Ovog mjeseca, Blatna brana bit će uklonjena iz rijeke Donji Patapsco u blizini Ilchestera u državi Maryland.
Obnova je jedinstven prirodni eksperiment koji će pomoći testirati koliko relativno jeftini bespilotni letelici mogu pomoći znanstvenicima poput mene da razumiju integritet potoka i rijeka.
Moji suradnici uključuju studente i istraživače sa Sveučilišta Maryland Baltimore County, Maryland Geological Survey, Maryland Odjela za prirodne resurse, Nacionalne uprave za oceane i atmosferu i američkog Geološkog zavoda.
Ako naš pristup uspije, omogućit će nam praćenje kretanja sedimenata potpunije i preciznije nego ikad prije, uz djelić troška.
Što će se promijeniti
Dovršena 1907. i operativna 30 godina, brana Bloede sadržavala je prvu potopljenu hidroelektranu u SAD-u, visine 26, 5 stopa, predstavlja jedno od najvećih uklanjanja brana na istočnoj obali.
Zašto uklanjati branu? Država, savezne agencije i neprofitne američke rijeke nadaju se uklanjanju zapuštene opasnosti po javnu sigurnost.
Vađenje brane također će nadopuniti obnovu od prethodnih uklanjanja brana uzvodno i proširiti povezano stanište za ribe i druga vodena stvorenja. Patapsco je nekada bio domaćin slatkim vodama sjena, alevife i američke jegulje, koje je brana blokirala. Ribarske ljestve pokazale su se neučinkovitima u povezivanju uzvodnih dijelova rijeke s nizvodnim ušću i zaljevom Chesapeake.
Krvava brana u ožujku. U prvom planu su zastarjele ljestve za ribu. (Matthew Baker / UMBC) Unatoč istaknutoj ulozi u ranoj proizvodnji u SAD-u, dolina Patapsco pretrpjela je svoj dio ekoloških izazova. Kolonijalni brod bio je prisiljen preseliti se u Baltimore nakon što je izvornu luku u Elkridge Landingu ugušio sediment sa brodskog balasta, kopanja riječnih obala i uzvodno čišćenje šuma. Nekad kanal od 10 stopa okružen slanom močvarom, danas je mjesto svježe, a kanal dubok manje od dva metra.
Periodične poplave također su imale pustoš u uskoj klisuri, povremeno s katastrofalnim rezultatima. U posljednjih nekoliko godina, bljeskovi poplave tik uzvodno u gradu Ellicott uništili su kanalizacijsku magistralu koja teče duž dna doline i reorganizirali su velike količine pijeska, drva i stijena u nizvodnom kanalu.
Brana danas čuva oko 2, 6 milijuna kubičnih slojeva slojevitog mulja i pijeska na manje od osam milja od vode u uvali Chesapeake. Kad se brana ukloni, želimo znati kako se ta taloga kreće i kako brzo.
Zašto kretanje sedimenata?
Razumijevanje kretanja sedimenata presudno je za upravljanje rijekama u svim jurisdikcijama sliva Chesapeake-a.
Sediment pomaže uravnotežiti protok vode radi održavanja oblika kanala i stabilnih staništa za vodene biljke, beskralješnjake i ribe. Riječni sediment je potreban za pomoć estuarskim obalama u borbi protiv porasta razine mora. Međutim, sitni sediment također može biti zagađivač u ili nositi hranjive tvari i teške metale do ušća nizvodno.
Zračna slika kanala rijeke Patapsco koja prikazuje naslage šljunka, kaldrme i pijeska. (Matthew Baker / UMBC) Iako je lako promatrati dokaze o eroziji sedimenata s obala rijeka ili obronaka, često je nejasno gdje i koliki je taj talog ponovno deponiran i pohranjen. Upravljanje skladištem sedimenata, posebno iza brana, može biti pomalo kontroverzno.
Nakon proučavanja nekoliko uklanjanja brana, očekujemo da se sediment zarobljen iza brane brzo evakuira i preraspodijeli nizvodno tijekom razdoblja od nekoliko godina.
Međutim, ima još puno toga što ne znamo. Poplave nakon jakih oluja mogu pomicati ogromne količine sedimenata, mijenjajući dno doline u samo nekoliko sati. Hoće li takve oluje ponovno smjestiti sediment negdje drugdje u klisuri ili obalnom poplavnom području ili će ga dostaviti u zaljev?
Novi načini za praćenje promjena
Logistički je teško točno izmjeriti velike i potencijalno brze promjene kanala.
U tipičnom terenskom istraživanju tehničari mjere dubinu vode, protok, donju podlogu i druge informacije na određenim mjestima. Iako se kanali potoka mogu jako razlikovati kroz prostor kao i kroz vrijeme, mi znanstvenici rijetko možemo predstaviti takvu varijabilnost u našim mjerenjima. Umjesto toga, na vrijeme prikupljamo izolirane snimke. To nam ostavlja manje razumijevanja dinamičnog kretanja sedimenata, pustošenja uzrokovanih poplavnim valovima ili raznolikosti uvjeta potrebnih za podršku vodenom životu.
Mjerne stanice smještene uzvodno i nizvodno od brane mjere protok vode i procjenjuju suspendirani materijal poput sitnih silta i glina, ali ne grubi pijesak i šljunak koji se kreću po dnu kanala. Ankete s 30 presjeka raspoređenih u osam milja pružaju informacije o tome kako se oblik i sastav kanala razlikuju kako jedan prelazi kanal, ali relativno malo o tisućama metara između svakog transekta.
Štoviše, nakon velike poplave znanstvenici moraju provesti nova ispitivanja presjeka, povremeno i do mjesec dana u rizičnim uvjetima.
Naš tim pokušava dodati našim mjerenjima postavljanjem malih, beskonačnih bespilotnih letelica koje fotografiraju cijelo dno doline. Ponavljanje fotografija prije, za vrijeme i nakon uklanjanja može nam pomoći u praćenju mjesta nakupljanja sedimenata dok se kreće nizvodno. Oni također omogućuju nove perspektive rijeke.
3D prikaz oblaka točke kanala rijeke Patapsco. (Matthew Baker / UMBC) Oslanjajući se samo na preklapajuće fotografije prikupljene prije i nakon uklanjanja brane, stvorit ćemo 3D računalne modele dna kanala i dubine vode - ne samo na izmjerenim presjecima, već na svakih nekoliko centimetara duž kanala. Iako ova tehnologija najbolje uspijeva u plitkoj vodi, naši bi modeli trebali omogućiti da uvelike poboljšamo procjene i količine i lokacije promjene kanala dok se sediment kreće nizvodno.
Novim pristupom naš tim u samo nekoliko dana prikuplja set fotografija u svih osam milja, a daljnji rad se odvija unutar stolnog računala. To znači da se mjerenja mogu ponoviti ili napraviti iznova u bilo kojem trenutku koristeći arhivirane slike.
Iako nam je sigurno znatiželjno vidjeti kako se kreće ovoliki broj sedimenata, posebno nas zanima koliko ga dobro možemo uhvatiti. Ako uspije, ova će tehnologija vjerojatno promijeniti način na koji znanstvenici prikupljaju mjerenja i prate rijeke.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Matthew E. Baker, profesor geografije i sustava zaštite okoliša na Sveučilištu Maryland, okrug Baltimore
