Spartiacque Planning all'interno di una analisi quantitativa quadro Scenario

L'obiettivo generale di questa metodologia è quello di fornire ai ricercatori e ai gestori delle risorse un quadro per l'accesso e la gestione dei sistemi acquatici all'interno di bacini idrografici in via di sviluppo attivo interessati da molteplici attività di utilizzo del suolo. L'approccio di pianificazione della valutazione dei bacini idrografici descritto in questo video andrà a vantaggio dei ricercatori e dei gestori delle risorse acquatiche, consentendo la caratterizzazione e la previsione degli impatti cumulativi associati a molteplici attività di utilizzo del suolo. Uno dei principali vantaggi di questa tecnica è che incorpora un framework di analisi cumulativa all'interno di un framework di analisi di scenari spaziali GI.

Ciò consente ai manager di accedere in modo interattivo ai risultati delle decisioni normative, come le autorizzazioni e la mitigazione. Ad esempio, l'approccio presentato consente di facilitare sia l'attività economica che quella di sviluppo, producendo al contempo benefici per gli ecosistemi acquatici attraverso la bonifica mirata di altri fattori di stress. In preparazione, selezionare misure basate sul paesaggio delle attività dominanti di uso del suolo all'interno del bacino idrografico mirato, come gli attributi di copertura del suolo all'interno del National Land Cover Database.

Quindi, nel GIS, aprire il file di drenaggio NHD per l'area di destinazione. Prima di iniziare il riepilogo, assicurarsi che ogni bacino abbia un identificatore univoco. Per iniziare, assegna i dati vettoriali sull'uso del suolo a ciascun bacino poligonale.

Utilizzare lo strumento di tabulazione delle intersezioni per calcolare gli attributi del paesaggio per ciascun bacino idrografico. Selezionare il layer dei drenaggi come feature della zona di input, l'identificatore univoco come campo della zona e i dati vettoriali sull'uso del suolo come feature della classe di input. Successivamente, allocare i dati raster sull'uso del suolo a ciascun bacino idrografico.

Utilizzare lo strumento tabula area per calcolare gli attributi per ciascun bacino idrografico. Selezionare il layer del bacino idrografico come dati della zona caratteristica, l'identificatore univoco come campo della zona e il set di dati della copertura del suolo come raster di input. A questo punto, unire gli attributi tabulati dell'uso del suolo al livello di bacino.

Fare clic con il pulsante destro del mouse sul layer di raccolta nell'indice. Nella finestra di dialogo, selezionare join e correlati, quindi join. Selezionare l'output vettoriale tabulato come tabella da unire, quindi selezionare l'identificatore univoco del bacino come campo su cui si baserà il join.

Ripetere questo passaggio per unire l'output raster tabulato. Quindi, accumula tutti gli attributi del paesaggio e il campo dell'area per ogni bacino utilizzando uno script automatizzato. Questo passaggio calcola le aree totali dei bacini a monte e gli attributi del paesaggio e può essere eseguito da uno a 100.000 bacini idrografici NHD a scala utilizzando lo strumento di allocazione e accumulo degli attributi dei bacini idrografici.

Selezionare i bacini idrografici NHD come siti di studio in base alle loro caratteristiche paesaggistiche. In primo luogo, creare un grafico a dispersione di tutti i bacini idrografici NHD rispetto ai loro valori accumulati delle principali attività di uso del suolo. Selezionare circa 40 bacini idrografici come siti di studio all'interno di ogni bacino idrografico con codice di unità idrologica a otto cifre.

Questi siti dovrebbero rappresentare l'intera gamma di influenze derivanti dalle attività dominanti di uso del suolo che si trovano all'interno del bacino idrografico target. Selezionare i siti all'interno di gradienti di fattori di stress indipendenti, che sono siti influenzati dall'attività di uso del suolo. Inoltre, selezionare siti con combinazioni di fattori di stress che sono influenzati da molteplici attività di uso del suolo.

Assicurarsi che i siti siano ben distribuiti nel bacino idrografico e indipendenti l'uno dall'altro per quanto riguarda il loro drenaggio a valle. Assicurarsi che i siti che rientrano in ciascun gradiente di fattore di stress individuale e combinato abbiano anche aree medie del bacino simili. Sul campo, delineare la portata di campionamento come 40 volte la larghezza del canale attivo con lunghezza massima e minima di 300 e 150 metri.

