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Wie findet man Upstream-, Lateral- und Downstream-Zonen um städtische Gebiete?


Ich habe ein DTM und ein Shapefile von bebauten Gebieten. Für ein Brandrisikomodell muss ich (innerhalb einer definierten Pufferzone) zwei Zonen um bebaute Gebiete herum finden: eine oberhalb/höher und seitlich und die andere unterhalb (stromabwärts) der bebauten Fläche. Dann klassifiziere ich sie nach Modellgewichten.

Ich verwende ArcGIS 10. Ich habe einige Versuche mit Spatial Analyst gemacht, aber noch keine Lösung gefunden, da es sein könnte, dass in derselben (aufgelösten) Pufferzone gleichzeitig eine Fläche über einer bebauten Fläche liegt und unterhalb einer weiteren bebauten Fläche muss ich die "unten"-Informationen behalten und die "oberen" verwerfen.


Sie hatten Recht mit der räumlichen Analytiker-Erweiterung. Abhängig von einigen Annahmen (siehe unten) sollte mit etwas Glück nicht zu viel analysiert werden.

  1. Nehmen Sie Ihr Shapefile der bebauten Gebiete und verwandeln Sie es in ein Raster - stellen Sie sicher, dass es den gleichen Ursprung und die gleiche Zellengröße wie das ursprüngliche DGM hat.
  2. Führen Sie eine Kombination zwischen Ihrem bebauten Flächen-Raster und Ihrem DGM aus. Beachten Sie, dass die bebauten Flächen Nullregionen aufweisen, sodass Sie nur Daten in den Regionen zurückerhalten, in denen Sie bebaute Flächen haben.
  3. (WARNUNG: Große Annahme!) Angenommen, Sie sind nur daran interessiert, Ihr Raster anhand der Höhe im Vergleich zu den bebauten Flächen zu klassifizieren, notieren Sie die maximale Höhe in der Mähdrescherausgabe (in der DTM-Spalte) und klassifizieren Sie Ihr ursprüngliches DTM basierend darauf - jeder Bereich von DTM >= max. Höhe ist stromaufwärts oder seitlich, ansonsten stromabwärts.

Dabei wird nicht berücksichtigt, dass die Region der DTM möglicherweise nicht direkt unterhalb des bebauten Gebiets liegt, sondern nur eine geringere Höhe. Wenn Sie direkt stromabwärts interessiert sind, wird es etwas schwieriger (das Folgende ist nur eine Möglichkeit, wie Sie Ihr Ergebnis erzielen können):

  1. Führen Sie basierend auf Ihrem Raster bebauter Gebiete (aus Schritt eins oben) eine Regionsgruppe aus, um bebaute Gebiete in zusammenhängende Objekte zu unterteilen. Alternativ können wir auch nur die Polygone verwenden.
  2. Erstellen Sie ein neues Raster als -ve-DTM, wenn wir stromabwärts betrachten.
  3. Führen Sie Flussrichtung auf Ihrem -ve-DTM aus – möglicherweise müssen Sie den Datensatz füllen oder absenken, um ihn zu glätten.
  4. Führen Sie eine Wasserscheide mit der neuen Fließrichtung und den gruppierten bebauten Gebieten als Quellen aus. Watershed wählt alles stromaufwärts aus, aber wir haben dies umgekehrt, sodass eher alles stromabwärts ausgewählt wird.
  5. (WARNUNG: Eine andere Annahme) Wir können davon ausgehen, dass überall auf der DTM, die nicht in einer Wasserscheide liegt, daher unseren bebauten Flächen vorgelagert ist und können sie als solche einstufen.
  6. Jede bebaute Fläche, die an die Wasserscheide einer anderen bebauten Fläche angrenzt, ist stromabwärts und kann als solche klassifiziert werden.
  7. Alle verbleibenden Gebäude können als Upstream klassifiziert werden
  8. Alle verbleibenden Wassereinzugsgebiete können als Downstream klassifiziert werden.

Sie können mit der Erweiterung experimentieren, um seitliche Bereiche zu erhalten, und je nach Größe des Bereichs und Neigungswinkel zunächst Ihr DGM anhand einer relativen Ebenheit klassifizieren. Hoffe, das hat dir wenigstens etwas zum Ausprobieren gegeben!


Nationale Breitbandkarte

Diese nationale Breitbandkarte ist unser Versuch, die genaueste und aktuellste Karte von Verfügbarkeit und Geschwindigkeiten und der erste, der einen nationalen Überblick über Preisgestaltung bis zum Zählblock.

Schwenken und zoomen Sie auf unserer interaktiven Karte, um zu sehen, wie die Verfügbarkeit von Region zu Region variiert. Sie können die Umschalter verwenden, um nach Preis, Verfügbarkeit und Geschwindigkeit zu filtern.

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Fortsetzen

La cartographie géospatiale de Zones à potentiel aquifère est. L’étude vise à Identifier des secteurs pour forer de nouveaux puits pouvant pallier à la rareté de l’eau. L’intégration de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) und des Techniques Geophysiques constitue une avancée dans la prospection de l’eau souterraine. Sur la base de ces Techniken, plusieurs paramètres d’évaluation du potentiel en eau souterraine de la plaine El-Qaà ont été identifiés. Afin de mettre en évidence of sites prometteurs, les données geophysiques se sont appuyées sur des informations déduites d’un modèle altimétrique numérique, et sur des données géologiques, geomorphologiques et hydrologiques. Toutes les données Spatiales qui représentent les facteurs contributifs ont été intégrées and analysées dans le cadre d’un SIG pour élaborer un modèle prospectif des eaux souterraines. Une pondération appropriée a été appliquée à chaque facteur sur la base de sa Beitrag relativ vis à vis du potentiel en eau souterraine, et la carte résultante permet de résultante l’aire d’étude en 5 Classes de très faible à très Les Zones à très bon potentiel sont localisées dans les dépôts quaternaires präsentieren eine Topographie-Platte oder Douce, des Linéaments Denses und des Chenaux-Structuraux de Drainage. La carte du potentiel en eaux souterraines a été testée en la konfrontant à la Distribution der Puits et terres cultivées. La méthodologie intégrée fournit un outil puissant pour concevoir un plan de gestion de l’eau souterraine adapté aux régions arides.


NATÜRLICHE PROZESSE DER GRUNDWASSER- UND OBERFLÄCHEN-WASSER-INTERAKTION

Der Wasserkreislauf beschreibt die kontinuierliche Bewegung von Wasser über, auf und unter der Erdoberfläche. Das Wasser auf der Erdoberfläche – Oberflächenwasser – kommt als Bäche, Seen und Feuchtgebiete sowie als Buchten und Ozeane vor. Oberflächenwasser umfasst auch die festen Formen von Wasser – Schnee und Eis. Das Wasser unter der Erdoberfläche ist in erster Linie Grundwasser, aber auch Bodenwasser.

Der Wasserkreislauf wird im Allgemeinen durch ein sehr vereinfachtes Diagramm dargestellt, das nur die großen Wassertransfers zwischen Kontinenten und Ozeanen zeigt, wie in Abbildung 1. Um hydrologische Prozesse zu verstehen und Wasserressourcen zu verwalten, muss der Wasserkreislauf jedoch in einem weiten Bereich betrachtet werden von Skalen und mit großer Variabilität in Zeit und Raum. Die Niederschläge, aus denen praktisch das gesamte Süßwasser des Wasserkreislaufs stammt, fallen fast überall, aber ihre Verteilung ist sehr variabel. In ähnlicher Weise führen Verdunstung und Transpiration fast überall Wasser in die Atmosphäre zurück, aber die Verdunstungs- und Transpirationsraten variieren je nach klimatischen Bedingungen erheblich. Infolgedessen erreicht ein Großteil des Niederschlags die Ozeane nie als Oberflächen- und Untergrundabfluss, bevor das Wasser in die Atmosphäre zurückgeführt wird. Die relativen Größen der einzelnen Komponenten des Wasserkreislaufs, wie beispielsweise der Evapotranspiration, können sich selbst auf kleinem Maßstab, wie zwischen einem landwirtschaftlichen Feld und einem nahegelegenen Waldgebiet, erheblich unterscheiden.

Abbildung 1. Grundwasser ist das zweitkleinste der vier Hauptwasserbecken auf der Erde, und der Fluss in die Ozeane ist einer der kleinsten Flüsse, dennoch sind Grundwasser und Oberflächenwasser die Komponenten des hydrologischen Systems, die der Mensch am meisten nutzt. (Modifiziert nach Schelesinger, W.H., 1991, Biogeochemistry-An analysis of global change: Academic Press, San Diego, Kalifornien.) (Mit Genehmigung verwendet.)

Um die Konzepte und viele Facetten des Zusammenspiels von Grund- und Oberflächenwasser einheitlich darzustellen, wird eine Konzeptlandschaft verwendet (Abbildung 2). Die konzeptionelle Landschaft zeigt sehr allgemein und vereinfacht die Wechselwirkung von Grundwasser mit allen Arten von Oberflächenwasser, wie Bächen, Seen und Feuchtgebieten, in vielen unterschiedlichen Terrains von den Bergen bis zu den Ozeanen. Abbildung 2 soll verdeutlichen, dass Grund- und Oberflächenwasser an vielen Stellen in der Landschaft interagieren.

Figur 2. Grund- und Oberflächenwasser interagieren in allen Landschaften von den Bergen bis zu den Ozeanen, wie in diesem Diagramm einer konzeptionellen Landschaft dargestellt. M, bergiges K, Karst G, Gletscher R, Fluss (klein) V, Fluss (groß) C, Küste.

Dunst über den Appalachen in North Carolina. (Foto mit freundlicher Genehmigung des Reise- und Tourismusministeriums von North Carolina.)

