Đánh giá động lực kênh, cấu trúc bên trong và điều chỉnh kênh sau dự án ở Bắc Carolina và những tác động của nó đến phục hồi dòng suối hiệu quả

Jerry R. Miller1, R. Craig Kochel2
1Institute of Watershed Research and Management, Western Carolina University, Cullowhee, USA
2Department of Geology and Environmental Center, Bucknell University, Lewisburg, USA

Tóm tắt

Dữ liệu đánh giá và giám sát tại chỗ đã được phân tích cho 26 dự án phục hồi dòng suối ở Bắc Carolina, nơi mà lòng kênh đã được tái cấu trúc. Những thay đổi sau dự án về khả năng dòng chảy có sự biến thiên rất cao giữa các địa điểm, nhưng hơn 60% các dự án đã trải qua, trung bình tại một địa điểm, ít nhất 20% thay đổi về khả năng dòng chảy. Phân tích về hình thái học tại chỗ và lưu vực cho thấy rằng những điều chỉnh lớn sau xây dựng có liên quan đến các dòng suối có động lực cao, được đặc trưng bởi sự kết hợp của khả năng vận chuyển trầm tích cao, nguồn cung trầm tích lớn, và/hoặc vật liệu bờ dễ bị xói mòn. Các cấu trúc bên trong dòng chảy dọc theo các kênh động lực, tái cấu trúc cũng gặp nhiều sự cố hỏng hóc. Do đó, việc thiết kế và xây dựng các kênh ở trạng thái cân bằng, không biểu hiện xói mòn hoặc lấp đầy quá mức dọc theo những con sông động lực cao đang hiện tại gặp vấn đề. Dựa trên những phát hiện này, một khung khái niệm dựa trên các tham số hình thái học được đưa ra để đánh giá khả năng thành công của dự án ngay từ đầu quá trình thiết kế nhằm (1) loại bỏ các địa điểm có nguy cơ cao khỏi việc xem xét tái cấu trúc kênh và (2) cải thiện các chiến lược quản lý đã được thực hiện. Cũng được lập luận rằng trong những trường hợp có đủ không gian, tiếp cận điều chỉnh kênh tự nhiên được tăng cường có khả năng hiệu quả hơn so với các dự án dựa trên thiết kế kênh tự nhiên.