Inizia con la raccolta di campioni d'acqua. Scegliere le caratteristiche dell'acqua in movimento dell'intero sito di campionamento. Innanzitutto, è possibile ottenere misure istantanee dell'ossigeno disciolto, della conducibilità specifica, della temperatura e del pH, utilizzando sensori portatili.

Quindi, raccogli un campione filtrato. Innanzitutto, sciacquare l'apparecchiatura di filtrazione con acqua deionizzata. Quindi, filtrare 250 millilitri di acqua per l'analisi dei metalli disciolti e fissare il campione a un pH inferiore a due per garantire che i metalli rimangano disciolti nella soluzione.

Successivamente, raccogli 250 millilitri di acqua non filtrata immergendo completamente una bottiglia di campione nella colonna d'acqua. Spremere delicatamente il flacone per espellere l'aria residua e contemporaneamente posizionare il tappo sul flacone del campione. Se necessario, fissare il campione a un pH inferiore a due per uccidere l'attività biologica che potrebbe influenzare gli analiti.

Selezionare gli analiti in base alle attività locali di utilizzo del suolo. Raccogliere un controllo negativo una volta durante ogni evento di campionamento seguendo tutti i protocolli di campionamento dell'acqua per ottenere campioni di acqua deionizzata. Questo per garantire che non vi siano contaminazioni incrociate tra i siti di campionamento.

Conservare tutti i campioni d'acqua a quattro gradi Celsius. La procedura successiva consiste nel misurare la portata in ciascun sito di campionamento. Per fare ciò, prima dividi la larghezza del torrente guadato in incrementi di uguali dimensioni utilizzando un'asta di profondimetro, misura la profondità come la distanza dal letto del torrente alla superficie dell'acqua, quindi, utilizzando un misuratore di corrente, misura la velocità dell'acqua al 60% della profondità dell'acqua.

Ora, calcola la portata come la somma di tutti i prodotti della velocità, della profondità e della larghezza in ogni sezione. Per campionare il macro invertebrato in ogni sito, prelevare campioni di calcio da quattro riffles separati distribuiti per l'intera lunghezza del raggio di campionamento. In ogni posizione, posizionare la rete perpendicolare al flusso del torrente e, a piedi, disturbare un'area di 50 centimetri quadrati immediatamente a monte per raccogliere la materia nella rete.

Una volta raccolti i quattro campioni, combinarli e conservarli immediatamente con etanolo al 95%. La procedura successiva consiste nel misurare la qualità e la complessità dell'habitat fisico in tutto il corso d'acqua effettuando misurazioni in punti equidistanti lungo la scia del thow, che è la posizione all'interno del canale del torrente con il flusso più rapido. Infine, conta tutti i pezzi di detriti legnosi di grandi dimensioni all'interno del canale attivo.

Sottocampione: gli organismi contenuti in ciascun campione di macroinvertebrati ottenuto nel sito di prova. Posizionare l'intero campione composito in un vassoio di smistamento a griglia da 100 pollici quadrati e assegnare in modo casuale a ciascun pollice quadrato della griglia un numero da uno a 100. Rimuovete organismi e detriti da una posizione della griglia selezionata casualmente e, utilizzando uno stereomicroscopio, contate e identificate tutti gli organismi.

Continuare a contare e identificare gli organismi da posizioni di griglia selezionate casualmente fino a quando il numero totale di individui ordinati è compreso tra 160 e 240. Identificare l'organismo al genere utilizzando una chiave macroinvertebrata. Quindi, compila i dati sull'abbondanza a livello di genere in metriche comunitarie da utilizzare come variabili di risposta per la modellazione statistica.

Tali variabili includono la ricchezza totale e la percentuale di EPT. Dopo aver utilizzato i dati per costruire modelli statistici che prevedono le condizioni fisiche, chimiche e biologiche, utilizzare il software GIS per visualizzare le previsioni. Innanzitutto, unisci le previsioni ai bacini idrografici NHD.

