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I droni seguiranno una delle più grandi rimozioni di dighe sulla costa orientale

Questo mese, la diga di Bloede sarà rimossa dal fiume Patapsco inferiore vicino a Ilchester, nel Maryland.

Il restauro è un esperimento naturale unico nel suo genere che aiuterà a testare come i droni relativamente economici possono aiutare gli scienziati come me a comprendere l'integrità di corsi d'acqua e fiumi.

I miei collaboratori includono studenti e ricercatori dell'Università del Maryland, della contea di Baltimora, del Maryland Geological Survey, del Dipartimento delle risorse naturali del Maryland, della National Oceanic and Atmospher Administration e del US Geological Survey.

Se il nostro approccio funziona, ci consentirà di monitorare i movimenti dei sedimenti in modo più completo e accurato che mai, a una frazione della spesa.

Cosa cambierà

Completata nel 1907 e operativa da 30 anni, la diga di Bloede conteneva la prima centrale idroelettrica sommersa negli Stati Uniti. A 26, 5 piedi di altezza, rappresenta una delle più grandi bonifiche della diga sulla costa orientale.

Perché rimuovere la diga? Lo stato, le agenzie federali e gli American Rivers senza scopo di lucro sperano di eliminare un pericolo di pubblica sicurezza abbandonato.

L'eliminazione della diga completerà anche il ripristino delle precedenti rimozioni a monte e amplierà l'habitat connesso per i pesci e altre creature acquatiche. Il Patapsco ospitava un tempo importanti corsi d'acqua dolce di shad, alewife e anguilla americana, che erano bloccati dalla diga. Una scala per pesci si è rivelata inefficace nel collegare le sezioni a monte del fiume con l'estuario a valle e la baia di Chesapeake.

La diga di Bloede a marzo. La scala dei pesci obsoleta è in primo piano. La diga di Bloede a marzo. La scala dei pesci obsoleta è in primo piano. (Matthew Baker / UMBC)

Nonostante un ruolo di primo piano nella produzione manifatturiera statunitense, la Valle di Patapsco ha subito la sua parte di sfide ambientali. Le navi coloniali furono costrette a trasferirsi a Baltimora dopo che il porto originale di Elkridge Landing fu soffocato dai sedimenti della zavorra marittima, dalle miniere di argini fluviali e dalla radura delle foreste a monte. Un tempo un canale di 10 piedi circondato da una palude d'acqua salata, oggi il sito è fresco e il canale profondo meno di due piedi.

Inondazioni periodiche hanno anche causato il caos nella stretta gola, occasionalmente con risultati catastrofici. Negli ultimi anni, inondazioni improvvise a monte di Ellicott City hanno rotto la rete fognaria che corre lungo il fondovalle e hanno riorganizzato grandi quantità di sabbia, legno e roccia nel canale a valle.

Oggi, la diga immagazzina circa 2, 6 milioni di piedi cubici di limo stratificato e sabbia a meno di otto miglia dalla marea di Chesapeake Bay. Quando la diga viene rimossa, vogliamo sapere quanto questo sedimento si muoverà e quanto velocemente.

Perché il movimento dei sedimenti?

Comprendere il movimento dei sedimenti è fondamentale per la gestione dei fiumi in ogni giurisdizione dello spartiacque della baia di Chesapeake.

I sedimenti aiutano a bilanciare il flusso d'acqua per mantenere la forma del canale e gli habitat stabili per piante acquatiche, invertebrati e pesci. I sedimenti fluviali sono necessari per aiutare le coste estuarine a combattere l'innalzamento del livello del mare. Tuttavia, i sedimenti fini possono anche essere un inquinante o trasportare nutrienti e metalli pesanti negli estuari a valle.

