Summary

Endring av Bank Erosjon Hazard Index (Behi) Protokoll for Rapid Assessment of Streambank Erosjon i Northeastern Ohio

Published: February 13, 2015
doi:

Summary

Streambank erosion potential can be evaluated and ranked using David Rosgen’s Bank Erosion Hazard Index (BEHI), however this protocol has significant limitations. Here we present protocol modifications to address time constraints, allow nonprofessionals to complete accurate assessments, and account for non-alluvial stream conditions in Northeast Ohio.

Abstract

Understanding the source of pollution in a stream is vital to preserving, restoring, and maintaining the stream’s function and habitat it provides. Sediments from highly eroding streambanks are a major source of pollution in a stream system and have the potential to jeopardize habitat, infrastructure, and stream function. Watershed management practices throughout the Cleveland Metroparks attempt to locate and inventory the source and rate the risk of potential streambank erosion to assist in formulating effect stream, riparian, and habitat management recommendations. The Bank Erosion Hazard Index (BEHI), developed by David Rosgen of Wildland Hydrology is a fluvial geomorphic assessment procedure used to evaluate the susceptibility of potential streambank erosion based on a combination of several variables that are sensitive to various processes of erosion. This protocol can be time consuming, difficult for non-professionals, and confined to specific geomorphic regions. To address these constraints and assist in maintaining consistency and reducing user bias, modifications to this protocol include a “Pre-Screening Questionnaire”, elimination of the Study Bank-Height Ratio metric including the bankfull determination, and an adjusted scoring system. This modified protocol was used to assess several high priority streams within the Cleveland Metroparks. The original BEHI protocol was also used to confirm the results of the modified BEHI protocol. After using the modified assessment in the field, and comparing it to the original BEHI method, the two were found to produce comparable BEHI ratings of the streambanks, while significantly reducing the amount of time and resources needed to complete the modified protocol.

Introduction

Streambank erosjon er en naturlig prosess; imidlertid overdreven erosjon kan bidra med en betydelig mengde av ikke-punktkilde forurensning i form av suspenderte sedimenter 2. Økt suspendert sediment påvirker vannkvaliteten, fysiske og biologiske funksjoner av en bekk tre. Menneskelige påvirkninger kan i stor grad påvirke streambank erosjon, og betydelig øke sediment laster 4, spesielt i urbane systemer hvor det er en økning i overvann avrenning og tette flater 5. Høyere belastninger sediment kan negativt påvirke vannkvaliteten og økosystemene i bekker 6. Vannskille forvaltningspraksis i hele Cleveland Metroparks forsøke å finne og inventar kilden og vurdere risikoen for potensielle streambank erosjon å bistå i forvaltningsstrategier, samt i bekk, elvebreddebufferen, og habitat restaurering.

David Rosgen, med Wildland Hydrologi, utviklet Bank ErosjonHazard Index (Behi), som evaluerer mottakelighet av streambank erosjon på en bekk rekkevidde basert på en kombinasjon av flere erodibility variabler 7. Behi bruker en rekke indikatorer for å rangere alvorlighetsgraden og sannsynligheten for streambank erosjon, inkludert bank materiale, lagdeling, rot dybde og tetthet, bank vinkel, bankfull høyde til banken og høyde, og mengden av overflatebeskyttelse tilstede. Den Behi vurderingen tildeler en numerisk verdi som tilsvarer en samlet Behi rating (svært lav, lav, moderat, høy, veldig høy, eller ekstrem), for en bestemt streambank. Denne protokollen har vært effektiv i å vurdere potensialet streambank erosjon 8-10 og kan brukes sammen med andre vannkvalitet og habitatvurderinger. Streambanks som oppviser en høy Behi reisende har blitt vist å tilsvare mindre varierte og mindre stabile macroinvertebrate miljøer, bestående hovedsakelig av opportunistiske arter 11. Selv om originalen Behi metoden jegs nyttig, kan det være svært tidkrevende, vanskelig for ikke-profesjonelle, og begrenset til bestemte geomorphic regioner, skreddersydd for alluvial stream forhold 12.

