Name: Planowanie działu wodnego w ramach ilościowej analizy scenariuszy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-24T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 44 s
Description: Poznaj metodologię planowania działu wodnego z wykorzystaniem analizy scenariuszy GIS do zarządzania systemami wodnymi. To podejście umożliwia przewidywanie skumulowanych skutków działalności człowieka i wspomaga podejmowanie decyzji regulacyjnych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy licznym pomocnikom terenowym i laboratoryjnym, którzy byli zaangażowani w różne aspekty tej pracy, szczególnie Donnie Hartman, Aaronowi Maxwellowi, Ericowi Millerowi i Alison Anderson. Finansowanie tego badania zostało zapewnione przez US Geological Survey dzięki wsparciu Agencji Ochrony Środowiska USA (EPA) Region III. Badanie to zostało częściowo opracowane w ramach umowy o pomocy stypendialnej Science To Achieve Results o numerze FP-91766601-0 przyznanej przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska. Chociaż badania opisane w tym artykule zostały sfinansowane przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA), nie zostały poddane wymaganej przez agencję ocenie wzajemnej i politycznej, a zatem niekoniecznie odzwierciedlają poglądy agencji i nie należy wnioskować o jej oficjalnym poparciu.

<ol><li>Allan, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Landscapes+and+riverscapes%3A+the+influence+of+land+use+on+stream+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Ecol.+Evol.+Syst%22%5BJournal%5D)">Landscapes and riverscapes: the influence of land use on stream ecosystems.</a> Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 35, 257-284 (2004).</li>
<li>Merovich, G. T., Petty, J. T., Strager, M. P., Fulton, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+classification+of+stream+condition%3A+a+house-neighborhood+framework+for+establishing+conservartion+priorities+in+complex+riverscapes%5BTitle%5D)+AND+%22Freshwater+Science%22%5BJournal%5D)">Hierarchical classification of stream condition: a house-neighborhood framework for establishing conservartion priorities in complex riverscapes.</a> Freshwater Science. 32, 874-891 (2013).</li>
<li>Merriam, E. R., Petty, J. T., Strager, M. P., Maxwell, A. E., Ziemkiewicz, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scenario+analysis+predicts+context-dependent+stream+response+to+land+use+change+in+a+heavily+mined+central+Appalachian+watershed%5BTitle%5D)+AND+%22Freshwater+Science%22%5BJournal%5D)">Scenario analysis predicts context-dependent stream response to land use change in a heavily mined central Appalachian watershed.</a> Freshwater Science. 32, 1246-1259 (2013).</li>
<li>Petty, J. T., Fulton, J. B., Strager, M. P., Merovich, G. T., Stiles, J. M., Ziemkiewicz, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Landscape+indicators+and+thresholds+of+stream+ecological+impairment+in+an+intensively+mined+Appalachian+watershed%5BTitle%5D)+AND+%22J.+N.+Am.+Benthol.+Soc%22%5BJournal%5D)">Landscape indicators and thresholds of stream ecological impairment in an intensively mined Appalachian watershed.</a> J. N. Am. Benthol. Soc. 29, 1292-1309 (2010).</li>
<li>Seitz, N. E., Westbrook, C. J., Noble, B. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bringing+science+into+river+systems+cumulative+effects+assessment+practice%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Impact+Asses%22%5BJournal%5D)">Bringing science into river systems cumulative effects assessment practice.</a> Environ. Impact Asses. 31, 172-179 (2011).</li>
<li>Duinker, P. N., Greig, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+importance+of+cumulative+effects+assessment+in+Canada%3A+ailments+and+ideas+for+redeployment%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Manage%22%5BJournal%5D)">The importance of cumulative effects assessment in Canada: ailments and ideas for redeployment.</a> Environ. Manage. 37, 153-161 (2006).</li>
<li>Merriam, E. R., Petty, J. T., Strager, M. P., Maxwell, A. E., Ziemkiewicz, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Landscape-based+cumulative+effects+models+for+predicting+stream+response+to+mountaintop+mining+in+multistressor+Appalachian+watersheds%5BTitle%5D)+AND+%22Freshwater+Science%22%5BJournal%5D)">Landscape-based cumulative effects models for predicting stream response to mountaintop mining in multistressor Appalachian watersheds.</a> Freshwater Science. 34, 1006-1019 (2015).</li>
<li>Duinker, P. N., Greig, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scenario+analysis+in+environmental+impact+assessment%3A+improving+explorations+of+the+future%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Impact+Asses%22%5BJournal%5D)">Scenario analysis in environmental impact assessment: improving explorations of the future.</a> Environ. Impact Asses. 27, 206-219 (2007).</li>
<li>Kepner, W. G., Ramsey, M. M., Brown, E. S., Jarchow, M. E., Dickinson, K. J. M., Mark, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrologic+futures%3A+using+scenario+analysis+to+evaluate+impacts+of+forecasted+land+use+change+on+hydrologic+services%5BTitle%5D)+AND+%22Ecosphere%22%5BJournal%5D)">Hydrologic futures: using scenario analysis to evaluate impacts of forecasted land use change on hydrologic services.</a> Ecosphere. 3, 1-25 (2012).</li>
<li>Gergel, S. E., Turner, M. G., Miller, J. R., Melack, J. M., Stanley, E. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Landscape+indicators+of+human+impacts+to+riverine+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Aquat.+Sci%22%5BJournal%5D)">Landscape indicators of human impacts to riverine systems.</a> Aquat. Sci. 64, 118-128 (2002).</li>
<li>McKay, L., Bondelid, T., Dewald, T., Johnston, J., Moore, R., Rea, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMcKay%2C+L+%22NHDPlus+Version+2%3A+User+Guide%22">NHDPlus Version 2: User Guide</a>. , (2012).</li>
<li>Strager, M. P., Petty, J. T., Strager, J. M., Barker-Fulton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+spatially+explicit+framework+for+quantifying+downstream+hydrologic+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Manag%22%5BJournal%5D)">A spatially explicit framework for quantifying downstream hydrologic conditions.</a> J. Environ. Manag. 90, 1854-1861 (2009).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22WVDEP+%28Virginia+Department+of+Environmental+Protection%29.+Standard+operating+proceedures%22">WVDEP (Virginia Department of Environmental Protection). Standard operating proceedures</a>. , West Virgina Department of Environmental Protection. Charleston, West Virginia. (2009).</li>
<li>EPA-60014-79-020. USEPA. Methods for chemical analysis of water and wastes. , Environmental Monitoring Systems Support Laboratory, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency. Cincinnati, Ohio. (1983).</li>
<li>Merriam, E. R., Petty, J. T., Merovich, G. T., Fulton, J. B., Strager, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Additive+effects+of+mining+and+residential+development+on+stream+conditions+in+a+central+Appalachian+watershed%5BTitle%5D)+AND+%22J.+N.+Am.+Benthol.+Soc%22%5BJournal%5D)">Additive effects of mining and residential development on stream conditions in a central Appalachian watershed.</a> J. N. Am. Benthol. Soc. 30, 399-418 (2011).</li>
