地球和环境

工程性质:西雅图创新河床修复

河流退化是人类发展的广泛后果。在西雅图,Paul Bakke,河流科学的创始人以及领先的渠道设计工程师和水生生态学家,已经实施了一个创新的城市流修复项目。通过添加设计用于恢复和增强低于过度区的工程化的流和增强的传统物流恢复方法。该项目提高了桑顿溪的生态和水文功能,包括减少洪水风险和提高水质。在短短四年之后,Chinook Salmon在其中一个新的暴力池结构中涂出了。该项目是鼓舞人心的纪录片的主题。

成千上万的没有爱,不是没有水的爱(W.H.奥登)。

所有的水都是如此,现在是(《国家地理》,1993)。

这两个简单的水在水上,一起捕获,完美捕捉所需的一切。简单地,水是地球上所有生命的基础。我们认为它是理所当然的 - 或更糟:虐待它 - 在我们的危险之中。河流标记了水循环最明显的部分,并且可能在人类手中遭受最多。河流课程塑造了人类历史,为维持生命,种植庄稼的重要资源提供了重要的资源,提供了一种防御手段,并在远处提供道路。

然而,在我们寻求利用河流的力量时,人类已经以不可持续的速度提取了水和工程水课程。水坝太多,他们的影响和地点思想不久。剥离自然植被,通过用岩石和混凝土矫正和衬里释放和衬里的强制稳定,并试图用堤坝切断普通泄漏,以允许住宅,商业和工业发展将我们暴露于冲积洪水的巨大风险。结果一直在毁灭:频繁的洪水,鱼类少,清洁和淡水的短缺,生态系统退化和难看的景观,而且少数。也许最具讽刺意味的是,在我们对社会和经济发展的利用河流的驱动方面,我们留下了需要昂贵的维护计划来执行生态职能,曾被河流免费提供。

河流科学
在华盛顿州,河流科学的创始人Paul Bakke致力于提高对河流的公众理解,目的是改变社会如何接近河流管理。在许多数十年中作为美国政府的水道学家和地理位置,野巴克致力于为河流创造教育资源,并促进和促进流恢复和评估技术。

Thornton Creek的Stream Restoration通过纳入创新的流媒体流动而超越了传统的。

一个主要的方法是桑顿溪的城市洪泛区重新连接,这是一条水道,该航线,空道,在西雅图湖。虽然大部分设计遵循传统的流恢复方法,但它是通过加入工程化的流晶和生态功能,由工程师和地理位理学家共同设计。该项目将专家汇集了各种领域,包括迈克尔(“岩石”)HRACHOVEC(将概念思想转变为可构造的设计),Katherine Lynch(一名水生生态学家和研究经理从城市获得支持和资金)of Seattle), Natural Systems Design (an engineering and consulting firm that did the detailed design work), Seattle Public Utilities (who funded the project and associated research), and the U.S. Fish and Wildlife Service (who provided specialists and equipment under an agreement with the City).

以上:Thornton洪泛区的控制和治疗网站的位置。以上:纵向池结构的纵向池结构,显示表面和过度流动的方向。来自:Bakke等。水2020,12,425;https://doi.org/10.3390/w1202042510.3390/w12020425

Thornton Creek的新生活
Thornton Creek是一条城市水路,耗尽约29公里2;它由两条二级支流组成,汇合成一条长2.1公里的主干,流入华盛顿湖。分水岭地区高度发达,曾经的森林现在被不透水的表面(如道路、人行道、建筑物等)覆盖了59%;大多数剩余的土地被花园和其他景观区域覆盖,虽然不是不透水的,但与原始森林相比,它们的排水特性有显著差异。与许多城市水道一样,这条水道经过了大量的工程设计,包括拉直和加固河岸,强制渠化,以及移除自然结构框架(如树木、堵塞)。这条小溪主要是雨水径流的管道,水质很差。洪水是一个持续存在的问题,在恢复工作开始前的几年里,附近的房屋和其他基础设施多次被严重淹没。

数百万美元的修复计划集中在这条河的两个部分,2014年夏天开始施工。该项目更传统的修复方面包括拓宽河道和形成泛滥平原。建筑材料侧重于木材和岩石结构,密切模仿自然环境的特征。

然而,Thornton Creek的Stream Restoration也通过包含专门设计用于恢复和增强低于过度区的创新设计的流雪板超越了传统的传统。低于过度区由河床和洪泛区下方的那些部分组成,这些部分由水饱和,至少部分地与流动沿着通道的地表水相互互换。正如Paul Bakke所解释:“这个地下世界,源自河流渠道的水通过砾石和沙粒谷物之间的空间渗透,表现着批判性重要的生态功能,包括冷却和清洁水,并为生物形成栖息地微生物到昆虫到少年鱼。尽管其生态重要性,但多重恢复很少是流恢复的明确目标。“

