Sårbare farvann - Vulnerable waters
Sårbare farvann refererer til geografisk isolerte våtmarker (GIWs) og til flyktige og periodiske bekker. Flyktige og intermitterende bekker flyter sesongmessig og befinner seg i vannposisjon . De er de ytre og minste stenglene til hydrologiske nettverk. Isolerte våtmarker ligger utenfor flommarken og viser dårlig overflateforbindelse til sideelver eller flommarker. Geografisk isolerte våtmarker omfatter mettede fordypninger som er et resultat av fluviale, eoliske, isbre og/eller kystnære geomorfologiske prosesser. De kan være naturlige landformer eller et resultat av menneskelige inngrep. Sårbare farvann representerer størstedelen av elvenettverk.
Disse vannforekomstene viser sårbarhet for naturlige og menneskelige forstyrrelser fordi de er dårlig hydrologisk forbundet, og de er ofte plassert i den grå sonen til land og staters beskyttede vannrammer. I USA revideres beskyttelsesstatusen for GIW og flyktige/intermitterende bekker med hensyn til Clean Water Act. I sammenheng med EUs vannrammedirektiv (WFD) blir små vannstrømmer ignorert, spesielt i landbruket.
Disse vannforekomstene spiller en vesentlig hydrologisk og økologisk rolle i den lokale nedbørskalaen. De kontrollerer lagring av vann, sediment i dreneringsnettet, øker sedimentfiltrering og biokjemisk transformasjon. Videre bidrar sårbare farvann til økning av landskapets biologiske mangfold ettersom de fungerer som tilfluktssted for endemiske arter og kanaler for migrasjon. Hodevannsstrømmer og isolerte våtmarker viser hydrologisk og økologisk tilkobling gjennom intermitterende overflateprosesser og grunnvannsprosesser.
Definisjon, typer og fordeling av sårbare farvann
Flyktige og periodiske vann
Hodevannsstrømmer refererer til de minste kanalene i et elvenettverk, der strømmen begynner. De regnes som første til tredje orden strømmer i Strahlers strøm klassifiseringssystem. Betegnelsen intermitterende og flyktig strøm refererer til kontinuumet av strømning i løpet av et år. En flyktig strøm renner episodisk, etter en nedbørshendelse, mens en periodisk strøm strømmer kontinuerlig i løpet av en del av året. I begge tilfeller skyldes tørking av kanalen at det lokale vannspeilet synker under sengoverflaten. Flertallet av flyktige og periodiske bekker er i posisjoner mot vann, men i lavlandsinnstillinger kan små sideelver langs elvenettet være flyktige eller periodiske.
Geografisk isolerte våtmarker (GIW)
Geografisk isolerte våtmarker (GIW) er våtmarker som er helt omgitt av høyland. GIW mottar vann fra tilstøtende oppland og nedbør. Imidlertid leverer ingen strøm av noen type vann til GIW -er. Til tross for at GIW-er har dårlig hydrologisk tilkobling med strømnett, kan de vise tilkobling til overflaten eller til og med midlertidige overflatevannstrømmer mot andre våtmarker eller bekker. GIW -er som mangler fullstendig overflate eller underjordisk hydrologisk tilkobling til et hvilket som helst vannmasse vil miste vann hovedsakelig ved fordampning eller til grunnvann som ikke er koblet til et strømnett. Til tross for fravær av hydrologisk tilkobling, kan de vise biologisk og kjemisk tilkobling med fluvialsystemer.
Ikke våtmarker uten flom
GIW-er som er hydrologisk tilkoblet (ved tilkobling under overflaten eller midlertidig overflateforbindelse) kan betraktes som våtmarker uten flom. Våtmarker uten flom ligger utenfor flommarkene og viser en enveis hydrologisk forbindelse med bekker, noe som betyr at vannet bare strømmer mot bekk som ligger i lavere høyder. Hydrologisk tilkobling mellom våtmarker og bekker som ikke er flom, skjer gjennom overflate- eller undergrunnsprosesser. Overflateforbindelser kan være flyktige og periodiske bekker.
Morfologisk klassifisering
I USA, de naturlige typer GIWS er: prærien pothole våtmarker, Playas, Nebraska er regnvann Basin og Sandhills våtmarker, West Coast vernal bassenger , synkehull våtmarker, Carolina bukter , intradunal og interdunal våtmarker , ørken fjærer, endorheisk bekken i Great Basin, og vannkoker i isbre områder.
