Dvoustupňový odvodňovací příkop - Two-stage drainage ditch

Průřezový diagram dvoustupňového odvodňovacího příkopu

Odtok příkop je deprese v zemi vytvořené k usměrnění voda. Odtokové příkopy se obvykle vytvářejí kolem nízko položených oblastí, silnic nebo polí v blízkosti vodního útvaru nebo jsou vytvářeny k usměrňování vody ze vzdálenějších oblastí vodní zdroj za účelem rostliny zavlažování. Dvoustupňový odvodňovací příkop je klasifikován jako „povrch“ udržitelný odvodňovací systém, na rozdíl od podpovrchového systému. Dvoustupňový odvodňovací příkop je úpravou pozemku, kterým jsou travnaté lavičky, které slouží jako nivy jsou tvořeny v zemi povodí vodního systému, jak je znázorněno na obrázku vpravo.^[1] Realizací laviček na obou stranách vodní tělo, energie povrchového odtoku se rozptýlí a udržuje fluviální procesy kanálu, čímž se zlepší stabilita vody a Kvalita vody stávajícího kanálu.^[2]

Fotografie dvoustupňového odvodňovacího příkopu v rámci iniciativy Indiana Watershed Initiative

Problémy životního prostředí

Nedostatečné odvodňovací příkopy a vodohospodářské systémy urychlují procesy znečištění vody, nadměrně vysychat půdy v době sucho sezóny a stát se trvalou finanční zátěží, kterou je třeba udržovat, pokud nebudou řádně uplatňovány proaktivní systémy řízení odvodnění.

Průřezový diagram „konvenčního“ odvodňovacího příkopu

Tradiční odvodňovací příkopy a systémy, jako je „konvenční příkop“ napravo, byly sužovány problémy udržování eroze a problémy s nestabilitou způsobené neschopností stávajícího kanálu spravovat velké objemy vypouštění vody během špičkových toků. V důsledku toho je tato eroze okolní země způsobena povrchový odtok vyvolává v otázkách zhoršující se kvality vody a sedimentace, rozšíření banky a kanálu a degradace orná půda v blízkosti vodního útvaru. V důsledku toho se tyto problémy zhoršují, dokud se nestane vodní kanál neprůchodné a vyžadují rozsáhlou a nákladnou údržbu.^[3]

Například udržitelná implementace návrhu příkopu, například správně vytvořený dvoustupňový odvodňovací příkop, může takové problémy zmírnit samonosným způsobem s minimálním dopadem na přírodní prostředí. geomorfologické rovnováha širšího ekosystému konkrétního vodního útvaru. Přejít na tradiční odvodnění příkop s, dvoustupňový drenážní příkop je lépe vybaven pro řízení rychlosti a filtrace toku živin a dalších kontaminanty z okolní půdy do vodního útvaru, čímž se řeší takové problémy životního prostředí (viz níže).^[3]

Výhody, které řeší takové problémy životního prostředí

Při uznání těchto environmentálních problémů je primárním účelem dvoustupňového odvodňovacího příkopu efektivnější transportní sediment a další kontaminující látky využívající přírodní fluviální procesy stávajících kanálů s minimální údržbou a zároveň umožnit pokračování stávajících činností na zemi v blízkosti vodního útvaru, jako je zemědělství, zavlažování nebo práce na silnici.^[2] Celkovým přínosem dvoustupňového drenážního příkopu je tedy stabilita vodního kanálu a širší ekosystém, snížené rychlosti vypouštění během vysokých průtoků a snížený sediment vstupující do vodního systému, což pomáhá zmírnit většinu environmentálních problémů, kterým trpí stávající vodní kanály. . Současně dvoustupňový odvodňovací příkop vyžaduje jen malou nebo žádnou údržbu, protože jde o strategii přirozeného geomorfologického managementu, která nenarušuje rovnováhu, kterou konvenční strategie, jako je opevnění způsobí. Kromě toho velká část vegetace, kromě půdy potřebné k realizaci přilehlých travnatých laviček (viz analýza nevýhod níže) a přirozeného tvaru a meandr Během vytváření dvoustupňového odvodňovacího příkopu zůstává vodní kanál z velké části nezměněn, čímž chrání systém ekologie a podstatně snižuje náklady na průběžnou údržbu, na rozdíl od jiných systémů správy odvodnění.^[2]

Odezva ekosystému - snížená eutrofizace

Dvoustupňový přístup k odvodňovacímu příkopu dále zlepšuje kvalitu vody prostřednictvím živin asimilace zlepšením interakce sedimentu / půdy a vody na přilehlých lavičkách nad vodním útvarem, které fungují podobně nivy nebo mokřady. Následně se podél těchto lineárních laviček usazuje sediment a další kontaminující látky, což omezuje únikový účinek takového sedimentu z okolního povodí do samotného vodního kanálu.

