公民科学家记录科罗拉多河的恢复科学

划船者迈克·德霍夫 (Mike DeHoff) 坐在犹他州科罗拉多河沿岸露营地的篝火旁翻阅该地区的旧照片。 美国地质调查局的科学家围着他转了一圈，饶有兴趣地越过他的肩膀观察着。 他指着一张北沃什船坡道的旧照片，这群人在那里扎营。 坡道大约建于 20年前作为临时外卖 适合在白水峡谷 (Cataract Canyon) 漂流的划船者，这是白水漂流的热门区域，流经鲍威尔湖 (Lake Powell) 上游的峡谷地国家公园 (Canyonlands National Park)。 但在过去的几十年里，随着湖水位的下降，坡道的状况迅速恶化。 这里的河流切断了土地。

德霍夫是犹他州摩押市的一名焊工，他负责“回归急流项目”，该项目记录了科罗拉多河一段名为卡塔拉特峡谷的区域的年度变化。 该项目邀请外部科学家调查物种、测量河床沉积物变化并检查新暴露岩层的地质情况。 该团队向该地区的各个组织和公众展示了这些信息以及他们自己的观察结果。 德霍夫和他的团队开展这项工作的部分原因是为了在官员做出有关河流的重要水管理决策之前提供重要信息。

德霍夫正在帮助协调今年三月与美国地质调查局大峡谷监测和研究中心进行的沉积物调查，该调查的部分河流曾经是美国第二大水库鲍威尔湖的一部分。 在过去的几十年里，干旱、气候变化和过度用水导致湖泊水位下降，给数以百万计依赖湖泊获取水和水力发电的人们带来了危机。 但随着湖水退去，德霍夫开始注意到一些意想不到的事情：上游的河流繁荣起来。

2002 年，大约是该地区开始干旱的时候，德霍夫开始看到白内障峡谷的变化。 较低的水位导致急流形成。 三叶杨和渗柳在曾经水下的地区发芽。 随着鲍威尔湖的缩小，河流冲破了留下的沉积物层——水坝阻止了河流的流动并阻止沉积物自由移动。 然而，尽管发生了这些迅速的变化，德霍夫发现很少有科学研究或公众关注集中在该河段。 他说，相反，他们的努力顺流而下，到达了湖另一边的大峡谷。

一个简短的历史

在工程师在河流上筑坝之前，卡塔奈特峡谷因其巨大、翻腾的急流而臭名昭著，并赢得了“科罗拉多河墓地”的绰号。 1964 年，格伦峡谷大坝在现在亚利桑那州佩吉市附近建成，为西部地区供电并形成鲍威尔湖水库。 在美国，鲍威尔湖水库的规模仅次于米德湖，位于下游 360 英里处。

格伦峡谷大坝建成 17 年后，水库达到满负荷（或称“满池”），绵延 186 英里长。 它淹没了一段名为格伦峡谷的河流，该河段有时被称为“美国失落的国家公园”。 峡谷曾经是多种植物和动物物种的家园，还有独特的岩石尖顶、拱门、狭缝峡谷和 3000 多处古代遗址。 就在格兰峡谷上游， 白内障峡谷 65% 也被洪水淹没，许多可怕的急流消失了。

大坝还在鲍威尔湖中截留了数百万吨沉积物，使大峡谷下游失去了沙子和淤泥。 这些沉积物含有生命所需的重要营养物质，可以形成和补充对动植物至关重要的海滩栖息地，以及每年 27,000 名大峡谷划船者的露营地。

水资源供应减少

这 西部地区正经历1200年来最严重的特大干旱。 仅仅在过去的几十年里，鲍威尔湖的水位就下降了 100 多英尺。 今年三月，当美国地质调查局完成沉积物调查时，水库的温度约为 满池的 22%， 只是 30 英尺以上 继续发电所需的电量。