Ikke-flommarkte våtmarker er klassifisert i tre kategorier som inkluderer GIW: depresjonelle våtmarker, skråning og våtmarker. Depresjonelle våtmarker forekommer i topografiske depresjoner med eller uten overflateutløp. Depresjonelle våtmarker inkluderer vannkoker, jettegryter, vernal -bassenger, playas lake og Carolina bukter. Hellingvåtmarker ligger langs bakker og lades hovedsakelig av grunnvannstilførsel. Fenker er den vanlige typen våtmarker. Flate våtmarker forekommer på store flate områder som grensesnitt , tørket innsjøbunn eller store flommarkterrasser. Store leker er en type mineraljorddominerte leiligheter. Flate våtmarker kan også dannes fra organiske jordarter, som torvhunder .
GIW-er og våtmarker uten flom kan dukke opp fra en eller en kombinasjon av geomorfologiske prosesser: aeolian (jettegryter, leker, regnvannsbasseng, Carolina Bays, interdunale våtmarker), (peri-) istid (vannkoker, fener), karstic (synkehull) og lacustrine (Carolina Bays, endorheisk basseng).
Relativ mengde sårbart vann
Flyktige og intermitterende hodevannsstrømmer og GIWs viser det korteste dreneringsområdet og bekkelengden, men sammen kan de representere den største andelen av elvenett og vannskiller .
I USA representerer vann fra bekker mer enn 60% av elvenettets lengde, og geografisk isolerte våtmarker omfatter omtrent 16% av ferskvannsressursene. I 17 delstater er det bekker med et intermittent-stream-length-over-total-length's ratio høyere enn 82%. Nord -Dakota , South Dakota og Minnesota er de tre statene med flest hektar geografisk isolerte våtmarker. Mange studier rapporterer at faktiske kart over det amerikanske hydrografiske nettverket undervurderer fordelingen av vann fra bekker
Den omtrentlige lengden på første til tredje ordens bekker i verden er henholdsvis 45 660 000, 22 061 000 og 10 660 100 km, og de representerer den dominerende Strahler rekkefølgen av bekker i verden.
Sårbar vann juridisk status
Den juridiske statusen til flyktige og intermitterende vannstrømmer og GIW -er varierer fra lovgivning til lov.
forente stater
I USA har Environmental Protection Agency (EPA) siden 1972 ansvaret for å regulere vannet i USA i henhold til Clean Water Act (CWA). The Clean Water Act , som ble innført av president Richard Nixon , gjorde det klart at kontinentale farvann skal være "swimmable og fiskbar" for det amerikanske publikum. Det var et stort skritt mot beskyttelse av elveområder og forbedring av vannkvaliteten.
På grunn av den amerikanske grunnloven kan den føderale regjeringen bare beskytte mellomstatlige farvann som brukes til navigasjon, som er definert som "vannet i USA" (WOTUS). Fra 1972 til 2015 definerte EPA WOTUS som:
"" [...] tradisjonelle farbare farvann, mellomstatlige farvann (inkludert mellomstatlige våtmarker), alle andre farvann som kan påvirke interstate eller utenlandsk handel, innslag av vannet i USA, sideelver, territorialhavet og tilstøtende våtmarker "(CWA , (33 CFR 328,3; 40 CFR 122,2)
CWA definerte våtmarker som:
"[...] områder som oversvømmes eller mettes av overflate eller grunnvann med en frekvens og varighet som er tilstrekkelig til å støtte, og som under normale omstendigheter støtter, en forekomst av vegetasjon som vanligvis er tilpasset livet under mettede jordforhold. Våtmarker inkluderer generelt sump, myr, myr og lignende områder. " (CWA, seksjon 404).
Definisjonen av WOTUS ble utfordret i retten flere ganger, spesielt angående integrering av isolerte våtmarker, men fram til år 2000 stod den amerikanske føderale domstolen ved den opprinnelige definisjonen og sa at våtmarksområder ved flom er bundet til bekkene de grenser til. Så, i 2001, avgjorde en dom at isolerte våtmarker ikke er inkludert i WOTUS -definisjonen fordi de ikke viser "signifikant sammenheng" med bevegelige bekker. I 2006, i saken Rapanos mot USA, ble det skapt ytterligere forvirring angående WOTUS -definisjonen. Ingen flertallsavgjørelse ble oppnådd, da to hovedmeninger delte dommerne. Den første, forsvaret av dommer Antonin Scalia, var at omfanget av CWA bare inkluderte permanente bekker og våtmarker med betydelige overflateforbindelser med seilbare bekker. Den andre oppfatningen, ledet av dommer Anthony Kennedy, var at farvann har en betydelig forbindelse med farbare farvann hvis det påvirker deres kjemiske, fysiske og biologiske integritet vesentlig.