Snížená úroveň znečišťujících látek (zejména z přehnojené půdy), jmenovitě dusíku a fosforu, snižuje hladinu eutrofizace odehrávající se ve vodě. Omezená úroveň eutrofizace ve vodě snižuje hladinu květy řas a růst okřehek které vytvářejí ve vodním systému anoxické podmínky. To vyvolává ztrátu biologické rozmanitosti ve vodním životě a omezuje zemědělskou funkčnost příkopů.^[4]

Výhody a nevýhody dvoustupňové odvodňovací příkopy

Výhody	Nevýhody
Snížené povodně, nasycení půdy, eroze a lepší podmínky pěstování Dvoustupňový odvodňovací příkop zavedením laviček vytváří na průřezu větší plochu než stávající přírodní lichoběžníkový kanál. To ukazuje následující diagram. Následkem toho je snížený sklon k povodním v přilehlých horských oblastech povodí, a tedy méně nasycení půdy který brání kvalitě půdy a erozi a následné sedimentaci do vodního kanálu. Výsledek je vylepšen podpovrchový odvodňovací výkon, a tedy i růstové podmínky v kořenové zóně[5] Porovnání požadavků na půdu pro stávající kanál se zavedením dvoustupňové odvodňovací příkopy	Rozšíření kanálu Počáteční náklady Hlavní nevýhodou spojenou s dvoustupňovým odvodňovacím příkopem jsou počáteční náklady na zemní práce nutné ke zvýšení stávajícího kanálu pro stavbu laviček. Stavební náklady na takové zemní práce jsou podmíněny velikostí povodí a hloubkou příkopu a pohybují se přibližně od 5–20 USD / lineární stopu.[6] Zatímco na rozdíl od alternativních opatření dochází při realizaci dvoustupňového odvodňovacího příkopu k minimální ztrátě vegetace, dojde ke zničení vegetace, která brání rozšíření kanálu tak, aby vznikly sousední lavičky. Výsledek rozšíření příkopu se navíc projeví v horní části příkopu. Blízká orná půda nad příkopem bude tedy odevzdána. Ztráta vegetace a výměry Je zřejmé, že s odkazem na diagram vlevo je třeba stávající kanál rozšířit o dalších 13 stop půdy, aby se vytvořily nivy (lavičky) „Více než kilometr dlouhý dosah [vodního kanálu] přidává až více než 1,5 akru půdy potřebné pro konstrukci dvoustupňového odvodňovacího příkopu“. Tento výměra pozemků již může být v současné době využíváno k jiným účelům nebo obsahuje infrastrukturu a podpovrchové plynovody nebo kanalizace. Čím větší je kanál, tím více půdy, a tedy zvýšené finanční prostředky potřebné k pohybu vegetace.[5] Omezení a související náklady na ztrátu půdy nezbytné pro rozšíření příkopu nakonec tvoří výhradu. Aby se však maximalizovala stabilita kanálu a ekologická funkčnost k překonání nevýhody, studie Ohio State University naznačují, že „celková šířka laviček plus existující vložený kanál bude 3-5krát větší než vložená šířka kanálu, která se bude časem vytvářet“.[2]
Nižší průběžné náklady I když je výstavba dvoustupňového odvodňovacího příkopu nákladná, náklady na dlouhodobou údržbu spojené s dvoustupňovým odvodňovacím příkopem budou pravděpodobně nižší než alternativní strategie řízení a tradiční návrhy příkopů. Je to proto, že lavičky zabudované do dvoustupňového odvodňovacího příkopu vytvářejí vložený kanál, který je do značné míry samovolně splachovací a má účinnější přepravní kapacita sedimentů ve srovnání s jinými návrhy příkopů. Návrh dvoustupňového příkopu se tedy v průběhu času méně pravděpodobně zaplní, což povede k a soběstačný systém správy vyžadující méně častou údržbu než návrh managementu, jako je opevnění. Dlouhodobé snížení nákladů nakonec působí tak, že neutralizuje vysoké počáteční náklady potřebné ke konstrukci dvoustupňového odvodňovacího příkopu na rozdíl od alternativních návrhů příkopů.[6]	Vyšší počáteční náklady než alternativní strategie řízení Jako uznání výše uvedeného jsou počáteční náklady spojené s vytvořením dvoustupňového odvodňovacího příkopu, zejména laviček sousedících s vodním kanálem, pravděpodobně vyšší než náklady vynaložené tradičnějšími přístupy k údržbě. Jelikož je taková počáteční investice nezbytná, musí vlastník půdy, který realizuje dvoustupňový odvodňovací příkop, provést analýzu nákladů a přínosů, jak nutnost systému řízení a přínosy projektu převažují nad souvisejícími náklady.[5] Škálovaný diagram dvoustupňového odvodňovacího příkopu

