Vannskille planlegging innenfor en kvantitativ Scenario analyse Work
Summary
Det er et kritisk behov for verktøy og metoder som er i stand til å håndtere vannsystemer i ansiktet av usikre fremtidige forhold. Vi tilbyr metoder for å gjennomføre en målrettet vannskille vurdering som gjør at ressurs ledere til å produsere landskapsbasert kumulative effekter modeller for bruk i en scenarioanalyse rammeverket for forvaltningen.
Abstract
Det er et kritisk behov for verktøy og metoder som er i stand til å håndtere vannsystemer innen tungt påvirket nedbørsfelt. Dagens innsats ofte bommer på grunn av en manglende evne til å kvantifisere og forutsi komplekse kumulative effekten av nåværende og fremtidige arealbruksscenarier ved relevante romlige skalaer. Målet med dette manuskriptet er å gi metoder for å gjennomføre en målrettet vannskille vurdering som gjør at ressurs ledere til å produsere landskapsbasert kumulative effekter modeller for bruk i en scenarioanalyse rammeverket for forvaltningen. Nettsteder er første valgt for inkludering i vannskillet vurderingen ved å identifisere områder som faller sammen uavhengige gradienter og kombinasjoner av kjente stressfaktorer. Felt- og laboratorieteknikker blir så brukt til å innhente data om fysiske, kjemiske og biologiske effekter av flere arealbruk aktiviteter. Multippel lineær regresjonsanalyse blir deretter anvendt for å fremstille liggende baserte kumulative effekter modeller for å forutsi vanntic forhold. Endelig er metoder for å innlemme kumulative effekter modeller innenfor en scenarioanalyse rammeverk for guiding styring og reguleringer (f.eks tillater og mitigation) innen aktivt utviklingsnedbørs diskutert og demonstrert for 2 sub-nedslagsfelt innenfor fjelltopp gruvedrift regionen i det sentrale Appalachia. Vannskille vurdering og styring tilnærming gitt her gjør ressurs ledere til å legge til rette for økonomisk og utviklingsaktivitet samtidig beskytte akvatiske ressurser og produsere mulighet for netto økologiske fordeler gjennom målrettet utbedring.
Introduction
Menneskeskapte endringer av naturområder er blant de største aktuelle trusler mot akvatiske økosystemer over hele verden en. I mange regioner, vil fortsatt degradering med dagens priser føre til uopprettelig skade for vannlevende ressurser, til slutt begrense deres evne til å gi uvurderlige og uerstattelige økosystemtjenester. Det er derfor et kritisk behov for verktøy og metoder som er i stand til å håndtere vannsystemer innen utviklingsnedbørsfelt 2-3. Dette er spesielt viktig gitt at ledere er ofte i oppgave å bevare vannressurser i møte med sosioøkonomiske og politiske press for å fortsette utviklingsaktiviteter.
Forvaltning av vannsystemer innen aktivt utviklingsland krever en evne til å forutse sannsynlige effekter av foreslåtte utviklingsaktiviteter innenfor rammen av eksisterende naturlige og menneskeskapte landskapet attributter tre, fire. En stor utfordring for aquatic ressursforvaltning innen tungt degradert nedbørsfelt er evnen til å kvantifisere og håndtere komplekse (dvs. additive eller interaktive) kumulative effekten av flere arealbruk stressfaktorer på relevante romlige skalaer 2, 5. Til tross for dagens utfordringer, men kumulative effekter vurderinger blir innlemmet i gjeldende lover og forskrifter over hele verden 5-6.
Målrettede vannskille vurderinger designet for å smake på hele spekteret av forhold med hensyn til flere arealbruk stressfaktorer kan produsere data som kan modellere komplekse kumulative effekter 7. Videre, som omfatter slike modeller i en scenarioanalyse rammeverk [forutsi økologiske endringer under en rekke realistiske eller foreslått utbygging eller vannskille management (restaurering og mitigation) scenarier] har potensial til å forbedre vannressursforvaltning innen tungt påvirket nedbørs 3, 5, 8 -9. Mest spesielt, gir scenarioanalyseet rammeverk for å legge til objektivitet og åpenhet til beslutninger ved å innlemme vitenskapelig informasjon (økologiske sammenhenger og statistiske modeller), regulatoriske mål, og interessenter trenger inn i en enkelt beslutnings rammeverk 3, 9.
