Bacias hidrográficas Planejamento dentro de uma Análise Quantitativa Framework Cenário

O objetivo geral desta metodologia é fornecer aos pesquisadores e gestores de recursos uma estrutura para acessar e gerenciar sistemas aquáticos em bacias hidrográficas em desenvolvimento ativo afetadas por múltiplas atividades de uso da terra. A abordagem de planejamento de avaliação de bacias hidrográficas descrita neste vídeo beneficiará pesquisadores e gestores de recursos aquáticos, permitindo a caracterização e previsão de impactos cumulativos associados a múltiplas atividades de uso da terra. A principal vantagem dessa técnica é que ela incorpora uma estrutura de análise cumulativa dentro de uma estrutura de análise de cenário de espaço GI.

Isso permite que os gerentes acessem interativamente os resultados das decisões regulatórias, como licenciamento e mitigação. Por exemplo, a abordagem apresentada torna possível facilitar a atividade econômica e de desenvolvimento, ao mesmo tempo em que produz benefícios para os ecossistemas aquáticos por meio da remediação direcionada de outros estressores. Na preparação, selecione medidas baseadas na paisagem das atividades dominantes de uso da terra dentro da bacia hidrográfica alvo, como atributos de cobertura da terra no Banco de Dados Nacional de Cobertura da Terra.

Em seguida, no GIS, abra o arquivo de captação NHD para a área de destino. Antes de iniciar o resumo, certifique-se de que cada área de contribuição tenha um identificador exclusivo. Para começar, aloque dados vetoriais de uso da terra para cada bacia hidrográfica do polígono.

Use a ferramenta de interseção tabulada para calcular os atributos da paisagem para cada área de contribuição. Selecione a camada de bacias hidrográficas como a feição da zona de entrada, o identificador único como o campo de zona e os dados de uso do solo vetorial como a feição da classe de entrada. Em seguida, aloque dados de uso do solo raster para cada bacia hidrográfica.

Use a ferramenta de tabular área para calcular os atributos de cada área de contribuição. Selecione a camada da área de contribuição como os dados da zona de feição, o identificador único como o campo de zona e o conjunto de dados de cobertura do solo como o raster de entrada. Agora, junte os atributos de uso do solo tabulados à camada de captação.

Clique com o botão direito do mouse na camada de captação no sumário. Na caixa de diálogo, selecione junções e relaciona e, em seguida, associar. Selecione a saída do vetor tabulado como a tabela a ser unida e, em seguida, selecione o identificador exclusivo da área de contribuição como o campo no qual a junção será baseada.

Repita este passo para unir a saída do raster tabulado. Em seguida, acumule todos os atributos de paisagem e o campo de área para cada área de captação usando um script automatizado. Esta etapa calcula as áreas totais da bacia a montante e os atributos da paisagem e pode ser realizada para bacias hidrográficas NHD de uma a 100.000 escalas usando a ferramenta de alocação e acumulação de atributos de captação.

Selecione as bacias hidrográficas do NHD como locais de estudo com base em seus atributos da paisagem. Primeiro, crie um gráfico de dispersão de todas as bacias hidrográficas do NHD em relação aos seus valores acumulados das principais atividades de uso da terra. Selecione aproximadamente 40 bacias hidrográficas como locais de estudo dentro de cada bacia hidrográfica de código de unidade hidrológica de oito dígitos.

Esses locais devem representar toda a gama de influências das atividades dominantes de uso da terra encontradas na bacia hidrográfica alvo. Selecione locais dentro de gradientes de estressores independentes, que são locais influenciados por uma única atividade de uso da terra. Além disso, selecione locais com combinações de estressores que são influenciadas por várias atividades de uso da terra.

Certifique-se de que os locais estejam bem distribuídos na bacia hidrográfica e independentes uns dos outros em relação à sua drenagem a jusante. Certifique-se de que os locais que se enquadram em cada gradiente de estressor individual e combinado também tenham áreas médias de bacia semelhantes. No campo, delinear o alcance da amostragem como 40 vezes a largura do canal ativo com comprimento máximo e mínimo de 300 e 150 metros.