Modifikasjoner av denne protokollen var nødvendig for å løse disse begrensningene. A "Pre-Screening Questionnaire" (figur 1) ble utviklet for å identifisere og eliminere streambanks som er sannsynlig å rangere svært lav eller lav, og dermed fokusere vurderingen på høyere erosjonsområder, og redusere mengden av tid og ressurser som kreves for å utføre en Behi vurdering på en hel strøm. Spørreskjemaet tar også geologiske forskjeller mellom alluviale og ikke-alluviale stream forhold sett i Northeastern Ohio, for eksempel ekstremt eroderbar skiferfjellet 13, som ikke ville bli vurdert som et eroderbart materiale basert på den opprinnelige Behi protokollen. Eliminering av Study Bank og høyde metrisk inkludert bankfull scenen, noe som kan væresvært vanskelig å fastslå, tillatt for en raskere streambank vurdering og for ikke-fagfolk til å fullføre vurderingen med innledende trening. Denne eliminering av Study Bank og høyde var basert på en modifisert Behi prosedyre utviklet av Joe Rathbun ved Michigan Department of Environmental Quality 14. For å eliminere behovet for tilleggsberegninger i feltet, blir alle andre beregninger uttrykt som prosentandeler unntatt bank vinkel, og stratifisering og bank vesentlige justeringer. Root tetthet ble først uttrykt som prosent av jordsmonn består av røtter hvor røttene er utvidet. Dette ble multiplisert med roten dybde til å gjøre rede for hele banken høyde; men vi har erstattet dette med et enkelt estimat av tettheten av røtter i hele bredden. Poeng justeringer ble gjort til den opprinnelige Behi scoring system for å ta høyde for eliminering av Study Bank og høyde metrisk og estimerte prosenter. Som beskrevet i den opprinnelige Behiprotokoll de målte verdiene ble omgjort til en risikovurdering av 1-10 (10 er det høyeste nivået av risiko). Risiko karakterer fra 1 til 10 tilsvarer risikere rangeringer svært lav, lav, moderat, høy, veldig høy, og ekstrem potensiell erosjon. Disse forholdene ble etablert basert på en katalog med feltobservasjoner 10. I den modifiserte Behi protokollen, ble score for Study Bank og høyde metrisk trekkes fra det opprinnelige Behi scoring system for å reflektere nye total score og risiko karakterer (figur 2). Disse endringene løse utfordringer som oppstår i den opprinnelige Behi protokollen i Northeastern Ohio og bistått i å opprettholde konsistens og redusere bruker bias.

Den modifiserte Behi protokollen ble brukt til å vurdere flere høyt prioriterte bekker innenfor Cleveland Metroparks. Den opprinnelige Behi Vurderingen ble utført ved Cleveland Metro trenet personell, på en lengde på strømmen for å bekrefte effektiviteten av de modifikasjoner i identifying streambanks med høyere forekomst av erosjon. Den modifiserte Behi protokollen brukes av profesjonelle, frivillige, ansatte og studenter til å vurdere streambank erosjon gjennom Cleveland Metroparks.

Protocol

1. Streambank Identifikasjon Identifisere en enhetlig del av bank på den ene siden av bekken. Skille denne delen av en drastisk annerledes skråning av banken, annen bank materiale, eller en pause i vegetasjon. Denne delen av streambank bør være tydelig forskjellig fra de deler på hver side. Det er ikke et minimum eller maksimum lengde på bank. Separasjon av ekstremt lange seksjoner i mindre segmenter vil forenkle vurderingen. 2. Pre-Screening Behi Questionnaire (figur 1)…