<li>Bisson, P. A., Nielsen, J. L., Palmason, R. A., Grove, L. E. A system of naming habitat types in streams, with examples of habitat utilization by salmonids during low streamflow. Acquisition and utilization of aquatic habitat inventory information. Proceedings of a symposium held 28-30 October, 1981. Armentrout, N. D. , Western Division of the American Fisheries Society. Bathesda, Maryland. 62-73 (1982).</li>
<li>Wentworth, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+scale+of+grade+and+class+terms+for+clastic+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geol%22%5BJournal%5D)">A scale of grade and class terms for clastic sediments.</a> J. Geol. 30, 377-392 (1922).</li>
<li>Petty, J. T., Freund, J., Lamothe, P., Mazik, P. Quantifying instream habitat in the upper Shavers Fork basin at multiple spatial scales. Proceedings of the Annual Conference of the Southeastern Association of Fisheries and Wildlife Agencies. 55, 81-94 (2001).</li>
<li>Barbour, M. T., Gerritsen, J., Snyder, B. D., Stribling, J. B. EPA/841-B-99-022. Rapid bioassessment protocols for use in streams and wadeable rivers: periphyton, benthic macroinvertebrates, and fish. 2nd edition. , US Environmental Protection Agency. Washington, DC. (1999).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22An+introduction+to+the+aquatic+insects+of+North+America.+4th+edition%22">An introduction to the aquatic insects of North America. 4th edition</a>. Merritt, R. W., Cummins, K. W. , Kendall/Hunt Publishing Co. Dubuque, Iowa. (2008).</li>
<li>A language and environment for statistical computing. , R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria, http://www.R-project.org. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.R-project.org">http://www.R-project.org</a> (2014).</li>
<li>Crawley, M. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCrawley%2C+MJ+%22Statistics%3A+an+introduction+using+R%22">Statistics: an introduction using R</a>. , Wiley and Sons. Chichester, UK. (2005).</li>
<li>Zeileis, A., Hothorn, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diagnostic+Checking+in+Regression+Relationships%5BTitle%5D)+AND+%22R+News%22%5BJournal%5D)">Diagnostic Checking in Regression Relationships.</a> R News. 2, 7-10 (2002).</li>
<li>Maxwell, A. E., Strager, M. P., Yuill, C., Petty, J. T., Merriam, E. R., Mazzarella, C. Disturbance mapping and landscape modeling of mountaintop mining using ArcGIS. Proceedings of the ESRI International User Conference. , San Diego, California. (2011).</li>
<li>Gerritsen, J., Burton, J., Barbour, M. T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGerritsen%2C+J+%22A+stream+condition+index+for+West+Virginia+wadeable+streams%22">A stream condition index for West Virginia wadeable streams</a>. , Tetra Tech, Inc. Owings Mills, Maryland. (2000).</li>
<li>Pond, G. J., Passmore, M. E., Borsuk, F. A., Reynolds, L., Rose, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Downstream+effects+of+mountaintop+coal+mining%3A+comparing+biological+conditions+using+family-+and+genus-level+macroinvertebrate+bioassessment+tools%5BTitle%5D)+AND+%22J.+N.+Am.+Benthol.+Soc%22%5BJournal%5D)">Downstream effects of mountaintop coal mining: comparing biological conditions using family- and genus-level macroinvertebrate bioassessment tools.</a> J. N. Am. Benthol. Soc. 27, 717-737 (2008).</li>
<li>Luo, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ecological+forecasting+and+data+assimilation+in+a+data-rich+era%5BTitle%5D)+AND+%22Ecol.+Appl%22%5BJournal%5D)">Ecological forecasting and data assimilation in a data-rich era.</a> Ecol. Appl. 21, 1429-1442 (2011).</li>
<li>Petty, J. T., Strager, M. P., Merriam, E. R., Ziemkiewicz, P. F. Scenario analysis and the Watershed Futures Planner: predicting future aquatic condiditons in an intensively mined Appalachian watershed. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPetty%2C+JT+%22Environmental+Considerations+in+Energy+Productions%22">Environmental Considerations in Energy Productions</a>. Craynon, J. R. , Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. Englewood, CO. 5-19 (2013).</li>
<li>Daraio, J. A., Bales, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+land+use+and+climate+change+on+stream+temperature+I%3A+daily+flow+and+stream+temperature+projections%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Water+Resour.+As%22%5BJournal%5D)">Effects of land use and climate change on stream temperature I: daily flow and stream temperature projections.</a> J. Am. Water Resour. As. 50, 1155-1176 (2014).</li>
<li>Mantyka-Pringle, C. S., Martin, T. G., Moffatt, D. B., Linke, S., Rhodes, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+and+predicting+the+combined+effects+of+climate+change+and+land-use+change+on+freshwater+macroinvertebrates+and+fish%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Ecol%22%5BJournal%5D)">Understanding and predicting the combined effects of climate change and land-use change on freshwater macroinvertebrates and fish.</a> J. Appl. Ecol. 51, 572-581 (2014).</li>
<li>Piggott, J. J., Townsend, C. R., Matthaei, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Climate+warming+and+agricultural+stressors+interact+to+determine+stream+macroinvertebrate+community+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Glob.+Change+Biol%22%5BJournal%5D)">Climate warming and agricultural stressors interact to determine stream macroinvertebrate community dynamics.</a> Glob. Change Biol. 21, 1897-1906 (2015).</li>
<li>Elith, J., Leathwick, J. R., Hastie, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+working+guide+to+boosted+regression+trees%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Anim.+Ecol%22%5BJournal%5D)">A working guide to boosted regression trees.</a> J. Anim. Ecol. 77, 802-813 (2008).</li>
<li>Mattson, K. M., Angermeier, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrating+human+impacts+and+ecological+integrity+into+a+risk-based+protocol+for+conservation+planning%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Manage%22%5BJournal%5D)">Integrating human impacts and ecological integrity into a risk-based protocol for conservation planning.</a> Environ. Manage. 39, 125-138 (2007).</li>
<li>EPA 841-B-11-002. USEPA. Identifying and protecting healthy watersheds. Concepts, assessments, and management approaches. (US, U. S. E. P. A. , US Environment Protection Agency, Office of Water, Office of Wetlands, Oceans, and Watersheds. Washington, DC. (2012).</li>
<li>Merriam, E. R., Petty, J. T., Strager, M. P., Maxwell, A. E., Ziemkiewicz, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+contaminant+mixtures+in+multi-stressor+Appalachian+riverscapes%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Toxicol.+Chem%22%5BJournal%5D)">Complex contaminant mixtures in multi-stressor Appalachian riverscapes.</a> Environ. Toxicol. Chem. , (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Zapewniamy ramy oceny i zarządzania skumulowanymi skutkami wielu działań związanych z użytkowaniem gruntów w silnie dotkniętych zlewniach. Podejście opisane w niniejszym dokumencie odnosi się do wcześniej zidentyfikowanych ograniczeń związanych z zarządzaniem systemami wodnymi w silnie dotkniętych zlewniach5-6. Przede wszystkim projekt ukierunkowanej oceny zlewni (tj. próbkowanie wzdłuż indywidualnych i połączonych osi stresorów) generuje dane, które dobrze nadają się do ilościowego określania złożony...