Comece com a coleta de amostras de água. Escolha a água em movimento característica de todo o local de amostragem. Primeiro, obtenha medidas instantâneas de oxigênio dissolvido, condutividade específica, temperatura e pH, usando sensores portáteis.

Em seguida, colete uma amostra filtrada. Primeiro, enxágue o equipamento de filtragem com água deionizada. Em seguida, filtre 250 mililitros de água para análise de metais dissolvidos e fixe a amostra a um pH inferior a dois para garantir que os metais permaneçam dissolvidos na solução.

Em seguida, colete 250 mililitros de água não filtrada submergindo completamente uma garrafa de amostra na coluna de água. Aperte suavemente o frasco para eliminar o ar restante e, simultaneamente, coloque a tampa no sample frasco. Se necessário, fixe a amostra a um pH inferior a dois para eliminar a atividade biológica que possa afetar os analitos.

Selecione os analitos com base nas atividades locais de uso da terra. Colete um controle negativo uma vez durante cada evento de amostragem, seguindo todos os protocolos de amostragem de água para obter amostras de água deionizada. Isso é para garantir que não haja contaminação cruzada entre os locais de amostragem.

Armazene todas as amostras de água a quatro graus Celsius. O procedimento seguinte consiste em medir a descarga em cada local de amostra. Para fazer isso, primeiro divida a largura do riacho em incrementos de tamanhos iguais usando uma haste de medidor de profundidade, meça a profundidade como a distância do leito do riacho à superfície da água e, em seguida, usando um medidor de corrente, meça a velocidade da água a 60% da profundidade da água.

Agora, calcule a descarga como a soma de todos os produtos da velocidade, profundidade e largura em cada seção. Para amostrar o macro invertebrado em cada local, colete amostras de chute de quatro corredeiras separadas distribuídas por todo o comprimento do alcance da amostragem. Em cada local, coloque a rede de chute perpendicular ao fluxo do riacho e, a pé, perturbe uma área de 50 centímetros quadrados imediatamente a montante para coletar matéria na rede de chute.

Uma vez coletadas as quatro amostras, combine-as e preserve-as imediatamente com etanol a 95%. O próximo procedimento é medir a qualidade e a complexidade do habitat físico em todo o alcance do riacho, fazendo medições em pontos igualmente espaçados ao longo da esteira do trecho, que é o local dentro do canal do riacho com o fluxo mais rápido. Finalmente, conte todos os pedaços de grandes detritos lenhosos dentro do canal ativo.

Sub-amostra dos organismos contidos em cada amostra de macroinvertebrados obtida no local de ensaio. Coloque toda a amostra composta em uma bandeja de classificação em grade de 100 polegadas quadradas e atribua aleatoriamente a cada polegada quadrada da grade um número de um a 100. Remova organismos e detritos de um local de grade selecionado aleatoriamente e, usando um microscópio estéreo, conte e identifique todos os organismos.

Continue a contar e identificar organismos de locais de grade selecionados aleatoriamente até que o número total de indivíduos classificados esteja entre 160 e 240. Identifique o organismo a ser gerado usando uma chave de macroinvertebrado. Em seguida, compile os dados de abundância em nível de gênero em métricas da comunidade para usar como variáveis de resposta para modelagem estatística.

Tais variáveis incluem riqueza total e porcentagem de EPT. Depois de usar os dados para construir modelos estatísticos que preveem as condições físicas, químicas e biológicas, use o software GIS para visualizar as previsões. Primeiro, junte as previsões para as bacias hidrográficas do NHD.