Die Bewegung von Wasser in der Atmosphäre und auf der Landoberfläche ist relativ einfach zu visualisieren, die Bewegung des Grundwassers jedoch nicht. Konzepte in Bezug auf Grundwasser und Grundwasserbewegung werden in Kasten A vorgestellt. Wie in Abbildung 3 dargestellt, bewegt sich Grundwasser entlang unterschiedlich langer Fließwege von Wiederanreicherungs- zu Einleitungsgebieten. Die verallgemeinerten Fließwege in Abbildung 3 beginnen am Grundwasserspiegel, setzen sich durch das Grundwassersystem fort und enden am Bach oder am Pumpbrunnen. Die Wasserquelle für den Grundwasserspiegel (Grundwasserneubildung) ist die Versickerung von Niederschlag durch die ungesättigte Zone. Im obersten, nicht begrenzten Grundwasserleiter können Fließwege in der Nähe des Baches mehrere Dutzend bis Hunderte von Fuß lang sein und haben entsprechende Laufzeiten von Tagen bis zu einigen Jahren. Die längsten und tiefsten Fließwege in Abbildung 3 können Tausende von Fuß bis zu mehreren zehn Kilometern lang sein, und die Laufzeiten können von Jahrzehnten bis Jahrtausenden reichen. Im Allgemeinen ist flaches Grundwasser aufgrund seiner Nähe zur Landoberfläche anfälliger für Kontaminationen durch menschliche Quellen und Aktivitäten. Daher werden in diesem Rundschreiben flache, lokale Grundwasserströmungsmuster in der Nähe von Oberflächenwasser hervorgehoben.

(Kasten A)

Grundwasser bewegt sich entlang von Fließwegen unterschiedlicher Länge bei der Übertragung von Wasser von Gebieten mit Wiederanreicherung zu Gebieten mit Einleitungen"

Kleinräumige geologische Merkmale in Schichten von Oberflächenwasserkörpern wirken sich auf Sickerungsmuster in einem zu kleinen Maßstab aus, um in Abbildung 3 dargestellt zu werden. Zum Beispiel beeinflussen die Größe, Form und Ausrichtung der Sedimentkörner in Oberflächenwasserschichten die Sickerungsmuster. Wenn ein Oberflächenwasserbett aus einem Sedimenttyp besteht, wie beispielsweise Sand, ist die Zufluss-Sickerung an der Küstenlinie am größten und nimmt in einem nichtlinearen Muster von der Küstenlinie weg ab (Abbildung 4). Geologische Einheiten mit unterschiedlichen Durchlässigkeiten beeinflussen auch die Verteilung der Versickerung in Oberflächenwasserbetten. Beispielsweise leitet eine hochdurchlässige Sandschicht innerhalb eines überwiegend aus Schluff bestehenden Oberflächenwasserbetts Wasser bevorzugt als Quelle ins Oberflächenwasser (Abbildung 5).

Unterwasserquelle in Nebraska. (Foto von Charels Flowerday.)

Figur 3. Die Fließwege des Grundwassers variieren stark in Länge, Tiefe und Laufzeit von Wiederauffüllungs- zu Einleitungspunkten im Grundwassersystem.

Figur 4. Die Versickerung von Grundwasser in Oberflächenwasser ist normalerweise in Küstennähe am größten. In Flussdiagrammen wie dem hier gezeigten ist die Abflussmenge zwischen zwei beliebigen Flusslinien gleich, daher zeigen die engeren Flusslinien einen größeren Abfluss pro Bodenflächeneinheit an.

Abbildung 5. Unterwässrige Quellen können durch bevorzugte Fließwege des Grundwassers durch hochdurchlässige Sedimente entstehen.

Sich ändernde meteorologische Bedingungen wirken sich auch stark auf die Sickerungsmuster in Oberflächenwasserbetten aus, insbesondere in Küstennähe. Der Grundwasserspiegel schneidet normalerweise die Landoberfläche an der Küstenlinie, was an dieser Stelle zu keiner ungesättigten Zone führt. Infiltrierende Niederschläge passieren schnell eine dünne ungesättigte Zone neben der Küstenlinie, wodurch sich schnell Wasserspiegelhügel neben dem Oberflächenwasser bilden (Abbildung 6). Dieser als fokussierte Wiederanreicherung bezeichnete Vorgang kann zu einem erhöhten Grundwasserzufluss in Oberflächenwasserkörper führen oder zu einem Zufluss zu Oberflächenwasserkörpern, die normalerweise in das Grundwasser versickern. Jedes Niederschlagsereignis hat das Potenzial, diesen hochtransienten Strömungszustand in Küstennähe sowie in Senken im Hochland zu verursachen (Abbildung 6).

Abbildung 6. Die Grundwasserneubildung konzentriert sich gewöhnlich anfänglich dort, wo die ungesättigte Zone relativ dünn ist, an den Rändern von Oberflächengewässern und unter Vertiefungen in der Landoberfläche.

Die Transpiration von Nearshore-Pflanzen hat den gegenteiligen Effekt einer fokussierten Wiederaufladung. Da der Grundwasserspiegel an den Rändern von Oberflächenwasserkörpern nahe der Landoberfläche liegt, können Pflanzenwurzeln in die gesättigte Zone eindringen, wodurch die Pflanzen Wasser direkt aus dem Grundwassersystem transpirieren können (Abbildung 7). Die Verdunstung von Grundwasser führt häufig zu einer Absenkung des Grundwasserspiegels, ähnlich wie bei einem Pumpbrunnen. Diese stark schwankende tägliche und saisonale Transpiration von Grundwasser kann die Grundwasserableitung in einen Oberflächenwasserkörper erheblich reduzieren oder sogar zu einer Bewegung von Oberflächenwasser in den Untergrund führen. Vielerorts ist es möglich, während der Jahreszeiten des aktiven Pflanzenwachstums tageszeitliche Änderungen der Fließrichtung zu messen, d. h. das Grundwasser gelangt nachts in das Oberflächenwasser und tagsüber fließt Oberflächenwasser in das flache Grundwasser.

Abbildung 7. Bei geringer Tiefe des Grundwasserspiegels in der Nähe von Oberflächengewässern kann die Transpiration direkt aus dem Grundwasser zu Depressionskegeln führen, die denen ähnlich sind, die durch Pumpbrunnen verursacht werden. Dadurch wird Wasser manchmal direkt aus dem Oberflächenwasser in den Untergrund gezogen.

Diese periodischen Wechsel der Fließrichtung finden auch auf längeren Zeitskalen statt: In Regenzeiten überwiegt die gezielte Wiederaufladung durch Niederschlag, in Trockenzeiten überwiegt die Absenkung durch Transpiration. Im Ergebnis können die beiden Prozesse zusammen mit den geologischen Kontrollen der Versickerungsverteilung dazu führen, dass die Fließbedingungen an den Rändern von Oberflächengewässern extrem variabel sind. Diese "Kanteneffekte" betreffen wahrscheinlich kleine Oberflächenwasserkörper mehr als große Oberflächenwasserkörper, da das Verhältnis von Kantenlänge zum Gesamtvolumen bei kleinen Wasserkörpern größer ist als bei großen.

Phreatophyten entlang des Rio Grande in Texas. (Foto von Michael Collier.)

Interaktion von Grundwasser und Bächen

Bäche interagieren in allen Landschaftstypen mit dem Grundwasser (siehe Kasten B). Die Wechselwirkung findet auf drei grundlegende Weisen statt: Bäche gewinnen Wasser durch Zufluss von Grundwasser durch das Bachbett (aufsteigender Bach, Abbildung 8A), sie verlieren Wasser an Grundwasser durch Abfluss durch das Bachbett (Verlustfluss, Abbildung 9A) oder sie tun es beide, gewinnen in einigen Reichweiten und verlieren in anderen Reichweiten. Damit Grundwasser in eine Bachrinne abfließen kann, muss die Höhe des Grundwasserspiegels in der Nähe des Baches höher sein als die Höhe der Bachwasseroberfläche. Umgekehrt muss die Höhe des Grundwasserspiegels in der Nähe des Baches niedriger sein als die Höhe der Bachwasseroberfläche, damit Oberflächenwasser in Grundwasser versickern kann. Höhenlinien des Grundwasserspiegels zeigen zunehmende Ströme an, indem sie in eine stromaufwärts gerichtete Richtung zeigen (Abbildung 8B), und sie zeigen an, dass Ströme verlieren, indem sie in eine stromabwärts gerichtete Richtung (Abbildung 9B) in unmittelbarer Nähe des Baches zeigen.

(Kasten B)

Abbildung 8. Aufnehmende Bäche erhalten Wasser aus dem Grundwassersystem (A). Dies kann anhand von Wasserspiegel-Konturkarten bestimmt werden, da die Höhenlinien dort, wo sie den Bach kreuzen, flussaufwärts zeigen (B).

Abbildung 9. Verlustbäche verlieren Wasser an das Grundwassersystem (A). Dies kann anhand von Wasserspiegel-Konturkarten bestimmt werden, da die Höhenlinien dort, wo sie den Bach kreuzen, in flussabwärts gerichtete Richtung zeigen (B).

Verlustströme können durch eine durchgehende gesättigte Zone (Abbildung 9A) an das Grundwassersystem angeschlossen oder durch eine ungesättigte Zone vom Grundwassersystem getrennt werden. Wenn der Bach durch eine ungesättigte Zone vom Grundwassersystem getrennt ist, kann der Grundwasserspiegel unter dem Bach einen erkennbaren Hügel aufweisen (Abbildung 10), wenn die Wiederauffüllungsrate durch das Bachbett und die ungesättigte Zone größer ist als die Rate des seitlichen Bodens -Wasserfluss weg vom Grundwasserhügel. Ein wichtiges Merkmal von Bächen, die vom Grundwasser getrennt sind, besteht darin, dass das Pumpen von flachem Grundwasser in der Nähe des Baches die Strömung des Baches in der Nähe der gepumpten Brunnen nicht beeinflusst.

Abbildung 10. Abgetrennte Bäche sind durch eine ungesättigte Zone vom Grundwassersystem getrennt.

In einigen Umgebungen kann die Zunahme oder der Verlust von Bachläufen bestehen bleiben, d. h., ein Bach kann immer Wasser aus dem Grundwasser aufnehmen oder immer Wasser an das Grundwasser verlieren. In anderen Umgebungen kann die Fließrichtung jedoch entlang eines Baches stark variieren. Einige Abschnitte erhalten Grundwasser und andere verlieren Wasser an Grundwasser. Darüber hinaus kann sich die Fließrichtung in sehr kurzen Zeiträumen ändern, wenn einzelne Stürme eine fokussierte Wiederaufladung in der Nähe des Bachufers verursachen, vorübergehende Hochwasserspitzen den Kanal hinunterfließen oder Grundwasser durch die Vegetation am Ufer verdunstet wird.