Vi presenterer en metodikk for å vurdere og håndtere kumulative effekten av flere arealbruk aktiviteter innenfor en scenarioanalyse rammeverk. Vi først beskrive hvordan du riktig målrette nettsteder for inkludering i vannskillet vurdering basert på kjente arealbruk stressfaktorer. Vi beskriver felt- og laboratorieteknikker for å fremskaffe data om økologiske effekter av flere arealbruk aktiviteter. Vi kort beskrive modelleringsteknikker for å produsere landskapsbasert kumulative effekter modeller. Til slutt diskuterer vi hvordan å innlemme kumulative effekter modeller innenfor en scenarioanalyse rammeverk og demonstrere nytten av denne metodikken i å hjelpe reguleringer (f.eks tillater og restentale) i en intensivt utvunnet vannskille i det sørlige West Virginia.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi gir et rammeverk for å vurdere og håndtere kumulative effekten av flere arealbruk aktiviteter i sterkt påvirket nedbørsfelt. Tilnærmingen er beskrevet her adresser tidligere identifisert begrensninger knyttet til administrasjon av vannsystemer i sterkt påvirket nedbørs 5-6. Mest spesielt målrettet vannskille vurderingen design (dvs. prøvetaking langs enkelte og kombinerte stressor akser) produserer data som er godt egnet for kvantifisering av komplekse kumulative effekter på relevante ro…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker de mange felt- og laboratorie hjelpere som var involvert i ulike aspekter av dette arbeidet, spesielt Donna Hartman, Aaron Maxwell, Eric Miller, og Alison Anderson. Midler til denne studien ble gitt av US Geological Survey gjennom støtte fra US Environmental Protection Agency (EPA) Region III. Denne studien ble delvis utviklet under Science til å oppnå resultater Fellowship Bistandsavtalen antall FP-91766601-0 tildelt av US EPA. Selv om forskningen er beskrevet i denne artikkelen har blitt finansiert av US EPA, det har ikke vært utsatt for etatens nødvendig peer og politikk gjennomgang og derfor ikke nødvendigvis gjenspeiler synspunktene til etaten, og ingen offisiell godkjenning skal kunne utledes.
Materials
| Slack Invert Sampling Kit | Wildco | 3-425-N56 | |
| HDPE Square Jars | US Plastic Corp | 66188 | 32oz./for storing fixed, composite invertebrate samples |
| Ethyl Alcohol 190 Proof | PHARMCO-AAPER | 111000190 | For fixing and storing invertebrate samples |
| 5in. by 20in. Macroinvertebrate sub-samplilng grid | N/A | N/A | This item cannot be purchased and must be made in house |
| Stereomicroscope Stemi 2000 with stand C LED | ZEISS | 000000-1106-133 | For macroinvertebrate sorting and identification |
| Thermo Scientific Nalgene Reusable Filter Holders with Receiver | Fisher Scientific | 09-740-23A | |
| Immobilon-NC Transfer Membrane | Millipore | HATF04700 | Triton-free, mixed cellulose exters, 0.45um, 47mm, disc |
| Actron Vacuum Pump Brake Bleeder Kit | Advanced Auto Parts | CP7835 | |
| Nitric Acid Solution | HACH | 254049 | 1:1, 500mL |
| Oblong NDPE Wide Mouth Bottles | Thomas Scientific | 1229Z38 | 250 mL/for collection of water samples |
| 650 Multi-parameter display, standard memory | Fondriest Environmental | 650-01 | |
| 600XL Sonde with temperature/conductivity sensor | Fondriest Environmental | 065862 | |
| pH calibration buffer pack | Fondriest Environmental | 603824 | 2 pints each of pH 4, 7, & 10 |
| conductivity standard | Fondriest Environmental | 065270 | 1 quart, 1000 uS |
| Flo-Mate 2000 | TTT Environmental | 2000-11 | |
| Keson English/Metric Open Reel Fiberglass Tape | Forestry Suppliers | 40025 | 300'/100m |
| ArcGIS 10.3.1 | ESRI |
References
- Allan, J. D. Landscapes and riverscapes: the influence of land use on stream ecosystems. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 35, 257-284 (2004).
- Merovich, G. T., Petty, J. T., Strager, M. P., Fulton, J. B. Hierarchical classification of stream condition: a house-neighborhood framework for establishing conservartion priorities in complex riverscapes. Freshwater Science. 32, 874-891 (2013).
- Merriam, E. R., Petty, J. T., Strager, M. P., Maxwell, A. E., Ziemkiewicz, P. F. Scenario analysis predicts context-dependent stream response to land use change in a heavily mined central Appalachian watershed. Freshwater Science. 32, 1246-1259 (2013).
- Petty, J. T., Fulton, J. B., Strager, M. P., Merovich, G. T., Stiles, J. M., Ziemkiewicz, P. F. Landscape indicators and thresholds of stream ecological impairment in an intensively mined Appalachian watershed. J. N. Am. Benthol. Soc. 29, 1292-1309 (2010).
- Seitz, N. E., Westbrook, C. J., Noble, B. F. Bringing science into river systems cumulative effects assessment practice. Environ. Impact Asses. 31, 172-179 (2011).
- Duinker, P. N., Greig, L. A. The importance of cumulative effects assessment in Canada: ailments and ideas for redeployment. Environ. Manage. 37, 153-161 (2006).
