Ooit een kanaal van 10 voet omringd door een zoutwatermoeras, vandaag is de site vers en het kanaal minder dan 60 cm diep.

Periodieke overstromingen hebben ook grote schade aangericht in de nauwe kloof, soms met catastrofale gevolgen. In de laatste paar jaren, plotselinge overstromingen net stroomopwaarts in Ellicott City hebben het hoofdriool dat langs de bodem van de vallei loopt gescheurd en grote hoeveelheden zand gereorganiseerd, hout en steen in het stroomafwaartse kanaal.

Vandaag, de dam slaat ongeveer 2,6 miljoen kubieke voet gelaagd slib en zand op op minder dan acht mijl van het getijwater van Chesapeake Bay. Als de dam is verwijderd, we willen weten hoeveel sediment zich gaat verplaatsen en hoe snel.

Waarom sedimentbeweging?

Het begrijpen van sedimentbeweging is van cruciaal belang voor rivierbeheer in elk rechtsgebied van het stroomgebied van Chesapeake Bay.

Sediment helpt de waterstroom in evenwicht te houden om de kanaalvorm en stabiele habitats voor waterplanten te behouden, ongewervelde dieren en vissen. Riviersediment is nodig om estuariene kusten te helpen de zeespiegelstijging tegen te gaan. Echter, fijn sediment kan ook een vervuiler zijn in, of voedingsstoffen en zware metalen naar, stroomafwaartse estuaria.

Hoewel het gemakkelijk is om bewijs van sedimenterosie van rivieroevers of hellingen waar te nemen, het is vaak onduidelijk waar en hoeveel van dat sediment opnieuw wordt afgezet en opgeslagen. Beheer van sedimentopslag, vooral achter dammen, enigszins controversieel kan zijn.

Na verschillende andere damverwijderingen te hebben bestudeerd, we verwachten dat sediment dat achter de dam vastzit, snel zal evacueren en zich stroomafwaarts zal verspreiden over een periode van meerdere jaren.

Echter, er is nog veel dat we niet weten. Overstromingen na hevige stormen kunnen enorme hoeveelheden sediment verplaatsen, het veranderen van de bodem van de vallei in slechts enkele uren. Zullen dergelijke stormen sediment elders in de kloof of in de uiterwaarden van de kust neerslaan, of afleveren in de baai?

Nieuwe manieren om wijzigingen bij te houden

Het is logistiek moeilijk om grote en potentieel snelle kanaalveranderingen nauwkeurig te meten.

Bij een typisch veldonderzoek technici meten waterdiepte, stromen, bodemsubstraat en andere informatie op specifieke locaties. Hoewel streamkanalen enorm kunnen variëren, zowel in de ruimte als in de tijd, wij wetenschappers zijn zelden in staat om een ​​dergelijke variabiliteit in onze metingen weer te geven. In plaats daarvan, we verzamelen geïsoleerde snapshots in de tijd. Daardoor hebben we minder begrip van dynamische sedimentbeweging, verwoesting veroorzaakt door overstromingsgolven of de verscheidenheid aan omstandigheden die nodig zijn om het waterleven in stand te houden.

Meetstations stroomopwaarts en stroomafwaarts van de dam meten de waterstroom en schatten gesuspendeerd materiaal zoals fijn slib en klei, maar niet grover zand en grind dat langs de bodem van het kanaal beweegt. Enquêtes van 30 doorsneden, verdeeld over 13 kilometer, geven informatie over hoe de vorm en samenstelling van de vaargeul variëren naarmate men de vaargeul oversteekt, maar relatief weinig over de duizenden meters tussen elk transect.

Bovendien, na een grote overstroming, wetenschappers moeten nieuwe transversale onderzoeken uitvoeren, soms tot een maand in risicovolle omstandigheden.

Ons team probeert onze metingen uit te breiden door kleine, kant-en-klare drones die de hele valleibodem fotograferen. Herhaal foto's eerder, tijdens en na verwijdering kan ons helpen de locatie van een sedimentpluim te volgen terwijl deze stroomafwaarts beweegt. Ze laten ook nieuwe perspectieven op de rivier toe.

Door uitsluitend te vertrouwen op overlappende foto's die zowel voor als na het verwijderen van de dam zijn verzameld, we zullen 3D-computermodellen maken van de kanaalbodem en waterdiepte - niet alleen op de onderzochte dwarsdoorsneden, maar om de paar centimeter langs het kanaal. Hoewel deze technologie het beste werkt in ondiep water, onze modellen zouden ons in staat moeten stellen om de schattingen van zowel de hoeveelheid als de locatie van kanaalverandering enorm te verbeteren als sediment stroomafwaarts beweegt.

Met de nieuwe aanpak ons team verzamelt in slechts een paar dagen een fotoset van alle acht mijl, en verder werk vindt plaats binnen een desktopcomputer. Dat betekent dat metingen op elk moment kunnen worden herhaald of opnieuw kunnen worden uitgevoerd met behulp van gearchiveerde afbeeldingen.

Hoewel we zeker nieuwsgierig zijn om te zien hoeveel sediment zich verplaatst, we zijn vooral geïnteresseerd in hoe goed we het kunnen vastleggen. Als het werkt, deze technologie zal waarschijnlijk de manier veranderen waarop wetenschappers metingen verzamelen en rivieren volgen.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.