Antropogeniczne zmiany naturalnych krajobrazów są jednym z największych obecnie zagrożeń dla ekosystemów wodnych na całym świecie1. W wielu regionach dalsza degradacja w obecnym tempie spowoduje nieodwracalne szkody w zasobach wodnych, co ostatecznie ograniczy ich zdolność do świadczenia bezcennych i niezastąpionych usług ekosystemowych. W związku z tym istnieje pilne zapotrzebowanie na narzędzia i metodologie zdolne do zarządzania systemami wodnymi w rozwijających się zlewniach2-3. Jest to szczególnie ważne, biorąc pod uwagę, że osoby zarządzające często mają za zadanie ochronę zasobów wodnych w obliczu presji społeczno-ekonomicznej i politycznej zachęcającej do kontynuowania działań rozwojowych.
Zarządzanie systemami wodnymi w aktywnie rozwijających się regionach wymaga umiejętności przewidywania prawdopodobnych skutków proponowanych działań rozwojowych w kontekście istniejących wcześniej atrybutów krajobrazu naturalnego i antropogenicznego3, 4. Głównym wyzwaniem w zakresie zarządzania zasobami wodnymi w silnie zdegradowanych zlewniach jest zdolność do ilościowego określania i zarządzania złożonymi (tj. addytywnymi lub interaktywnymi) skumulowanymi skutkami wielu czynników stresogennych związanych z użytkowaniem gruntów w odpowiednich skalach przestrzennych2, 5. Jednak pomimo obecnych wyzwań oceny skumulowanych skutków są włączane do wytycznych regulacyjnych na całym świecie5-6.
Ukierunkowane oceny zlewni, mające na celu próbkowanie pełnego zakresu warunków w odniesieniu do wielu czynników stresogennych związanych z użytkowaniem gruntów, mogą dostarczyć danych zdolnych do modelowania złożonych skumulowanych skutków7. Co więcej, włączenie takich modeli do ram analizy scenariuszy [przewidujących zmiany ekologiczne w ramach szeregu realistycznych lub proponowanych scenariuszy rozwoju lub zarządzania zlewnią (odbudowa i łagodzenie)] może potencjalnie znacznie poprawić zarządzanie zasobami wodnymi w silnie dotkniętych zlewniach3, 5, 8-9. Przede wszystkim analiza scenariuszowa zapewnia ramy do dodawania obiektywizmu i przejrzystości do decyzji zarządczych poprzez włączenie informacji naukowych (relacji ekologicznych i modeli statystycznych), celów regulacyjnych i potrzeb interesariuszy w jedną ramę decyzyjną3, 9.
Prezentujemy metodologię oceny i zarządzania skumulowanymi efektami wielu działań związanych z użytkowaniem gruntów w ramach analizy scenariuszy. W pierwszej kolejności opisujemy, w jaki sposób odpowiednio ukierunkować lokalizacje, które mają zostać włączone do oceny działu wodnego w oparciu o znane czynniki stresogenne związane z użytkowaniem gruntów. Opisano techniki terenowe i laboratoryjne służące do pozyskiwania danych na temat skutków ekologicznych wielorakich działań związanych z użytkowaniem gruntów. Pokrótce opisujemy techniki modelowania do tworzenia modeli skumulowanych efektów opartych na krajobrazie. Na koniec omówiliśmy, w jaki sposób włączyć modele skumulowanych skutków do ram analizy scenariuszy i wykazać użyteczność tej metodologii we wspomaganiu decyzji regulacyjnych (np. pozwoleń i rekultywacji) w intensywnie wydobywanym dziale wodnym w południowej Wirginii Zachodniej.

