定量的シナリオ分析フレームワーク内の流域計画

この方法論の全体的な目標は、研究者とリソースマネージャーに、複数の土地利用活動の影響を受ける活発に開発中の流域内の水生システムにアクセスして管理するためのフレームワークを提供することです。このビデオで説明されている流域評価計画アプローチは、複数の土地利用活動に関連する累積的な影響の特性評価と予測を可能にすることにより、研究者や水生資源管理者に利益をもたらします。この手法の主な利点は、GI空間シナリオ分析フレームワーク内に累積分析フレームワークが組み込まれていることです。

これにより、マネージャーは、許可や緩和などの規制上の決定の結果にインタラクティブにアクセスできます。例えば、提示されたアプローチは、経済活動と開発活動の両方を促進することを可能にすると同時に、他のストレス要因の的を絞った修復を通じて水生生態系にその利益をもたらすことを可能にします。準備として、対象となった流域内の主要な土地利用活動のランドスケープベースのメジャー (National Land Owner Database 内の土地被覆属性など) を選択します。

次に、GIS で、対象エリアの NHD 集水域ファイルを開きます。集約を開始する前に、各集水域に一意の識別子があることを確認してください。まず、ベクターの土地利用データを各ポリゴン集水域に割り当てます。

[交差の表作成] ツールを使用して、各集水域の地形属性を計算します。入力ゾーン フィーチャとして集水域レイヤーを、ゾーン フィールドとして一意の識別子を、入力クラス フィーチャとしてベクター土地利用データを選択します。次に、ラスターの土地利用データを各集水域に割り当てます。

[エリアの表作成] ツールを使用して、各集水域の属性を計算します。集水域のレイヤーをフィーチャ ゾーン データとして選択し、一意の識別子をゾーン フィールドとして、土地被覆データ セットを入力ラスターとして選択します。次に、表形式の土地利用属性を集水域レイヤーに結合します。

[コンテンツ] ウィンドウで集水域レイヤーを右クリックします。ダイアログ ボックスで、 [結合] と [関連付け] を選択し、結合します。結合するテーブルとして表形式のベクトル出力を選択し、結合の基になるフィールドとして集水域の一意の識別子を選択します。

この手順を繰り返して、表形式のラスター出力を結合します。次に、自動化されたスクリプトを使用して、各集水域のすべての地形属性と面積フィールドを蓄積します。このステップでは、上流の流域面積と景観属性の合計を計算し、集水域属性の割り当てと蓄積ツールを使用して、1〜100、000のスケールのNHD集水域で実行できます。

NHD 集水域を、その景観属性に基づいて調査サイトとして選択します。まず、主要な土地利用活動の累積値に対するすべての NHD 集水域の散布図を作成します。約 40 の集水域を 8 桁の水文単位コード集水域内の調査サイトとして選択します。

これらのサイトは、対象流域内で見つかった主要な土地利用活動からの影響の全範囲を表す必要があります。独立したストレッサー勾配内のサイト(単一の土地利用活動の影響を受けるサイト)を選択します。また、複数の土地利用活動の影響を受けるストレッサーの組み合わせを持つサイトを選択します。

サイトが流域に十分に分布し、下流の排水に関して互いに独立していることを確認してください。個々のストレッサー勾配と複合ストレッサー勾配内にあるサイトも、同様の平均流域面積を持っていることを確認します。現場では、サンプリング リーチをアクティブ チャネル幅の 40 倍、最大長と最小長を 300 メートルと 150 メートル

まず、水のサンプルを採取します。サンプリングサイト全体の移動水特性を選択します。まず、ハンドヘルドセンサーを使用して、溶存酸素、比伝導率、温度、およびpHの測定値を瞬時に取得します。

次に、フィルタリングされたサンプルを収集します。まず、ろ過装置を脱イオン水ですすいでください。次に、溶解した金属の分析のために250ミリリットルの水をろ過し、サンプルを2未満のpHに固定して、金属が溶液に溶解したままであることを確認します。

次に、サンプルボトルを水柱に完全に浸して、ろ過されていない水を250ミリリットル収集します。ボトルを静かに絞って残っている空気を排出すると同時に、サンプルボトルにキャップを取り付けます。必要に応じて、サンプルを 2 未満の pH に固めて、分析種に影響を与える可能性のある生物学的活性を殺します。

地域の土地利用活動に基づいて分析種を選択します。すべての水サンプリングプロトコルに従って脱イオン水のサンプルを取得することにより、各サンプリングイベント中にネガティブコントロールを1回収集します。これは、サンプリングサイト間で交差汚染が発生しないようにするためです。

すべての水サンプルを摂氏4度で保存します。次の手順は、各サンプルサイトでの排出量を測定することです。これを行うには、まず水深計ロッドを使用して水深計の幅を均等に分割し、河床から水面までの距離として深さを測定し、次に電流計を使用して、水深の60%で水の速度を測定します。

