Planowanie działu wodnego w ramach ilościowej analizy scenariuszy

Ogólnym celem tej metodologii jest zapewnienie naukowcom i osobom zarządzającym zasobami ram dostępu do systemów wodnych i zarządzania nimi w aktywnie rozwijających się działach wodnych, na które wpływ mają liczne działania związane z użytkowaniem gruntów. Podejście do planowania oceny zlewni opisane w tym filmie przyniesie korzyści naukowcom i osobom zarządzającym zasobami wodnymi, umożliwiając charakteryzację i przewidywanie skumulowanych skutków związanych z wieloma działaniami związanymi z użytkowaniem gruntów. Główną zaletą tej techniki jest to, że łączy ona ramy analizy kumulatywnej z ramami analizy scenariuszy GI space.

Dzięki temu menedżerowie mogą interaktywnie uzyskiwać dostęp do wyników decyzji regulacyjnych, takich jak wydawanie pozwoleń i łagodzenie skutków. Na przykład, przedstawione podejście umożliwia ułatwienie zarówno działalności gospodarczej, jak i rozwojowej, a jednocześnie przynosi korzyści ekosystemom wodnym dzięki ukierunkowanej remediacji innym czynnikom stresogennym. W ramach przygotowań należy wybrać oparte na krajobrazie środki dominującej działalności związanej z użytkowaniem gruntów w obrębie docelowego działu wodnego, takie jak atrybuty pokrycia terenu w krajowej bazie danych o pokryciu terenu.

Następnie w systemie GIS otwórz plik zlewni NHD dla obszaru docelowego. Przed rozpoczęciem podsumowania upewnij się, że każda zlewnia ma unikatowy identyfikator. Aby rozpocząć, przydziel wektorowe dane użytkowania gruntów do każdej zlewni poligonowej.

Użyj narzędzia do tabelaryzacji przecięcia, aby obliczyć atrybuty krajobrazu dla każdej zlewni. Wybierz warstwę zlewni jako obiekt strefy wejściowej, unikatowy identyfikator jako pole strefy, a wektorowe dane użytkowania gruntów jako obiekt klasy wejściowej. Następnie przydziel rastrowe dane użytkowania terenu do każdej zlewni.

Użyj narzędzia Obszar tabelaryzowany, aby obliczyć atrybuty dla każdej zlewni. Wybierz warstwę zlewni jako dane strefy obiektowej, niepowtarzalny identyfikator jako pole strefy oraz zestaw danych pokrycia terenu jako raster wejściowy. Teraz dołącz tabelaryczne atrybuty użytkowania gruntów do warstwy zlewni.

Kliknij prawym przyciskiem myszy warstwę zlewni w spisie treści. W oknie dialogowym wybierz pozycję sprzężenia i powiązania, a następnie pozycję dołącz. Wybierz wektorowe dane wyjściowe w tabeli jako tabelę do połączenia, a następnie wybierz unikatowy identyfikator zlewni jako pole, na którym będzie oparte sprzężenie.

Powtórz ten krok, aby połączyć dane wyjściowe rastru w tabeli. Następnie zgromadź wszystkie atrybuty krajobrazu i pole obszaru dla każdej zlewni za pomocą zautomatyzowanego skryptu. Ten etap oblicza całkowite obszary dorzecza w górnym biegu rzeki i atrybuty krajobrazu i może być wykonany dla zlewni NHD w skali od jednego do 100 000 przy użyciu narzędzia do alokacji i akumulacji atrybutów zlewni.

Wybierz zlewnie NHD jako miejsca badań na podstawie ich atrybutów krajobrazu. Po pierwsze, należy utworzyć wykres punktowy wszystkich zlewni NHD w odniesieniu do ich skumulowanych wartości głównych działań związanych z użytkowaniem gruntów. Wybierz około 40 zlewni jako miejsca badań w każdym ośmiocyfrowym kodzie jednostki hydrologicznej zlewni

Obszary te powinny reprezentować pełen zakres wpływów dominującej działalności związanej z użytkowaniem gruntów występującej w obrębie docelowego działu wodnego. Wybierz lokalizacje w obrębie niezależnych gradientów stresorów, które są obszarami, na które wpływ ma pojedyncza działalność związana z użytkowaniem gruntów. Należy również wybrać miejsca z kombinacjami czynników stresogennych, na które ma wpływ wiele działań związanych z użytkowaniem gruntów.

Należy upewnić się, że miejsca są dobrze rozmieszczone w dziale wodnym i niezależne od siebie pod względem ich drenażu. Należy upewnić się, że miejsca mieszczące się w obrębie każdego indywidualnego i połączonego gradientu naprężeń mają również podobne średnie obszary dorzecza. W terenie należy wyznaczyć zasięg próbkowania jako 40-krotność szerokości kanału aktywnego o maksymalnej i minimalnej długości 300 i 150 metrów.