<table><tbody><tr><td>Zestaw do pobierania próbek odwróconych</td> luzem <td>Wildco</td><td>3-425-N56</td><td></td></tr><tr><td>Kwadratowe słoiki HDPE</td><td>US Plastic Corp</td><td>66188</td><td>32 uncje; do przechowywania stałych, złożonych próbek bezkręgowców</td></tr><tr><td>Alkohol etylowy 190 Proof</td><td>PHARMCO-AAPER</td><td>111000190</td><td>Do mocowania i przechowywania próbek bezkręgowców</td></tr><tr><td>o wymiarach 5 cali na 20 cali. Siatka do subpróbkowania makrobezkręgowców</td><td>NIE</td><td></td> DOTYCZY <td>Nie dotyczy Tego elementu nie można kupić i należy go wykonać we własnym zakresie</td></tr><tr><td>Mikroskop stereoskopowy Stemi 2000 ze stojakiem C LED</td><td>ZEISS</td><td>000000-1106-133</td><td>Do sortowania i identyfikacji makrobezkręgowców</td></tr><tr><td>Thermo Scientific Nalgene Uchwyty filtrów wielokrotnego użytku z odbiornikiem</td><td>Fisher Scientific</td><td>09-740-23A Membrana</td><td></td></tr><tr><td>transferowa Immobilon-NC</td><td>Millipore</td><td>HATF04700</td><td>Ekspery z mieszanej celulozy bez trytonu, 0,45&nbsp; &#956; m, 47&nbsp; mm, tarcza</td></tr><tr><td>Actron Pompa próżniowa Zestaw odpowietrzania hamulców</td><td>Zaawansowane części samochodowe</td><td>CP7835</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór kwasu azotowego</td><td>HACH</td><td>254049</td><td>1:1, 500&nbsp; ml</td></tr><tr><td>Podłużne butelki NDPE z szerokim otworem</td><td>Thomas Scientific</td><td>1229Z38</td><td>250 ml; do pobierania próbek wody</td></tr><tr><td>650 Wyświetlacz wieloparametrowy, pamięć standardowa</td><td>Fondriest Environmental</td><td>650-01</td><td></td></tr><tr><td>600XL Sonda z czujnikiem temperatury/przewodności</td><td>Fondriest Pakiet</td><td></td> do kalibracji pH 065862 <td></td></tr><tr><td>środowiskowego</td><td>Fondriest Environmental</td><td>603824</td><td>Po 2 litry wzorca przewodności pH 4, 7 i 10</td></tr><tr><td></td><td>Fondriest Environmental</td><td>065270</td><td>1 kwarta, 1,000 i mikro; S</td></tr><tr><td>Flo-Mate 2000</td><td>TTT Środowisko</td><td>2000-11</td><td></td></tr><tr><td>Keson Angielski/Metryczny Otwarta szpula Taśma z włókna szklanego</td><td>Dostawcy leśnictwa</td><td>40025</td><td>300'/100 m</td></tr><tr><td>ArcGIS 10.3.1</td><td>ESRI</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

