Nya kartläggningsmetoder som utvecklats av forskare vid Department of Energy:s Oak Ridge National Laboratory kan hjälpa stadsplanerare att minimera miljöpåverkan från städernas vatten- och energikrav på omgivande strömekologier.

I en analys publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences , ett ORNL-ledt team använde högupplöst geospatial modellering för att kvantifiera effekterna av mark, energi, och vatteninfrastruktur på landets floder och vattendrag.

Med hjälp av strömningsdata från U.S. Geological Survey, forskarna kartlade förändringar i naturlig hydrologi för att bedöma hur infrastrukturutveckling och konkurrens om vattenresurser påverkar miljön i nationell skala. Deras datadrivna tillvägagångssätt belyser i vilken utsträckning vattentillgångar och vattenlevande arter påverkas av stadsinfrastrukturer och kan hjälpa städer att begränsa deras börda för regionala ekosystem.

Resultaten indikerar att stadsomvandling och elproduktion tillsammans påverkar sju procent av amerikanska strömmar, som påverkar livsmiljöer för mer än 60 procent av all nordamerikansk sötvattenfisk, mussla, och kräftarter.

"När du tänker på att de flesta av dessa bäckar inkluderar stora floder och deras stora bifloder med rikliga arter, miljöpåverkan är svindlande, "sa huvudförfattaren Ryan McManamay, en akvatisk ekolog med ORNL:s miljövetenskapliga avdelning och Urban Dynamics Institute. Studien beräknade effekter på 1, 223 fiskar, mussla, och kräftarter. Minst 260 av dessa är redan lokalt utrotade, med många av de återstående klassade som hotade.

Dessutom, forskarna genomförde fallstudier på fem amerikanska städer, Atlanta; Knoxville, Tennessee; Phoenix och Tucson, Arizona; och Las Vegas genom att skapa regionspecifika modeller för att karakterisera geografiska variabler och isolera städernas land-energi-vatten fotavtryck från det omgivande landskapet.

"Städer har överlappande effekter på miljön, och vi vill förstå hur mycket energi en enda stad förbrukar eller hur dess markskydd och elproduktion bidrar till helhetsbilden, "Sa McManamay.

I de fem städerna, stadsmarkstransformationer påverkade negativt mer strömlängd totalt sett än någon annan faktor som beaktades, inklusive elproduktion. Införandet av vägar, byggnader, och andra ogenomträngliga ytor förändrar den naturliga vattencykeln, förskjuter vattenförsörjningen för samhällen i nedströmsområdet och kan hota förlusten av rika och olika vattenlevande arter.

"Stadstransformation och elproduktion är viktiga frågor för städer eftersom deras effekter kommer att växa när städerna fortsätter att utveckla sin infrastruktur, "sa ORNL-medförfattare och Urban Dynamics Institute Director Budhendra Bhaduri.

Analysen visade att ekosystempåverkan inte var direkt proportionell mot befolkningens storlek, vilket indikerar att större städer inte nödvändigtvis har större inverkan på vattenlevande organismer. Författarna betonar vikten av samarbete mellan städer för att utveckla lokal politik och bättre hantera deras inflytande på regionala ekosystem eftersom många land, energi, och vatteninfrastrukturer kontrolleras av lokala myndigheter och verktyg.

"Både källan och lösningen på globala miljöutmaningar kan ligga i städernas händer. Tyvärr, förändringarna vi diskuterar är mycket transformerande, inte billigt, "Sade McManamay." Vårt mål här är att ge städerna ett sätt att se på helheten, så att säga, och att generera mätvärden som hjälper dem att gå mot en mer miljövänlig policy när de fortsätter att utvecklas. "