各州、部落、立法者、公众和其他利益相关者都在争夺科罗拉多河日益减少的水量，该河最初是 1923 年科罗拉多河契约中的划分。 联邦政府与亚利桑那州、加利福尼亚州、科罗拉多州、新墨西哥州、内华达州、犹他州和怀俄明州之间达成的这项协议是以科学为基础的，该科学高估了未来几年的可用水量。 这使得美洲原住民部落和墨西哥完全被排除在交易之外。 多年来，随后的协议、法院判决和法令被添加到这份已有 100 年历史的文件中，以确定如何分配水。 但到 2026 年底，其中一些管理该系统的指导方针将到期，需要重新谈判。 专家表示 需要进行大幅削减 到用水量。 这甚至可能意味着在大坝周围钻探旁路管，这基本上会排干鲍威尔湖——解决方案之一 拟建垦务局 最后的 年。

回归急流项目推动的研究可以帮助官员更全面地了解他们的决定将如何影响整个河流系统。 “每个人都知道，我们必须就如何管理科罗拉多河做出重大决定，”德霍夫说。 “我们利用河流以及储存水的方式已经过时了。”

几十年来，环保人士一直提议退役格伦峡谷大坝，以恢复河流的健康并帮助节约用水。 一些支持者，包括非营利组织 格伦峡谷研究所倡导“首先填充米德湖”的提案，该提案将两个水库的水合并到米德湖中。 该提案包括在格伦峡谷大坝周围修建导流隧道，让河流自由流过，让格伦峡谷恢复如画的辉煌。 根据该研究所委托进行的一项研究，首先填满米德湖每年将节省约 300,000 英亩-英尺的水，否则这些水可能会因鲍威尔湖的地面渗漏或蒸发而流失——大约相当于 每年分配给内华达州。 但2016年 学习 犹他州立大学的研究人员估计这个数字接近 50,000 英亩-英尺。

去年冬天，犹他州破纪录的降雪导致水位再次上升。 鲍威尔湖现在就在附近 35% 已满。 但科学家警告说，干旱尚未结束，降水只是暂时解决该地区长期缺水的问题。

项目是如何形成的

德霍夫在摩押创立了 Eddyline Welding 工厂，为河流航行者焊接船只、框架和设备。 私人、商业、美国地质调查局和国家公园管理局的划船者聚集在那里交换故事和信息。

大约在 2017 年或 2018 年，长期担任木筏向导的 Peter Lefebvre 开始与 DeHoff 谈论他在卡塔赖特峡谷的观察结果。 “这就像是，‘哦，你看到这块岩石从河里伸出来了吗？’”列斐伏尔说。 两人与另一位当地人贝戈·格哈特 (Bego Gerhart) 一起组建了“回归急流项目”(Return Rapids Project)。 他们想调查当鲍威尔湖退去时，急流何时会返回卡塔拉特峡谷。 到目前为止，他们已经记录了 11 处急流的回归。

德霍夫和他的搭档、当地图书馆的副馆长梅格·弗林花了几个小时寻找鲍威尔湖上游河流的档案照片。 项目成员查明照片的拍摄地点，然后乘木筏、摩托艇或步行返回相同地点拍摄图像，通常在一年中的同一时间拍摄图像，以比较河流和景观。

“这是一次寻宝，”弗林说。 “弄清楚这一点非常有趣。”

该项目很快发展起来，2019 年，倡导河流自由流过大坝的格伦峡谷研究所 (Glen Canyon Institute) 将“回归急流项目”纳入旗下，并允许其接受捐款。 该项目现在有四名核心兼职调查员：DeHoff、Flynn、Lefebvre 和 Chris Benson（地质学家、飞行员和前木筏向导）。 他们最近还让一些年轻成员参与研究和船舶运营。

“所有这些政府办公室和机构都在做自己的事情，并没有真正关注这一点，”本森说。 “面对所有这些变化，所有对水位和干旱的担忧，人们并没有真正研究这一点。”

但科学家们现在已经根据“回归急流项目”收集的数据发表了多篇论文。

Returning Rapids 还向多个团体进行了演讲，包括犹他州地质协会、犹他州立大学科罗拉多河研究中心、科罗拉多高原河流指南和大学生班级。 他们与国家公园管理者、垦务局决策者和犹他州木筏向导分享了他们的发现。 在摩押，他们在当地活动中发表演讲，甚至为来自加利福尼亚州的来访高中生发表演讲。