Eine Wechselwirkung zwischen Grundwasser und Fließgewässern, die in fast allen Fließgewässern gleichzeitig stattfindet, ist ein schneller Anstieg des Fließgewässers, der dazu führt, dass Wasser aus dem Fließgewässer in die Bachufer fließt. Dieser Prozess, der als Uferspeicherung bezeichnet wird (Abbildungen 11 und 12B), wird normalerweise durch Sturmniederschläge, schnelle Schneeschmelze oder die Freisetzung von Wasser aus einem stromaufwärts gelegenen Reservoir verursacht. Solange der Stufenanstieg die Bachufer nicht überragt, kehrt der größte Teil des in die Bachufer eintretenden Bachwassers innerhalb weniger Tage oder Wochen in den Bach zurück. Der Verlust von Bachwasser an die Uferspeicherung und die Rückführung dieses Wassers in den Bach in einem Zeitraum von Tagen oder Wochen führt dazu, dass Hochwasserspitzen reduziert und später Bachflüsse ergänzt werden. Wenn der Anstieg des Bachlaufs ausreicht, um die Ufer zu übersteigen und große Bereiche der Landoberfläche zu überfluten, kann im gesamten überfluteten Gebiet eine großflächige Wiederanreicherung des Grundwasserspiegels stattfinden (Abbildung 12C). In diesem Fall kann es Wochen, Monate oder Jahre dauern, bis das angereicherte Hochwasser durch den Grundwasserfluss in den Bach zurückfließt, da die Längen der Grundwasserfließwege viel länger sind als die, die sich aus der lokalen Uferspeicherung ergeben . Abhängig von der Häufigkeit, Stärke und Intensität von Stürmen und der damit verbundenen Stärke des Anstiegs der Bachphase können sich einige Bäche und angrenzende oberflächennahe Grundwasserleiter aufgrund von Wechselwirkungen im Zusammenhang mit Uferspeicherung und Überschwemmungen kontinuierlich neu einstellen.

Abbildung 11. Steigen die Bachspiegel höher als die angrenzenden Grundwasserstände, gelangt Bachwasser als Uferspeicher in die Bachufer.

Bäche interagieren auf drei grundlegende Arten mit dem Grundwasser: Bäche gewinnen Wasser durch Zufluss von Grundwasser durch das Bachbett (Gewinnstrom), sie verlieren Wasser an Grundwasser durch Abfluss durch das Bachbett (Leckfluss) oder sie tun beides, wobei sie etwas gewinnen erreicht und verliert in anderen Reichweiten"

Abbildung 12. Steigen die Wasserstände höher als ihre Ufer (C), reichert das Hochwasser in den überfluteten Gebieten Grundwasser an.

Neben der Uferspeicherung können andere Prozesse den lokalen Wasseraustausch zwischen Bächen und angrenzenden flachen Grundwasserleitern beeinflussen. Änderungen des Bachlaufs zwischen Zu- und Verlustbedingungen können auch durch das Pumpen von Grundwasser in der Nähe von Bächen verursacht werden (siehe Kasten C). Das Pumpen kann Grundwasser abfangen, das sonst in einen ansteigenden Bach abgegeben worden wäre, oder bei höheren Pumpraten kann es einen Fluss vom Bach zum Grundwasserleiter induzieren.

(Kasten C)

Überschwemmungen am Zusammenfluss von Missouri und Mississippi. (Foto von Robert Meade.)

Wo Abfluss in Oberlaufgebieten erzeugt wird, können die Änderungen des Abflusses zwischen Zu- und Abflussbedingungen besonders variabel sein (Abbildung 13). Das Oberlaufsegment von Bächen kann vollständig trocken sein, außer bei Sturmereignissen oder zu bestimmten Jahreszeiten, in denen Schneeschmelze oder Niederschlag ausreichen, um einen kontinuierlichen Fluss über Tage oder Wochen aufrechtzuerhalten. Während dieser Zeiten verliert der Bach Wasser an die ungesättigte Zone unter seinem Bett. Wenn der Grundwasserspiegel jedoch durch die Neubildung im Oberlaufbereich ansteigt, kann die verlorene Reichweite zu einer zunehmenden Reichweite werden, wenn der Grundwasserspiegel über das Niveau des Baches ansteigt. Unter diesen Bedingungen bewegt sich der Punkt, an dem das Grundwasser zuerst zum Bach beiträgt, allmählich flussaufwärts.

Abbildung 13. Der Ort, an dem der mehrjährige Bachlauf in einem Kanal beginnt, kann je nach Verteilung der Neubildung in Quellgebieten variieren. Nach Trockenperioden (A) verschiebt sich der Beginn des Stromflusses während Nassperioden kanalaufwärts, wenn das Grundwassersystem stärker gesättigt wird (B).

Einige ansteigende Bäche haben Bereiche, die unter normalen Fließbedingungen Wasser an den Grundwasserleiter abgeben. Die Richtung des Durchsickerns durch das Bett dieser Bäche hängt im Allgemeinen mit abrupten Änderungen der Neigung des Bachbetts (Abbildung 14A) oder mit Mäandern im Bachkanal (Abbildung 14B) zusammen. Zum Beispiel befindet sich eine Verluststromreichweite normalerweise am stromabwärtigen Ende von Pools in Pool- und Riffelströmen (Abbildung 14A) oder stromaufwärts von Kanalkrümmungen in mäandernden Strömen (Abbildung 14B). Die unterirdische Zone, in der Bachwasser durch kurze Segmente seines angrenzenden Bettes und Ufer fließt, wird als hyporheische Zone bezeichnet. Die Größe und Geometrie der hyporheischen Zonen, die Bäche umgeben, variieren stark in Zeit und Raum. Aufgrund der Vermischung von Grund- und Oberflächenwasser in der hyporheischen Zone kann sich der chemische und biologische Charakter der hyporheischen Zone deutlich von angrenzendem Oberflächen- und Grundwasser unterscheiden.

Abbildung 14. Der Oberflächenwasseraustausch mit Grundwasser in der hyporheischen Zone ist mit abrupten Änderungen der Bachbettneigung (A) und mit Bachmäandern (B) verbunden.

Pool- und Riffle-Stream in Colorado. (Foto von Robert Broshears.)

Grundwassersysteme, die in Bäche münden, können weite Bereiche der Landoberfläche unterlagern (Abbildung 15). Infolgedessen spiegeln die Umweltbedingungen an der Grenzfläche zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser Veränderungen in der weiteren Landschaft wider. Zum Beispiel resultieren die Arten und die Anzahl von Organismen in einem bestimmten Bereich des Bachbetts teilweise aus Wechselwirkungen zwischen Wasser in der hyporheischen Zone und Grundwasser aus entfernten Quellen.

Abbildung 15. Bachbetten und Ufer sind einzigartige Umgebungen, weil dort Grundwasser, das einen Großteil des Untergrunds von Landschaften entwässert, mit Oberflächenwasser interagiert, das einen Großteil der Landschaftsoberfläche entwässert.

INTERAKTION VON GRUNDWASSER UND SEEN L

Seen interagieren auf drei grundlegende Arten mit dem Grundwasser: Einige erhalten Grundwasserzufluss in ihrem gesamten Bett, andere haben Sickerverluste an Grundwasser in ihrem gesamten Bett, aber vielleicht erhalten die meisten Seen Grundwasserzufluss durch einen Teil ihres Bettes und haben Sickerverluste zu Grundwasser durch andere Teile (Abbildung 16). Obwohl diese grundlegenden Wechselwirkungen für Seen und Bäche gleich sind, unterscheiden sich die Wechselwirkungen in mehrfacher Hinsicht.

Abbildung 16. Seen können Grundwasserzufluss erhalten (A), Wasser als Versickerung an das Grundwasser verlieren (B) oder beides (C).

Der Wasserstand natürlicher, also nicht von Staudämmen kontrollierter Seen ändert sich im Allgemeinen nicht so schnell wie der Wasserstand von Bächen, daher ist die Uferspeicherung in Seen von geringerer Bedeutung als in Bächen. Die Verdunstung hat im Allgemeinen einen größeren Einfluss auf den Seespiegel als auf den Flusspegel, da die Oberfläche von Seen im Allgemeinen größer und weniger beschattet ist als viele Bäche und weil das Seewasser nicht so leicht wieder aufgefüllt wird wie ein Bach. Seen können in vielen verschiedenen Teilen der Landschaft vorkommen und können mit komplexen Grundwasserströmungssystemen verbunden sein. Dies gilt insbesondere für Seen in Gletscher- und Dünengebieten, wie in einem späteren Abschnitt dieses Rundschreibens erörtert wird. Außerdem weisen Seesedimente im Allgemeinen größere Mengen an organischen Ablagerungen auf als Bäche. Diese schlecht durchlässigen organischen Ablagerungen können die Verteilung von Sickerwasser und den biogeochemischen Austausch von Wasser und gelösten Stoffen in Seen stärker beeinflussen als in Bächen.

Lake Country im Norden von Wisconsin. (Foto von David Krabbenhoft.)

Stauseen sind von Menschenhand geschaffene Seen, die in erster Linie dazu bestimmt sind, den Fluss und die Verteilung von Oberflächenwasser zu kontrollieren. Die meisten Stauseen sind in Bachtälern gebaut, daher haben sie einige Merkmale sowohl von Bächen als auch von Seen. Wie Bäche können Stauseen stark schwankende Füllstände aufweisen, Uferspeicher können erheblich sein und sie werden im Allgemeinen kontinuierlich von Wasser durchspült. Wie Seen können Stauseen einen erheblichen Wasserverlust durch Verdunstung, einen erheblichen Kreislauf chemischer und biologischer Materialien in ihren Gewässern und einen umfangreichen biogeochemischen Austausch von gelösten Stoffen mit organischen Sedimenten aufweisen.

" Seen und Feuchtgebiete können in ihrem gesamten Bett Grundwasserzufluss erhalten, über ihr gesamtes Bett abfließen oder an verschiedenen Orten sowohl Zu- als auch Abfluss haben" local

WECHSELWIRKUNG VON GRUNDWASSER UND FEUCHTFLÄCHEN

Feuchtgebiete sind in Klimazonen und Landschaften vorhanden, die dazu führen, dass Grundwasser an die Landoberfläche abgeführt wird oder die ein schnelles Abfließen von Wasser von der Landoberfläche verhindern. Ähnlich wie Bäche und Seen können Feuchtgebiete Grundwasserzufluss aufnehmen, Grundwasser anreichern oder beides tun. Diese Feuchtgebiete, die Vertiefungen in der Landoberfläche besetzen, haben ähnliche Wechselwirkungen mit dem Grundwasser wie Seen und Bäche. Im Gegensatz zu Bächen und Seen besetzen Feuchtgebiete jedoch nicht immer Tiefpunkte und Vertiefungen in der Landschaft (Abbildung 17A), sondern können auch an Hängen (wie Niedermooren) oder sogar an Entwässerungsscheiden (wie einigen Arten von Mooren) vorhanden sein. Niedermoore sind Feuchtgebiete, die üblicherweise Grundwasserableitungen erhalten (Abbildung 17B), daher erhalten sie eine kontinuierliche Zufuhr von im Grundwasser gelösten chemischen Bestandteilen. Moore sind Feuchtgebiete, die Hochland (Abbildung 17D) oder ausgedehnte flache Gebiete besetzen, und sie erhalten einen Großteil ihres Wassers und ihrer chemischen Bestandteile aus Niederschlägen. Die Verteilung der wichtigsten Feuchtgebiete in den Vereinigten Staaten ist in Abbildung 18 dargestellt.