Immagine aerea del canale del fiume Patapsco che mostra depositi di ghiaia, ciottoli e sabbia. Immagine aerea del canale del fiume Patapsco che mostra depositi di ghiaia, ciottoli e sabbia. (Matthew Baker / UMBC)

Sebbene sia facile osservare le prove dell'erosione dei sedimenti dalle sponde dei fiumi o dai pendii, spesso non è chiaro dove e quanto di quel sedimento venga riposto e immagazzinato. La gestione della conservazione dei sedimenti, in particolare dietro alle dighe, può essere alquanto controversa.

Dopo aver studiato diverse altre rimozioni di dighe, prevediamo che i sedimenti intrappolati dietro la diga possano evacuare rapidamente e ridistribuire a valle per un periodo di diversi anni.

Tuttavia, c'è ancora molto che non sappiamo. Inondazioni a seguito di intense tempeste possono spostare enormi quantità di sedimenti, alterando il fondovalle in poche ore. Tali tempeste riporteranno i sedimenti altrove nella gola o nella pianura alluvionale costiera, o lo porteranno nella baia?

Nuovi modi per tenere traccia delle modifiche

È logisticamente difficile misurare con precisione cambi di canale grandi e potenzialmente rapidi.

In una tipica indagine sul campo, i tecnici misurano la profondità dell'acqua, il flusso, il substrato inferiore e altre informazioni in posizioni specifiche. Sebbene i canali di flusso possano variare enormemente nello spazio e nel tempo, noi scienziati raramente siamo in grado di rappresentare tale variabilità nelle nostre misurazioni. Invece, raccogliamo istantanee isolate nel tempo. Ciò ci lascia con una minore comprensione del movimento dinamico dei sedimenti, della devastazione provocata dalle onde di alluvione o della diversità delle condizioni necessarie per sostenere la vita acquatica.

Le stazioni di misurazione situate a monte e a valle della diga misurano il flusso d'acqua e stimano il materiale sospeso come limo fine e argille, ma non sabbie e ghiaie più grossolane che si muovono lungo il fondo del canale. I sondaggi di 30 sezioni distribuite su otto miglia forniscono informazioni su come la forma e la composizione del canale variano quando si attraversa il canale, ma relativamente poco circa le migliaia di piedi tra ogni transetto.

Inoltre, dopo un'alluvione grave, gli scienziati devono condurre nuovi sondaggi trasversali, impiegando fino a un mese a volte in condizioni rischiose.

Il nostro team sta tentando di aumentare le nostre misurazioni implementando piccoli droni standard che fotografano l'intero fondovalle. Ripetere le fotografie prima, durante e dopo la rimozione può aiutarci a tracciare la posizione di un pennacchio di sedimenti mentre si sposta a valle. Consentono anche nuove prospettive del fiume.

Vista 3D di una nuvola di punti del canale del fiume Patapsco. Vista 3D di una nuvola di punti del canale del fiume Patapsco. (Matthew Baker / UMBC)

Basandoci esclusivamente sulle foto sovrapposte raccolte sia prima che dopo la rimozione della diga, creeremo modelli di computer 3D del fondo del canale e della profondità dell'acqua, non solo nelle sezioni rilevate, ma ogni pochi pollici lungo il canale. Sebbene questa tecnologia funzioni meglio in acque poco profonde, i nostri modelli dovrebbero consentirci di migliorare notevolmente le stime sia della quantità che della posizione del cambio di canale mentre i sedimenti si spostano a valle.

Con il nuovo approccio, il nostro team raccoglie un set fotografico di tutte le otto miglia in pochi giorni e ulteriori lavori si svolgono all'interno di un computer desktop. Ciò significa che le misurazioni possono essere ripetute o eseguite nuovamente in qualsiasi momento utilizzando immagini archiviate.

Sebbene siamo certamente curiosi di vedere come si muovono questi sedimenti, siamo particolarmente interessati a quanto bene possiamo catturarlo. Se funziona, questa tecnologia cambierà probabilmente il modo in cui gli scienziati raccolgono misurazioni e monitorano i fiumi.


Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. La conversazione

Matthew E. Baker, Professore di geografia e sistemi ambientali, Università del Maryland, Contea di Baltimora

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