Fare clic con il pulsante destro del mouse sul layer dei drenaggi nell'indice e selezionare join e correlati, quindi join. Selezionare le previsioni del modello come tabella da unire e selezionare l'identificatore univoco del bacino di utenza come campo su cui si baserà il join. Quindi, fare clic con il pulsante destro del mouse sul layer dei drenaggi e selezionare le proprietà.

Nella finestra di dialogo delle proprietà del layer, fare clic sulla scheda simbologia e selezionare le quantità. Selezionare il valore di interesse previsto come campo del valore e fare clic su Applica. Se necessario, utilizzare l'opzione di classificazione per modificare manualmente i valori dell'intervallo in modo che corrispondano ai criteri ecologici riconosciuti.

Ora, conduci un'analisi degli scenari. Aggiorna l'attuale set di dati del paesaggio modificando direttamente la tabella degli attributi dei layer di bacino idrografico con la funzione di calcolatore sul campo. Ad esempio, è possibile modificare un bacino idrografico precedentemente boschivo in una copertura mineraria del suolo.

Gli utenti possono anche modificare più bacini idrografici per quantificare i probabili effetti di più attività che si verificano su larga scala spaziale. Un'altra opzione di modifica non mostrata qui è quella di modificare i set di dati vettoriali o raster originali del paesaggio. Ora, utilizzando le procedure già presentate, riallocare e riaccumulare gli attributi aggiornati dell'uso del suolo per tutti i bacini idrografici NHD.

Prevedere le condizioni in-stream in funzione del set di dati paesaggistici aggiornati e visualizzare le condizioni previste. Da 41 a 24.000 bacini idrografici NHD a scala sono stati selezionati come siti di studio all'interno del fiume Coal, West Virginia. I siti di studio sono stati selezionati per coprire una serie di influenze, tra cui l'estrazione mineraria di superficie, lo sviluppo residenziale e l'estrazione sotterranea.

Dopo aver raccolto dati e costruito modelli statistici, sono stati analizzati due sotto-bacini idrografici con attività minerarie di superficie simili per vari scenari di sviluppo e mitigazione dell'uso del suolo. Ciò che distingue Drawdy Creek da Laurel Fork è che Drawdy Creek è influenzato da strutture residenziali e miniere sotterranee. L'analisi dello scenario ha suggerito che Laurel Fork può assimilare un aumento del 21% della copertura del suolo minerario di superficie o di 22 strutture residenziali prima della compromissione biologica.

Prima che si verifichi un deterioramento chimico, Laurel Creek potrebbe assimilare un aumento del 14% dei terreni minerari di superficie o di otto miniere sotterranee. Al contrario, si prevede che il deflusso del Drawdy Creek superi sia i criteri chimici che biologici, quindi sono stati testati scenari di mitigazione. Né mitigare completamente l'effetto dello sviluppo residenziale, né mitigare completamente l'estrazione sotterranea è stato sufficiente per soddisfare i criteri biologici o chimici.

Invece, è stato previsto che per far sì che il deflusso del Drawdy Creek soddisfi con successo i criteri biologici e chimici, lo sviluppo residenziale e l'estrazione sotterranea dovrebbero essere mitigati rispettivamente del 94 e del 75%, come notato dalle linee tratteggiate. Questo approccio affronta i limiti precedentemente identificati associati alla gestione dei sistemi acquatici e allo sviluppo attivo dei bacini idrografici. In particolare, la valutazione mirata dei bacini idrografici produce dati in grado di quantificare effetti cumulativi complessi a scale spaziali pertinenti e integra i modelli con le funzionalità GIS esistenti per creare un quadro di analisi degli scenari facilmente interpretabile e implementabile.

Sarà importante per noi collocare questa metodologia all'interno di un quadro di gestione adattiva in cui facciamo previsioni e poi accediamo alle attività di gestione nel tempo, e in particolare andando avanti, vorremmo incorporare gli effetti del cambiamento climatico e incorporare questi effetti nei nostri modelli di scenario futuri. Questo quadro è applicabile alle regioni e ai bacini idrografici interessati da un numero qualsiasi di attività di uso del suolo e può essere utilizzato per conservare le risorse acquatiche di fronte alle pressioni socioeconomiche e politiche per continuare le attività di sviluppo.