In diesem Monat wird der Bloede-Staudamm vom Lower Patapsco River in der Nähe von Ilchester, Maryland, entfernt.
Die Restaurierung ist ein einzigartiges natürliches Experiment, mit dessen Hilfe getestet werden kann, wie relativ kostengünstige Drohnen Wissenschaftlern wie mir helfen können, die Unversehrtheit von Bächen und Flüssen zu verstehen.
Zu meinen Mitarbeitern gehören Studenten und Forscher der Universität von Maryland Baltimore County, des Maryland Geological Survey, des Maryland Department of Natural Resources, der National Oceanic and Atmospheric Administration und des US Geological Survey.
Wenn unser Ansatz funktioniert, können wir die Sedimentbewegung zu einem Bruchteil der Kosten vollständiger und genauer als je zuvor verfolgen.
Was wird sich ändern?
Der Bloede-Damm wurde 1907 fertiggestellt und war 30 Jahre lang in Betrieb. Er enthielt das erste untergetauchte Wasserkraftwerk in den USA. Mit einer Höhe von 25 Metern ist er einer der größten Dammumzüge an der Ostküste.
Warum den Damm entfernen? Der Staat, Bundesbehörden und gemeinnützige amerikanische Flüsse hoffen, eine Gefahr für die öffentliche Sicherheit zu beseitigen.
Das Entfernen des Damms wird auch die Wiederherstellung früherer Dammentfernungen ergänzen und den zusammenhängenden Lebensraum für Fische und andere Wasserlebewesen erweitern. Im Patapsco befanden sich einst große Süßwasserläufe von Schatten, Alewife und amerikanischem Aal, die vom Damm blockiert wurden. Eine Fischtreppe hat sich als unwirksam erwiesen, wenn es darum geht, stromaufwärts gelegene Flussabschnitte mit der stromabwärts gelegenen Mündung und der Chesapeake Bay zu verbinden.
Der Bloede Dam im März. Die veraltete Fischtreppe steht im Vordergrund. (Matthew Baker / UMBC) Trotz einer herausragenden Rolle in der frühen US-Fertigung hat das Patapsco-Tal einen Teil der Umweltherausforderungen zu tragen. Die Kolonialschifffahrt musste nach Baltimore umziehen, nachdem der ursprüngliche Hafen in Elkridge Landing durch Sedimente aus Schifffahrtsballast, Flussuferabbau und vorgelagerter Waldrodung verstopft war. Einst ein 3 m langer Kanal, der von einem Salzwassersumpf umgeben war, ist der Standort heute frisch und der Kanal weniger als 2 m tief.
Periodische Überschwemmungen haben auch Verwüstungen in der engen Schlucht angerichtet, gelegentlich mit katastrophalen Folgen. In den letzten Jahren haben Sturzfluten in Ellicott City die Kanalisation, die entlang der Talsohle verläuft, gesprengt und große Mengen an Sand, Holz und Gestein im nachgelagerten Kanal saniert.
Heute lagert der Damm etwa 8 Millionen Kubikmeter geschichteten Schlick und Sand, weniger als 13 Kilometer vom Gezeitenwasser der Chesapeake Bay entfernt. Wenn der Damm entfernt wird, wollen wir wissen, wie viel Sediment sich bewegen wird und wie schnell.
Warum Sedimentbewegung?
Das Verständnis der Sedimentbewegung ist für die Flussbewirtschaftung in allen Gerichtsbarkeiten der Wasserscheide von Chesapeake Bay von entscheidender Bedeutung.
Sediment hilft dabei, den Wasserfluss auszugleichen, um die Kanalform und stabile Lebensräume für Wasserpflanzen, wirbellose Tiere und Fische zu erhalten. Flusssedimente sind notwendig, um die Mündungsküsten gegen den Anstieg des Meeresspiegels zu schützen. Feines Sediment kann jedoch auch ein Schadstoff sein oder Nährstoffe und Schwermetalle zu stromabwärtigen Flussmündungen befördern.
Luftbild des Patapsco-Kanals mit Kies-, Kopfstein- und Sandablagerungen. (Matthew Baker / UMBC) Obwohl es leicht ist, Anzeichen einer Sedimenterosion an Flussufern oder Hängen zu beobachten, ist häufig unklar, wo und wie viel von diesem Sediment wieder abgelagert und gespeichert wird. Das Management der Sedimentlagerung, insbesondere hinter Dämmen, kann etwas umstritten sein.