Zacznij od pobrania próbek wody. Wybrać ruchomą wodę charakterystyczną dla całego miejsca pobierania próbek. Po pierwsze, uzyskaj natychmiastowe pomiary rozpuszczonego tlenu, przewodności właściwej, temperatury i pH za pomocą ręcznych czujników.

Następnie zbierz przefiltrowaną próbkę. Najpierw przepłucz sprzęt filtracyjny wodą dejonizowaną. Następnie przefiltruj 250 mililitrów wody do analizy rozpuszczonych metali i utrwal próbkę do pH poniżej dwóch, aby upewnić się, że metale pozostaną rozpuszczone w roztworze.

Następnie zbierz 250 mililitrów niefiltrowanej wody, całkowicie zanurzając butelkę z próbką w kolumnie wody. Delikatnie ścisnąć butelkę, aby usunąć resztki powietrza i jednocześnie nałożyć nakrętkę na butelkę z próbką. Jeśli to konieczne, należy ustalić pH próbki poniżej dwóch, aby zabić aktywność biologiczną, która może wpływać na działanie analitów.

Wybierz anality w oparciu o lokalne działania związane z użytkowaniem gruntów. Kontrolę ujemną należy pobrać raz podczas każdego pobierania próbek, postępując zgodnie ze wszystkimi protokołami pobierania próbek wody w celu uzyskania próbek wody dejonizowanej. Ma to na celu zapewnienie, że nie dojdzie do zanieczyszczenia krzyżowego między miejscami pobierania próbek.

Przechowuj wszystkie próbki wody w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Następną procedurą jest pomiar wyładowania w każdym miejscu próbki. Aby to zrobić, najpierw podziel szerokość brodzika na równe przyrosty za pomocą głębokościomierza, zmierz głębokość jako odległość od koryta strumienia do powierzchni wody, a następnie za pomocą miernika prądu zmierz prędkość wody na poziomie 60% głębokości wody.

Teraz oblicz wyładowanie jako sumę wszystkich iloczynów prędkości, głębokości i szerokości w każdej sekcji. Aby pobrać próbkę makrobezkręgowców w każdym miejscu, należy pobrać próbki z czterech oddzielnych rowków rozmieszczonych na całej długości zasięgu pobierania próbek. W każdym miejscu umieść siatkę prostopadle do strumienia i pieszo narusz obszar o powierzchni 50 centymetrów kwadratowych bezpośrednio przed strumieniem, aby zebrać materię w siatce.

Po pobraniu czterech próbek połącz je i natychmiast zakonserwuj 95% etanolem. Następną procedurą jest zmierzenie fizycznej jakości i złożoności siedliska w całym zasięgu strumienia poprzez wykonanie pomiarów w równomiernie rozmieszczonych punktach wzdłuż śladu strumienia, czyli miejsca w korycie strumienia o najszybszym przepływie. Na koniec policz wszystkie kawałki dużych szczątków drzewnych w aktywnym kanale.

Pobrać cząstkową próbkę organizmów zawartych w każdej próbce makrobezkręgowców uzyskanej w miejscu badania. Umieść całą próbkę złożoną na tacce sortującej z siatką o powierzchni 100 cali kwadratowych i losowo przypisz każdemu calowi kwadratowemu siatki liczbę od jednego do 100. Usuń organizmy i szczątki z losowo wybranego miejsca na siatce i za pomocą mikroskopu stereoskopowego policz i zidentyfikuj wszystkie organizmy.

Kontynuuj liczenie i identyfikację organizmów z losowo wybranych lokalizacji siatki, aż całkowita liczba posortowanych osobników wyniesie od 160 do 240. Zidentyfikuj organizm do rodzaju za pomocą klucza makrobezkręgowców. Następnie skompiluj dane dotyczące liczebności na poziomie rodzaju w metryki społeczności, które zostaną wykorzystane jako zmienne odpowiedzi do modelowania statystycznego.

Do takich zmiennych należą całkowite bogactwo i procentowy EPT. Po wykorzystaniu danych do skonstruowania modeli statystycznych, które przewidują warunki fizyczne, chemiczne i biologiczne, należy użyć oprogramowania GIS do wizualizacji prognoz. Po pierwsze, dołącz prognozy do zlewni NHD.