Từ khóa

#phục hồi dòng suối #động lực kênh #điều chỉnh kênh #hình thái học #Bắc Carolina

Tài liệu tham khảo

Babcock WH (1986) Tenmile Creek: a study of stream relocation. Water Resour Bull 22:405–415 Berger JJ (1990) Evaluating ecological protection and restoration projects: a holistic approach to the assessment of complex, multi-attribute resource management problems. Doctoral dissertation, University of California, Davis Bernhardt PMA, Alexander AJD, Barnas GK, Brooks S, Carr J, Clayton S, Daham C, Follstad-Shah J, Galat D, Gloss S, Goodwin P, Hart D, Hassett B, Jenkinson R, Katz S, Kondolf GM, Lake PS, Lave R, Meyer JL, O’Donnell TK, Pagano L, Powell B, Sudduth E (2005) Synthesizing U.S. river restoration efforts. Science 308:636–637 Brookes A (1990) Restoration and enhancement of engineered river channels: some European experiences. Regul Rivers Res Manag 5:45–56 Brookes A (1992) Recovery and restoration of some engineered British river channels. In: Boon PJ, Calow P, Petts GE (eds) River conservation and management. Wiley, London, pp 337–352 Bucher B, Wolff CG, Cawlfield L (2000) Channel remediation and restoration design for Silver Bow Creek, Butte, Montana. Maximum Technologies, Helena, Montana, pp 3–11 Chang HH (1988) Fluvial processes in river engineering. Wiley, New York Copeland RR (1994) Applications of channel stability methods—case studies. Technical report HL-94-11. US Army Corps of Engineers, Waterways Experimental Station, Vicksburg, Mississippi Doyle MW, Harbor JM (2003) Discussion of “evaluation of Rosgen’s streambank erosion potential assessment in northeastern Oklahoma”, by Daren Harmel, CT Haan, and Russell C. Dutnell. J Am Water Resour Assoc 36:1191–1192 Eubanks CE, Meadows D (2003) A soil bioengineering guide for streambank and lakeshore stabilization. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, October 2002, FS-683 Frissell CA, Nawa RK (1992) Incidence and causes of physical failure of artificial habitat structures in streams of western Oregon and Washington. North Am J Fish Manag 12:182–197 Hamilton JB (1989) Response of juvenile steelhead to instream deflectors in a high gradient stream. In: Gresswell RE, Barton BA, Kershner JL (eds) Practical approaches to riparian resources management. American Fisheries Society, Montana Chapter, Bethesda, Maryland, pp 149–157 Hansen A (2003) Post-project appraisal of a channel reconstruction on Cuneo Creek, California. University of California Berkeley. http://repositories.cdlib.org/wrca/restoration/. Cited 12 December 2006 Hey RD (2006) Fluvial geomorphological methodology for natural stable channel design. J Am Water Resour Assoc 42:357–374 Iversen TM, Kronvang MB, Madsen BI, Markmann P, Nielsen MB (1993) Re-establishment of Danish streams: restoration and maintenance measures. Aquat Conserv Mar Freshw Ecosyst 3:73–92 Juracek KE, Fitzpatrick FA (2003) Limitations and implications of stream classification. J Am Water Resour Assoc 39:639–670 Knighton D (1996) Fluvial forms and processes: a new perspective. Arnold, London Kondolf GM, Smeltzer MW, Railsbeck SF (2001) Design and performance of a channel reconstruction project in a coastal California gravel bed stream. Environ Manag 28:761–766 Meade RH (1982) Sources, sinks and storage of river sediment in the Atlantic drainage of the United States. J Geol 90:235–252 Meade RH, Yuzyk TR, Day TJ (1990) Movement and storage of sediment in rivers of the United States and Canada. In: Wolman MG, Riggs HC (eds) Surface water hydrology, vol O-1. Geological Society of America, The Geology of North America, Boulder, Colorado Miles MJ (1998) Restoration difficulties for fishery mitigation in high-energy gravel-bed rivers along highway corridors. In: Klingeman PC, Beschta RL, Komar PD, Bradley JB (eds) Gravel-bed rivers in the environment. Water Resources Publications, Colorado Miller DE (1999) Deformable stream banks: can we call it a natural channel design without them? 1999 AWRA Specialty Conference, Bozeman, MT Miller JR, Kochel RC (2008) Characterization and evaluation of stream restoration projects in North Carolina. Final Report to the North Carolina Clean Water Management Trust Fund, Project No 2002B-805, 109 pp Miller JR, Orbock Miller SM (2007) Contaminated rivers: a geomorphological-geochemical approach to site assessment and remediation. Springer, Berlin Miller JR, Ritter JB (1996) An examination of the Rosgen classification of natural rivers. Catena 27:295–299 Nagle G (2007) Invited commentary evaluating ‘natural channel design’ stream projects. Hydrol Process 21(18):2539–2545 National Research Council (1999) New strategies for America’s watersheds. National Academy Press, Washington, DC Palmer MA, Bernhardt ES, Allan JD, Lake PS, Alexander G, Brooks S, Carr J, Clayton S, Dahm CN, Follstad Shan J, Galat DL, Loss SG, Kondolf GM, Lave R, Meyer JL, O’Donnell TK, Pagano L, Sudduth E (2005) Standards for ecologically successful river restoration. J Appl Ecol 42:208–217 Puckett P, Jennings G (2007) Rock cross vane design. USDA-CSREES National Water Conference, January 28, 2007. USDA-CSREES National Water Conference Abstracts Database Rosgen DL (1996) Applied river morphology. Wildland Hydrology, Colorado Rosgen DL (2006) River restoration using a geomorphic approach for natural channel design. In: Proceedings of the Eighth Federal Interagency Sedimentation Conference, April 2–6, 2006, Reno Schumm SA (1977) The fluvial system. Wiley, Chichester Shields A (1936) Anwendung der Ähnlichkeitsmechanik und der Turbulenzforschung auf die Geschiebebewegung. Mitteilung der perussischen Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau 26, Berlin Shields FD Jr, Copeland RR, Klingeman PC, Doyle MW, Simon A (2003) Design for stream restoration. J Hydraul Eng 129:575–584 Simon A, Doyle M, Kondolf M, Shields FD Jr, Rhoads B, McPhillips M (2007) Critical evaluation of how the Rosgen classification and associated “Natural Channel Design” methods fail to integrate and quantify fluvial processes and channel responses. J Am Water Resour Assoc 43:1–15 Skidmore PB, Shields FD, Doyle MW, Miller DE (2001) Categorization of approaches to natural channel design. In: Hayes DF (ed) Proceedings of the 2001 wetlands engineering and river restoration conference, CD-ROM. American Society of Civil Engineers, Reston, VA Templeton SR, Sessions W, Dumas C (2006) Estimation and analysis of expenses of EEP-administered design-bid-build projects for stream mitigation in North Carolina, report overview to NC ecosystem enhancement program, given on, October 2 Trimble SW (1974) Man-induced soil erosion on the southern Piedmont, 1700–1970, Ankeyn, Iowa. Soil Conserv Soc Am 180 pp Waal LC, Large ARG, Wade PW (1998) Rehabilitation of rivers: principles and implementation. Wiley, Chichester White WR, Paris E, Bettes R (1981) Tables for the design of stable alluvial channels. Report IT208. Hydraulics Research Station, Wallingford Wilcox P (2008) Incorporating uncertainty in stream restoration design and effectiveness monitoring. Stream restoration in the Southeast: advancing the science and practice, November 3–6, 2008 (http://www.bae.ncsu.edu/programs/extension/wqg/srp/pdfs/wilcock.pdf) Williams JE, Wood CA, Dombeck MP (1997) Watershed restoration: principles and practice. American Fisheries Society, Bethesda, Maryland Wolman MG (1954) A method of sampling coarse river-bed material. Trans Am Geophys Union 35:951–956 Wolman MG (1967) A cycle of sedimentation and erosion in urban river channels. Geogr Annlr 49A:385–395 Zuckerman S (1997) Thinking like a watershed. In: William JE, Wood CA, Dombeck MP (eds) Watershed restoration: principles and practices. American Fisheries Society, Bethesda, Maryland, pp 216–234