مستجمعات المياه التخطيط ضمن إطار التحليل الكمي السيناريو
Summary
هناك حاجة ماسة لأدوات ومنهجيات قادرة على إدارة النظم المائية في مواجهة الظروف المستقبلية غير مؤكدة. ونحن نقدم طرق لإجراء تقييم مستجمعات المياه المستهدفة التي تمكن مديري الموارد لإنتاج القائم على المشهد الآثار التراكمية نماذج لاستخدامها في إطار سيناريو إدارة التحليل.
Abstract
هناك حاجة ماسة لأدوات ومنهجيات قادرة على إدارة النظم المائية في مستجمعات المياه أثرت بشكل كبير. كثيرا ما تقع الجهود الحالية قصيرة نتيجة لعدم القدرة على تحديد والتنبؤ الآثار التراكمية معقدة من سيناريوهات استخدام الأراضي الحالية والمستقبلية في النطاقات المكانية ذات الصلة. والهدف من هذا المخطوط هو توفير وسائل لإجراء تقييم مستجمعات المياه المستهدفة التي تمكن مديري الموارد لإنتاج القائم على المشهد الآثار التراكمية نماذج لاستخدامها في إطار سيناريو إدارة التحليل. ويتم اختيار مواقع لأول مرة لإدراجها ضمن تقييم مصادر المياه عن طريق تحديد المواقع التي تقع على طول التدرجات مستقلة ومجموعات من الضغوطات المعروفة. ثم يتم استخدام تقنيات الحقلية والمعملية للحصول على بيانات الفيزيائية والكيميائية، والآثار البيولوجية لأنشطة متعددة استخدام الأراضي. ثم يتم استخدام تحليل الانحدار الخطي المتعدد لإنتاج القائم على المشهد الآثار التراكمية نماذج للتنبؤ المائيةشروط التشنج. وأخيرا، وتناقش طرق لدمج نماذج الآثار التراكمية ضمن إطار تحليل السيناريو لإدارة وتوجيه القرارات التنظيمية (على سبيل المثال، تسمح والتخفيف) في مستجمعات المياه بنشاط بتطوير وأظهرت ل2 مستجمعات المياه الفرعية في منطقة التعدين الجبل في وسط أبالاتشيا. نهج تقييم إدارة مستجمعات المياه وتوفيرها هنا تمكن مديري الموارد لتسهيل النشاط الاقتصادي والتنمية مع حماية الموارد المائية وإنتاج فرص الفوائد البيئية الصافية من خلال المعالجة المستهدفة.
Introduction
تغيير البشري من المناظر الطبيعية هو من بين أكبر التهديدات الحالية للنظم الإيكولوجية المائية في جميع أنحاء العالم 1. في كثير من المناطق، إلا أن استمرار تدهور بالمعدلات الحالية يؤدي إلى ضرر لا يمكن إصلاحه في الموارد المائية، مما يحد في نهاية المطاف قدرتها على توفير خدمات النظم الإيكولوجية التي لا تقدر بثمن والتي لا يمكن تعويضها. وبالتالي، هناك حاجة ماسة لأدوات ومنهجيات قادرة على إدارة النظم المائية في مستجمعات المياه تطوير 2-3. هذا مهم بشكل خاص نظرا إلى أن المديرين غالبا ما المكلفة الحفاظ على الموارد المائية في مواجهة الضغوط الاجتماعية والاقتصادية والسياسية لمواصلة أنشطة التنمية.
إدارة النظم المائية في المناطق النامية بنشاط يتطلب القدرة على التنبؤ الآثار المحتملة لأنشطة التنمية المقترحة في سياق موجودة مسبقا المناظر الطبيعية والبشرية المنشأ سمات 3 و 4. ويتمثل التحدي الرئيسي لشركة أقواتإدارة الموارد جيم داخل مستجمعات المياه المتدهورة بشدة هو القدرة على تحديد وإدارة معقدة (أي المضافة أو التفاعلية) الآثار التراكمية للضغوطات متعددة استخدام الأراضي على مستويات مكانية ذات الصلة 2 و 5. وعلى الرغم من التحديات الراهنة، ومع ذلك، يجري إدراجها تقييم الآثار التراكمية إلى المبادئ التوجيهية التنظيمية في جميع أنحاء العالم 5-6.
