今月、Bloedeダムはメリーランド州イルチェスター近くのパタプスコ川下流から撤去されます。
復元は、私のような科学者が河川や河川の完全性を理解するのに比較的安価なドローンがどのように役立つかをテストするのに役立つユニークな自然実験です。
私の共同研究者には、メリーランド州ボルチモア郡大学、メリーランド地質調査所、メリーランド天然資源局、国立海洋大気局、米国地質調査所の学生と研究者が含まれます。
私たちのアプローチがうまくいけば、わずかな費用で、これまでよりも完全かつ正確に堆積物の動きを追跡することができます。
何が変わる
1907年に完成し、30年間操業したBloedeダムは、米国で最初の水中水力発電所を収容し、高さ26.5フィートで、イースタンシーボードで最大のダム撤去の1つです。
なぜダムを削除するのですか？ 州、連邦政府機関、および非営利のアメリカンリバーズは、公共の安全性を損なう危険を排除することを望んでいます。
ダムを撤去することは、上流の以前のダムの撤去からの回復を補完し、魚や他の水生生物の生息地を拡大します。 パタプスコはかつて、シャッド、エールワイフ、アメリカウナギの主要な淡水路を開催しましたが、これらはダムによってブロックされました。 魚のはしごは、川の上流部と下流の河口およびチェサピーク湾を接続するのに効果がないことが証明されています。
3月のBloedeダム。 時代遅れの魚のはしごが手前にあります。 （マシュー・ベイカー/ UMBC） 初期の米国の製造業における重要な役割にもかかわらず、パタプスコ渓谷は環境上の課題を抱えています。 エルクリッジランディングの元の港が輸送バラスト、川岸の採掘、および上流の森林伐採からの堆積物によって窒息した後、植民地時代の輸送はボルチモアに強制的に移動されました。 かつては海水湿地に囲まれた10フィートの水路でしたが、現在は新鮮で、水路は2フィート未満の深さです。
周期的な洪水も狭い渓谷で大混乱を引き起こし、時には壊滅的な結果をもたらしました。 過去数年間、エリコット市のすぐ上流の鉄砲水は、谷底に沿って走る下水道本管を破壊し、下流の水路で大量の砂、木材、岩を再編しました。
今日、ダムはチェサピーク湾の潮水から8マイル未満の層状のシルトと砂を約260万立方フィート貯めています。 ダムが撤去されたとき、この量の堆積物がどの程度移動し、どれだけ速くなるかを知りたいと思います。
なぜ堆積物の動きですか？
堆積物の動きを理解することは、チェサピーク湾流域のすべての管轄区域における河川管理にとって重要です。
堆積物は、水流のバランスを取り、水生植物、無脊椎動物、魚の水路形状と安定した生息地を維持するのに役立ちます。 河口堆積物は、河口の海岸線が海面上昇と戦うのを助けるために必要です。 しかし、細かい堆積物は、下流の河口の汚染物質になるか、栄養素や重金属を運ぶことができます。
砂利、玉石、砂の堆積物を示すパタプスコ川水路の空中画像。 （マシュー・ベイカー/ UMBC） 川岸や山腹からの土砂侵食の証拠は簡単に観察できますが、その土砂がどこにどのくらい再堆積して保存されているのかは不明です。 特にダムの背後にある堆積物貯蔵の管理は、幾分議論の余地がある。
他のいくつかのダムの除去を研究した後、ダムの後ろに閉じ込められた堆積物が数年にわたって急速に排出され、下流に再分布することが予想されます。
しかし、まだわからないことがたくさんあります。 激しい嵐に続く洪水は、大量の堆積物を移動させ、わずか数時間で谷底を変化させます。 そのような嵐は、渓谷や沿岸のflood濫原のどこかに堆積物を再堆積させるか、それとも湾に届けますか？
変更を追跡する新しい方法
大きくて潜在的に急速なチャネルの変化を正確に測定することはロジスティック的に困難です。
典型的な現地調査では、技術者は特定の場所で水深、流れ、底部の基質およびその他の情報を測定します。 ストリームチャンネルは、空間だけでなく時間によっても大きく変化する可能性がありますが、私たちの科学者はこのような測定のばらつきを表現することはめったにありません。 代わりに、孤立したスナップショットを時間内に収集します。 そのため、動的な堆積物の動き、洪水の波による荒廃、または水生生物を支えるために必要な条件の多様性についての理解が不十分になります。
ダムの上流と下流にある観測所は、水の流れを測定し、細かいシルトや粘土のような浮遊物質を推定しますが、チャネルの底に沿って移動する粗い砂や砂利は推定しません。 8マイルにわたって分布する30の断面の調査では、チャネルの形状と構成がチャネルを横断するにつれてどのように変化するかについての情報が提供されますが、各トランセクト間の数千フィートについては比較的わずかです。
さらに、大洪水の後、科学者は新しい横断調査を実施しなければならず、場合によっては危険な状況で最大1か月かかります。
私たちのチームは、谷底全体を撮影する小型の市販のドローンを展開することで、測定値の追加を試みています。 除去前、除去中、除去後に写真を繰り返すと、下流に移動する堆積物プルームの位置を追跡するのに役立ちます。 彼らはまた、川の新しい視点を可能にします。
Patapsco Riverチャネルポイントクラウドの3Dビュー。 （マシューベイカー/ UMBC） ダム撤去の前後に収集された重複する写真のみに依存して、調査対象の断面だけでなく、チャネルに沿って数インチごとに、チャネルの底と水深の3Dコンピュータモデルを作成します。 この技術は浅瀬で最適に機能しますが、モデルを使用すると、堆積物が下流に移動する際のチャネル変化の量と位置の推定値を大幅に改善できるはずです。
新しいアプローチでは、私たちのチームはわずか数日で8マイルすべての写真セットを収集し、デスクトップコンピューター内でさらに作業が行われます。 つまり、アーカイブされた画像を使用して、いつでも測定を繰り返したり、新しくしたりできます。
確かにこの量の堆積物がどのように移動するのか興味がありますが、私たちはそれをどれだけうまく捕らえることができるかについて特に興味があります。 うまくいけば、この技術は、科学者が測定値を収集し、河川を監視する方法を変える可能性があります。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
マシューE.ベイカー、メリーランド大学、ボルチモア郡の地理および環境システム教授