Definisjonen av WOTUS er faktisk under revisjon. USAs president, Donald Trump, signerte utøvelsesordren 13778 (82 FR 12495, 3. mars 2017), og ba EPA og United States Army Corps of Engineers Corps om å se på definisjonen av WOTUS på en måte som er i samsvar med justis Antonin Scalias mening. Denne uttalelsen krever beskyttelse av permanente farvann og våtmarker som viser overflateforbindelser til relativt permanente farvann, som utelukker GIWS, og flyktige/intermitterende bekker.
Den Europeiske Union
I Den europeiske union (EU), siden 2000, har rammedirektivet for vann (WFD) som mål å oppnå en rekke mål for å forbedre vannkvaliteten til innsjøer, elver og kystområder. Sentrale mål er generell beskyttelse av det akvatiske økosystemet, beskyttelse av drikkevannsressurser og beskyttelse av svømmbart vann. Disse målene realiseres gjennom elvforvaltningstiltak i bassengområde. WFD krever avgrensning av vannforekomster som vil være målrettet for spesifikke diagnoser og behandlingstiltak. Det minste områdeområdet som anses å identifisere disse vannmassene, er 10 til 100 km kvadrat. På grunn av sin lille størrelse blir vannet ikke vanligvis identifisert som et av vannmassene som er rammet av WFD, og blir derfor mer sårbare for menneskelige aktiviteter.
Økologiske funksjoner
US Environmental Protection Agency (EPA) klassifiserer vann fra bekker (inkludert flyktige/intermitterende bekker) og GIWs økologiske funksjoner i fem kategorier: kilde-, vaske-, tilflukts-, transformasjons- og lagfunksjoner. Disse funksjonene avhenger av tilkoblingsnivået (hydrologisk, sedimentologisk, biologisk) mellom delkomponentene i et elvesystem (kanal, flommark , våtmark ). Mange funksjoner er vanlige blant bekker elvemyrer og våtmarker uten flom. Mange flere studier har blitt utført om rollen som hodevannsstrømmer sammenlignet med GIW.
Kildefunksjon
Vassdrag og GIW representerer de dominerende kildene til materiale og energi i elvenettverk. De eksporterer vann, sediment, næringsstoffer, organisk rusk og organismer fra høylandet til nedstrøms del av elvenettet.
Hodevannsstrømmer er den dominerende vannkilden i et elvenettverk. De leverer vann nedstrøms som er avgjørende for vannmiljøer. De bidrar til flom og overfører sedimenter og næringsstoffer til tilstøtende elveområder. Hodevannsstrømmer er også vanligvis erosjonssoner. De samler sediment fra bankerosjon og fra kolluvium i fjellområder. Sedimenttilførsel fra vann fra bekker påvirker den dynamiske likevekten mellom avrenning og transportkapasitet, som er ansvarlig for nedbrytning og nedbrytning av kanaler. Hodevannsstrømmer samler også tre, organisk materiale, næringsstoffer og fine partikler gjennom erosjon og flom av elvemyrer. Hodevannsstrømmer gir vann med rikt næringsstoff som gagner mikroorganismer, som alger og virvelløse dyr. For eksempel ble det demonstrert at første ordens strømmer bidrar til at 40% av nitrogenet når fjerde og femte ordens strømmer. Det ble også demonstrert at vann fra bekker er kilder til virvelløse dyr som gagner hele næringskjeden nedstrøms: salmonidae er et godt eksempel på arter som har fordeler. Hodevannsstrømmer leverer organisk materiale nedstrøms som er avgjørende for fysiske og biologiske prosesser i elvenettet. De leverer også vedkubber og trerester som påvirker kanalens morfologi, avrenningshastighet og den romlige fordelingen av økologiske naturtyper.