planowanie działu wodnego w ramach ilościowej analizy scenariuszy

Watershed Planning within a Quantitative Scenario Analysis Framework

Istnieje krytyczne zapotrzebowanie na narzędzia i metodologie zdolne do zarządzania systemami wodnymi w silnie dotkniętych zlewniach. Obecne wysiłki często kończą się niepowodzeniem ze względu na niemożność ilościowego określenia i przewidzenia złożonych skumulowanych skutków obecnych i przyszłych scenariuszy użytkowania gruntów w odpowiednich skalach przestrzennych. Celem tego manuskryptu jest przedstawienie metod przeprowadzania ukierunkowanej oceny działu wodnego, która umożliwia zarządzającym zasobami tworzenie modeli skumulowanych skutków opartych na krajobrazie do wykorzystania w ramach zarządzania analizą scenariuszy. Lokalizacje są najpierw wybierane do włączenia do oceny działu wodnego poprzez identyfikację miejsc, które leżą wzdłuż niezależnych gradientów i kombinacji znanych czynników stresogennych. Techniki terenowe i laboratoryjne są następnie wykorzystywane do uzyskania danych na temat fizycznych, chemicznych i biologicznych skutków wielu działań związanych z użytkowaniem gruntów. Wielokrotna analiza regresji liniowej jest następnie wykorzystywana do tworzenia modeli skumulowanych efektów opartych na krajobrazie w celu przewidywania warunków wodnych. Na koniec omówiono i zademonstrowano metody włączania modeli skumulowanych skutków do ram analizy scenariuszy w celu kierowania decyzjami zarządczymi i regulacyjnymi (np. pozwoleniami i łagodzeniem) w aktywnie rozwijających się działach wodnych dla 2 poddziałów wodnych w górskim regionie górniczym w środkowych Appalachach. Przedstawione w niniejszym dokumencie podejście do oceny i zarządzania zlewnią umożliwia zarządzającym zasobami ułatwianie działalności gospodarczej i rozwojowej przy jednoczesnej ochronie zasobów wodnych i tworzeniu możliwości uzyskania korzyści ekologicznych netto poprzez ukierunkowaną remediację.

Wybrano czterdzieści zlewni NHD w skali 1:24 000 jako obszary badań w dorzeczu rzeki Coal River w Wirginii Zachodniej (Rysunek 2). Obszary badań wybrano tak, aby obejmowały różny zakres wpływu górnictwa odkrywkowego (% powierzchni terenu24), zabudowy mieszkalnej [gęstość zabudowy (no./km2)] oraz górnictwa podziemnego [gęstość pozwoleń krajowego systemu eliminacji zrzutów zanieczyszczeń (NPDES) (no./km2)], tak aby każda z głównych form użyt...

Istnieje krytyczne zapotrzebowanie na narzędzia i metodologie zdolne do zarządzania systemami wodnymi w obliczu niepewnych przyszłych warunków. Zapewniamy metody przeprowadzania ukierunkowanej oceny zlewni, które umożliwiają zarządzającym zasobami tworzenie modeli skumulowanych skutków opartych na krajobrazie do wykorzystania w ramach zarządzania analizą scenariuszy.

Planowanie działu wodnego w ramach ilościowej analizy scenariuszy

There is a critical need for tools and methodologies capable of managing aquatic systems within heavily impacted watersheds. Current efforts often fall ...