Hochmoor Labrador, Kanada. (Foto von Lehn Franke.)

In Gebieten mit steilen Landhängen schneidet der Grundwasserspiegel manchmal die Landoberfläche, was zu einem direkten Grundwasserabfluss an die Landoberfläche führt. Die konstante Wasserquelle an diesen Sickerflächen (Abbildung 17B) ermöglicht das Wachstum von Feuchtgebietspflanzen. Eine konstante Quelle von Grundwasser für Feuchtgebietspflanzen wird auch für Teile der Landschaft bereitgestellt, die aufgrund von Neigungsbrüchen des Grundwasserspiegels abfallend sind (Abbildung 17B), und wo unterirdische Diskontinuitäten in geologischen Einheiten eine Aufwärtsbewegung des Grundwassers verursachen (Abbildung 17A). . Entlang von Bächen, insbesondere langsam fließenden Bächen, gibt es viele Feuchtgebiete. Obwohl diese Fluss-Feuchtgebiete (Abbildung 17C) häufig Grundwasserableitungen erhalten, sind sie für ihre Wasserversorgung in erster Linie vom Bach abhängig.

Abbildung 17. Die Wasserquelle für Feuchtgebiete kann aus Grundwasserabflüssen stammen, bei denen die Landoberfläche von komplexen Grundwasserströmungsfeldern unterlagert ist (A), aus Grundwasserabflüssen an Sickerwänden und an Gefällebrüchen des Grundwasserspiegels (B) , aus Bächen (C) und aus Niederschlägen in Fällen, in denen Feuchtgebiete keinen Bachzufluss haben und das Grundwassergefälle vom Feuchtgebiet wegfällt (D).

Abbildung 18. Feuchtgebiete sind in der ganzen Nation vorhanden, aber sie bedecken die größten Gebiete im glazialen Terrain der nördlichen zentralen Vereinigten Staaten, Küstengebiete entlang der Atlantik- und Golfküsten und Flussgebiete im unteren Mississippi River Valley.

Feuchtgebiete in Fluss- und Küstengebieten weisen besonders komplexe hydrologische Wechselwirkungen auf, da sie periodischen Wasserstandsänderungen unterliegen. Einige Feuchtgebiete in Küstengebieten sind von sehr vorhersehbaren Gezeitenzyklen betroffen. Andere Küstenfeuchtgebiete und Flussfeuchtgebiete sind stärker von saisonalen Wasserstandsänderungen und Überschwemmungen betroffen. Die kombinierten Auswirkungen von Niederschlag, Evapotranspiration und Wechselwirkung mit Oberflächen- und Grundwasser führen zu einem charakteristischen Muster der Wassertiefen in Feuchtgebieten.

Hydroperiode ist ein in der Feuchtgebietswissenschaft häufig verwendeter Begriff, der sich auf die Amplitude und Häufigkeit von Wasserstandsschwankungen bezieht. Die Hydroperiode beeinflusst alle Merkmale von Feuchtgebieten, einschließlich der Vegetationsart, des Nährstoffkreislaufs und der Arten von Wirbellosen, Fischen und Vogelarten.

Versickerung Gesicht im Zion Nationalpark, Utah. (Foto von Robert Shedlock.)

Ein wesentlicher Unterschied zwischen Seen und Feuchtgebieten in Bezug auf ihre Wechselwirkung mit dem Grundwasser ist die Leichtigkeit, mit der sich das Wasser durch ihre Betten bewegt. Seen sind in der Regel flach um ihren Umfang herum, wo Wellen feinkörnige Sedimente entfernen können, wodurch Oberflächenwasser und Grundwasser frei interagieren können. In Feuchtgebieten hingegen, wenn feinkörnige und stark zersetzte organische Sedimente in der Nähe des Feuchtgebietsrandes vorhanden sind, ist der Transfer von Wasser und gelösten Stoffen zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser wahrscheinlich viel langsamer.

Ein weiterer Unterschied in der Interaktion zwischen Grund- und Oberflächenwasser in Feuchtgebieten im Vergleich zu Seen wird durch die Wurzelvegetation in Feuchtgebieten bestimmt. Die faserige Wurzelmatte in Feuchtbodenböden ist für den Wasserfluss sehr leitfähig, daher führt die Wasseraufnahme durch die Wurzeln der aufstrebenden Pflanzen zu einem signifikanten Austausch zwischen Oberflächenwasser und Porenwasser von Feuchtgebietssedimenten. Der Wasseraustausch in dieser oberen Bodenzone erfolgt auch dann, wenn der Austausch zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser an der Basis der Feuchtgebietssedimente eingeschränkt ist.

Chemische Wechselwirkungen von Grundwasser und Oberflächenwasser

ENTWICKLUNG DER WASSERCHEMIE IN ENTWÄSSERUNGSBECKEN

Zwei der grundlegenden Kontrollen der Wasserchemie in Einzugsgebieten sind die Art der vorhandenen geologischen Materialien und die Dauer, in der Wasser mit diesen Materialien in Kontakt steht. Zu den chemischen Reaktionen, die die biologischen und geochemischen Eigenschaften eines Beckens beeinflussen, gehören (1) Säure-Basen-Reaktionen, (2) Ausfällung und Auflösung von Mineralien, (3) Sorption und Ionenaustausch, (4) Oxidations-Reduktions-Reaktionen, (5) biologischer Abbau , und (6) Auflösung und Entfernung von Gasen (siehe Kasten D). Wenn Wasser zum ersten Mal in die Landoberfläche eindringt, haben Mikroorganismen im Boden einen signifikanten Einfluss auf die Entwicklung der Wasserchemie. Die organische Substanz im Boden wird von Mikroben abgebaut, wodurch hohe Konzentrationen an gelöstem Kohlendioxid (CO .) entstehen 2 ). Dieser Prozess senkt den pH-Wert durch Erhöhung der Kohlensäure (H 2 CO 3 ) Konzentration im Bodenwasser. Die Kohlensäureproduktion löst eine Reihe von Verwitterungsreaktionen aus, die zu Bicarbonat (HCO .) führen 3 - ) ist im Allgemeinen das am häufigsten vorkommende Anion im Wasser. Bei kurzen Kontaktzeiten zwischen Wasser und Mineralien in flachen Grundwasserfließwegen ist die Feststoffkonzentration im Wasser in der Regel gering. In solchen Umgebungen finden begrenzte chemische Veränderungen statt, bevor Grundwasser in Oberflächengewässer eingeleitet wird.

(Kasten D)

" Zwei der grundlegenden Kontrollen der Wasserchemie in Einzugsgebieten sind die Art der vorhandenen geologischen Materialien und die Zeitdauer, in der Wasser mit diesen Materialien in Kontakt ist"

In tieferen Grundwasserströmungssystemen ist die Kontaktzeit zwischen Wasser und Mineralien viel länger als in flachen Strömungssystemen. Dadurch kann die anfängliche Bedeutung von mikrobiellen Reaktionen in der Bodenzone im Laufe der Zeit durch chemische Reaktionen zwischen Mineralien und Wasser (geochemische Verwitterung) verdrängt werden. Mit fortschreitender Verwitterung nimmt die Konzentration der gelösten Feststoffe zu. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung der verwitterten Mineralien ändert sich die relative Häufigkeit der wichtigsten im Wasser gelösten anorganischen Chemikalien (siehe Kasten E).

(Kasten E)

Oberflächenwasser in Bächen, Seen und Feuchtgebieten kann sich wiederholt mit nahegelegenem Grundwasser austauschen. Somit kann die Zeitspanne, in der Wasser mit mineralischen Oberflächen in seinem Einzugsgebiet in Kontakt ist, fortgesetzt werden, nachdem das Wasser zum ersten Mal in einen Bach, See oder Feuchtgebiet gelangt ist. Eine wichtige Folge dieses fortgesetzten Austauschs zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser ist ihr Potenzial, die Kontaktzeit zwischen Wasser und chemisch reaktiven geologischen Materialien weiter zu erhöhen.

CHEMISCHE INTERAKTIONEN VON GRUNDWASSER UND OBERFLÄCHENWASSER IN Bächen, Seen und Feuchtgebieten

Grundwasserchemie und Oberflächenwasserchemie können nicht getrennt behandelt werden, wenn Oberflächen- und unterirdische Strömungssysteme zusammenwirken. Die Wasserbewegung zwischen Grund- und Oberflächenwasser stellt einen wichtigen Weg für den chemischen Transfer zwischen terrestrischen und aquatischen Systemen dar (siehe Kasten F). Diese Übertragung von Chemikalien beeinflusst die Zufuhr von Kohlenstoff, Sauerstoff, Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor und anderen chemischen Bestandteilen, die biogeochemische Prozesse auf beiden Seiten der Grenzfläche fördern. Dieser Transfer kann letztendlich die biologischen und chemischen Eigenschaften von Wassersystemen stromabwärts beeinflussen.