تقييم فاصلا خططت لأخذ عينات من مجموعة كاملة من الشروط فيما يتعلق الضغوطات متعددة استخدام الأراضي يمكن أن تنتج بيانات قادرة على وضع نماذج الآثار التراكمية معقدة 7. وعلاوة على ذلك، تتضمن هذه النماذج ضمن إطار تحليل السيناريو [التنبؤ بالتغيرات البيئية في إطار مجموعة التنمية واقعية أو المقترحة أو إدارة مستجمعات المياه (استعادة والتخفيف) سيناريوهات] لديه القدرة على تحسين كبير لإدارة الموارد المائية في مستجمعات المياه أثرت بشكل كبير 3، 5، 8 -9. أبرزها، يتيح تحليل السيناريويحتاج إلى إطار لإضافة الموضوعية والشفافية في اتخاذ القرارات الإدارية من خلال دمج المعلومات العلمية (العلاقات البيئية والنماذج الإحصائية)، والأهداف التنظيمية، وأصحاب المصلحة في إطار صنع القرار واحد 3 و 9.
نقدم منهجية لتقييم وإدارة الآثار التراكمية للأنشطة متعددة استخدام الأراضي في إطار تحليل السيناريو. علينا أولا أن تصف كيفية استهداف بشكل مناسب على مواقع لتضمينها ضمن تقييم مصادر المياه على أساس الضغوطات استخدام الأراضي المعروفة. وصفنا تقنيات الحقلية والمعملية للحصول على بيانات عن الآثار البيئية لأنشطة متعددة استخدام الأراضي. وصفنا لفترة وجيزة تقنيات النمذجة لإنتاج القائم على المشهد الآثار التراكمية النماذج. وأخيرا، ونحن نناقش كيفية دمج نماذج الآثار التراكمية ضمن إطار تحليل السيناريو وإثبات فائدة هذه المنهجية في مساعدة القرارات التنظيمية (على سبيل المثال، تسمح وبقيةخطبة) ضمن مستجمعات المياه الملغومة بشكل مكثف في جنوب غرب ولاية فرجينيا.
Protocol
Representative Results
Discussion
نحن نوفر إطارا لتقييم وإدارة الآثار التراكمية للأنشطة استخدام الأراضي متعددة في مستجمعات المياه أثرت بشكل كبير. النهج الموصوفة هنا عناوين حددت سابقا القيود المرتبطة بإدارة النظم المائية في مستجمعات المياه أثرت بشكل كبير 5-6. وأبرزها، واستهدفت تصميم تقييم مستج…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر الحقلية والمعملية العديد من المساعدين الذين شاركوا في مختلف جوانب هذا العمل، ولا سيما دونا هارتمان، هارون ماكسويل، اريك ميلر، وأليسون أندرسون. تم تمويل هذه الدراسة من قبل هيئة المسح الجيولوجي الامريكية من خلال دعم من وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) المنطقة الثالثة. وقد وضعت هذه الدراسة جزئيا تحت العلم لتحقيق نتائج زمالة عدد اتفاقية المساعدة FP-91766601-0 التي تمنحها وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة. على الرغم من أن الأبحاث المذكورة في هذه المقالة تم تمويله من قبل وكالة حماية البيئة الأمريكية، لم يخضع لوكالة الأقران وسياسة المراجعة المطلوبة، وبالتالي لا تعكس بالضرورة وجهة نظر الوكالة، وينبغي الاستدلال لا موافقة رسمية.
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).
