Водораздел Планирование в рамках структурного анализа количественного сценария

Общая цель данной методологии заключается в том, чтобы предоставить исследователям и управляющим ресурсами основу для доступа к водным системам и управления ими в рамках активно развивающихся водосборных бассейнов, затронутых многочисленными видами деятельности по землепользованию. Подход к планированию оценки водосборных бассейнов, описанный в этом видео, принесет пользу исследователям и менеджерам водных ресурсов, позволяя характеризовать и прогнозировать кумулятивное воздействие, связанное с многочисленными видами деятельности по землепользованию. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он включает в себя структуру кумулятивного анализа в рамках сценарного анализа пространства GI.

Это позволяет менеджерам интерактивно получать доступ к результатам нормативных решений, таких как выдача разрешений и смягчение последствий. Например, представленный подход позволяет содействовать как экономической деятельности, так и деятельности в области развития, а также приносить пользу водным экосистемам за счет целенаправленной реабилитации других стрессоров. При подготовке следует выбрать ландшафтные измерения доминирующей деятельности в области землепользования в пределах целевого водосборного бассейна, такие как атрибуты почвенно-растительного покрова в Национальной базе данных почвенно-растительного покрова.

Затем в ГИС откройте файл охвата NHD для целевой области. Прежде чем приступить к обобщению, убедитесь, что у каждого водосборного бассейна есть уникальный идентификатор. Для начала распределите векторные данные о землепользовании для каждого водосборного бассейна полигона.

Используйте инструмент табулировать пересечение для вычисления атрибутов ландшафта для каждого водосбора. Выберите слой водосборных бассейнов в качестве входного объекта зоны, уникальный идентификатор в качестве поля зоны и векторные данные о землепользовании в качестве входного объекта класса. Затем распределите растровые данные о землепользовании для каждого водосбора.

Используйте инструмент табулировать площадь для вычисления атрибутов для каждого водосбора. Выберите слой водосборного бассейна в качестве данных векторной зоны, уникальный идентификатор в качестве поля зоны и набор данных почвенно-растительного покрова в качестве входного растра. Теперь присоедините табличные атрибуты землепользования к водосборному слою.

Щелкните правой кнопкой мыши по водосборному слою в таблице содержания. В диалоговом окне выберите соединения и связи, а затем присоединитесь. Выберите табличный векторный вывод в качестве таблицы для соединения, а затем выберите уникальный идентификатор водосборного бассейна в качестве поля, на основе которого будет основано соединение.

Повторите этот шаг, чтобы объединить выходные данные табличного растра. Затем накопите все атрибуты ландшафта и поле площади для каждого водосборного бассейна с помощью автоматизированного скрипта. На этом шаге вычисляются общие площади бассейнов вверх по течению и атрибуты ландшафта и могут быть выполнены для водосборов масштаба от 1 до 100 000 NHD с использованием инструмента распределения и накопления атрибутов водосбора.

Выберите водосборные бассейны NHD в качестве участков для исследования на основе их ландшафтных характеристик. Во-первых, создайте точечную диаграмму всех водосборных бассейнов NHD по отношению к их накопленным значениям основных видов деятельности по землепользованию. Выберите около 40 водосборных бассейнов в качестве исследуемых участков в пределах каждого водосборного бассейна с восьмизначным кодом гидрологической единицы.

Эти участки должны представлять весь спектр воздействий со стороны доминирующих видов деятельности в области землепользования, обнаруженных в пределах целевого водосборного бассейна. Выберите участки в пределах независимых градиентов стрессоров, которые являются участками, на которые влияет одиночная деятельность землепользования. Кроме того, выбирайте участки с комбинациями стрессоров, на которые влияют многочисленные виды землепользования.