次に、各セクションの速度、深さ、および幅のすべての積の合計として放電を計算します。各サイトでマクロ無脊椎動物をサンプリングするには、サンプリングリーチの全長に分布する4つの別々のリフルからキックサンプルを採取します。各場所で、キックネットを小川の流れに対して垂直に置き、徒歩で、すぐ上流の50平方センチメートルの領域を乱してキックネットに物質を収集します。

4つのサンプルを採取したら、それらを結合し、すぐに95%エタノールで保存します。次の手順は、最も流れの速い河川チャネル内の位置であるタウウェイクに沿った等間隔のポイントで測定することにより、河川到達範囲全体の物理的な生息地の品質と複雑さを測定することです。最後に、アクティブチャネル内の大きな木質の破片をすべて数えます。

試験場で得られた各大型無脊椎動物サンプルに含まれる生物をサブサンプリングします。複合サンプル全体を100平方インチのグリッド付きソーティングトレイに置き、グリッドの各平方インチに1から100までの番号をランダムに割り当てます。ランダムに選択したグリッド位置から生物や破片を取り除き、実体顕微鏡を使用して、すべての生物を数え、識別します。

ランダムに選択されたグリッド位置から、ソートされた個体の総数が160〜240になるまで、生物をカウントして識別し続けます。大型無脊椎動物のキーを使用して、属する生物を特定します。次に、属レベルの個体数データをコミュニティメトリクスにコンパイルして、統計モデリングの応答変数として使用します。

このような変数には、総リッチネスとEPTの割合が含まれます。データを使用して物理的、化学的、生物学的条件を予測する統計モデルを構築した後、GISソフトウェアを使用して予測を視覚化します。まず、予測をNHD集水域に結合します。

[コンテンツ] ウィンドウで集水域レイヤーを右クリックし、[結合と関連付け] を選択してから結合します。結合するテーブルとしてモデル予測を選択し、結合の基になるフィールドとして集水域の一意の識別子を選択します。次に、集水域レイヤーを右クリックして、プロパティを選択します。

レイヤープロパティダイアログボックスで、シンボルタブをクリックし、数量を選択します。値フィールドとして関心のある予測値を選択し、[適用] をクリックします。必要に応じて、分類オプションを使用して、認識された生態学的基準に一致するように範囲値を手動で変更します。

次に、シナリオ分析を行います。フィールド演算機能を使用して集水域レイヤーの属性テーブルを直接編集し、現在の地形データ セットを更新します。たとえば、以前は森林に覆われていた集水域を鉱業用土地被覆に変更します。

また、ユーザーは複数の集水域を編集して、大きな空間スケールで発生する複数の活動の影響を定量化することもできます。ここに示されていない別の編集オプションは、元のベクターまたはラスターのランドスケープデータセットを編集することです。次に、すでに提示した手順を使用して、すべてのNHD集水域の更新された土地利用属性を再割り当てし、再蓄積します。

更新されたランドスケープデータセットの関数として河川内の条件を予測し、予測された条件を視覚化します。ウェストバージニア州コールリバー内の調査サイトとして、41〜24,000のスケールNHD集水域が選択されました。調査サイトは、露天掘り、住宅開発、地下採掘など、さまざまな影響にまたがるように選択されました。

データを収集し、統計モデルを構築した後、同様の露天掘りを行う2つのサブ流域を、さまざまな土地利用開発および緩和シナリオについて分析しました。ドローディクリークがローレルフォークと一線を画しているのは、ドローディクリークが住宅構造物と地下採掘の影響を受けていることです。シナリオ分析では、ローレルフォークは、生物学的障害が発生する前に、地表採掘の土地被覆または22の住宅構造物が21%増加したことを吸収できることが示唆されました。

化学物質の損傷が発生する前に、ローレルクリークは、露天掘りの土地または8つの地下鉱山の14%の増加を吸収することができます。対照的に、Drawdy Creekの流出は化学的および生物学的基準の両方を超えると予測されているため、緩和シナリオがテストされました。住宅開発の影響を完全に緩和することも、地下採掘を完全に緩和することも、生物学的または化学的基準を満たすには十分ではありませんでした。

それどころか、ドローディ・クリークの流出を生物学的および化学的基準を成功裏に満たすためには、破線で示されているように、住宅開発と地下採掘をそれぞれ94%と75%軽減する必要があると予測されました。このアプローチは、水生システムの管理と流域の積極的な開発に関連する以前に特定された制限に対処します。特に、ターゲットを絞った流域評価は、関連する空間スケールでの複雑な累積効果を定量化できるデータを生成し、モデルを既存のGIS機能と統合して、簡単に解釈および実装可能なシナリオ分析フレームワークを作成します。

この方法論を、予測を行い、時間の経過とともに管理活動にアクセスする適応管理のフレームワークに位置づけることが重要であり、特に今後は、気候変動の影響を組み込み、これらの影響を将来のシナリオモデルに組み込んでいきたいと考えています。このフレームワークは、さまざまな土地利用活動の影響を受ける地域や流域に適用でき、開発活動の継続を求める社会経済的および政治的圧力に直面して水産資源を保護するために使用できます。