(Kasten F)

" Die Bewegung von Wasser zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser stellt einen wichtigen Weg für den chemischen Transfer zwischen terrestrischen und aquatischen Systemen dar"

Viele Bäche sind verseucht. Daher ist es aufgrund der Besorgnis, dass das kontaminierte Bachwasser das flache Grundwasser kontaminieren könnte, weit verbreitet, das Ausmaß der chemischen Reaktionen zu bestimmen, die in der hyporhoischen Zone stattfinden (siehe Kasten G). Bäche bieten gute Beispiele dafür, wie Verbindungen zwischen Grund- und Oberflächenwasser chemische Prozesse beeinflussen. Raue Kanalböden führen dazu, dass Bachwasser in das Bachbett eindringt und sich in der hyporheischen Zone mit Grundwasser vermischt. Diese Vermischung führt zu starken Veränderungen der chemischen Konzentrationen in der hyporheischen Zone. Eine Zone mit erhöhter biogeochemischer Aktivität entwickelt sich normalerweise in flachem Grundwasser als Folge des Flusses von sauerstoffreichem Oberflächenwasser in die unterirdische Umgebung, wo Bakterien und geochemisch aktive Sedimentbeschichtungen sind reichlich vorhanden (Abbildung 19). Dieser Sauerstoffeintrag in das Bachbett stimuliert eine hohe Aktivität von aeroben (sauerstoffverbrauchenden) Mikroorganismen, wenn gelöster Sauerstoff leicht verfügbar ist. Es ist nicht ungewöhnlich, dass gelöster Sauerstoff in hyporhoischen Fließwegen in einiger Entfernung ins Bachbett vollständig verbraucht wird, wo anaerobe Mikroorganismen die mikrobielle Aktivität dominieren. Anaerobe Bakterien können Nitrat, Sulfat oder andere gelöste Stoffe anstelle von Sauerstoff für den Stoffwechsel verwenden. Das Ergebnis dieser Prozesse ist, dass viele gelöste Stoffe im flachen Grundwasser in der Nähe von Bachbetten hochreaktiv sind.

(Kasten G)

Abbildung 19. Die mikrobielle Aktivität und die chemischen Umwandlungen sind in der hyporheischen Zone im Vergleich zu denen im Grund- und Oberflächenwasser im Allgemeinen verstärkt. Dieses Diagramm veranschaulicht einige der Prozesse und chemischen Umwandlungen, die in der hyporhoischen Zone stattfinden können. Die tatsächlichen chemischen Wechselwirkungen hängen von zahlreichen Faktoren ab, einschließlich der Mineralogie des Grundwasserleiters, der Form des Grundwasserleiters, der Arten organischer Stoffe in Oberflächen- und Grundwasser und der Landnutzung in der Nähe.

Die Bewegung von Nährstoffen und anderen chemischen Bestandteilen, einschließlich Schadstoffen, zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser wird durch biogeochemische Prozesse in der hyporheischen Zone beeinflusst. Zum Beispiel kann die Rate, mit der organische Verunreinigungen in der hyporhoischen Zone biologisch abbauen, die Raten im Bachwasser oder im Grundwasser abseits des Baches überschreiten. Ein weiteres Beispiel ist die Entfernung gelöster Metalle in der hyporhoischen Zone. Wenn Wasser durch die hyporheische Zone strömt, werden gelöste Metalle durch Ausfällung von Metalloxidschichten auf den Sedimenten entfernt.

Seen und Feuchtgebiete weisen auch hinsichtlich ihrer Wechselwirkung mit dem Grundwasser ausgeprägte biogeochemische Eigenschaften auf. Die Chemie des Grundwassers und die Richtung und das Ausmaß des Austauschs mit Oberflächenwasser beeinflussen den Eintrag gelöster Chemikalien in Seen und Feuchtgebiete erheblich. Wenn Seen und Feuchtgebiete nur geringe Wechselwirkung mit Bächen oder mit Grundwasser haben, erfolgt der Eintrag gelöster Chemikalien hauptsächlich durch Niederschläge, daher ist der Eintrag von Chemikalien minimal. Seen und Feuchtgebiete mit einem erheblichen Grundwasserzufluss haben in der Regel große Einträge an gelösten Chemikalien. In Fällen, in denen der Eintrag von gelösten Nährstoffen wie Phosphor und Stickstoff den Output übersteigt, ist die Primärproduktion durch Algen und Feuchtgebietspflanzen groß. Wenn diese große Menge an Pflanzenmaterial stirbt, wird Sauerstoff für den Zersetzungsprozess verwendet. In einigen Fällen kann der Sauerstoffverlust aus dem Seewasser groß genug sein, um Fische und andere Wasserorganismen abzutöten.

Das Ausmaß des Zu- und Abflusses von Oberflächenwasser beeinflusst auch die Nährstoffretention in Feuchtgebieten. Wenn Seen oder Feuchtgebiete keinen Bachabfluss haben, ist die Rückhaltung von Chemikalien hoch. Die Tendenz, Nährstoffe zurückzuhalten, ist in der Regel in Feuchtgebieten geringer, die im Wesentlichen durch den Durchfluss von Oberflächenwasser gespült werden. Im Allgemeinen variieren die Feuchtgebiete mit zunehmendem Oberflächenwassereintrag von solchen, die Nährstoffe stark zurückhalten, bis zu solchen, die große Mengen an Nährstoffen importieren und exportieren. Darüber hinaus spielen Feuchtgebiete im Allgemeinen eine bedeutende Rolle bei der Veränderung der chemischen Form gelöster Bestandteile. Zum Beispiel neigen Feuchtgebiete, die von Oberflächenwasser durchflossen werden, dazu, die chemisch oxidierten Formen zurückzuhalten und die chemisch reduzierten Formen von Metallen und Nährstoffen freizusetzen.

Eutropher See in Saskatchewan, Kanada. (Foto von James LaBaugh.)

" Die Chemie des Grundwassers und die Richtung und das Ausmaß des Austauschs mit Oberflächenwasser beeinflussen den Eintrag gelöster Chemikalien in Seen und Feuchtgebiete erheblich"

Interaktion von Grund- und Oberflächenwasser in unterschiedlichen Landschaften

Grundwasser ist in praktisch allen Landschaften vorhanden. Die Wechselwirkung von Grundwasser mit Oberflächenwasser hängt von den physiographischen und klimatischen Gegebenheiten der Landschaft ab. Zum Beispiel kann ein Bach in einem feuchten Klima Grundwasserzufluss erhalten, aber ein Bach in einer identischen physiographischen Umgebung in einem ariden Klima kann Wasser an das Grundwasser verlieren. Um eine breite und einheitliche Perspektive der Interaktion von Grundwasser und Oberflächenwasser in verschiedenen Landschaften zu bieten, wird eine konzeptionelle Landschaft (Abbildung 2) als Referenz verwendet. Im Folgenden werden einige gemeinsame Merkmale der Interaktion für verschiedene Teile der konzeptionellen Landschaft beschrieben. Die fünf besprochenen allgemeinen Geländetypen sind bergig, Flusslandschaften, Küsten, Gletscher und Dünen sowie Karst.

GEBIRGSGELÄNDE

Die Hydrologie des gebirgigen Geländes (Bereich M der Konzeptlandschaft, Abbildung 2) ist durch stark variable Niederschlags- und Wasserbewegungen über und durch steile Landhänge gekennzeichnet. An Berghängen haben Makroporen, die durch grabende Organismen und durch den Zerfall von Pflanzenwurzeln entstehen, die Fähigkeit, unterirdische Strömungen schnell bergab zu übertragen. Darüber hinaus können einige Gesteinsarten unter Böden stark verwittert oder zerklüftet sein und können erhebliche zusätzliche Strömungsmengen durch den Untergrund übertragen. In manchen Gegenden führt dieser schnelle Wasserfluss zu Bergquellen.

Ein allgemeines Konzept des Wasserflusses in bergigem Gelände umfasst mehrere Wege, auf denen Niederschlag durch den Hang zu einem Bach fließt (Abbildung 20). Zwischen Sturm- und Schneeschmelzperioden wird die Strömung durch den Abfluss aus dem Grundwassersystem aufrechterhalten (Abbildung 20A). Bei starken Stürmen erreicht das meiste Wasser sehr schnell Bäche, indem es die stark leitfähigen Böden teilweise sättigt und durchströmt. An den unteren Teilen von Hängen steigt der Wasserspiegel bei Stürmen manchmal bis zur Landoberfläche an, was zu einer Überlandströmung führt (Abbildung 20B). In diesem Fall erhöht der Niederschlag auf der gesättigten Fläche die Menge des Überlandabflusses. Wenn Stürme oder Schneeschmelze in Berggebieten andauern, können sich wassernahe gesättigte Gebiete von den Bächen nach außen ausdehnen, um Gebiete höher am Hang einzuschließen. In einigen Umgebungen, insbesondere in ariden Regionen, kann Überlandfluss erzeugt werden, wenn die Niederschlagsrate die Infiltrationskapazität des Bodens überschreitet (Abbildung 20C).

Abbildung 20. Wasser aus Niederschlägen gelangt auf mehreren Wegen in Gebirgsbäche. Zwischen Stürmen und Schneeschmelze kommt der meiste Zufluss zu Bächen aus dem Grundwasser (A). Während Stürmen und Schneeschmelzeperioden erfolgt ein Großteil des Wasserzuflusses in Bäche aus flacher Strömung in gesättigten Makroporen in der Bodenzone. Wenn die Infiltration in den Grundwasserspiegel groß genug ist, steigt der Grundwasserspiegel an die Landoberfläche und der Fluss erfolgt aus Grundwasser, Bodenwasser und Überlandabfluss (B). In ariden Gebieten, in denen die Böden sehr trocken sind und die Pflanzen spärlich sind, wird die Infiltration behindert und es kann zu Abfluss von Niederschlägen als Überlandabfluss kommen (C). (Modifiziert nach Dunne, T. und Leopold, L.B., 1978, Wasser in der Umweltplanung: San Francisco, W.H. Freeman.) (Mit Genehmigung verwendet.)

In der Nähe des Fußes einiger Berghänge schneidet der Grundwasserspiegel die steile Talwand in einiger Entfernung vom Fuß des Hanges (Abbildung 21, linke Talseite). Dies führt zu einer mehrjährigen Einleitung von Grundwasser und in vielen Fällen zum Vorhandensein von Feuchtgebieten. Ein häufiger vorkommender hydrologischer Prozess, der in einigen Bergtälern zum Vorkommen von Feuchtgebieten führt, ist der Abfluss von Grundwasser nach oben, der durch die Änderung des Gefälles des Grundwasserspiegels von steil auf der Talseite zu relativ flach im Schwemmtal verursacht wird (Abbildung 21, rechte Talseite). Wo diese beiden Wasserspiegelbedingungen vorliegen, können grundwassergespeiste Feuchtgebiete vorhanden sein, die allgemein als Niedermoore bezeichnet werden.

Abbildung 21. In bergigem Gelände kann Grundwasser an Steilhängen (linke Talseite), an Überschwemmungsrändern (rechte Talseite) und in den Bach abfließen.