Убедитесь, что участки хорошо распределены в водосборном бассейне и независимы друг от друга по отношению к их дренажу ниже по течению. Убедитесь, что участки, попадающие в пределах каждого отдельного и комбинированного градиента стрессора, также имеют схожие средние площади бассейна. В полевых условиях определите радиус действия проб как 40-кратный по ширине активного канала с максимальной и минимальной длиной 300 и 150 метров.

Начните со сбора проб воды. Выберите характеристику движущейся воды для всего участка отбора проб. Во-первых, получите мгновенные измерения растворенного кислорода, удельной проводимости, температуры и pH с помощью ручных датчиков.

Далее соберите отфильтрованную пробу. Сначала промойте фильтрующее оборудование деионизированной водой. Затем отфильтруйте 250 миллилитров воды для анализа растворенных металлов и зафиксируйте образец на pH менее двух, чтобы гарантировать, что металлы останутся растворенными в растворе.

Затем соберите 250 миллилитров нефильтрованной воды, полностью погрузив бутылку с образцом в толщу воды. Осторожно сожмите бутылку, чтобы удалить остатки воздуха, и одновременно наденьте крышку на бутылку с образцом. При необходимости зафиксируйте pH образца до уровня менее двух, чтобы погасить биологическую активность, которая может повлиять на аналиты.

Выбор аналитов основан на местных видах землепользования. Собирайте отрицательный контрольный сигнал один раз во время каждого отбора проб, следуя всем протоколам отбора проб воды, чтобы получить образцы деионизированной воды. Это необходимо для того, чтобы исключить перекрестное загрязнение между местами отбора проб.

Храните все пробы воды при температуре четыре градуса Цельсия. Следующая процедура заключается в измерении расхода на каждом участке отбора проб. Для этого сначала разделите ширину вброд потока на равные по размеру приращения с помощью штанги глубиномера, измерьте глубину как расстояние от русла ручья до поверхности воды, затем с помощью измерителя течения измерьте скорость воды на уровне 60% от глубины воды.

Теперь рассчитайте расход как сумму всех произведений скорости, глубины и ширины на каждом участке. Для отбора проб макробеспозвоночных на каждом участке отбирайте пробы из четырех отдельных желобков, распределенных по всей длине участка отбора проб. В каждом месте поместите сетку перпендикулярно течению ручья и пешком нарушьте площадь 50 квадратных сантиметров непосредственно вверх по течению, чтобы собрать материал в сетку.

После того, как четыре образца будут собраны, объедините их и немедленно законсервируйте с 95% этанолом. Следующая процедура заключается в измерении качества и сложности физической среды обитания на всем протяжении потока путем проведения измерений в равноудаленных друг от друга точках вдоль кильватерного следа, который является местом в русле ручья с наиболее быстрым течением. Наконец, пересчитайте все кусочки крупного древесного мусора в пределах активного канала.

Подпробы включают организмы, содержащиеся в каждой пробе макробеспозвоночных, полученной на полигоне. Поместите весь композитный образец в сортировочный лоток площадью 100 квадратных дюймов и случайным образом присвойте каждому квадратному сантиметру сетки номер от одного до 100. Удалите организмы и мусор из случайно выбранного места сетки и с помощью стереомикроскопа подсчитайте и идентифицируйте все организмы.

Продолжайте подсчитывать и идентифицировать организмы из случайно выбранных мест сетки, пока общее количество отсортированных особей не составит от 160 до 240. Идентифицируйте организм по роду с помощью ключа для макробеспозвоночных. Затем скомпилируйте данные о численности на уровне рода в метрики сообщества для использования в качестве переменных отклика для статистического моделирования.

К таким переменным относятся общая насыщенность и процент EPT. После использования данных для построения статистических моделей, которые прогнозируют физические, химические и биологические условия, используйте программное обеспечение ГИС для визуализации прогнозов. Во-первых, присоединим прогнозы к водосборам NHD.