Clique com o botão direito do mouse na camada de bacias hidrográficas no sumário e selecione junções e relaciona e, em seguida, unir. Selecione as previsões do modelo como a tabela a ser unida e selecione o identificador exclusivo da área de contribuição como o campo no qual a associação será baseada. Em seguida, clique com o botão direito do mouse na camada de bacias hidrográficas e selecione propriedades.

Na caixa de diálogo de propriedades da camada, clique na guia simbologia e selecione quantidades. Selecione o valor de interesse previsto como o campo de valor e clique em aplicar. Se necessário, use a opção classificar para alterar manualmente os valores do intervalo para corresponder aos critérios ecológicos reconhecidos.

Agora, realize a análise do cenário. Atualize o conjunto de dados de paisagem atual editando diretamente a tabela de atributos das camadas de bacia com a função de calculadora de campo. Por exemplo, altere uma bacia anteriormente florestada para cobertura de terra de mineração.

Os usuários também podem editar várias bacias para quantificar os efeitos prováveis de várias atividades que ocorrem em grandes escalas espaciais. Outra opção de edição não mostrada aqui é editar os conjuntos de dados vetoriais ou raster de paisagem originais. Agora, usando procedimentos já apresentados, realoque e reacumule os atributos de uso da terra atualizados para todas as bacias hidrográficas do NHD.

Preveja as condições no fluxo em função do conjunto de dados da paisagem atualizado e visualize as condições previstas. 41 a 24.000 bacias hidrográficas NHD em escala foram selecionadas como locais de estudo no rio Coal, Virgínia Ocidental. Os locais de estudo foram selecionados para abranger uma série de influências, incluindo mineração de superfície, desenvolvimento residencial e mineração subterrânea.

Após a coleta de dados e a construção de modelos estatísticos, duas sub-bacias hidrográficas com mineração de superfície semelhante foram analisadas para vários cenários de desenvolvimento e mitigação do uso da terra. O que diferencia Drawdy Creek de Laurel Fork é que Drawdy Creek é influenciado por estruturas residenciais e mineração subterrânea. A análise de cenários sugeriu que Laurel Fork pode assimilar um aumento de 21% na cobertura do solo de mineração de superfície ou 22 estruturas residenciais antes do comprometimento biológico.

Antes que ocorra o comprometimento químico, Laurel Creek poderia assimilar um aumento de 14% nas terras de mineração de superfície ou oito minas subterrâneas. Em contraste, prevê-se que o fluxo de saída de Drawdy Creek exceda os critérios químicos e biológicos, portanto, cenários de mitigação foram testados. Nem mitigar totalmente o efeito do desenvolvimento residencial, nem mitigar totalmente a mineração subterrânea foi suficiente para atender aos critérios biológicos ou químicos.

Em vez disso, previu-se que, para fazer com que o fluxo de saída de Drawdy Creek atendesse aos critérios biológicos e químicos, o desenvolvimento residencial e a mineração subterrânea precisariam ser mitigados em 94 e 75%, respectivamente, conforme observado pelas linhas tracejadas. Essa abordagem aborda as limitações previamente identificadas associadas ao gerenciamento de sistemas aquáticos e ao desenvolvimento ativo de bacias hidrográficas. Notavelmente, a avaliação direcionada da bacia hidrográfica produz dados capazes de quantificar efeitos cumulativos complexos em escalas espaciais relevantes e integra modelos com recursos GIS existentes para criar uma estrutura de análise de cenário facilmente interpretável e implementável.

Será importante para nós colocar essa metodologia dentro de uma estrutura de gerenciamento adaptativo, onde fazemos previsões e, em seguida, acessamos as atividades de gerenciamento ao longo do tempo e, particularmente, no futuro, gostaríamos de incorporar os efeitos das mudanças climáticas e incorporar esses efeitos em nossos modelos de cenários futuros. Essa estrutura é aplicável a regiões e bacias hidrográficas impactadas por qualquer número de atividades de uso da terra e pode ser usada para conservar os recursos aquáticos em face de pressões socioeconômicas e políticas para continuar as atividades de desenvolvimento.