Spartiacque Planning all'interno di una analisi quantitativa quadro Scenario

L'obiettivo generale di questa metodologia è fornire ai ricercatori e ai gestori delle risorse un quadro di riferimento per l'accesso e la gestione di sistemi acquatici all'interno di bacini idrografici in fase di sviluppo attivo e influenzati da molteplici attività legate all'uso del suolo. L'approccio alla pianificazione della valutazione del bacino idrografico descritto in questo video sarà vantaggioso per ricercatori e gestori delle risorse acquatiche, consentendo la caratterizzazione e la previsione degli impatti cumulativi associati a diverse attività legate all'uso del suolo. Un vantaggio principale di questa tecnica è che integra un quadro analitico cumulativo all'interno di un quadro di analisi degli scenari basato sullo spazio GI.

Questo consente ai responsabili della gestione di accedere in modo interattivo ai risultati delle decisioni normative, come autorizzazioni e misure di mitigazione. Ad esempio, l'approccio presentato permette di facilitare sia le attività economiche che quelle 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 principali attività di uso del suolo all'interno del bacino idrografico target, come gli attributi di copertura del suolo all'interno del National Land Cover Database.

Quindi, nel GIS, aprire il file di bacino NHD per l'area target. Prima di iniziare il processo di sintesi, assicurarsi che ogni bacino disponga di un identificatore univoco. Per iniziare, assegnare i dati vettoriali di uso del suolo a ciascun bacino poligonale.

Utilizzare lo strumento di tabulazione dell'intersezione per calcolare gli attributi del paesaggio per ogni bacino. Selezionare il layer dei bacini come feature di zona di input, l'identificatore univoco come campo della zona e i dati vettoriali di uso del suolo come feature di classe di input. Successivamente, assegnare i dati raster di uso del suolo a ciascun bacino.

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

Fare clic con il tasto destro sul layer del bacino nella tabella dei contenuti. Nella finestra di dialogo, selezionare "join e relazioni" e quindi "join". Selezionare l'output vettoriale tabulato come tabella da unire, quindi scegliere l'identificatore univoco del bacino come campo su cui si baserà l'unione.

Ripetere questo passaggio per unire l'output raster tabulato. Quindi, accumulare tutti gli attributi del paesaggio e il campo dell'area per ogni bacino mediante uno script automatizzato. Questo passaggio calcola le aree totali dei bacini a monte e gli attributi del paesaggio ed è realizzabile per bacini NHD su scala da 1 a 100.000 utilizzando lo strumento di allocazione e accumulazione degli attributi del bacino.

Selezionare bacini NHD come siti di studio in base ai loro attributi paesaggistici. In primo luogo, creare un grafico a dispersione di tutti i bacini NHD rispetto ai valori accumulati delle principali attività di uso del suolo. Selezionare circa 40 bacini come siti di studio all'interno di ciascun bacino idrologico identificato da un codice a otto cifre.

Questi siti devono rappresentare l'intera gamma di influenze derivanti dalle attività di uso del suolo predominanti presenti nel bacino idrografico di interesse. Selezionare siti all'interno di gradienti di stress indipendenti, ovvero siti influenzati da una singola attività di uso del suolo. Inoltre, selezionare siti con combinazioni di stressori che siano influenzati da più 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 deflusso a valle. Verificare che i siti ricadenti in ciascun gradiente di stress singolo e combinato abbiano anche aree medie del bacino simili. In campo, delimitare il tratto campionato come 40 volte la larghezza del canale attivo, con una lunghezza massima di 300 metri e minima di 150 metri.

Iniziare raccogliendo campioni d'acqua. Scegliere un'acqua in movimento rappresentativa dell'intero sito di campionamento. Prima, ottenere misure istantanee di ossigeno disciolto, conducibilità specifica, temperatura e pH, utilizzando sensori portatili.

Successivamente, raccogliere un campione filtrato. Innanzitutto, sciacquare l'equipaggiamento 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, raccogliere 250 millilitri di acqua non filtrata immergendo completamente un flacone campione nella colonna d'acqua. Spremere delicatamente il flacone per eliminare qualsiasi aria residua e contemporaneamente avvitare il tappo sul flacone. Se necessario, fissare il campione a un pH inferiore a due per inattivare l'attività biologica che potrebbe influenzare gli analiti.

Selezionare gli analiti in base alle attività legate all'uso del suolo locali. Raccogliere un controllo negativo una volta durante ciascun evento di campionamento seguendo tutte le procedure di campionamento dell'acqua per ottenere campioni di acqua deionizzata. Questo passaggio serve a garantire l'assenza di contaminazione incrociata 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, dividere innanzitutto la larghezza del corso d'acqua attraversato a piedi in incrementi di dimensioni uguali utilizzando un'asta metrica, misurare la profondità come distanza tra il letto del corso d'acqua e la superficie dell'acqua, quindi, utilizzando un correntometro, misurare la velocità dell'acqua al 60% della profondità dell'acqua.

Ora, calcolare la portata come somma di tutti i prodotti tra velocità, profondità e larghezza in ciascuna sezione. Per campionare i macroinvertebrati in ciascun sito, prelevare campioni a calciotto da quattro rapide distinte distribuite lungo tutta la lunghezza del tratto campionato. In ciascuna posizione, posizionare il retino a calciotto perpendicolarmente al flusso del corso d'acqua e, con il piede, perturbare un'area di 50 centimetri quadrati immediatamente a monte per raccogliere i materiali nel retino.

