Овог месеца, Блатна брана биће уклоњена из реке Доњи Патапско у близини Илцхестер-а, Мериленд.
Обнова је јединствени природни експеримент који ће помоћи да се испита колико релативно јефтини беспилотни летелице могу помоћи научницима попут мене да разумеју интегритет потока и река.
Моји сарадници укључују студенте и истраживаче са Универзитета у округу Мариланд Балтиморе, Мариланд Геологицал Сурвеи, Мариланд Департмента за природне ресурсе, Националне управе за океане и атмосферу и америчког Геолошког завода.
Ако наш приступ успе, омогућиће нам да пратимо кретање седимената потпуније и тачније него икад раније, уз делић трошкова.
Шта ће се променити
Довршена 1907. и оперативна 30 година, брана Блоеде садржавала је прву потопљену хидроелектрану у САД-у, висине 26, 5 стопа, представља једно од највећих уклањања брана на источној обали.
Зашто уклонити брану? Држава, савезне агенције и непрофитна америчка река надају се да ће отклонити запуштену опасност по јавну безбедност.
Заузимање бране ће такође надопунити обнову од претходних уклањања бране узводно и проширити повезано станиште за рибе и друга водена створења. Патапсцо је некада био домаћин слатким водама сена, алевија и америчке јегуље, које је брана блокирала. Рибарске мердевине показале су се неефикаснима у повезивању узводних делова реке са низводним ушћу и заљевом Цхесапеаке.
Крвава брана у марту. Застареле рибље лествице су у првом плану. (Метју Бејкер / УМБЦ) Упркос истакнутој улози у раној америчкој производњи, долина Патапсцо је претрпела свој део изазова у животној средини. Колонијално бродарство било је приморано да се пресели у Балтиморе након што је првобитну луку у Елкридге Ландингу угушио седимент са бродског баласта, копање речних обала и рашчишћавање шума. Некада канал дуг 10 стопа окружен сланом мочваром, данас је место свеже, а канал дубок мање од два метра.
Периодичне поплаве су такође проузроковале пустош у уској клисури, повремено са катастрофалним резултатима. У последњих неколико година, бујице поплаве управо узводно у граду Еллицотт уништиле су канализацију која води дуж дна долине и реорганизовале су велике количине песка, дрвета и стијена у низводном каналу.
Данас брана чува око 2, 6 милиона кубичних слојева слојевитог муља и песка на мање од осам миља од воде у заливу Чисапикеј. Када се брана уклони, желимо да знамо колико ће се талога кретати и колико брзо.
Зашто кретање седимената?
Разумевање кретања седимената је критично за управљање рекама у свим јурисдикцијама слива Цхесапеаке-а.
Талог помаже у балансирању протока воде за одржавање облика канала и стабилних станишта за водене биљке, бескраљешњаке и рибе. Речни седимент је неопходан да би се помогло естуаринским обалама у борби против подизања нивоа мора. Међутим, ситни седимент такође може бити загађивач у или носити храњиве материје и тешке метале до ушћа низводно.
Зрачна слика канала реке Патапсцо која приказује наслаге шљунка, калдрме и песка. (Метју Бејкер / УМБЦ) Иако је лако уочити доказе ерозије седимената са обала или брда, често је нејасно где и колико тог седимента је депоновано и складиштено. Управљање складиштем седимената, посебно иза брана, може бити помало контроверзно.
Након проучавања неколико уклањања брана, очекујемо да се седимент заробљен иза бране брзо евакуише и прерасподељи низводно током периода од неколико година.
Међутим, још увек имамо много тога што не знамо. Поплаве после интензивних олуја могу да помере огромне количине седимента, мењајући дно долине за само неколико сати. Да ли ће такве олује поново наталожити седимент негде другде у клисури или обалном поплавном подручју, или ће га доставити у залив?
Нови начини за праћење промена
Логистички је тешко прецизно измерити велике и потенцијално брзе промене канала.
У типичном теренском истраживању, техничари мере дубину воде, проток, доњу подлогу и друге информације на одређеним локацијама. Иако канали потока могу веома варирати кроз простор као и кроз време, ми научници ретко смо у стању да представљају такву променљивост у нашим мерењима. Уместо тога, на време прикупљамо изоловане снимке. То нам оставља мање разумевања динамичког кретања седимената, пустошења изазваних поплавним таласима или разноликости услова неопходних за подршку воденом животу.
Мерне станице смјештене узводно и низводно од бране мјере проток воде и процјењују суспендовани материјал попут ситних глиница и глина, али не груби пијесак и шљунак који се крећу по дну канала. Анкете са 30 пресека распоређених у осам миља пружају информације о томе како се облик и састав канала разликују како један прелази канал, али релативно мало о хиљадама стопа између сваког трансекта.
Штавише, после велике поплаве научници морају да врше нова испитивања пресека, повремено и до месец дана у ризичним условима.
Наш тим покушава да дода наше мере размештањем малих беспилотних беспилотних летелица које фотографишу цело дно долине. Понављање фотографија пре, током и након уклањања може нам помоћи да пратимо локацију наноса седимента који се креће низводно. Они такође омогућавају нове перспективе реке.
3Д приказ облака тачке реке Патапсцо. (Метју Бејкер / УМБЦ) Ослањајући се само на преклапајуће се фотографије прикупљене пре и после уклањања насипа, креираћемо 3Д рачунарске моделе дна канала и дубине воде - не само на испитиваним пресецима, већ на сваких неколико центиметара дуж канала. Иако ова технологија најбоље функционира у плиткој води, наши би модели требали омогућити да увелике побољшамо процјене и количине и локације промјене канала док се седимент креће низводно.
Новим приступом, наш тим прикупља фото-сет од свих осам километара у само неколико дана, а даљи рад се одвија унутар десктоп рачунара. То значи да се мерења могу поновити или направити изнова у било ком тренутку користећи архивиране слике.
Иако смо сигурно знатижељни да видимо како се креће овај талог, посебно нас занима колико добро можемо да га ухватимо. Ако успе, ова технологија ће вероватно променити начин на који научници прикупљају мерења и прате реке.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Маттхев Е. Бакер, професор географије и система заштите животне средине, Универзитет Мариланд, округ Балтиморе