该团队的观察、历史研究和照片匹配均以年度实地活页夹形式出版，供公众阅读。 商业河流导游有时会在旅途中与乘客分享活页夹。

“这已经从在焊接车间的对话变成了每个与科罗拉多河有关的国家公园管理局主管会议的一部分，”德霍夫说。 “并试图帮助他们思考这个问题，这很疯狂。”

在该领域

回到营地，美国地质勘探局的研究人员聆听德霍夫更多地谈论该地区的历史。 早上，科学家们设置了设备并登上了研究船，这些船将收集河岸沉积物的数据，以便与之前的调查进行比较。

一艘船携带有 512 个光束的声纳设备，用于绘制河底地图；还有激光雷达仪器，使用激光扫描河岸。 团队花了一天的时间在肮脏魔鬼交汇处附近的河段上行驶——他们称之为“割草”。 在两个计算机屏幕上，原始数据显示为河床的纹理图像。 “这种苔藓色、棕色的纹理表明是沙子，”研究人员凯蒂·查普曼指着屏幕说道。

2020 年至 2022 年 5 月期间，美国地质勘探局地貌学家保罗·格拉姆斯 (Paul Grams) 看到河流冲刷河床深 36 英尺，并且水现在遇到了坚固的基岩。 在这一段中，河流沿着与其历史河道不同的路径流动。 格拉姆斯说，如果水位继续下降，这里可能会形成瀑布或急流，这将改变沉积物在河流中的移动方式，并使河流的动态和生态系统向上游移动。 瀑布还可能成为鱼类洄游的障碍，并影响基础设施决策，例如在哪里建造船坡道。

当美国地质调查局的工作人员修剪草坪时，Returning Rapids 会沿着河流行驶，以匹配照片并使用鱼探仪测量河流深度。

在初夏的后续调查中，Grams 记录了一次更为剧烈的冲刷——短短六个月内冲刷了约 33 英尺——这要归功于该季节的高水流。

产生重大科学影响

这次旅行前几个月，德霍夫回到摩押的图书馆，拿出一张 11 英尺长的科罗拉多河地图，平放在面前的桌子上。 他指出了多年来发生变化的领域。 “我们已经看到各种本土动植物群来到河流恢复的地区并重新繁衍生息，”他说。

科罗拉多大学西部水评估中心的生态学家塞思·阿伦斯 (Seth Arens) 于 2019 年组织了首次“回归急流”科学之旅，他表示该地区是一个迷人的自然实验室。 阿伦斯因在一次私人旅行中与德霍夫的谈话而受到启发，开始研究鲍威尔湖地区。 他一直在侧峡谷进行植物调查，并表示他是第一个研究曾经位于水下的陆地景观的人，该区域面积约为 100,000 英亩。

到目前为止，阿伦斯已经记录了灌木、三叶杨、原生草、野花、隐生土壤结皮的早期迹象以及被称为空中花园的独特垂直生态系统——所有这些都在过去几年出现。 他说，这些知识可能有助于了解随着水库干涸和水坝拆除，干旱地区的地貌如何变化。

阿伦斯明确表示，他并不主张拆除格伦峡谷大坝，但他表示，当官员们就未来的水资源管理做出决定时，应该考虑他的研究。 尽管他尚未公布数据，但他表示已向垦务局提交了意见。 他补充道，如果鲍威尔湖重新注水，将会付出一定的代价。

“生态资源将再次被淹没和消失，”他说。 “我认为这些信息成为决策过程的一部分是公平的。”

犹他大学地质学家和地球物理学家卡里·约翰逊 (Cari Johnson) 也参加过多次“急流回归”科学之旅。 她说，回归急流项目使她对沉积物的研究更加安全、更加高效。 该组织帮助她获得许可证、与管理机构合作并提供有关划船的实用知识。

“如果没有我迄今为止所做的任何科学研究 [DeHoff]，“ 她说。 “他在将聪明人聚集在一起方面非常有效。”

“魔法发生在河边，篝火周围，”她说，“新想法、提案、论文，你知道，每一个可能的倡议。”