Kliknij prawym przyciskiem myszy warstwę zlewni w spisie treści i wybierz połączenia i powiązania, a następnie dołącz. Wybierz przewidywania modelu jako tabelę do sprzężenia, a następnie wybierz unikatowy identyfikator zlewni jako pole, na podstawie którego będzie oparte sprzężenie. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy warstwę zlewni i wybierz właściwości.

W oknie dialogowym właściwości warstwy kliknij zakładkę symbolizacji i wybierz ilości. Wybierz przewidywaną wartość zainteresowania jako pole wartości i kliknij przycisk Zastosuj. W razie potrzeby użyj opcji klasyfikuj, aby ręcznie zmienić wartości zakresu, aby odpowiadały rozpoznanym kryteriom ekologicznym.

Teraz przeprowadź analizę scenariuszy. Zaktualizuj bieżący zestaw danych krajobrazowych, edytując bezpośrednio tabelę atrybutów warstw zlewni za pomocą funkcji kalkulatora pól. Na przykład zmień wcześniej zalesioną zlewnię na pokrycie terenów górniczych.

Użytkownicy mogą również edytować wiele zlewni, aby określić ilościowo prawdopodobne skutki wielu działań zachodzących w dużych skalach przestrzennych. Inną opcją edycji, która nie została tutaj pokazana, jest edycja oryginalnych zestawów danych wektorowych lub rastrowych krajobrazów. Teraz, korzystając z już przedstawionych procedur, należy dokonać realokacji i ponownego zgromadzenia zaktualizowanych atrybutów użytkowania gruntów dla wszystkich zlewni NHD.

Przewiduj warunki w strumieniu w funkcji zaktualizowanego zestawu danych krajobrazowych i wizualizuj przewidywane warunki. Jako miejsca badań w obrębie rzeki Coal River w Wirginii Zachodniej wybrano zlewnie NHD w skali od 41 do 24 000. Miejsca badań zostały wybrane tak, aby obejmowały szereg wpływów, w tym górnictwo odkrywkowe, budownictwo mieszkaniowe i górnictwo podziemne.

Po zebraniu danych i skonstruowaniu modeli statystycznych przeanalizowano dwa poddziały wodne z podobnym wydobyciem odkrywkowym pod kątem różnych scenariuszy zagospodarowania przestrzennego i łagodzenia skutków. To, co odróżnia Drawdy Creek od Laurel Fork, to fakt, że Drawdy Creek jest pod wpływem budynków mieszkalnych i podziemnego górnictwa. Analiza scenariuszy sugerowała, że Laurel Fork może zasymilować 21-procentowy wzrost pokrycia terenów górniczych lub 22 budynków mieszkalnych przed upośledzeniem biologicznym.

Zanim dojdzie do upośledzenia chemicznego, Laurel Creek może zasymilować 14-procentowy wzrost powierzchni gruntów górniczych lub ośmiu podziemnych kopalń. Przewiduje się natomiast, że odpływ Drawdy Creek przekroczy zarówno kryteria chemiczne, jak i biologiczne, dlatego przetestowano scenariusze łagodzące. Ani pełne złagodzenie skutków zabudowy mieszkaniowej, ani pełne złagodzenie wydobycia podziemnego nie wystarczyły do spełnienia kryteriów biologicznych czy chemicznych.

Zamiast tego przewidywano, że aby skutecznie sprawić, by odpływ Drawdy Creek spełniał kryteria biologiczne i chemiczne, rozwój budownictwa mieszkaniowego i górnictwo podziemne musiałyby zostać złagodzone odpowiednio o 94 i 75%, jak zaznaczono liniami przerywanymi. Podejście to jest odpowiedzią na wcześniej zidentyfikowane ograniczenia związane z zarządzaniem systemami wodnymi i aktywnym rozwojem działów wodnych. Warto zauważyć, że ukierunkowana ocena zlewni generuje dane zdolne do ilościowego określania złożonych skumulowanych skutków w odpowiednich skalach przestrzennych i integruje modele z istniejącymi możliwościami GIS w celu stworzenia łatwych do zinterpretowania i wdrożenia ram analizy scenariuszy.

Ważne będzie dla nas, aby umieścić tę metodologię w adaptacyjnych ramach zarządzania, w których dokonujemy prognoz, a następnie uzyskujemy dostęp do działań związanych z zarządzaniem w czasie, a zwłaszcza w przyszłości, chcielibyśmy uwzględnić skutki zmian klimatycznych i włączyć te skutki do naszych przyszłych modeli scenariuszy. Ramy te mają zastosowanie do regionów i działów wodnych, na które wpływ ma dowolna liczba działań związanych z użytkowaniem gruntów, i mogą być wykorzystywane do ochrony zasobów wodnych w obliczu presji społeczno-gospodarczej i politycznej na kontynuowanie działań rozwojowych.