Den här månaden, Bloede Dam kommer att tas bort från Lower Patapsco River nära Ilchester, Maryland.

Restaureringen är ett unikt naturligt experiment som kommer att hjälpa till att testa hur relativt billiga drönare kan hjälpa forskare som jag att förstå integriteten hos bäckar och floder.

Mina medarbetare inkluderar studenter och forskare från University of Maryland Baltimore County, Maryland Geological Survey, Maryland Department of Natural Resources, National Oceanic and Atmospheric Administration och U.S. Geological Survey.

Om vårt tillvägagångssätt fungerar, det kommer att tillåta oss att spåra sedimentrörelser mer fullständigt och exakt än någonsin tidigare, till en bråkdel av kostnaden.

Vad kommer att förändras

Färdigställd 1907 och i drift i 30 år, Bloede Dam innehöll den första nedsänkta vattenkraftsanläggningen i USA, 26,5 fot hög, det representerar en av de största dammborttagningarna på östra kusten.

Varför ta bort dammen? Staten, federala myndigheter och ideella American Rivers hoppas kunna eliminera en övergiven risk för allmän säkerhet.

Att ta ut dammen kommer också att komplettera restaurering från tidigare damborttagningar uppströms och utöka anslutna livsmiljöer för fiskar och andra vattenlevande varelser. Patapsco var en gång värd för stora sötvattensflöden av shad, alewife och amerikansk ål, som blockerades av dammen. En fisktrappa har visat sig vara ineffektiv för att förbinda uppströms delar av floden med nedströms mynning och Chesapeake Bay.

Trots en framträdande roll i tidig amerikansk tillverkning, Patapsco Valley har drabbats av sin del av miljöutmaningar. Kolonial sjöfart tvingades flytta till Baltimore efter att den ursprungliga hamnen vid Elkridge Landing kvävdes av sediment från fraktbarlast, brytning av flodstranden och uppströms skogsröjning. En gång en 10-fots kanal omgiven av ett saltvattenkärr, idag är platsen fräsch och kanalen mindre än två fot djup.

Periodiska översvämningar har också orsakat förödelse i den smala ravinen, ibland med katastrofala resultat. Under de senaste åren, översvämningar strax uppströms i Ellicott City har brutit avloppsledningen som går längs dalbotten och omorganiserat stora mängder sand, trä och sten i nedströmskanalen.

I dag, dammen lagrar cirka 2,6 miljoner kubikfot skiktad silt och sand mindre än åtta miles från Chesapeake Bays tidvatten. När dammen tas bort, vi vill veta hur så mycket sediment kommer att röra sig och hur snabbt.

Varför sedimentrörelser?

Att förstå sedimentrörelser är avgörande för flodförvaltningen i alla jurisdiktioner i Chesapeake Bays vattendelare.

Sediment hjälper till att balansera vattenflödet för att bibehålla kanalform och stabila livsmiljöer för vattenväxter, ryggradslösa djur och fiskar. Flodsediment är nödvändigt för att hjälpa flodmynningar att bekämpa höjning av havsnivån. Dock, fint sediment kan också vara en förorening i, eller transportera näringsämnen och tungmetaller till, nedströms mynningar.

Även om det är lätt att observera bevis på sedimenterosion från flodstränder eller sluttningar, det är ofta oklart var och hur mycket av det sedimentet som återavsätts och lagras. Hantering av sedimentlagring, speciellt bakom dammar, kan vara något kontroversiellt.

Efter att ha studerat flera andra damborttagningar, vi förväntar oss att sediment som fångas bakom dammen snabbt kommer att evakueras och omfördelas nedströms under en period av flera år.

Dock, det är fortfarande mycket vi inte vet. Översvämningar efter intensiva stormar kan flytta enorma mängder sediment, förändra dalbottnen på bara timmar. Kommer sådana stormar att deponera sediment någon annanstans i ravinen eller kustflodslätten, eller leverera den till viken?

Nya sätt att spåra förändringar

Det är logistiskt svårt att exakt mäta stora och potentiellt snabba kanalförändringar.

I en typisk fältundersökning, tekniker mäter vattendjup, flöde, bottensubstrat och annan information på specifika platser. Även om strömningskanaler kan variera enormt över rymden såväl som över tiden, vi forskare kan sällan representera en sådan variation i våra mätningar. Istället, vi samlar in isolerade ögonblicksbilder i tid. Det gör att vi har mindre förståelse för dynamiska sedimentrörelser, förödelse orsakad av översvämningsvågor eller mångfalden av förhållanden som är nödvändiga för att stödja vattenlevande liv.

Mätstationer placerade uppströms och nedströms dammen mäter vattenflödet och uppskattar suspenderat material som fin silt och lera, men inte grövre sand och grus som rör sig längs rännans botten. Undersökningar av 30 tvärsnitt fördelade över åtta miles ger information om hur kanalens form och sammansättning varierar när man korsar kanalen, men relativt lite om tusentals fot mellan varje transekt.

Vad mer, efter en stor översvämning, forskare måste genomföra nya tvärsnittsundersökningar, tar upp till en månad i ibland under riskfyllda förhållanden.

Vårt team försöker lägga till våra mätningar genom att distribuera små, hylla drönare som fotograferar hela dalbottnen. Upprepa bilder innan, under och efter borttagning kan hjälpa oss att spåra platsen för en sedimentplym när den rör sig nedströms. De tillåter också nya perspektiv på floden.

Enbart förlitar sig på överlappande foton som samlats in både före och efter borttagning av dammen, vi kommer att skapa 3-D datormodeller av kanalens botten och vattendjup – inte bara vid de undersökta tvärsnitten, men med några centimeters mellanrum längs kanalen. Även om denna teknik fungerar bäst på grunt vatten, våra modeller bör tillåta oss att avsevärt förbättra uppskattningarna av både mängden och platsen för kanalförändringar när sediment rör sig nedströms.

Med det nya tillvägagångssättet, vårt team samlar in en fotouppsättning av alla åtta miles på bara några dagar, och ytterligare arbete sker inom en stationär dator. Det innebär att mätningar kan upprepas eller göras på nytt när som helst med hjälp av arkiverade bilder.

Även om vi verkligen är nyfikna på att se hur så mycket sediment rör sig, vi är särskilt intresserade av hur väl vi kan fånga det. Om det fungerar, denna teknik kommer sannolikt att förändra hur forskare samlar in mätningar och övervakar floder.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.