Representative Results

Streambanks som ikke besto Pre-Screening Questionnaire og ble ikke vurdert med den modifiserte Behi protokollen, rangert lav eller svært lav når vurderes med den opprinnelige Behi protokollen (Figur 10). Dette støtter bruk av Pre-Screening Questionnaire som en måte å raskt identifisere streambanks som opplever moderat til ekstreme priser av erosjon. Se figur 10 nedenfor. Generelt ble streambanks vurderes plassert i samme endelige Behi…

Discussion

The most critical steps for accurate completion of the modified BEHI protocol are to: correctly identify a uniform section of streambank to assess, if the streambank length has too much variability it is best to separate and assess smaller segments to accurately capture the erodibility of the streambank; complete the Pre-Screening Questionnaire to confirm that a BEHI assessment should be completed on that streambank, if there is uncertainty in whether a bank passes the Pre-Screening Questionnaire, a BEHI assessment shoul…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge the Cleveland Metroparks, including J. Grieser, J. Markowitz, B. Garman, and supporting staff; Case Western Reserve University, Dr. J. Burns; and GLISTEN, the Great Lakes Innovative Stewardship through Education Network.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
200' reel tape measure Any N/A Tape measure can be used to measure bank length and height
Inclinometer Any N/A Inclinometer may be used to measure bank angle.
GPS Any N/A GPS is used to take points along the stream, make sure for mapping purposes to use a GPS that takes accurate readings.
Camera Any N/A Camera is used to take photos of the banks under assessment and of any major stream features.

References

  1. Rosgen, D. L. A Stream Channel Assessment Methodology. Proceedings of 7th Federal Interagency Sedimentation Conference. , 26 (2001).
  2. . . Upper Esopus Creek Management Plan. 1-3, (2007).
  3. Karr, J. R., Dudley, D. R. Ecological perspective on water quality goals. Environmental Management. 5 (1), 55-68 (1981).
  4. Trimble, S. W. Contribution of Stream Channel Erosion to Sediment Yield from an Urbanizing Watershed. Science. 278 (1), 1442-1444 (1997).
  5. Lee, J. G., Heaney, J. P. Estimation of Urban Imperviousness and its Impacts on Storm Water Systems. Journal of Water Resources Planning and Management. 129 (5), 419-426 (2003).
  6. Bilotta, G. S., Brazier, R. E. Understanding the influence of suspended solids on water quality and aquatic biota. Water Research. 42 (12), 2849-2861 (2008).
  7. Hansen, B., et al. Streambank (RBS) erosion study for the Minnesota River basin. Report prepared for the Minnesota Pollution Control Agency. , (2010).
  8. Fox, N., Goodman, B., Teel, W. S. Evaluating Conservation Reserve Program Impacts on Smith Creek Erosion Rates in the Shenendoah Valley. Virginia Water Research Symposium. , 103-113 (2004).
  9. Rosgen, D. L. A Practical Method of Computing Streambank Erosion Rate. , 15 (2001).
  10. Simpson, A., Turner, I., Brantley, E., Helms, B. Bank erosion hazard index as an indicator of near-bank aquatic habitat and community structure in a southeastern Piedmont stream. Ecological Indicators. 43 (1), 19-28 (2014).
  11. Rosgen, D. L., Frantila, D., Silvey, H. L. River Stability: Field Guide. Wildland Hydrology. , (2008).
  12. Prosser, C. S. The Huron and Cleveland Shales of Northern Ohio. The Journal of Geology. 21 (4), 323-362 (1913).
  13. Rathbun, J. Standard operating procedure: assessing bank erosion potential using Rosgen’s bank erosion hazard index (BEHI). Michigan Department of Environmental Quality, Water Bureau, Nonpoint Source Division. , (2008).

Play Video

Cite This Article
Newton, S. E., Drenten, D. M. Modifying the Bank Erosion Hazard Index (BEHI) Protocol for Rapid Assessment of Streambank Erosion in Northeastern Ohio. J. Vis. Exp. (96), e52330, doi:10.3791/52330 (2015).

View Video