Ogólnym celem tej metodologii jest dostarczenie badaczom i zarządcom zasobów ram do dostępu i zarządzania systemami wodnymi w obrębie aktywnie rozwijających się zlewni, na które wpływa wiele rodzajów użytkowania terenu. Opisane w tym filmie podejście do planowania oceny zlewni przyniesie korzyści badaczom oraz zarządcom zasobów wodnych, umożliwiając charakteryzację i przewidywanie skumulowanych oddziaływań związanych z wieloma formami użytkowania terenu. Główną zaletą tej techniki jest włączenie ram analizy skumulowanej do ram analizy scenariuszy przestrzennych GI.Pozwala to menedżerom na interaktywny dostęp do wyników decyzji regulacyjnych, takich jak wydawanie pozwoleń i działania łagodzące. Przykładowo, przedstawione podejście umożliwia wspieranie zarówno działalności gospodarczej, jak i rozwojowej, przynosząc jednocześnie korzyści ekosystemom wodnym poprzez celową remediację innych czynników stresogennych. W ramach przygotowań należy wybrać oparte na krajobrazie miary dominujących działań w zakresie użytkowania gruntów w obrębie docelowego zlewni, takie jak atrybuty pokrycia terenu w National Land Cover Database.Następnie w systemie GIS otwórz plik zlewni NHD dla obszaru docelowego. Przed rozpoczęciem podsumowania upewnij się, że każda zlewnia posiada unikalny identyfikator. Na początek przypisz wektorowe dane o użytkowaniu terenu do każdego poligonu zlewni.Użyj narzędzia Tabulate Intersection, aby obliczyć atrybuty krajobrazowe dla każdego zlewni. Wybierz warstwę zlewni jako wejściową funkcję strefy (input zone feature), unikalny identyfikator jako pole strefy (zone field) oraz wektorowe dane o użytkowaniu gruntów jako wejściową funkcję klasy (input class feature). Następnie przypisz rastrowe dane o użytkowaniu gruntów do każdej zlewni.Użyj narzędzia tabulate area, aby obliczyć atrybuty dla każdego zlewni. Wybierz warstwę zlewni jako dane strefy (feature zone data), unikalny identyfikator jako pole strefy (zone field) oraz zestaw danych pokrycia terenu jako raster wejściowy. Następnie dołącz ztabulowane atrybuty użytkowania terenu do warstwy zlewni.Kliknij prawym przyciskiem myszy na warstwę zlewni w spisie treści. W oknie dialogowym wybierz opcję dołącz i powiąż (joins and relates), a następnie dołącz (join). Jako tabelę do dołączenia wybierz tabulowany wynik wektorowy, a następnie wybierz unikalny identyfikator zlewni jako pole, na podstawie którego zostanie wykonane dołączenie.Powtórz ten krok, aby dołączyć tabelaryczne wyniki rastra. Następnie, za pomocą zautomatyzowanego skryptu, dokonaj akumulacji wszystkich atrybutów krajobrazowych oraz pola powierzchni dla każdego zlewni. Krok ten oblicza całkowite powierzchnie dorzeczy powyżej oraz atrybuty krajobrazowe i może zostać przeprowadzony dla jednej do 100 000 zlewni NHD w skali przy użyciu narzędzia do alokacji i akumulacji atrybutów zlewni.Wybierz zlewnie NHD jako obszary badań na podstawie ich atrybutów krajobrazowych. Najpierw stwórz wykres rozrzutu wszystkich zlewni NHD w odniesieniu do ich skumulowanych wartości głównych działań związanych z użytkowaniem gruntów. Wybierz około 40 zlewni jako obszary badań w obrębie każdego ośmiocyfrowego kodu jednostki hydrologicznej (HUC).Wybrane stanowiska powinny reprezentować pełen zakres wpływów dominujących działań związanych z zagospodarowaniem terenu w obrębie docelowego zlewni. Należy wybrać stanowiska znajdujące się w niezależnych gradientach stresorów, czyli takie, na które wpływa jedna aktywność związana z zagospodarowaniem terenu. Należy również wybrać stanowiska z kombinacjami stresorów, na które wpływa wiele różnych działań związanych z zagospodarowaniem terenu.Należy upewnić się, że punkty poboru próbek są dobrze rozmieszczone w zlewni i niezależne od siebie pod względem drenażu w dolnym biegu rzeki. Należy zadbać, aby stanowiska położone w obrębie każdego indywidualnego i połączonego gradientu stresorów posiadały również podobne średnie powierzchnie zlewni. W terenie należy wyznaczyć odcinek poboru próbek jako 40-krotność szerokości aktywnego koryta, przy maksymalnej i minimalnej długości wynoszącej odpowiednio 300 i 150 metrów.Zacznij od pobrania próbek wody. Wybierz wodę płynącą, która jest charakterystyczna dla całego miejsca poboru. Najpierw, za pomocą przenośnych czujników, wykonaj pomiary chwilowe rozpuszczonego tlenu, przewodności właściwej, temperatury oraz pH.Następnie pobierz przefiltrowaną próbkę. Najpierw przepłucz sprzęt do filtracji wodą dejonizowaną. Następnie przefiltruj 250 mililitrów wody do analizy rozpuszczonych metali i utrwal próbkę, doprowadzając pH do wartości poniżej dwóch, aby zapewnić, że metale pozostaną rozpuszczone w roztworze.Następnie należy pobrać 250 mililitrów niefiltrowanej wody, całkowicie zanurzając butelkę na próbkę w kolumnie wody. Należy delikatnie ścisnąć butelkę, aby usunąć pozostałe powietrze, i jednocześnie zakręcić butelkę z próbką. W razie potrzeby należy utrwalić próbkę, obniżając pH do wartości poniżej dwóch, aby zahamować aktywność biologiczną, która mogłaby wpłynąć na anality.Wybierz anality na podstawie lokalnych działań związanych z zagospodarowaniem terenu. Podczas każdego etapu pobierania próbek pobierz raz kontrolę negatywną, postępując zgodnie ze wszystkimi protokołami pobierania wody w celu uzyskania próbek wody dejonizowanej. Ma to na celu zapewnienie braku zanieczyszczeń krzyżowych pomiędzy punktami poboru próbek.Wszystkie próbki wody należy przechowywać w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Kolejnym krokiem jest pomiar przepływu w każdym punkcie poboru próbek. W tym celu należy najpierw podzielić szerokość strumienia w miejscu brodzenia na równe odcinki za pomocą pręta z głębokościomierzem, zmierzyć głębokość jako odległość od dna strumienia do powierzchni wody, a następnie, używając mierzaka nurtu, zmierzyć prędkość wody na poziomie 60% głębokości słupa wody.Następnie oblicz wydajność jako sumę wszystkich iloczynów prędkości, głębokości i szerokości w każdym przekroju. Aby pobrać próbki makrobezkręgowców w każdym