Översikt över den 7-stegsmetod som används för att kartlägga hydrologiska förändringar och ekologiska konsekvenser i strömsträckor av den kontinuerliga U.S. Credit:Scientific Data (2022). DOI:10.1038/s41597-022-01566-1
Att förändra strömflödet kan äventyra ekosystemen som är beroende av det, men forskare har saknat data om hur mänsklig infrastruktur har påverkat strömflödet i USA. Nu har en studie som involverar en forskare från Colorado State University kartlagt förändringar i strömflödet över hela den kontinentala USA, vilket ger en mängd data för att fastställa samhälleliga effekter på ekosystem.
Upp till 80 % av floder och bäckar i det angränsande USA har till viss del modifierats av mänskliga strukturer. Att förstå sambandet mellan dessa ändringar och ekologiska reaktioner är nyckeln till att anta förvaltningspolicyer som balanserar samhälleliga och ekologiska vattenbehov.
Med hjälp av mätningar från mer än 7 000 strömmätare utvecklade forskare en prediktiv modell för hydrologisk förändring och konsekvenser för inhemsk fisks biologiska mångfald. De tillämpade det på mer än 2,6 miljoner strömmar och skapade en omfattande datauppsättning.
"Denna studie ger data om förändringar i flödet inte bara på de stora floderna utan på i princip varje betydande strömsegment som vi vet existerar", säger medförfattaren Ryan Morrison, docent i CSU Civil and Environmental Engineering.
Forskarna säger att datamängden kan täppa till luckor i regionala data som är nödvändiga för att sätta miljöflödesstandarder och tillhandahålla ett verktyg för att prioritera strömflödesskydd eller återställande.
"Miljöflöden är nödvändiga för att skydda flodernas ekosystem, men att kvantifiera dessa flöden är svårt och föremål för begränsade data", säger Ryan McManamay, huvudförfattare och biträdande professor i miljövetenskap vid Baylor University. "Vår bedömning hjälper till att fylla stora informationsluckor och tillhandahåller en del av den välbehövliga informationen för att bevara floderna."
Studien, publicerad i Scientific Data , noterar att även om sötvattensekosystem står för mindre än 0,5 % av jordens ytvatten, hyser dessa system 7 % av världens arter och en tredjedel av alla ryggradsdjur.
"Även bland sötvattensekosystem anses floder och bäckar numeriskt sällsynta trots att de tillhandahåller oproportionerliga tjänster till samhället, vilket i slutändan leder till deras överexploatering," skrev McManamay.
Forskarna undersökte U.S. Geological Survey strömmätningsdata och den mänskliga påverkan som påverkar dessa strömmar. De använde sedan maskininlärning och geospatial information om mänskliga förändringar i bassängerna utan mätare för att förutsäga flödeseffekter i dessa bassänger.
Baserat på tidigare forskning som bedömer fiskens reaktioner på förändringar i flödet, förutspådde de förlust av fiskens biologiska mångfald i människomodifierade vattendrag. De fann att de hydrologiska förändringsmodellerna fungerade bra under valideringen, medan de modellerade ekologiska svaren var mindre exakta på grund av brist på data och komplexiteten hos faktorer.
Forskarna ser denna datauppsättning som ett verktyg för framtida forskning om flodernas ekosystem.
"Förhoppningsvis kommer den här studien att användas för att utforska andra frågor relaterade till ekosystem i flodmiljöer eller i samband med andra storskaliga rumsliga datauppsättningar som kan överlappa med dessa data," sade Morrison. Hans grupp har redan använt datamängden i studier om översvämningsslättens hälsa.
Författare till tidningen, "Mapping hydrologic alteration and ecological impacts in stream streams of the conterminous United States," är McManamay, Morrison, Rob George, en före detta doktorand vid McManamay's som nu är GIS-analytiker vid McBain Associates i Arcata, Kalifornien, och Benjamin L. Ruddell, docent vid School of Informatics, Computing and Cyber Systems vid Northern Arizona University. + Utforska vidare