Optimální umístění

Optimální oblast pro vytvoření dvoustupňového odvodňovacího příkopu je tam, kde jsou lavičky, které se již přirozeně tvoří z binárních důvodů. Za prvé, je tu pokuta usazenina k dispozici a přístupné ve spodní části kanálu, čímž se eliminují náklady spojené s hloubením a přemisťováním sedimentů za účelem umělé výroby laviček v povodí s minimálním přirozeným vytvořením lavičky. Zadruhé, významná část toku vody vstupujícího do kanálu přichází v podobě podpovrchové odvodnění který obsahuje velmi málo sedimentu, takže tento tok zachytí sediment jednou uvnitř příkopu s minimálním přirozeným vytvořením lavičky. Tedy z důvodů sedimentace a úspory nákladů v podobě výkopů pozemků a přeprava sedimentů, je výhodnější uložit dvoustupňový odvodňovací příkop v místě, kde se již přirozeně tvoří lavičky.^[2]

Případová studie: Jihovýchodní Minnesota

Minnesotské vydání

Problém, kterému čelí systémy pro správu kanálů v Minnesotě, se týká implementace tradičních příkopových systémů, které se používaly k narovnání dřívějších toků horních toků, což narušilo fluviální procesy hydrologického systému. Ve skutečnosti existuje více než 25 000 mil těchto tradičních odvodňovacích příkopů podél zemědělských polí v Minnesota, zejména na jihovýchodě v částech EU Horní řeka Mississippi.^[7] Vyšetřování ochrany přírody v oblasti Minnesoty potvrdilo výše uvedená omezení tradičního řízení odvodnění výše,

Průřezový diagram Adamse Birra implementovaný v Minnesotě

zjištění, že tyto hluboké a široké konvenční příkopy jsou vysoce náchylné k erozi a sedimentaci, což brání stabilitě příkopu, zjištění nadměrné hladiny dusíku a fosforu v potokech, které vedou k eutrofizaci, kromě zvýšeného zaplavení.^[7] Biske potvrdil Hansenův názor, že jakmile jsou takové příkopy usměrněny a zkonstruovány, pokus o navrácení kanálů do jejich přirozených fluviálních procesů a klikatá příroda má za následek zhoršenou erozi a usazování sedimentů.

Řešení: Dvoustupňový odvodňovací příkop

Proto, aby se obnovilo a zmírnilo problémy s kvalitou vody, protože zemědělství je největším zdrojem příjmů v Minnesotě, začala organizace Nature Conservancy testovat hodnotovou analýzu spojenou s vytvořením dvoustupňových drenážních systémů v regionu v posledním desetiletí. V roce 2010 byl zaveden dvoustupňový odvodňovací příkop o délce 7 000 metrů, známý jako „Adams Birr“ (viz obrázky vpravo).^[7]

Z provedených denních výsledků, testování koncentrace dusičnanů v kanálu, předběžné údaje ukázaly, že i když v roce 2010 nebylo k dispozici dostatečné množství údajů o úplných přínosech zavedeného dvoustupňového odvodňovacího příkopu pro životní prostředí, došlo k minimálnímu snížení denních úrovní dusičnanů příjem, měřeno proti celkovému dennímu příjmu srážek. Delší časový horizont údajů by dále prokázalo pozitivní dopad, na který má dvoustupňový odvodňovací příkop dusičnan úrovně v kanálu během období

Fotografie Adamse Birra v Minnesotě

srážek.

Nakonec, v době, kdy byla zpráva zveřejněna, bylo příliš brzy na to, aby představovaly výhody programu pro útlum živin. Počáteční vizuální pozorování však prokázala vylepšení stanovišť a zlepšení vodního života od počátečních výsledků redukce dusičnanů již začaly probíhat, protože proces eutrofizace ve vodním kanálu se začal zpomalovat.^[7]

Reference