Över hela den östra delen av USA, tusentals små dammar blockerar flödet av vatten i bäckar och floder, tillbaka till kolonialtiden. Ursprungligen konstruerad för energi- och fräsverksamhet av nybyggare eller företag, de flesta kvarnarna tjänar inte längre mänskliga ändamål. Nu, många av dessa inaktiva dammar tas bort av statliga och privata myndigheter – drivna av ett behov eller hopp om att öka den allmänna säkerheten, minska ansvar och förbättra akvatiska livsmiljöer.

Dock, mindre uppmärksamhet ägnas åt huruvida avlägsnandet av dammarna kommer att skada vattenkvaliteten, vilket är precis vad University of Delaware professor Shreeram Inamdar undersöker. Som forskaren förklarar, Att blockera vattnet oavsiktligt ger en värdefull fördel. Marken uppströms dammen blir rikare på kol, som fungerar som ett viktigt kvävefilter, en viktig förorening i vår nations vattendrag.

"Denna naturliga filtreringstjänst minskar kvävekoncentrationerna i strömvattnet, förbättrar vattenkvaliteten och sparar begränsade bevaranderesurser, sa Inamdar, som fungerar som chef för UD:s program för vattenvetenskap och politik.

Inamdar och kollegor från tre andra institutioner fick två anslag från National Science Foundation för att undersöka. Det första är ett NSF-RAPID-anslag; det andra är ett vanligt anslag från NSF Hydrologic Sciences-programmet. Anslagen uppgår till 719 USD, 959 med resultat som kommer under de kommande två åren.

Vid 1840, mer än 65, 000 av dessa dammar täckte östra USA. Nu mer än 14, 000 dokumenterade dammar sträcker sig fortfarande över mitten av Atlanten och bara nordost. Mitt i UD:s bakgård, dammar sitter ledigt på White Clay Creek där tre bruk brukade fungera en gång.

Anslaget för snabbinsatser fokuserar på effekterna av borttagning av kvarndammar på grundvatten och vattenkvalitet vid floden vid floden i Pennsylvania, som har den högsta damborttagningsfrekvensen i någon stat. Borttagning av damm kan potentiellt undergräva denna filtreringstjänst, som är värdefullt för ekosystem, och öka kostnaderna för att städa upp vattenvägar. Å andra sidan, avlägsnande av dammar skulle kunna introducera en mer dynamisk grundvattenregim – som större fluktuationer av vattennivåer i jordar vid bäcken som leder till potentiellt större bearbetning och avlägsnande av kväve. Avgörande för vilka av dessa två scenarier som händer är studiens fokus.

Forskargruppen kommer att förmedla studieresultat till markägare och naturresursorgan, positionera dem för att fatta mer välgrundade beslut om damborttagningar och bättre hantera vattendelar. Inamdars forskning äger rum i Chiques Creeks vattendelare, en biflod till Susquehannafloden, inklusive Krady Milldam utanför Lancaster, Pennsylvania, som togs bort i juli 2018. UD Water Science and Policy doktorand Evan Lewis utför provtagning och övervakning.

Inamdars andra bidrag kompletterar det tidigare priset, att undersöka hur befintliga kvarndammar formar och påverkar flödet och näringsbearbetningsregimer i strömsidans grundvatten och strömvatten. Studien är den första i sitt slag som undersöker hur befintliga kvarndammar påverkar grundvattnets hydrologi och vattenkvalitet.

"Vi kommer att identifiera hotspots för kvävebearbetning omedelbart uppströms dessa kvarnar i flodjordar och bäckar för att bestämma påverkan av kvarnar, sa Inamdar, som ska arbeta med vattenvetenskaps- och policydoktoranden Ginny Jeppi.

Kvarndammar med lågt huvud, en liten struktur som tar vatten och sträcker sig över flodens eller bäckens bredd, ändra flödesregimerna för både yt- och grundvatten i bäcken och i de intilliggande flodjordarna. I både Delaware och Pennsylvania, forskare kommer att genomföra strömundersökningar och mätningar för att karakterisera in-stream-processer och förändringar.

"Dessa data kommer att integreras för att utveckla en ny, kopplat, konceptuell modell för ström- och strandprocesser och blandningsregimer uppströms kvarndammar, ", sade Inamdar. "Dessa förhållanden var utbredda för de många uppdämda strömmarna under kolonial- och postkolonialtiden. Men, i dag, de finns fortfarande kvar i uppdämda vattendrag såväl som i urbaniserade, kopplade strömmenätverk. "

Denna forskning kommer också att ge viktiga insikter om hydrologiska och biogeokemiska förhållanden i samband med stillastående vatten.

Erfarenhet av grundutbildning

Till stöd för dessa NSF-projekt, Wooster College-studenten Justine Berina kartlade befintliga, brutit och tagit bort kvarndammar i regionen. Han fick stöd av College of Agriculture and Natural Resources Summer Institute, ett praktikprogram med målet att öka underrepresenterade minoriteter inom jordbruk och vetenskap. Berina kartlade kvarndammen i New Castle County i Delaware och Cecil County i Maryland; han reviderade också befintliga kartor över dammar från Kent och Sussex län i Delaware.

De historiska dammarnas platser identifierades från historiska kartor från Library of Congress och från UD Library. Han använde också aktuella höjdkartor för Light Detection and Ranging (LIDAR) för att identifiera raceways - kanaler som tar vatten bakom dammen och flyttar det till kvarnen - associerade med de historiska dammarna. Denna forskning gjorde det möjligt för Berina att kartlägga placeringen av de historiska kvarndammen på Google Maps.

"Dessa kartor kommer att vara mycket värdefulla för NSF-projekten för att undersöka hur dessa befintliga och brutna dammar påverkar bäckekosystem och omgivande landskap, " noterade Inamdar.

Efter avslutad forskning, Berina presenterade sitt arbete på UD:s forsknings- och servicestudent -högtidssymposium.