punkcie, pobierz próbki metodą kopania (kick sampling) z czterech oddzielnych bystrzy rozmieszczonych na całej długości odcinka próbkowania. W każdym miejscu ustaw siatkę prostopadle do nurtu strumienia i stopą wzburz obszar o powierzchni 50 cm² bezpośrednio powyżej siatki, aby zebrać materiał do siatki.Po zebraniu czterech próbek należy je połączyć i natychmiast utrwalić w 95% etanolu. Kolejnym krokiem jest pomiar jakości i złożoności fizycznej siedliska w obrębie odcinka strumienia poprzez wykonywanie pomiarów w równomiernie rozmieszczonych punktach wzdłuż linii głównego nurtu (thalweg), czyli miejsca w korycie strumienia o najszybszym przepływie. Na koniec należy policzyć wszystkie fragmenty dużego detrytusu drewnianego w obrębie aktywnego koryta.Pobierz podpróbki organizmów zawartych w każdej próbce makrobezkręgowców pobranej z miejsca badań. Umieść całą próbkę zbiorczą w tacy sortowniczej z siatką o polu 100 cali kwadratowych i przypisz każdemu calowi kwadratowemu siatki losowy numer od jednego do 100. Usuń organizmy i zanieczyszczenia z losowo wybranego pola siatki, a następnie, używając stereomikroskopu, policz i zidentyfikuj wszystkie organizmy.Kontynuuj liczenie i identyfikację organizmów z losowo wybranych lokalizacji w siatce, aż całkowita liczba posegregowanych osobników wyniesie od 160 do 240. Zidentyfikuj organizm do poziomu rodzaju, korzystając z klucza do makrobezkręgowców. Następnie zestaw dane dotyczące liczebności na poziomie rodzaju w formie miar wspólnoty, aby wykorzystać je jako zmienne objaśniające w modelowaniu statystycznym.Zmienne te obejmują całkowitą bogactwo gatunkowe oraz procent EPT. Po wykorzystaniu danych do skonstruowania modeli statystycznych przewidujących warunki fizyczne, chemiczne i biologiczne, należy użyć oprogramowania GIS w celu wizualizacji tych prognoz. W pierwszej kolejności należy dołączyć prognozy do zlewni NHD.Kliknij prawym przyciskiem myszy warstwę zlewni w spisie treści, wybierz opcję „Joins and Relates”, a następnie „Join”. Jako tabelę do dołączenia wybierz prognozy modelu, a jako pole, na podstawie którego zostanie wykonane dołączenie, wybierz unikalny identyfikator zlewni. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy warstwę zlewni i wybierz „Properties”.W oknie dialogowym właściwości warstwy kliknij kartę symbologii i wybierz opcję ilości. Jako pole wartości wybierz interesującą Cię przewidywaną wartość, a następnie kliknij zastosuj. W razie potrzeby skorzystaj z opcji klasyfikacji, aby ręcznie zmienić wartości zakresów tak, aby odpowiadały uznanym kryteriom ekologicznym.Teraz należy przeprowadzić analizę scenariuszy. Zaktualizuj aktualny zestaw danych dotyczących krajobrazu, bezpośrednio edytując tabelę atrybutów warstw zlewni za pomocą funkcji kalkulatora pól. Na przykład zmień zlewnię, która wcześniej była zalesiona, na tereny kopalniane.Użytkownicy mogą również edytować wiele zlewni, aby określić prawdopodobny wpływ wielu działań zachodzących w dużych skalach przestrzennych. Inną opcją edycji, niewyświetloną tutaj, jest edycja oryginalnych wektorowych lub rastrowych zestawów danych krajobrazowych. Teraz, korzystając z przedstawionych już procedur, należy ponownie przydzielić i ponownie zakumulować zaktualizowane atrybuty użytkowania terenu dla wszystkich zlewni NHD.Przewiduj warunki w korytach rzecznych jako funkcję zaktualizowanego zestawu danych krajobrazowych i zwizualizuj przewidziane warunki. Jako obszary badawcze w obrębie Coal River w Wirginii Zachodniej wybrano zlewnie NHD w skalach od 41 do 24 000. Obszary badawcze wybrano tak, aby obejmowały różne rodzaje oddziaływań, w tym górnictwo odkrywkowe, zabudowę mieszkaniową oraz górnictwo podziemne.Po zebraniu danych i zbudowaniu modeli statystycznych przeanalizowano dwa zlewnie z podobnym poziomem górnictwa odkrywkowego pod kątem różnych scenariuszy zagospodarowania terenu i działań łagodzących. Tym, co odróżnia Drawdy Creek od Laurel Fork, jest wpływ zabudowy mieszkalnej i górnictwa podziemnego na Drawdy Creek. Analiza scenariuszy sugeruje, że Laurel Fork może zaasymilować 21% wzrost powierzchni zajętej przez górnictwo odkrywkowe lub 22 obiekty mieszkalne przed wystąpieniem degradacji biologicznej.Przed wystąpieniem zanieczyszczenia chemicznego, potok Laurel Creek mógłby przyjąć 14% wzrost powierzchni terenów górnictwa odkrywkowego lub osiem kopalń podziemnych. W przeciwieństwie do tego, przewiduje się, że odpływ z potoku Drawdy Creek przekroczy zarówno kryteria chemiczne, jak i biologiczne, dlatego przetestowano scenariusze łagodzące. Ani pełne łagodzenie skutków zabudowy mieszkaniowej, ani pełne łagodzenie skutków górnictwa podziemnego nie okazało się wystarczające do spełnienia kryteriów biologicznych lub chemicznych.Zamiast tego przewidywano, że aby odpływ z Drawdy Creek spełniał kryteria biologiczne i chemiczne, konieczna byłaby redukcja wpływu zabudowy mieszkaniowej oraz górnictwa podziemnego odpowiednio o 94 i 75%, co zaznaczono liniami przerywanymi. Takie podejście odnosi się do wcześniej zidentyfikowanych ograniczeń związanych z zarządzaniem systemami wodnymi i aktywnie rozwijającymi się zlewniami. Warto zauważyć, że ukierunkowana ocena zlewni dostarcza danych pozwalających na ilościowe określenie złożonych efektów kumulatywnych w odpowiednich skalach przestrzennych oraz integruje modele z istniejącymi możliwościami GIS, tworząc łatwy do interpretacji i wdrożenia system analizy scenariuszy.Ważne będzie dla nas osadzenie tej metodologii w ramach adaptacyjnego zarządzania, w którym będziemy formułować prognozy, a następnie oceniać działania zarządcze w czasie; w szczególności, w przyszłości chcielibyśmy uwzględnić skutki zmian klimatu i włączyć je do naszych przyszłych modeli scenariuszowych. Niniejsze ramy są możliwe do zastosowania w regionach i zlewniach objętych dowolną liczbą działań związanych z zagospodarowaniem terenu i mogą zostać wykorzystane do ochrony zasobów wodnych w obliczu nacisków społeczno-ekonomicznych i politycznych dążących do kontynuacji działań rozwojowych.