Ein weiterer dynamischer Aspekt der Interaktion von Grund- und Oberflächenwasser in Gebirgslagen wird durch die ausgeprägte Längskomponente der Strömung in Gebirgstälern verursacht. Das hohe Gefälle von Gebirgsbächen führt in Verbindung mit der groben Textur der Bachbettsedimente zu einer starken talabwärts gerichteten Fließkomponente, begleitet von einem häufigen Austausch von Bachwasser mit Wasser in der hyporheischen Zone (Abbildung 14) (siehe Kasten H). Die treibende Kraft für den Wasseraustausch zwischen einem Bach und seiner hyporheischen Zone wird dadurch erzeugt, dass das Oberflächenwasser über raue Bachbetten, durch Tümpel und Riffe, über Kaskaden und um Felsblöcke und Baumstämme fließt. Typischerweise tritt der Strom am stromabwärtigen Ende der Becken in die hyporheische Zone ein und fließt dann unter steilen Abschnitten des Stroms (sogenannte Riffel) hindurch und kehrt am stromaufwärts gelegenen Ende des nächsten Beckens in den Strom zurück (Abbildung 14A). Bachwasser kann auch stromaufwärts von Kanalmäandern in die hyporheische Zone eintreten, wodurch Bachwasser durch eine Kiesbank strömt, bevor es stromabwärts wieder in den Kanal eintritt (Abbildung 14B).

(Kasten H)

Gebirgsbach in Oregon. (Foto von Dennis Wentz.)

Schwemmfächer in Alaska. (Foto von Earl Brabb.)

Bäche, die aus bergigem Gelände fließen, fließen gewöhnlich über alluviale Fächer an den Rändern der Täler. Die meisten Bäche in dieser Art von Umgebung verlieren Wasser an das Grundwasser, wenn sie die hochdurchlässigen Schwemmfächer durchqueren. Dieser Prozess ist seit langem in trockenen westlichen Regionen bekannt, wurde aber auch in feuchten Regionen wie den Appalachen dokumentiert. In ariden und semiariden Regionen kann das Versickern von Wasser aus dem Bach die Hauptquelle für die Neubildung von Grundwasserleitern sein. Trotz ihrer Bedeutung bleibt die Grundwasserneubildung durch verlorene Bäche ein höchst unsicherer Teil des Wasserhaushalts von Grundwasserleitern in diesen Regionen. Es werden vielversprechende neue Methoden zur Schätzung der Grundwasserneubildung, zumindest lokal, entlang von Bergfronten entwickelt - diese Methoden umfassen die Verwendung von Umwelt-Tracern, die Messung vertikaler Temperaturprofile in Bachbetten, die Messung der hydraulischen Eigenschaften von Bachbetten und die Messung der Druckhöhendifferenz zwischen der Bach und der darunterliegende Grundwasserleiter.

Die häufigsten natürlichen Seen im bergigen Gelände sind solche, die durch Felsbänke oder Gletscherablagerungen hoch in den Bergen aufgestaut werden. Als Karseen bezeichnet, beziehen sie einen Großteil ihres Wassers aus der Schneeschmelze. Sie interagieren jedoch ähnlich wie die in Abbildung 21 gezeigten Prozesse mit dem Grundwasser und können während der schneefreien Jahreszeit durch das Grundwasser aufrechterhalten werden.

Die geochemische Umgebung von Gebirgen ist aufgrund der Auswirkungen des stark variablen Klimas und vieler verschiedener Gesteins- und Bodentypen auf die Entwicklung der Wasserchemie sehr vielfältig. Geologische Materialien können kristallines, vulkanisches und sedimentäres Gestein sowie glaziale Ablagerungen umfassen. Sedimente können von solchen mit gut entwickelten Bodenhorizonten bis hin zu Schwemmland ohne Bodenentwicklung variieren. Bei starken Niederschlägen fließt viel Wasser durch flache Fließwege, wo es mit Mikroben und Bodengasen interagiert. In der tieferen Strömung durch zerklüftetes Grundgestein bestimmen längerfristige geochemische Wechselwirkungen von Grundwasser mit Mineralien die Chemie des Wassers, das schließlich in Bäche mündet. Die Grundströmung von Bächen in bergigem Gelände wird durch Drainage aus gesättigtem Alluvium in Talsohlen und aus Drainage von Grundgesteinsbrüchen abgeleitet. Die Vermischung dieser chemisch unterschiedlichen Wasserarten führt zu geochemischen Reaktionen, die die Chemie des Wassers in Bächen beeinflussen. Beim Flussabwärtstransport im Gerinne vermischt sich Bachwasser mit Grundwasser in der hyporhoischen Zone. In einigen Gebirgsbächen ist die Wassermenge in der hyporheischen Zone deutlich größer als im Bachkanal. Chemische Reaktionen in hyporhoischen Zonen können die Wasserchemie von Bächen in einigen Fällen erheblich verändern (Abbildung 19).

FLUSSGELÄNDE

In einigen Landschaften sind Bachtäler klein und weisen häufig keine gut entwickelten Überschwemmungsgebiete auf (Bereich R der Konzeptlandschaft, Abbildung 2) (siehe Kasten I). Große Flüsse (Bereich V der Referenzlandschaft, Abbildung 2) weisen jedoch Täler auf, die flussabwärts meist immer breiter werden. Terrassen, natürliche Deiche und verlassene Flussmäander sind übliche Landschaftsmerkmale in großen Flusstälern, und Feuchtgebiete und Seen werden häufig mit diesen Merkmalen in Verbindung gebracht.

(Kasten I)

Das Zusammenspiel von Grund- und Oberflächenwasser in Flusstälern wird durch den Austausch lokaler und regionaler Grundwasserströmungssysteme mit den Flüssen sowie durch Hochwasser und Evapotranspiration beeinflusst. Kleine Bäche erhalten Grundwasserzufluss hauptsächlich aus lokalen Fließsystemen, die in der Regel eine begrenzte Ausdehnung haben und jahreszeitlich stark schwanken. Daher ist es nicht ungewöhnlich, dass kleine Bäche saisonal wechselnde Reichweiten gewinnen oder verlieren.

Schwemmtal des Mississippi. (Foto von Robert Meade.)

Bei größeren Flüssen, die in Auentälern fließen, ist das Zusammenspiel von Grund- und Oberflächenwasser in der Regel räumlich vielfältiger als bei kleineren Bächen. Grundwasser aus regionalen Fließsystemen mündet in den Fluss sowie an verschiedenen Stellen über die Überschwemmungsfläche (Abbildung 22). Wenn im Schwemmtal Terrassen vorhanden sind, können mit jeder Terrasse lokale Grundwasserströmungssysteme verbunden sein, und aufgrund dieser Grundwasserquelle können Seen und Feuchtgebiete gebildet werden. An manchen Stellen, beispielsweise an der Talwand und am Fluss, können lokale und regionale Grundwasserströmungssysteme in unmittelbarer Nähe münden. Darüber hinaus können in großen alluvialen Tälern auch signifikante talabwärts gerichtete Fließkomponenten im Bachbett und im flachen Alluvium vorhanden sein (siehe Kasten I).

Abbildung 22. In breiten Flusstälern überlagern kleine lokale Grundwasserströmungssysteme, die mit Terrassen verbunden sind, mehr regionale Grundwasserströmungssysteme. Die Anreicherung von Hochwasser, das diesen Grundwasserströmungssystemen überlagert ist, erschwert die Hydrologie von Flusstälern zusätzlich.

Zu dieser Verteilung des Grundwasserabflusses aus verschiedenen Fließsystemen auf unterschiedliche Talteile kommt der Effekt von Überschwemmungen hinzu. Bei hohen Flussabflüssen gelangt Wasser als Uferspeicher in das Grundwassersystem (Abbildung 11). Die Fließwege können als seitliche Strömung durch das Flussufer (Abbildung 12B) oder bei Hochwasser als vertikale Versickerung über die Überschwemmungsfläche (Abbildung 12C) erfolgen. Wenn das Hochwasser steigt, führen sie dazu, dass Uferspeicher in immer höhere Terrassen verlagert werden.

In alluvialen Tälern liegt der Grundwasserspiegel im Allgemeinen nicht weit unter der Landoberfläche. Daher hat die Vegetation auf Überschwemmungsgebieten sowie am Fuß einiger Terrassen im Allgemeinen Wurzelsysteme, die tief genug sind, damit die Pflanzen Wasser direkt aus dem Grundwasser transpirieren können. Aufgrund der relativ stabilen Grundwasserquelle, insbesondere in Gebieten mit Grundwassereinleitung, kann die Vegetation Wasser nahe der maximalen potentiellen Transpirationsrate verdunsten, was zu dem gleichen Effekt führt, als würde das Wasser durch einen Brunnen gepumpt (siehe Abbildung 7 ). Dieser große Wasserverlust kann zu einem Absinken des Grundwasserspiegels führen, so dass die Pflanzen einen Teil des Wassers auffangen, das sonst in den Fluss, das Feuchtgebiet oder den See fließen würde. Darüber hinaus ist es in einigen Umgebungen während der Vegetationsperiode nicht ungewöhnlich, dass der Pumpeffekt der Transpiration so stark ist, dass Oberflächenwasser in den Untergrund gelangt, um das transpirierte Grundwasser wieder aufzufüllen.

Die Größe der Schwemmlandablagerungen an Flüssen reicht von Ton bis zu Geröll, aber in vielen Schwemmtälern sind Sand und Kies die vorherrschenden Ablagerungen. Chemische Reaktionen, die die Auflösung oder Ausfällung von Mineralien beinhalten (siehe Kasten D), haben im Allgemeinen keine signifikanten Auswirkungen auf die Wasserchemie in alluvialen Sand- und Kiesgrundwasserleitern, da die Geschwindigkeit der Wasserbewegung im Vergleich zur Verwitterungsgeschwindigkeit relativ hoch ist. Stattdessen wirken sich Sorptions- und Desorptionsreaktionen sowie Oxidations-/Reduktionsreaktionen im Zusammenhang mit der Aktivität von Mikroorganismen wahrscheinlich stärker auf die Wasserchemie in diesen Systemen aus. Wie in kleinen Bächen können biogeochemische Prozesse in der hyporheischen Zone einen signifikanten Einfluss auf die Chemie von Grund- und Oberflächenwasser in größeren Flusssystemen haben. Die Bewegung von sauerstoffreichem Oberflächenwasser in den Untergrund, wo chemisch reaktive Sedimentbeschichtungen reichlich vorhanden sind, verursacht erhöhte chemische Reaktionen im Zusammenhang mit der Aktivität von Mikroorganismen. Nahe der Grenze zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser sind häufig starke Konzentrationsgefälle einiger chemischer Bestandteile im Wasser, die diese Zone erhöhter biogeochemischer Aktivität begrenzen, üblich. Darüber hinaus können chemische Reaktionen in der hyporheischen Zone zur Ausfällung einiger reaktiver gelöster Stoffe und Verunreinigungen führen, wodurch die Wasserqualität beeinträchtigt wird.

