Bassin versant de la planification au sein d'un cadre d'analyse quantitative Scénario

L’objectif général de cette méthodologie est de fournir aux chercheurs et aux gestionnaires des ressources un cadre pour l’accès et la gestion des systèmes aquatiques dans les bassins versants en développement actif touchés par de multiples activités d’utilisation des terres. L’approche de planification de l’évaluation des bassins versants décrite dans cette vidéo profitera aux chercheurs et aux gestionnaires des ressources aquatiques en permettant la caractérisation et la prévision des impacts cumulatifs associés à de multiples activités d’utilisation des terres. L’un des principaux avantages de cette technique est qu’elle intègre un cadre d’analyse cumulative dans un cadre d’analyse de scénarios spatiaux GI.

Cela permet aux gestionnaires d’accéder de manière interactive aux résultats des décisions réglementaires, telles que les permis et les mesures d’atténuation. Par exemple, l’approche présentée permet de faciliter à la fois l’activité économique et l’activité de développement, tout en produisant des avantages pour les écosystèmes aquatiques grâce à l’assainissement ciblé d’autres facteurs de stress. En préparation, choisissez des mesures paysagères des activités dominantes d’utilisation des terres dans le bassin versant ciblé, telles que les attributs de la couverture terrestre dans la Base de données nationale sur la couverture terrestre

Ensuite, dans le SIG, ouvrez le fichier de bassin versant NHD de la zone ciblée. Avant de commencer le résumé, assurez-vous que chaque bassin versant a un identifiant unique. Pour commencer, allouez des données d’utilisation des terres vectorielles à chaque bassin versant de polygones.

Utilisez l’outil d’intersection tabulaire pour calculer les attributs de paysage pour chaque bassin versant. Sélectionnez la couche de bassins versants comme entité de zone d’entrée, l’identificateur unique comme champ de zone et les données d’utilisation du sol vectorielles comme entité de classe d’entrée. Ensuite, attribuez des données raster d’utilisation des terres à chaque bassin versant.

Utilisez l’outil de tabulation de la superficie pour calculer les attributs de chaque bassin versant. Sélectionnez la couche du bassin versant comme données de zone d’entité, l’identificateur unique comme champ de zone et l’ensemble de données d’occupation du sol comme raster en entrée. Maintenant, joignez les attributs d’utilisation des terres tabulés à la couche de bassin versant.

Faites un clic droit sur la couche de chalandise dans la table des matières. Dans la boîte de dialogue, sélectionnez jointures et relations, puis joindre. Sélectionnez la sortie vectorielle tabulée comme table à joindre, puis sélectionnez l’identificateur unique du bassin versant comme champ sur lequel la jointure sera basée.

Répétez cette étape pour joindre la sortie raster tabulée. Ensuite, accumulez tous les attributs du paysage et le champ de zone pour chaque bassin versant à l’aide d’un script automatisé. Cette étape calcule les superficies totales du bassin en amont et les attributs du paysage et peut être réalisée pour un à 100 000 bassins versants NHD à l’échelle à l’aide de l’outil d’attribution et d’accumulation des attributs de bassins versants.

Sélectionner les bassins versants de la NHD comme sites d’étude en fonction de leurs caractéristiques paysagères. Tout d’abord, créez un nuage de points de tous les bassins versants de la NHD en fonction de leurs valeurs cumulées des principales activités d’utilisation des terres. Sélectionner environ 40 bassins versants comme sites d’étude dans chaque bassin versant à huit chiffres de code d’unité hydrologique.

Ces sites devraient représenter l’ensemble des influences des activités dominantes d’utilisation des terres dans le bassin versant cible. Choisir des sites à l’intérieur de gradients de stress indépendants, c’est-à-dire des sites influencés par une seule activité d’utilisation des terres. De plus, choisissez des sites où l’on trouve des combinaisons de facteurs de stress influencés par de multiples activités d’utilisation des terres.

Assurez-vous que les sites sont bien répartis dans le bassin versant et indépendants les uns des autres en ce qui concerne leur drainage en aval. S’assurer que les sites situés à l’intérieur de chaque gradient de stress individuel et combiné ont également des superficies moyennes de bassin similaires. Sur le terrain, délimitez la portée d’échantillonnage à 40 fois la largeur du canal actif avec une longueur maximale et minimale de 300 et 150 mètres.