watershed-planning-within-a-quantitative-scenario-analysis-framework

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Niniejsza praca prezentuje integrację modelu jakości wody z komponentem optymalizacyjnym wykorzystującym algorytmy ewolucyjne w celu wyznaczenia optymalnego (najniższego kosztowo) rozmieszczenia praktyk ochrony rolnictwa dla określonego zestawu celów poprawy jakości wody. Rozwiązania są generowane przy użyciu podejścia wielokryterialnego, co pozwala na jawne ilościowe określenie kompromisów.

Przestrzenna wielokryterialna optymalizacja praktyk ochrony rolnictwa z wykorzystaniem modelu SWAT i algorytmu ewolucyjnego

Wraz z postępem technologicznym i wzrostem oczekiwań użytkowników końcowych, wzrosło zapotrzebowanie i wykorzystanie danych o wyższej rozdzielczości czasowej do szacowania ładunku zanieczyszczeń. Protokół ten opisuje metodę ciągłego monitorowania jakości wody in situ w celu uzyskania danych o wyższej rozdzielczości czasowej w celu podejmowania świadomych decyzji dotyczących zarządzania zasobami wodnymi.

Ciągły monitoring dopływu składników pokarmowych i osadów w rolniczych zlewniach

Składniki odżywcze obecne w postaci cząstek stałych mogą znacząco przyczynić się do ogólnego obciążenia wód drenażowych w rolnictwie. W badaniu tym opisano nowatorską metodę wychwytywania wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z drenażu kanału rolniczego przez cały czas trwania zdarzenia drenażowego.

Wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających

Procesy krajobrazowe są kluczowymi składnikami formowania gleby i odgrywają ważną rolę w określaniu właściwości gleby i struktury przestrzennej w krajobrazach. Proponujemy nowe podejście wykorzystujące krokową regresję głównych składowych do przewidywania redystrybucji gleby i węgla organicznego w glebie w różnych skalach przestrzennych.

Wykorzystanie głównych komponentów do skalowania modeli topograficznych w celu mapowania redystrybucji gleby i węgla organicznego w glebie

Ta wysokoprzepustowa, telemetryczna, grawimetryczna metoda fenotypowania stosunków wodnych całej rośliny umożliwia bezpośrednie i jednoczesne pomiary w czasie rzeczywistym, a także analizę wielu cech fizjologicznych związanych z plonami, zaangażowanych w dynamiczne interakcje roślina-środowisko.

Telemetryczna, grawimetryczna platforma do fizjologicznego fenotypowania interakcji między roślinami a środowiskiem w czasie rzeczywistym

Ten protokół opisuje metody uzyskiwania współczynników równania przepływu jazu dla jazu z wcięciem w kształcie litery V w strukturze kontroli drenażu przy użyciu (1) laboratoryjnej procedury kalibracji i (2) narzędzia online, "Kalkulatora Współczynników Równania Przepływu Jazu", opracowanego przez autorów. Metody te mają zastosowanie do przepływów zawartych w przepływach z wycięciem w kształcie litery V i przepływów przelewowych.

Parametryzacja równań jaza z wcięciem w kształcie litery V do monitorowania przepływu w strukturze sterowania drenażem

Zbudowane systemy oczyszczania mokradeł są używane od dziesięcioleci do oczyszczania ścieków, ale ich zastosowanie do oczyszczania wód dotkniętych procesami produkcji piasków roponośnych jest stosunkowo nowe. Aby zbadać ten potencjał, przedstawiono projekt mezokosmosu przepływu powierzchniowego i metody eksperymentalne. Podejście to ma na celu lepsze zrozumienie kluczowych parametrów projektowych i poprawę skuteczności leczenia.

Projekt terenów podmokłych w skali mezokosmosu do oczyszczania ścieków

Opisano metodę oznaczania zawartości i składu kwasów tłuszczowych w mikroalgach na podstawie mechanicznego rozbijania komórek, ekstrakcji lipidów na bazie rozpuszczalnika, transestryfikacji oraz kwantyfikacji i identyfikacji kwasów tłuszczowych za pomocą chromatografii gazowej. Wewnętrzny wzorzec tripentadekaniny służy do kompensacji ewentualnych strat podczas ekstrakcji i niepełnej transestryfikacji.

Analiza zawartości i składu kwasów tłuszczowych w mikroalgach

Udostępniamy technikę zachowania nienaruszonego łyka drzewnego i przygotowania go do obserwacji.  Tworzymy aparat zwany kanapką łyka, który pozwala na wprowadzenie i obserwację stawonogów, drobnoustrojów i innych organizmów zasiedlających tkanki łyka.

Technika badania zbiorowisk stawonogów i mikroorganizmów w tkankach drzew

Symulator opadów deszczu został użyty do zastosowania stałego wskaźnika równomiernych opadów do upakowanych skrzynek z ziemią w badaniu losu i transportu mocznika, niepunktowego źródła zanieczyszczenia środowiska. W jednolitych warunkach glebowych i opadowych poprzednia wilgotność gleby wywierała silną kontrolę nad utratą mocznika w spływie powierzchniowym.

Protokół przeprowadzania symulacji opadów deszczu w celu zbadania spływu gleby

Poznaj metodologię planowania działu wodnego z wykorzystaniem analizy scenariuszy GIS do zarządzania systemami wodnymi. To podejście umożliwia przewidywanie skumulowanych skutków działalności człowieka i wspomaga podejmowanie decyzji regulacyjnych.

Planowanie działu wodnego w ramach ilościowej analizy scenariuszy

Przeglądaj więcej filmów