KÜSTENGELÄNDE

Küstengelände, wie das entlang der Ost-Zentral- und Südküste der Vereinigten Staaten, erstreckt sich von Steilhängen und Terrassen im Landesinneren bis zum Ozean (Bereich C der konzeptuellen Landschaft, Abbildung 2). Dieses Gelände ist gekennzeichnet durch (1) niedrige Steilhänge und Terrassen, die gebildet wurden, als der Ozean höher war als heute (2) Bäche, Flussmündungen und Lagunen, die von Gezeiten beeinflusst werden (3) Teiche, die üblicherweise mit Küstensanddünen in Verbindung gebracht werden, und (4) Barriereinseln. Feuchtgebiete bedecken in einigen Küstengebieten ausgedehnte Gebiete (siehe Abbildung 18).

Die Interaktion von Grund- und Oberflächenwasser im Küstengebiet wird durch Grundwasserabflüsse aus regionalen Fließsystemen und aus lokalen Fließsystemen in Verbindung mit Steilhängen und Terrassen (Abbildung 23), Evapotranspiration und Gezeitenfluten beeinflusst. Die mit Steilhängen und Terrassen verbundenen lokalen Strömungssysteme werden durch die Konfiguration des Grundwasserspiegels in der Nähe dieser Merkmale verursacht (siehe Kasten J). Wo der Grundwasserspiegel in der Nähe der Spitze von Steilhängen und Terrassen einen nach unten gerichteten Gefällebruch aufweist, sind abwärts gerichtete Komponenten des Grundwasserflusses vorhanden, wo der Grundwasserspiegel einen nach oben gerichteten Gefällebruch in der Nähe der Basis dieser Merkmale aufweist, nach oben gerichtete Komponenten des Grundwassers Strömung vorhanden sind.

(Kasten J)

Abbildung 23. In Küstengebieten überlagern kleine lokale Grundwasserströmungszellen, die mit Terrassen verbunden sind, mehr regionale Grundwasserströmungssysteme. In der Gezeitenzone vermischt sich salzhaltiges und brackiges Oberflächenwasser mit frischem Grundwasser aus lokalen und regionalen Fließsystemen.

Evapotranspiration direkt aus dem Grundwasser ist in Küstengebieten weit verbreitet. Die Landoberfläche ist flach und der Grundwasserspiegel liegt im Allgemeinen nahe der Landoberfläche, daher haben viele Pflanzen Wurzelsysteme, die tief genug sind, um Grundwasser mit fast der maximalen potenziellen Rate zu transpirieren. Das Ergebnis ist, dass die Evapotranspiration einen erheblichen Wasserverlust verursacht, der sich auf die Konfiguration von Grundwasserströmungssystemen sowie die Wechselwirkung von Grundwasser mit Oberflächenwasser auswirkt.

Küstengelände in Maryland. (Foto von Robert Shedlock.)

In den von Gezeitenfluten betroffenen Teilen der Küstenlandschaft ist das Zusammenspiel von Grund- und Oberflächenwasser ähnlich wie in den von Hochwasser betroffenen Auentälern. Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, dass Gezeitenfluten in Bezug auf Zeitpunkt und Ausmaß vorhersehbarer sind als Flussfluten. Der andere wesentliche Unterschied liegt in der Wasserchemie. Das Wasser, das von Flüssen in die Uferspeicher gelangt, ist im Allgemeinen frisch, aber das Wasser, das von den Gezeiten in die Uferspeicher gelangt, ist im Allgemeinen brackig oder salzhaltig.

Gezeiten-Mangroven-Feuchtgebiet in Florida. (Foto von Virginia Carter.)

Ästuare sind eine hochdynamische Schnittstelle zwischen den Kontinenten und dem Ozean, wo sich Süßwasser aus großen Flüssen mit salzhaltigem Wasser aus dem Ozean vermischt. Darüber hinaus wird Grundwasser in Mündungsgebiete und den Ozean eingeleitet, wodurch Nährstoffe und Schadstoffe direkt in die Küstengewässer gelangen. Es wurden jedoch nur wenige Schätzungen über die Lage und das Ausmaß des Grundwasserabflusses an Küsten gemacht.

In einigen Ästuaren vermischt sich sulfatreiches regionales Grundwasser mit karbonatreichem lokalem Grundwasser und mit chloridreichem Meerwasser, wodurch scharfe Grenzen entstehen, die Pflanzen- und Wildtiergemeinschaften trennen. Biologische Gemeinschaften, die mit diesen scharfen Grenzen verbunden sind, sind an unterschiedliche hydrochemische Bedingungen angepasst und unterliegen periodischen Belastungen, die aus Wassereinträgen mit unterschiedlicher Chemie resultieren. Das Gleichgewicht zwischen Flusszufluss und Gezeiten führt dazu, dass Flussmündungen einen Großteil der Partikel und gelösten Stoffe zurückhalten, die in Oberflächen- und unterirdischen Flüssen transportiert werden, einschließlich Verunreinigungen.

" Grundwasser leitet in Mündungen und ins Meer ab und liefert Nährstoffe und Schadstoffe direkt in die Küstengewässer"

Gletscher- und Dünengelände

Gletscher- und Dünengelände (Bereich G der Konzeptlandschaft, Abbildung 2) ist durch eine Hügel- und Senkenlandschaft gekennzeichnet. Obwohl Bachnetze Teile dieser Landschaften entwässern, tragen viele Gebiete des Gletscher- und Dünengeländes nicht zum Abfluss zu einem integrierten Oberflächenentwässerungsnetz bei. Stattdessen sammelt sich der Oberflächenabfluss von Niederschlägen, die auf die Landschaft fallen, in den Senken an, was häufig zu Seen und Feuchtgebieten führt. Aufgrund fehlender Bachabflüsse wird der Wasserhaushalt dieser „geschlossenen“ Seen und Feuchtgebiete weitgehend durch den Wasseraustausch mit der Atmosphäre (Niederschlag und Verdunstung) und mit Grundwasser gesteuert (siehe Kasten K).

(Kasten K)

Gletschergelände in Minnesota. (Foto von Robert Karls.)

Seen und Feuchtgebiete in Gletscher- und Dünengebieten können einen Zufluss aus dem Grundwasser, einen Abfluss in das Grundwasser oder beides aufweisen (Abbildung 16). Die Wechselwirkung zwischen Seen und Feuchtgebieten und Grundwasser wird maßgeblich durch deren Lage zu lokalen und regionalen Grundwasserströmungssystemen bestimmt. Eine gängige Auffassung ist, dass Seen und Feuchtgebiete, die in topografisch hoch gelegenen Gebieten vorhanden sind, Grundwasser anreichern und dass Seen und Feuchtgebiete, die in niedrigen Gebieten vorhanden sind, Abflüsse aus dem Grundwasser erhalten. Seen und Feuchtgebiete, die von Ablagerungen mit geringer Durchlässigkeit unterlagert sind, können jedoch auch dann Abflüsse aus lokalen Grundwasserströmungssystemen erhalten, wenn sie sich in einem regionalen Grundwasserneubildungsgebiet befinden. Umgekehrt können sie auch dann Wasser an lokale Grundwasserströmungssysteme abgeben, wenn sie sich in einem regionalen Grundwassereinleitungsgebiet befinden (Abbildung 24).

Abbildung 24. In Gletscher- und Dünengebieten interagieren lokale, mittlere und regionale Grundwasserströmungssysteme mit Seen und Feuchtgebieten. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Feuchtgebiete, die lokale Grundwasserströmungssysteme aufladen, im Tiefland vorhanden sind und Feuchtgebiete, die aus lokalem Grundwasser abgeleitet werden, im Hochland vorhanden sind.

Seen und Feuchtgebiete in Gletscher- und Dünenlandschaften, die von hochpermeablen Ablagerungen unterlagert sind, haben gewöhnlich eine Grundwasserversickerung auf einer Seite und eine Versickerung in das Grundwasser auf der anderen Seite. Dieser Zusammenhang ist relativ stabil, da der Grundwasserspiegelgradient zwischen Oberflächengewässern bei dieser Art der Einstellung relativ konstant ist. Die Grenze zwischen dem Zufluss zum See oder Feuchtgebiet und dem Abfluss aus diesem, die sogenannte Scharnierlinie, kann sich jedoch entlang der Uferlinie auf und ab bewegen. Die Bewegung der Scharnierlinie zwischen Zu- und Abfluss ist eine Folge der sich ändernden Neigung des Grundwasserspiegels als Reaktion auf Änderungen der Grundwasserneubildung in den angrenzenden Hochlagen.

Dünengelände in Nebraska. (Foto von James Swinehart.)

Die Transpiration direkt aus dem Grundwasser hat einen wesentlichen Einfluss auf die Interaktion von Seen und Feuchtgebieten mit dem Grundwasser in Gletscher- und Dünengebieten. Die Transpiration aus dem Grundwasser (Abbildung 7) hat möglicherweise einen größeren Einfluss auf Seen und Feuchtgebiete, die von Ablagerungen mit geringer Durchlässigkeit unterlagert sind, als in jeder anderen Landschaft. Die seitliche Bewegung des Grundwassers in Lagerstätten mit geringer Durchlässigkeit kann nicht schnell genug sein, um die Wassermenge mit der Geschwindigkeit bereitzustellen, die durch Transpiration entfernt wird, was zu tiefen und steilen Senkenkegeln führt. Diese Depressionskegel sind gewöhnlich um den Umfang der Seen und Feuchtgebiete herum vorhanden (Abbildung 7 und Kasten K).