Commencez par prélever des échantillons d’eau. Choisissez l’eau en mouvement caractéristique de l’ensemble du site d’échantillonnage. Tout d’abord, obtenez des mesures instantanées de l’oxygène dissous, de la conductivité spécifique, de la température et du pH, à l’aide de capteurs portatifs.

Ensuite, prélevez un échantillon filtré. Tout d’abord, rincez l’équipement de filtration avec de l’eau déminéralisée. Ensuite, filtrez 250 millilitres d’eau pour l’analyse des métaux dissous et fixez l’échantillon à un pH inférieur à deux pour vous assurer que les métaux restent dissous dans la solution.

Ensuite, récupérez 250 millilitres d’eau non filtrée en immergeant complètement une bouteille d’échantillon dans la colonne d’eau. Pressez doucement le flacon pour expulser tout air restant et placez simultanément le bouchon sur le flacon d’échantillon. Si nécessaire, fixez l’échantillon à un pH inférieur à deux pour tuer l’activité biologique qui pourrait affecter les analytes.

Sélectionnez les analytes en fonction des activités locales d’utilisation des terres. Prélever un témoin négatif une fois lors de chaque échantillonnage en suivant tous les protocoles d’échantillonnage de l’eau pour obtenir des échantillons d’eau désionisée. Il s’agit de s’assurer qu’il n’y a pas de contamination croisée entre les sites d’échantillonnage.

Conservez tous les échantillons d’eau à quatre degrés Celsius. La procédure suivante consiste à mesurer le débit à chaque site d’échantillonnage. Pour ce faire, divisez d’abord la largeur du cours d’eau en incréments de taille égale à l’aide d’une tige de jauge de profondeur, mesurez la profondeur comme la distance entre le lit du ruisseau et la surface de l’eau, puis, à l’aide d’un courantmètre, mesurez la vitesse de l’eau à 60 % de la profondeur de l’eau.

Maintenant, calculez le débit comme la somme de tous les produits de la vitesse, de la profondeur et de la largeur à chaque section. Pour échantillonner le macro-invertébré à chaque site, prélever des échantillons à partir de quatre rapides distincts répartis sur toute la longueur du tronçon d’échantillonnage. À chaque endroit, placez l’épuisette perpendiculairement au débit du cours d’eau et, à pied, perturbez une zone de 50 centimètres carrés immédiatement en amont pour recueillir les matières dans l’épuisette.

Une fois les quatre échantillons prélevés, combinez-les et conservez-les immédiatement avec de l’éthanol à 95 %. La procédure suivante consiste à mesurer la qualité et la complexité de l’habitat physique dans l’ensemble du tronçon du cours d’eau en prenant des mesures à des points également espacés le long du sillage, qui est l’endroit dans le chenal du cours d’eau où le débit est le plus rapide. Enfin, comptez tous les gros débris ligneux dans le canal actif.

Sous-échantillonner les organismes contenus dans chaque échantillon de macroinvertébrés obtenu sur le site d’essai. Placez l’ensemble de l’échantillon composite dans un plateau de tri quadrillé de 100 pouces carrés et attribuez au hasard à chaque centimètre carré de la grille un nombre de un à 100. Retirez les organismes et les débris d’un emplacement de grille choisi au hasard et, à l’aide d’un stéréomicroscope, comptez et identifiez tous les organismes.

Continuer de compter et d’identifier les organismes à partir d’emplacements de grille choisis au hasard jusqu’à ce que le nombre total d’individus triés se situe entre 160 et 240. Identifiez l’organisme par rapport au genre à l’aide d’une clé de macroinvertébrés. Ensuite, compilez les données d’abondance au niveau du genre dans des mesures communautaires à utiliser comme variables de réponse pour la modélisation statistique.

Ces variables comprennent la richesse totale et le pourcentage d’EPT. Après avoir utilisé les données pour construire des modèles statistiques qui prédisent les conditions physiques, chimiques et biologiques, utilisez le logiciel SIG pour visualiser les prédictions. Tout d’abord, joignez les prédictions aux bassins versants NHD.