Dopo aver raccolto i quattro campioni, unirli e conservarli immediatamente con etanolo al 95%. La procedura successiva consiste nel misurare la qualità e la complessità dell'habitat fisico lungo tutto il tratto del corso d'acqua effettuando misurazioni in punti equidistanti lungo la scia del flusso, ovvero la zona del canale fluviale con la velocità di corrente maggiore. Infine, contare tutti i frammenti di detrito legnoso di grandi dimensioni presenti all'interno del canale attivo.

Prelevare un sottocampione degli organismi contenuti in ciascun campione di macroinvertebrati ottenuto nel sito di prova. Posizionare l'intero campione composito in una vaschetta di separazione gridded da 100 pollici quadrati e assegnare casualmente a ciascun pollice quadrato della griglia un numero da uno a 100. Rimuovere organismi e detriti da una posizione della griglia selezionata casualmente e, utilizzando un microscopio stereoscopico, contare e identificare tutti gli organismi.

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

Tali variabili includono la ricchezza totale e la percentuale di EPT. Dopo aver utilizzato i dati per costruire modelli statistici in grado di prevedere le condizioni fisiche, chimiche e biologiche, utilizzare il software GIS per visualizzare le previsioni. In primo luogo, unire le previsioni ai bacini idrografici NHD.

Fare clic con il tasto destro sul layer dei bacini nella tabella dei contenuti e selezionare "Join e relazioni", quindi scegliere "Join". Selezionare le previsioni del modello come tabella da unire e scegliere l'identificatore univoco del bacino come campo su cui si baserà l'associazione. Successivamente, fare clic con il tasto destro sul layer dei bacini e selezionare "Proprietà".

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

Ora, eseguire l'analisi degli scenari. Aggiornare il set di dati attuale del paesaggio modificando direttamente la tabella degli attributi dei bacini tramite la funzione della calcolatrice di campi. Ad esempio, trasformare un bacino precedentemente boschivo in una copertura del suolo destinata all'estrazione mineraria.

Gli utenti possono inoltre modificare più bacini idrografici per quantificare gli effetti probabili di attività multiple che si verificano su vaste aree geografiche. Un'altra opzione di modifica non mostrata qui consiste nella modifica dei set di dati originali del paesaggio in formato vettoriale o raster. A questo punto, utilizzando le procedure già presentate, riallocare e riaccumulare gli attributi di uso del suolo aggiornati per tutti i bacini NHD.

Prevedere le condizioni del corso d'acqua in funzione del set di dati aggiornato del paesaggio e visualizzare le condizioni previste. Sono stati selezionati bacini idrografici NHD su scala da 41 a 24.000 come siti di studio nel fiume Coal, West Virginia. I siti di studio sono stati selezionati per coprire un intervallo di influenze, inclusi estrazione a cielo aperto, sviluppo residenziale ed estrazione sotterranea.

Dopo aver raccolto i dati e costruito modelli statistici, due sottobacini con attività minerarie in superficie simili sono stati analizzati in relazione a diversi scenari di sviluppo dell'uso del suolo e di mitigazione. Ciò che distingue Drawdy Creek da Laurel Fork è l'influenza delle strutture residenziali e dell'estrazione sotterranea su Drawdy Creek. L'analisi degli scenari ha indicato che Laurel Fork può assimilare un aumento del 21% della copertura del suolo dedicata all'estrazione in superficie o 22 strutture residenziali prima di subire un deterioramento biologico.

Prima che si verifichi un deterioramento chimico, Laurel Creek potrebbe assimilare un aumento del 14% della superficie destinata all'estrazione a cielo aperto o di otto miniere sotterranee. Al contrario, si prevede che l'effluente di Drawdy Creek superi sia i criteri chimici che quelli biologici, pertanto sono stati testati scenari di mitigazione. Né la mitigazione completa degli effetti dello sviluppo residenziale, né la mitigazione completa dell'estrazione sotterranea si sono rivelate sufficienti per soddisfare i criteri biologici o chimici.

Invece, è stato previsto che, affinché lo scarico del fiume Drawdy soddisfi i criteri biologici e chimici, lo sviluppo residenziale e l'estrazione mineraria sotterranea dovrebbero essere ridotti rispettivamente del 94% e del 75%, come indicato dalle linee tratteggiate. Questo approccio affronta le limitazioni precedentemente identificate associate alla gestione dei sistemi acquatici e agli bacini idrografici in fase di sviluppo attivo. In particolare, la valutazione mirata del bacino idrografico produce dati in grado di quantificare gli effetti cumulativi complessi su scale spaziali rilevanti e integra modelli con le capacità GIS esistenti per creare un quadro analitico di scenari facilmente interpretabile e attuabile.

Sarà importante inserire questa metodologia all'interno di un quadro di gestione adattativa in cui formuliamo previsioni e successivamente valutiamo le attività di gestione nel tempo; in particolare, in futuro, intendiamo incorporare gli effetti dei cambiamenti climatici e integrare tali effetti nei nostri modelli previsionali futuri. Questo quadro è applicabile a regioni e bacini idrografici influenzati da un qualsiasi numero di attività legate all'uso del suolo e può essere utilizzato per conservare le risorse acquatiche di fronte alle pressioni socio-economiche e politiche volte a proseguire le attività di sviluppo.