GIW kan være kilden til vann fra bekker. GIW -er kan gi størsteparten av bekkens vann i tørr periode. Imidlertid er prosessen med vannoverføring fra en GIW til en strøm avhengig av tidligere fuktighetsforhold som råder i GIW -ene. Under mettede forhold vil GIWs levere vann til andre nedstrøms vannforekomster, inkludert bekker. Det er rikelig og mangfoldig mikrobiell populasjon i GIW. Lav pH, lav saltholdighet og tilstedeværelse av organisk materiale skaper gunstige betingelser for utvikling av sulfatreduserende bakterier. Disse bakteriene er ansvarlige for produksjonen av metylkvikksølv. GIW er dermed kilde til metylkvikksølv og andre oppløste organiske forbindelser og syrer som kan transporteres nedstrøms ved midlertidige overflatestrømmer. Til tross for at metylkvikksølv er et spesielt giftig forurensende stoff, er oppløst organisk materiale en viktig energikilde for vannlevende organismer som ligger nedstrøms i elvenettet.
Vaskfunksjon
Sink -funksjon refererer til den totale nettoimporten av energi og materialer fra bekken til elven eller utenfor strømnettet.
I naturlige omgivelser skjer det mange utvekslinger av vann mellom vann fra bekker og deres elveområder. Sengfriksjon og friksjon med flodbredden under overbankstrømmer resulterer i et netto tap av strømningsenergi, spesielt i fjellstrømmer med grove bedbelastninger. Det resulterer i en netto reduksjon av erosjonskapasiteten til bekken i dens nedstrøms seksjon. I flodsonen bidrar friksjon og grunt vanndyp til redusert strømningshastighet og til avsetning av suspenderte sedimenter. I mellomtiden kan et netto tap av vann fra det oversvømte elveområdet til atmosfæren oppstå ved fordampning eller ved transpirasjon av vegetasjon. Inntak av nitrogen av bakterier, ettersom avrenningsvann som er ladet med næringsstoff trenger inn i den hyporheiske sonen, er en annen demonstrasjon av synkefunksjonen til overvannstrømmen . Knight et al. (2010) fastslått at våtmarker ved elven som fungerer som buffer er det mest effektive verktøyet for å dempe effekten av ikke-punktskilder til forurensning i bekker.
GIWs, i likhet med elvemyrer, kan fange næringsstoffer og andre forurensninger fra punktkilder (f.eks. Grøfter, dreneringsrør) eller fra diffuse (ikke-punkt) kilder (f.eks. Utvasking fra jordbruksfelt). Prosesser involvert i fangst av næringsstoffer er forskjellige og inkluderer: prosessen med denitrifisering , fosforretensjon gjennom planteassimilering og sorpsjon eller sedimenteringsprosesser. Fjerning av næringsstoffer fra GIW -er har stor innflytelse på vannkvaliteten i strømmenettverk. En studie av Dierberg og Brezonik (1984) viste at et skogkledd våtmarksområde uten flom var ansvarlig for fjerning av 95% fosfor, nitrat, ammonium og totalt nitrogen etter at menneskelig kloakk ble påført. Under lavmettede forhold vil GIW lagre vann i stedet for å slippe det ut. Lagring av vann og påfølgende fordampning vil resultere i et totalt tap av vann for strømnettet.
Refugefunksjon
Refugefunksjon refererer til å gi gunstige forhold for mange vann- og terrestriske livsformer.
Hodevannsstrømmer og våtmarker ved elven tilbyr ly for predasjon, tørking og ekstreme temperaturer til mange organismer. De gir habitater som er avgjørende for å fullføre en del eller hele livssyklusen til fiskearter, makrovirvelløse dyr, pattedyr, fugler og amfibier. Våtmarker ved elven viser en mosaikk av habitater på grunn av den romlige heterogeniteten til hydrologiske og morfologiske prosesser. Mangfoldet av naturtyper og overflod av mat (se kildefunksjon) gjør elvemyr til ideelle fôrings-, hekke- og lyområder for fiskearter, amfibier og makrovirvelløse dyr. Våtmarker ved elven beskytter også et stort mangfold av plantearter. Overbankstrømmer i flomsletten brukes av planter til å spre frøene sine. Til gjengjeld bidrar levende organismer til den romlige og tidsmessige kompleksiteten til fluvialsystemer, noe som er avgjørende for å opprettholde et høyt tilkoblingsnivå mellom bekkene og elvenes miljø. For eksempel skaper demninger som bygger av bever bassenger langs hodevannsstrømmer som til slutt blir egnede fiskehabitater og øker samspillet mellom grunnvann og overflatevann.