Faites un clic droit sur la couche des bassins versants dans la table des matières et sélectionnez jointures et relations, puis joindre. Sélectionnez les prédictions du modèle comme table à joindre et sélectionnez l’identificateur unique du bassin versant comme champ sur lequel la jointure sera basée. Ensuite, faites un clic droit sur la couche des bassins versants et sélectionnez propriétés.

Dans la boîte de dialogue des propriétés de la couche, cliquez sur l’onglet symbologie et sélectionnez les quantités. Sélectionnez la valeur prédite qui vous intéresse comme champ de valeur et cliquez sur Appliquer. Si nécessaire, utilisez l’option de classification pour modifier manuellement les valeurs de la plage afin qu’elles correspondent aux critères écologiques reconnus.

Maintenant, effectuez une analyse de scénario. Mettez à jour l’ensemble actuel de données de paysage en modifiant directement la table attributaire des couches de bassins versants à l’aide de la fonction calculatrice de terrain. Par exemple, remplacer un bassin versant précédemment boisé par une couverture minière.

Les utilisateurs peuvent également modifier plusieurs bassins versants pour quantifier les effets probables de plusieurs activités se déroulant sur de grandes échelles spatiales. Une autre option d’édition non illustrée ici consiste à modifier les ensembles de données vectorielles ou de paysage raster d’origine. Maintenant, à l’aide des procédures déjà présentées, réattribuez et accumulez à nouveau les attributs d’utilisation des terres mis à jour pour tous les bassins versants de la NHD.

Prévoir les conditions dans les cours d’eau en fonction de l’ensemble de données sur le paysage mis à jour et visualiser les conditions prévues. De 41 à 24 000 bassins versants NHD ont été sélectionnés comme sites d’étude dans la rivière Coal, en Virginie-Occidentale. Les sites d’étude ont été choisis pour couvrir un éventail d’influences, notamment l’exploitation minière à ciel ouvert, le développement résidentiel et l’exploitation minière souterraine.

Après avoir recueilli des données et construit des modèles statistiques, deux sous-bassins versants présentant une exploitation minière à ciel ouvert similaire ont été analysés pour divers scénarios d’aménagement du territoire et d’atténuation. Ce qui distingue le ruisseau Drawdy de Laurel Fork, c’est qu’il est influencé par les structures résidentielles et l’exploitation minière souterraine. L’analyse des scénarios suggère que Laurel Fork peut assimiler une augmentation de 21 % de la couverture terrestre minière à ciel ouvert ou de 22 structures résidentielles avant la dégradation biologique.

Avant que l’altération chimique ne se produise, le ruisseau Laurel pourrait assimiler une augmentation de 14 % des terrains miniers à ciel ouvert ou de huit mines souterraines. En revanche, on prévoit que le débit sortant du ruisseau Drawdy dépassera les critères chimiques et biologiques, de sorte que des scénarios d’atténuation ont été testés. Ni l’atténuation complète de l’effet du développement résidentiel, ni l’atténuation complète de l’exploitation minière souterraine n’étaient suffisantes pour répondre aux critères biologiques ou chimiques.

Au lieu de cela, il a été prédit que pour que le débit sortant du ruisseau Drawdy réponde aux critères biologiques et chimiques, le développement résidentiel et l’exploitation minière souterraine devraient être atténués de 94 et 75 % respectivement, comme l’indiquent les lignes pointillées. Cette approche s’attaque aux limites déjà identifiées associées à la gestion des systèmes aquatiques et à l’aménagement actif des bassins versants. Notamment, l’évaluation ciblée des bassins versants produit des données capables de quantifier des effets cumulatifs complexes à des échelles spatiales pertinentes et intègre des modèles aux capacités SIG existantes pour créer un cadre d’analyse de scénarios facilement interprétable et réalisable.

Il sera important pour nous de placer cette méthodologie dans un cadre de gestion adaptative où nous faisons des prédictions, puis accédons aux activités de gestion au fil du temps, et particulièrement à l’avenir, nous aimerions intégrer les effets du changement climatique et intégrer ces effets dans nos modèles de scénarios futurs. Ce cadre s’applique aux régions et aux bassins versants touchés par un certain nombre d’activités d’utilisation des terres et peut être utilisé pour conserver les ressources aquatiques face aux pressions socioéconomiques et politiques qui militent en faveur de la poursuite des activités de développement.