Ett strömningsklassificeringssystem som utvecklats av forskare vid Department of Energy:s Oak Ridge National Laboratory kan hjälpa till att bedöma fysiska förändringar i USA:s bäckar och floder från mänsklig påverkan och hjälpa till med en effektivare hantering av vattenresurser.

Den nya ramen, publicerad i PLOS ONE , är utformad för att inkludera fysiska habitatfunktioner som är viktiga för att strömma ekologi, inklusive storlek, lutning, temperatur, hydrologi, inneslutning av dalen och underlag, till en sammansatt karta över strömdiversitet. Ett första fokus på östra USA uppskattas till över 5, 000 strömmar, varav de flesta är sällsynta och så många som en tredjedel påverkas av mänskliga effekter.

Det ORNL-ledda teamet använde geospatiala datamängder, fjärranalyserad information och prediktiv analys för att kartlägga ungefär en miljon strömströmmar över östra USA vid en ström-räckvidd, projektet är den första betydande insatsen för att ta fram en geospatial inventering av strömtyper i denna omfattning.

Arbetet, finansierat av DOE:s Water Power Technologies Office, syftar till att ge industrin, tillsynsmyndigheter och intressenter med vetenskaplig insikt om att effektivt utveckla och hantera vattenkraftsystem och mildra miljöpåverkan av energiproduktion.

Tills nu, strömklassificering har till stor del varit regional, fokuserat på utvärderingar av diskreta vattensegment snarare än hela längden av förgrenade flodnät. Det nya klassificeringssystemet är utformat för att fånga ett anslutet landskap, där uppströms vattenanvändning påverkar nedströms livsmiljöer som stöder olika ekosystem.

"Den här typen av helhetssyn på strömmiljöer, specifikt strömma mångfald, över ett stort rumsområde har inte varit tillgängligt och är avgörande för att förbättra vår förståelse av naturliga och förändrade strömförhållanden, "sade huvudförfattaren Ryan McManamay från ORNL:s miljövetenskapliga avdelning och Urban Dynamics Institute.

I sin studie av östra USA, forskare identifierade vanliga och sällsynta strömtyper och i vilken utsträckning dessa har påverkats av mänsklig verksamhet, som urbanisering, jordbruk och energiproduktion.

Kombinationer av de fysiska egenskaperna gav uppskattningsvis 1, 521 totala strömtyper. Av 1,5 miljoner totala strömkilometer, 95 procent av strömlängden omfattade färre än 30 procent av typerna. Fyndet tyder på att de flesta strömtyper i östra USA är sällsynta.

Forskare jämförde landmängdsdatauppsättningar med strömtypologier för att undersöka mänskliga drivna förändringar i naturliga strömmiljöer. Vi introducerar dammar, reservoarer, jordbruk och stadsstrukturer i flodlandskap kan förändra vattendragens fysiska egenskaper med negativa effekter på vattenresurser och vattenlevande ekosystem. Enligt medförfattarna, nästan 70 procent av strömmarna i östra USA "är antingen beslagtagna, reglerad, mycket fragmenterad, eller har betydande landskapsstörningar. "Trettiotvå procent av bäcktyper hade påverkat minst 95 procent av deras längder på något sätt, betyder 492 av 1, 521 klasser har ingen naturlig representation i landskapet. Med andra ord, en tredjedel av floddiversiteten i regionen har gått förlorad. Resultaten visade också sällsynta strömtyper, särskilt stora flodsystem, är mer benägna att påverkas av mänsklig aktivitet.

Teamet noterar att ramverket för strömklassificering kan användas för att prioritera områden för bevarande eller restaurering, samtidigt som jag hjälper till med planering. Som en fallstudie, forskare identifierade sällsynta, mycket förändrade strömtyper och riktade cirka 30, 000 km ström når över östra USA, eller 1, 463 km per stat, för restaureringsprojekt. Studien visade också hur strömklasser kan användas för att identifiera delade egenskaper bland strömmar, för att hitta referensströmmar eller fallstudier för att vägleda beslut om vattenhantering.

En övergripande bild av strömmarnas fysiska mångfald har praktiska tillämpningar för industrier, företag och deras intressenter. Strömklassificering stöder vattenhantering genom att informera miljöföreskrifter, begränsande strategier och framtida utveckling.

"Vårt system är flexibelt, "sa McManamay, "och kan kombineras med andra högupplösta datamängder för att svara på en rad stora bildfrågor om livsmiljöer och mänskliga effekter på fysisk och biologisk mångfald."