Nachdem wir mehrere andere Dammentfernungen untersucht haben, erwarten wir, dass sich hinter dem Damm eingeschlossenes Sediment über einen Zeitraum von mehreren Jahren rasch stromabwärts evakuiert und umverteilt.
Es gibt jedoch noch viel, was wir nicht wissen. Überschwemmungen nach starken Stürmen können große Mengen an Sedimenten bewegen und den Talboden in nur wenigen Stunden verändern. Werden solche Stürme Sedimente an anderer Stelle in der Schlucht oder in der Küstenauen ablagern oder an die Bucht abgeben?
Neue Wege, um Änderungen zu verfolgen
Es ist logistisch schwierig, große und möglicherweise schnelle Kanaländerungen genau zu messen.
In einer typischen Felduntersuchung messen Techniker Wassertiefe, Durchfluss, Bodensubstrat und andere Informationen an bestimmten Orten. Obwohl die Strömungskanäle sowohl räumlich als auch zeitlich sehr unterschiedlich sein können, sind wir Wissenschaftler selten in der Lage, diese Variabilität in unseren Messungen darzustellen. Stattdessen sammeln wir rechtzeitig einzelne Schnappschüsse. Dadurch haben wir weniger Verständnis für dynamische Sedimentbewegungen, Verwüstungen durch Flutwellen oder die Vielfalt der Bedingungen, die zur Unterstützung des Wasserlebens erforderlich sind.
Stromaufwärts und stromabwärts des Damms gelegene Messstationen messen den Wasserfluss und schätzen Schwebstoffe wie feinen Schlick und Ton, nicht aber gröbere Sande und Kies, die sich entlang des Kanalbodens bewegen. Erhebungen von 30 Querschnitten, die über acht Meilen verteilt sind, liefern Informationen darüber, wie sich Kanalform und -zusammensetzung beim Überqueren des Kanals ändern, aber relativ wenig über die Tausenden von Fuß zwischen den einzelnen Durchschnitten.
Darüber hinaus müssen Wissenschaftler nach einer großen Überschwemmung neue Querschnittsuntersuchungen durchführen, die unter riskanten Bedingungen gelegentlich bis zu einem Monat dauern.
Unser Team versucht, unsere Messungen zu verbessern, indem es kleine, handelsübliche Drohnen einsetzt, die den gesamten Talboden fotografieren. Wiederholte Fotos vor, während und nach dem Entfernen können uns helfen, die Position einer Sedimentwolke zu verfolgen, wenn sie sich stromabwärts bewegt. Sie ermöglichen auch neue Perspektiven des Flusses.
3D-Ansicht einer Patapsco River-Kanalpunktwolke. (Matthew Baker / UMBC) Wir werden uns ausschließlich auf überlappende Fotos stützen, die sowohl vor als auch nach dem Entfernen des Damms gesammelt wurden, und 3D-Computermodelle des Kanalbodens und der Wassertiefe erstellen - nicht nur an den untersuchten Querschnitten, sondern alle paar Zoll entlang des Kanals. Obwohl diese Technologie im Flachwasser am besten funktioniert, sollten unsere Modelle es uns ermöglichen, die Schätzungen sowohl des Ausmaßes als auch des Ortes der Kanaländerung erheblich zu verbessern, wenn sich das Sediment stromabwärts bewegt.
Mit dem neuen Ansatz sammelt unser Team in nur wenigen Tagen ein Fotoset mit einer Gesamtlänge von acht Meilen. Weitere Arbeiten werden auf einem Desktop-Computer ausgeführt. Das heißt, Messungen können jederzeit mit archivierten Bildern wiederholt oder neu durchgeführt werden.
Obwohl wir sicherlich gespannt sind, wie sich so viel Sediment bewegt, sind wir besonders daran interessiert, wie gut wir es auffangen können. Wenn es funktioniert, wird diese Technologie wahrscheinlich die Art und Weise verändern, wie Wissenschaftler Messungen erfassen und Flüsse überwachen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Matthew E. Baker, Professor für Geographie und Umweltsysteme, Universität von Maryland, Baltimore County