Щелкните правой кнопкой мыши слой водосборов в таблице содержания и выберите соединения и связи, а затем соедините. Выберите прогнозы модели в качестве таблицы, которую необходимо объединить, и выберите уникальный идентификатор водосборного бассейна в качестве поля, на котором будет основано соединение. Затем щелкните правой кнопкой мыши по слою водосборов и выберите свойства.

В диалоговом окне свойств слоя щелкните вкладку символов и выберите количества. Выберите прогнозируемое интересующее значение в качестве поля значения и нажмите кнопку Применить. При необходимости используйте опцию classify, чтобы вручную изменить значения диапазона в соответствии с признанными экологическими критериями.

Теперь проведите сценарный анализ. Обновите текущий набор данных ландшафта, напрямую отредактировав таблицу атрибутов слоев водосборного бассейна с помощью функции калькулятора поля. Например, изменить ранее покрытый лесом водосборный бассейн на почвенно-растительный покров для добычи полезных ископаемых.

Пользователи также могут редактировать несколько водосборных бассейнов для количественной оценки вероятных эффектов нескольких действий, происходящих в больших пространственных масштабах. Другой вариант редактирования, не показанный здесь, - это редактирование исходных наборов данных векторного или растрового ландшафта. Теперь, используя уже представленные процедуры, перераспределите и повторно накопите обновленные атрибуты землепользования для всех водосборных бассейнов NHD.

Прогнозируйте условия в водотоке в зависимости от обновленного набора данных о ландшафте и визуализируйте прогнозируемые условия. От 41 до 24 000 водосборных бассейнов NHD были выбраны в качестве исследовательских участков в пределах реки Коул, Западная Вирджиния. Участки для исследования были выбраны таким образом, чтобы охватить широкий спектр влияний, включая открытую добычу полезных ископаемых, жилищное строительство и подземную добычу полезных ископаемых.

После сбора данных и построения статистических моделей были проанализированы два подводосборных бассейна с аналогичными открытыми горными работами для различных сценариев развития землепользования и смягчения последствий. Что отличает Дроуди Крик от Лорел Форк, так это то, что на Дроуди Крик влияют жилые строения и подземная добыча полезных ископаемых. Анализ сценариев показал, что Лорел Форк может поглотить 21%-ное увеличение растительного покрова открытых горных работ или 22 жилых строения до того, как произойдет биологическое нарушение.

До того, как произойдет химическое нарушение, Laurel Creek может поглотить на 14% больше открытых горных работ или восемь подземных рудников. Напротив, прогнозируется, что сток из Дроуди-Крик превысит как химические, так и биологические критерии, поэтому были протестированы смягчающие сценарии. Ни полное смягчение последствий жилищного строительства, ни полное смягчение последствий подземной добычи полезных ископаемых не были достаточными для удовлетворения биологических или химических критериев.

Вместо этого было предсказано, что для того, чтобы сток Дроуди Крик успешно соответствовал биологическим и химическим критериям, необходимо будет сократить жилую застройку и подземную добычу полезных ископаемых на 94% и 75% соответственно, как отмечено пунктирными линиями. Этот подход направлен на устранение ранее выявленных ограничений, связанных с управлением водными системами и активным освоением водосборных бассейнов. В частности, целевая оценка водосборных бассейнов позволяет получить данные, способные количественно оценить сложные кумулятивные эффекты в соответствующих пространственных масштабах, и интегрирует модели с существующими возможностями ГИС для создания легко интерпретируемой и реализуемой структуры сценарного анализа.

Для нас будет важно поместить эту методологию в адаптивную структуру управления, где мы делаем прогнозы, а затем получаем доступ к управленческим действиям с течением времени, и, особенно в будущем, мы хотели бы учитывать последствия изменения климата и включать эти эффекты в наши будущие сценарные модели. Эта концепция применима к регионам и водосборным бассейнам, затронутым любым количеством видов деятельности в области землепользования, и может быть использована для сохранения водных ресурсов в условиях социально-экономического и политического давления, вынуждающего к продолжению деятельности в области развития.