Watershed תכנון במסגרת ניתוח תרחיש כמותי
Summary
יש צורך קריטי עבור כלים ומתודולוגיות מסוגלים לנהל מערכות מימיות לנוכח תנאים עתידים לא בטוחים. אנו מספקים שיטות לניהול הערכת פרשת מים ממוקד המאפשרת מנהלי משאבים לייצר מודלי השפעות מצטברות מבוסס נוף לשימוש בתוך מסגרת ניהול ניתוח תרחיש.
Abstract
יש צורך קריטי עבור כלים ומתודולוגיות מסוגלים לנהל מערכות מימיות בתוך היקוות השפיעה בכבדות. מאמצים נוכחיים לעתים קרובות נופלים כתוצאת מאי יכולת לכמת ולחזות השפעות מצטברות מורכבות של תרחישי שימוש בקרקע נוכחיים ועתידיים בקני מידת מרחבים רלוונטיים. המטרה של כתב היד הזה היא לספק שיטות לניהול הערכת פרשת מים ממוקד המאפשרת מנהלי משאבים לייצר מודלי השפעות מצטברות מבוסס נוף לשימוש בתוך מסגרת ניהול ניתוח תרחיש. אתרים נבחרים ראשון להוספה באמצעות הערכת פרשת מים על ידי זיהוי אתרים שנכללים יחד הדרגתי עצמאי ושילובים של לחצים ידועים. שדה וטכניקות מעבדה משמשות לאחר מכן כדי להשיג מידע על, פיזי, כימי השפעות ביולוגיות של פעילויות שימושיות קרקע מרובות. ניתוח רגרסיה לינארית מרובה לאחר מכן נעשה שימוש כדי לייצר מודלי השפעות מצטברות מבוסס נוף לניבוי אקווהתנאי טיק. לבסוף, שיטות לשילוב דגמי השפעות מצטברים בתוך מסגרת ניתוח תרחישים עבור מנחים את הניהול והחלטות רגולטוריות (למשל, מתיר והפחתה) בתוך היקוות פעילה בפיתוח נדונות הדגימו 2-אגני משנה בתוך אזור כריית ההר של האפלאצ'ים מרכזי. גישת הערכת וניהול פרשת מים בתנאי שימוש מאפשרת למנהלי משאבים שתקל על פעילותם כלכלית ופיתוח תוך שמירה על משאבי מים והפקת הזדמנות להטבות אקולוגיות נטו באמצעות תיקון ממוקד.
Introduction
שינוי אנתרופוגניים של נופים טבעיים הוא בין האיומים הנוכחיים הגדולים למערכות אקולוגיות מימיות ברחבי העולם 1. באזורים רבים, השפלה המשיך בקצב הנוכחי תגרום נזק בלתי הפיך למקורות מים, ובסופו של דבר מגביל את יכולתם לספק שירותי המערכת האקולוגית יקר וחסר תחליף. לפיכך, יש צורך קריטי עבור כלים ומתודולוגיות מסוגלים לנהל מערכות מימיות בתוך היקוות פיתוח 2-3. הדבר חשוב במיוחד בהתחשב בעובדה מנהלית לעתים קרובות הם המוטל עם שימור משאבים מימיים לנוכח לחצים כלכליים ופוליטיים להמשיך בפעילות פיתוח.
ניהול מערכות מימיות בתוך האזורים הפעילים בפיתוח דורש יכולת לחזות השפעות אפשריות של אותה פעילות פיתוח מוצעת במסגרת נוף טבעי קיים טרום אנתרופוגניים מייחסים 3, 4. אחד אתגרים גדולים כדי aquatמשאב ic ניהול בתוך היקוות מושפלת בכבדות הוא היכולת לכמת ולנהל מורכבות (כלומר, כתוסף או אינטראקטיביות) השפעות מצטברות של לחצים שימושיים קרקע מרובות בקני מידת מרחבים רלוונטיים 2, 5. למרות אתגרים נוכחיים, לעומת זאת, ערכות השפעות מצטברות שמתבצעות שולבו והנחיות רגולטוריות ברחבי העולם 5-6.
הערכות פרשת מים ממוקדות שנועדו לדגום המגוון הרחב של תנאים ביחס ללחצים שימושיים קרקע רבים יכולים לייצר נתונים מסוגלים דוגמנות השפעות מצטברות מורכבות 7. יתר על כן, שילוב מודלים כאלה בתוך מסגרת ניתוח תרחיש [הצופה שינויים אקולוגיים תחת מגוון של פיתוח מציאותי או מוצע או ניהול פרשת מים (שיקום קל) תרחישים] יש הפוטנציאל לשפר את ניהול משאבי מים מאוד בתוך אגנים 3 השפיעו בכבדות, 5, 8 -9. השינוי הבולט ביותר, ניתוח תרחיש מספקמסגרת להוספת אובייקטיביות ושקיפות החלטות ניהוליות על ידי שילוב מידע מדעי (יחסים אקולוגיים מודלים סטטיסטיים), מטרות רגולציה, ואת בעלי העניין צריכה למסגרת אחת קבלת החלטות 3, 9.
אנו מציגים מתודולוגיה להערכה וניהול השפעות מצטברות של פעילויות מרובות שימוש בקרקע במסגרת ניתוח תרחיש. אנחנו ראשונים מתארים כיצד לכוון לאתרים כראוי להוספה באמצעות הערכת פרשת המים המבוססת על לחצים שימוש בקרקע ידועים. אנו מתארים טכניקות שדה ומעבדה לקבלת נתונים על ההשפעות האקולוגיות של פעילויות שימושיות קרקע מרובות. נתאר בקצרה טכניקות מודלים לייצור דגמי השפעות מצטברות מבוסס נוף. לבסוף, אנו דנים כיצד לשלב מודלים השפעות מצטברות בתוך מסגרת ניתוח תרחיש להדגים את התועלת של מתודולוגיה זו בסיוע להחלטות רגולטוריות (למשל, המתיר ומנוחהנאום) בתוך מים ממוקשים באופן אינטנסיבי בווירג'יניה המערבית.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מספקים מסגרת להערכה וניהול השפעות מצטברות של פעילויות מרובות וקרקעית היקוות השפיעה בכבדות. הגישה המתוארת במסמך זה כתובות זוהתה בעבר מגבלות הקשורות לניהול מערכות ימיות היקוות השפיעה בכבדות 5-6. השינוי הבולט ביותר, עיצוב הערכת פרשת מים הממוקד (כלומר, דגי…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים העוזרים שדה ומעבדה הרב שהיו מעורבים בהיבטים שונים של עבודה זו, במיוחד דונה הרטמן, אהרון מקסוול, אריק מילר, ואליסון אנדרסון. המימון למחקר זה סופק על ידי הגיאולוגי האמריקני באמצעות תמיכה מן המשרד להגנת הסביבה בארה"ב (EPA) אזור III. מחקר זה פותח באופן חלקי תחת המדע כדי להשיג מספר הסכם סיוע אחוות תוצאות FP-91,766,601-0 המוענקת על ידי המשרד לאיכות הסביבה בארה"ב. למרות שהמחקר המתואר במאמר זה כבר במימון המשרד לאיכות הסביבה בארה"ב, זה לא היה נתון סקר העמיתים ומדיניות הנדרש של הסוכנות, ולכן לא בהכרח משקף את הדעות של הסוכנות, ולא סבה רשמית ואין להסיק קשר כזה.
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).