- Merriam, E. R., Petty, J. T., Strager, M. P., Maxwell, A. E., Ziemkiewicz, P. F. Landscape-based cumulative effects models for predicting stream response to mountaintop mining in multistressor Appalachian watersheds. Freshwater Science. 34, 1006-1019 (2015).
- Duinker, P. N., Greig, L. A. Scenario analysis in environmental impact assessment: improving explorations of the future. Environ. Impact Asses. 27, 206-219 (2007).
- Kepner, W. G., Ramsey, M. M., Brown, E. S., Jarchow, M. E., Dickinson, K. J. M., Mark, A. F. Hydrologic futures: using scenario analysis to evaluate impacts of forecasted land use change on hydrologic services. Ecosphere. 3, 1-25 (2012).
- Gergel, S. E., Turner, M. G., Miller, J. R., Melack, J. M., Stanley, E. H. Landscape indicators of human impacts to riverine systems. Aquat. Sci. 64, 118-128 (2002).
- McKay, L., Bondelid, T., Dewald, T., Johnston, J., Moore, R., Rea, A. . NHDPlus Version 2: User Guide. , (2012).
- Strager, M. P., Petty, J. T., Strager, J. M., Barker-Fulton, J. A spatially explicit framework for quantifying downstream hydrologic conditions. J. Environ. Manag. 90, 1854-1861 (2009).
- . . WVDEP (Virginia Department of Environmental Protection). Standard operating proceedures. , (2009).
- . EPA-60014-79-020. USEPA. Methods for chemical analysis of water and wastes. , (1983).
- Merriam, E. R., Petty, J. T., Merovich, G. T., Fulton, J. B., Strager, M. P. Additive effects of mining and residential development on stream conditions in a central Appalachian watershed. J. N. Am. Benthol. Soc. 30, 399-418 (2011).
- Bisson, P. A., Nielsen, J. L., Palmason, R. A., Grove, L. E., Armentrout, N. D. 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. , 62-73 (1982).
- Wentworth, C. K. A scale of grade and class terms for clastic sediments. J. Geol. 30, 377-392 (1922).
- 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).
- 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. , (1999).
- Merritt, R. W., Cummins, K. W. . An introduction to the aquatic insects of North America. 4th edition. , (2008).
- Crawley, M. J. . Statistics: an introduction using R. , (2005).
- Zeileis, A., Hothorn, T. Diagnostic Checking in Regression Relationships. R News. 2, 7-10 (2002).
- 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. , (2011).
- Gerritsen, J., Burton, J., Barbour, M. T. . A stream condition index for West Virginia wadeable streams. , (2000).
- Pond, G. J., Passmore, M. E., Borsuk, F. A., Reynolds, L., Rose, C. J. Downstream effects of mountaintop coal mining: comparing biological conditions using family- and genus-level macroinvertebrate bioassessment tools. J. N. Am. Benthol. Soc. 27, 717-737 (2008).
- Luo, Y., et al. Ecological forecasting and data assimilation in a data-rich era. Ecol. Appl. 21, 1429-1442 (2011).
- Petty, J. T., Strager, M. P., Merriam, E. R., Ziemkiewicz, P. F., Craynon, J. R. Scenario analysis and the Watershed Futures Planner: predicting future aquatic condiditons in an intensively mined Appalachian watershed. Environmental Considerations in Energy Productions. , 5-19 (2013).
- Daraio, J. A., Bales, J. D. Effects of land use and climate change on stream temperature I: daily flow and stream temperature projections. J. Am. Water Resour. As. 50, 1155-1176 (2014).
- Mantyka-Pringle, C. S., Martin, T. G., Moffatt, D. B., Linke, S., Rhodes, J. R. Understanding and predicting the combined effects of climate change and land-use change on freshwater macroinvertebrates and fish. J. Appl. Ecol. 51, 572-581 (2014).
- Piggott, J. J., Townsend, C. R., Matthaei, C. D. Climate warming and agricultural stressors interact to determine stream macroinvertebrate community dynamics. Glob. Change Biol. 21, 1897-1906 (2015).
- Elith, J., Leathwick, J. R., Hastie, T. A working guide to boosted regression trees. J. Anim. Ecol. 77, 802-813 (2008).
- Mattson, K. M., Angermeier, P. L. Integrating human impacts and ecological integrity into a risk-based protocol for conservation planning. Environ. Manage. 39, 125-138 (2007).
- (US, U. S. E. P. A. EPA 841-B-11-002. USEPA. Identifying and protecting healthy watersheds. Concepts, assessments, and management approaches. , (2012).
- Merriam, E. R., Petty, J. T., Strager, M. P., Maxwell, A. E., Ziemkiewicz, P. F. Complex contaminant mixtures in multi-stressor Appalachian riverscapes. Environ. Toxicol. Chem. , (2015).