翠鸟修复项目的平面图。流动由蓝色箭头表示。Hyporheic增强包括:PP1-5:暴力池结构;SD:地下排水;PW:口袋水日志;而且,L:过度的日志。来自:Bakke等。水2020,12,425;https://doi.org/10.3390/w1202042510.3390/w12020425

该项目的该部件包括过度挖掘通道并用砾石混合物将其模仿自然流物质的砾石混合物回填到90厘米的最小深度,这是预先投影流厚度的六倍。该团队介绍了专门设计的暴露池结构,采用地下碎石延伸至2.4米,增强过低流量,增加该水在流过流循环的时间。

长期的生态恢复需要全社会的明确支持。

Post-construction
流恢复项目是一个长期的过程,对系统的后施工监控对于评估方法的有效性非常重要。在Thornton Creek,控制段在恢复渠道上游约90米。通过观察2015年夏季(施工结束后一年的全年在夏季监测的地表水和流动的温度来评估所述设计的有效性。允许整个冬季的新季节适应新的液压条件和沉积物负荷)和2017年10月,与项目前条件相比。在充分的阳光下,当太阳暴露的流水通常在下游时加热时,球队在没有阴影的情况下观察到最多1.5°C,归因于暴力池结构。表面水与流平均的温度差异平均控制范围的1.5倍,并进行了预构建范围的四倍,证明了表面和地下之间的广泛增强的水交换。使用这种垂直温度梯度,发现垂直水运动的速率比预施工现场大89倍,并且在爱达荷州的原始流中测量的速率为17倍。物流表面和地下层的砂含量的重复测量表明,返回到不可渗透的流床的不可渗透状态,展示了天然液压过程已经恢复,并且保持良好的流动状态。

其他研究人员也对桑顿溪的这个项目进行了调查。其中一个小组使用染料示踪剂来识别通过一个跳水池结构下潜流带的单个水通道。他们使用质谱分析了进入和离开潜流带的水的化学水质的差异,发现数百种有机化合物的浓度显著下降,包括83种确定的化学污染物,与车辆/道路来源和银鲑鱼的死亡率有关,即使是在水下,只需30 - 180分钟就能穿过3 - 5米的地下区域(Peter et al. 2019)。

a)-(e)显示翠鸟处理点顶部10cm处的垂直通量,给定日期。图(a)中的点表示1米/天的流量。(f)项目结束后的翠鸟处理场址相对下降(红色)和上升(蓝色)。图示中的圆点表示1.0˚C的温差。(g)相对下涌(红色)和上涌(蓝色),项目结束后的翠鸟控制区域。(h)施工前处理区照片。来自:Bakke等。水2020,12,425;https://doi.org/10.3390/W1202525.

其他调查人员研究了生物反应,并发现了对照和恢复渠道之间的复杂差异,包括增加的密度和高等无脊椎动物种群的密度和丰富性(Morley等,2021)。正如保罗·巴克解释的那样,“项目成功的一个关键标志是在建设后四年内观察Chinook Salmon产卵,只需四年。这些鱼在近期内存中没有产出来。“

传播这个词:鼓舞人心的纪录片
长期的生态恢复需要全社会的明确支持。为此,让修复工程向公众开放是至关重要的。人们希望桑顿河项目的可见度,以及由此延伸的河流恢复的重要性,将大大受益于一个强大的长篇纪录片的主题。与自然工程-气候变化的可持续解决方案该片是2019年西雅图国际电影节和2019年吉隆坡国际生态电影节(最佳纪录片入围名单)的官方影片,于2021年地球日在网上发布供大众观看。影片重点介绍了工程河床和泛滥平原的设计和施工,以及性能结果。观影者的反馈表明,观影者对这部电影所做的事情、为什么要这样做以及这部电影的长期影响有了更大的理解。

个人反应

是管道中的其他类似项目吗?自该项目完成以来,是否有邻近的房产经验丰富?

目前,我们知道没有建造其他类似的项目。但是,西雅图中有项目在考虑加入低于设计元素。最大的潜在利益在城市流域中,法规要求风暴径流基础设施。这传统上由诸如拘留池的不自然的手段而完成,这些池塘是没有人居价值。工程化史比德创造了将栖息地修复与水处理结合的机会。与洪泛平原恢复结合时,洪水损坏也会减少。自该项目建造以来,桑顿克里克的邻近物业尚未被洪水淹没。但创新需要风险,因此工程师可能不愿意采取新方法。我们希望外展讲这个故事可能会诱使他人
承担这种风险。

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