GIW har blitt identifisert som hekkested for fugler, fiskearter, pattedyr (moskus, oter), amfibier og reptiler. Fiskearter drar nytte av den midlertidige økningen av vannstanden og opprettelsen av overflateforbindelser for å migrere fra GIWs til bekker eller andre våtmarker. Pattedyr og fuglearter fungerer som transportvektorer for spredning av plantens frø, alger og virvelløse dyr.
Transformasjonsfunksjon
Transformasjonsfunksjon refererer til den biogeokjemiske behandlingen av organiske og ikke-organiske elementer.
Næringsstoffer som kommer inn i vannstrømmer gjennomgår mange transformasjonssykluser gjennom biologiske og kjemiske prosesser (absorpsjon av alger, fordøyelse av en fisk, opptak av bakterier etc.). Syklusen av næringsstoffer gjennom forskjellige former og forskjellige rom i det fluviale systemet kalles "næringsspiralisering". Organisk materiale vil også gjennomgå en transformasjonssyklus i hodevannsstrømmer, hovedsakelig gjennom respirasjon fra organismer og mikrober. Andre prosesser for transformasjon av organisk materiale, som døde blader, inkluderer nedsenking, fysisk slitasje og fotodegradering. Utvekslingen av vann gjennom den hyporheiske sonen til vannvannstrømmer kan også formidle forurensningers form og mobilitet, og reduserer dermed forurensningskonsentrasjonene nedstrøms. I våtmarker ved elvene skjer det mange transformasjonsprosesser der næringsstoffer og andre forbindelser går tapt i atmosfæren eller ligger i jord eller vegetasjon.
Transformasjon av elementært kvikksølv til metylkvikksølv utføres av mikrobielle samfunn som lever i sure våtmarker (se kildefunksjon). Metylkvikksølv er en giftig form for kvikksølv som er veldig mobil og som akkumuleres i næringskjeden. Denitrifikasjon er en annen transformasjonsprosess som forekommer i GIW -er.
Lagfunksjon
Lagfunksjon refererer til forbigående lagring av energi og materialer. Fordi de er de dominerende vannkildene i bekkens nettverk, har vann fra bekker og våtmarker stor innvirkning på frekvensen, varigheten og størrelsen på nedstrøms overføring av materialer og energi. Intensiteten til forsinkelsesfunksjonen er korrelert med overflod og mangfold av lokale lagringskomponenter (våtmarker, alluviale akviferer, bekkekanter og flomslett) og til tilkoblingsnivået mellom disse komponentene.
I bekker i vannet samhandler rennende vann med kanalform, bekkekanter og vegetasjon. Disse interaksjonene resulterer i redusert strømningshastighet og forbigående lagring av grunnvann, noe som reduserer flommens størrelse under store nedbørshendelser. I den andre enden, i tørketiden, vil forbigående lagring og forsinket overføring av grunnvann til bekken opprettholde et minimum baseflow som er avgjørende for vannlevende arter. Den samme prosessen gjelder for sedimenter, næringsstoffer og organisk materiale som transporteres nedstrøms fra de øvre områdene i et vannskille og midlertidig lagres i flommarken, inkludert våtmarker ved elven. Levende organismer som er tilstede i vann fra bekken bidrar til å forsinke nedstrøms overføring av sedimenter, næringsstoffer og organisk materiale gjennom forbruk, assimilering og biokonsolidering.
Forbigående lagring av vann i GIWs bidrar til en forsinkelse i tilførsel av nedbørsvann til bekker eller andre tilkoblede vannforekomster. En slik funksjon sikrer basestrømmen av bekker og bidrar til å lade lokale og regionale akviferer, spesielt i tørre perioder. Forbigående lagring i GIW bidrar også til å redusere flomstørrelsen under kraftige nedbørshendelser eller i smelteperioder. Siden lagringskapasiteten i stor grad bestemmes av tidligere fuktforhold, vil en mettet GIW transportere vann nedstrøms raskt, noe som kan øke flomstørrelsen. Etter denne ideen kan GIW også redusere basestrømmen gjennom lagring og fordampning, når metningsforholdene er lave.