In den nördlichen Zentralstaaten der Vereinigten Staaten können Zyklen im Gleichgewicht zwischen Niederschlag und Verdunstung, die zwischen 5 und 30 Jahren liegen, zu großen Veränderungen des Wasserspiegels, der chemischen Konzentrationen und des Hauptionenwassertyps einzelner Feuchtgebiete führen. In einigen Umgebungen führt ein wiederholter Wasserkreislauf zwischen der Oberfläche und dem Untergrund an derselben Stelle zu einer Verdunstungskonzentration von gelösten Stoffen und schließlich zu Mineralausfällungen im Untergrund. Darüber hinaus können diese dynamischen hydrologischen und chemischen Bedingungen zu erheblichen Veränderungen in der Art, Anzahl und Verteilung von Feuchtgebietspflanzen und wirbellosen Tieren in Feuchtgebieten führen.Diese wechselnden hydrologischen Bedingungen, die von Jahreszeiten bis zu Jahrzehnten reichen, sind ein wesentlicher Prozess für die Verjüngung von Feuchtgebieten, die für wandernde Wasservögel ideale Lebens- und Nahrungsbedingungen bieten.

" Die hydrologischen und chemischen Eigenschaften von Seen und Feuchtgebieten in Gletscher- und Dünengebieten werden maßgeblich durch ihre Lage in Bezug auf lokale und regionale Grundwasserströmungssysteme bestimmt"

KARSTGELÄNDE

Karst kann allgemein als alle Landschaftsformen definiert werden, die hauptsächlich durch die Auflösung von Gesteinen, hauptsächlich Kalkstein und Dolomit, entstehen. Karstgelände (Bereich K der Konzeptlandschaft, Abbildung 2) sind gekennzeichnet durch (1) geschlossene Oberflächenvertiefungen unterschiedlicher Größe und Form, die als Dolinen bezeichnet werden, (2) ein unterirdisches Entwässerungsnetz, das aus Lösungsöffnungen besteht, die in der Größe von vergrößerten Rissen reichen im Fels bis hin zu großen Höhlen und (3) stark gestörte Oberflächenentwässerungssysteme, die sich direkt auf den einzigartigen Charakter des unterirdischen Entwässerungssystems beziehen.

Großer Frühling, Missouri. (Foto von James Barks.)

Die Auflösung von Kalkstein und Dolomit leitet die anfängliche Entwicklung von Brüchen zu Lösungslöchern, die Karstgelände diagnostizieren. Vielleicht nirgendwo sonst ist das komplexe Zusammenspiel zwischen Hydrologie und Chemie so wichtig für Veränderungen der Landform. Kalkstein und Dolomit verwittern schnell und produzieren Calcium- und Magnesiumcarbonatwasser mit relativ hoher Ionenstärke. Die zunehmende Größe der Lösungslöcher ermöglicht höhere Grundwasserströmungsraten über eine größere Oberfläche exponierter Mineralien, was den Auflösungsprozess weiter stimuliert und schließlich zur Entwicklung von Höhlen führt. Die Erschließung von Karstgebieten beinhaltet auch biologische Prozesse. Die mikrobielle Produktion von Kohlendioxid im Boden beeinflusst das Karbonatgleichgewicht des Wassers, da es das Grundwasser wiederauffüllt, was dann beeinflusst, wie viel Mineralauflösung stattfindet, bevor das Gleichgewicht der gelösten Stoffe erreicht wird.

Die Grundwasserneubildung ist im Karstgebiet sehr effizient, da Niederschläge leicht durch die Felsöffnungen infiltrieren, die die Landoberfläche schneiden. Wasser bewegt sich mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch Karstgrundwasserleiter, es bewegt sich langsam durch feine Brüche und Poren und schnell durch lösungsvergrößerte Brüche und Kanäle. Infolgedessen kann das Wasser, das aus vielen Quellen im Karstgebiet austritt, eine Kombination aus relativ langsam fließendem Wasser sein, das aus den Poren abfließt, und schnell fließendem Sturmwasser. Die sich langsam bewegende Komponente spiegelt tendenziell die Chemie der Grundwasserleitermaterialien wider, und das sich schneller bewegende Wasser, das mit den jüngsten Regenfällen verbunden ist, neigt dazu, die chemischen Eigenschaften von Niederschlag und Oberflächenabfluss widerzuspiegeln.

Die Wasserbewegung im Karstgebiet ist besonders unberechenbar, da das Grundwasser viele Wege durch das Labyrinth von Klüften und Lösungsöffnungen im Gestein nimmt (siehe Kasten L). Aufgrund der großen Größe miteinander verbundener Öffnungen in gut entwickelten Karstsystemen kann Karstgelände echte unterirdische Flüsse aufweisen. Diese unterirdischen Bäche können hohe Fließgeschwindigkeiten aufweisen, an einigen Stellen so groß wie Fließgeschwindigkeiten in Oberflächenbächen. Darüber hinaus ist es nicht ungewöhnlich, dass mittelgroße Bäche in den Felsöffnungen verschwinden und damit die Oberflächenentwässerung vollständig stören und an anderer Stelle wieder an die Oberfläche treten. Quellen und Quellen aller Größen sind charakteristische Merkmale von Karstgebieten. Quellen mit ausreichend großen Grundwasseranreicherungsflächen sind in der Regel die Quelle kleiner bis mittelgroßer Bäche und bilden einen großen Teil der Nebenflüsse zu größeren Bächen. Zudem kann sich der Ort der Entstehung der Bäche je nach räumlicher Verteilung der Grundwasserneubildung in Abhängigkeit von einzelnen Niederschlagsereignissen ändern. Große Quellzuflüsse zu Bächen im Karstgebiet stehen in scharfem Kontrast zu dem allgemein diffuseren Grundwasserzufluss, der für Bäche charakteristisch ist, die über Sand- und Kiesgrundwasserleiter fließen.

(Kästchen L)

Stream verschwindet im Karstgebiet in Texas in Doline. (Foto von Jon Gilhousen.)

Aufgrund der komplexen Muster der Oberflächen- und Grundwasserströmung im Karstgebiet haben viele Studien gezeigt, dass die Trennlinien von Oberflächenwasser und Grundwasser nicht zusammenfallen. Ein extremes Beispiel ist ein Bach, der in einem Oberflächenwasserbecken verschwindet und in einem anderen Becken wieder auftaucht. Diese Situation erschwert die Identifizierung von Quellgebieten für Wasser und damit verbundene gelöste Bestandteile, einschließlich Verunreinigungen, im Karstgelände.

Die Wasserchemie wird häufig zur Untersuchung der Hydrologie von Karstgrundwasserleitern verwendet. Umfangreiche Tracer-Studien (siehe Kasten G) und Feldkartierungen zur Lokalisierung von Wiederauffüllungs- und Einleitungspunkten wurden verwendet, um die Wiederauffüllungsgebiete von Quellen, die Geschwindigkeit der Grundwasserbewegung und den Wasserhaushalt von Grundwasserleitern abzuschätzen. Variationen von Parametern wie Temperatur, Härte, Calcium/Magnesium-Verhältnis und anderen chemischen Eigenschaften wurden verwendet, um Bereiche der Grundwasserneubildung zu identifizieren, schnell und langsam fließende Grundwasserströmungspfade zu unterscheiden und die Quellströmungseigenschaften in verschiedenen Regionen zu vergleichen . Der schnelle Transport von Schadstoffen innerhalb von Karstgrundwasserleitern und zu Quellen ist an vielen Orten dokumentiert. Aufgrund der schnellen Wasserbewegung in Karstgrundwasserleitern können Wasserqualitätsprobleme, die in anderen Grundwasserleitersystemen lokalisiert sein könnten, zu regionalen Problemen in Karstsystemen werden.

Einige Landschaften, die als Karstgebiet gelten, weisen keine Karbonatgesteine ​​an der Landoberfläche auf. In einigen Gebieten des Südostens der Vereinigten Staaten zum Beispiel überlagern oberflächliche Ablagerungen Karbonatgestein, was zu einem "überzogenen" Karstgelände führt. Seen und Feuchtgebiete in überzogenem Karstgebiet interagieren mit flachem Grundwasser auf ähnliche Weise wie in sandigen Gletscher- und Dünengebieten. Der Unterschied zwischen der Interaktion von Seen und Feuchtgebieten mit dem Grundwasser in sandigem Gletscher- und Dünengelände und ihrer Interaktion im überzogenen Karst hängt mit den vergrabenen Karbonatgesteinen zusammen. Wenn die Auflösung des vergrabenen Karbonatgesteins zu einem Absacken eines darüber liegenden begrenzenden Betts führt, sodass sich das Wasser frei durch das begrenzende Bett bewegen kann, können die Seen und Feuchtgebiete auch durch sich ändernde Druckhöhen in den Grundwasserleitern unter dem begrenzenden Bett beeinflusst werden (siehe Kasten L). .


Ufergebiete: Funktionen und Strategien des Managements (2002)

Ufergebiete werden gemeinhin als Land betrachtet, das an Bäche, Flüsse und Seen grenzt. Diese Assoziation mit angrenzenden Gewässern ist ein wesentlicher Bestandteil der Struktur und Funktionsweise von Ufergebieten. In einer ökologisch gesunden Landschaft bilden Bäche und ihre Uferbereiche eine untrennbare Einheit – der Bachlauf. Der Bachkorridor umfasst nicht nur den aktiven Flusskanal, sondern auch die freigelegten Stege und Stauwasserbereiche in Kanalnähe sowie die Auenflächen oberhalb und außerhalb der Kanalufer. Ein Flusskanal, der von seinem Uferbereich getrennt wurde, speichert kein Wasser mehr und sammelt Sedimente an, wodurch viele seiner ökologischen Funktionen verloren gehen.

Ökologisch gesunde Flusskorridore und Seeufer sind mehr als nur Sediment und Wasser, Kanäle und Auen. Sie umfassen Ansammlungen von Uferpflanzengemeinschaften und Wildtieren, die von den natürlichen hydrologischen Regimen abhängen, die für eine bestimmte Landschaft repräsentativ sind. Ohne Veränderungen durch den Menschen erfüllen Uferpflanzengemeinschaften zahlreiche Funktionen, darunter Uferstabilisierung durch Wurzelfestigkeit, Sedimentablagerung auf Überschwemmungsgebieten während Überschwemmungszeiten, interstitielle Strömung durch die Sedimente und große Holzversorgung, die einen erheblichen Einfluss auf die Kanalkomplexität hat und Lebensraummerkmale des Flusses. Ökologisch intakte Ufergebiete speichern und recyceln auf natürliche Weise Nährstoffe, verändern das lokale Mikroklima und erhalten breit angelegte Nahrungsnetze, die dazu beitragen, eine vielfältige Ansammlung von Fischen und Wildtieren zu unterstützen. Wie der Verlust der Verbindung von Überschwemmungsgebieten durch veränderte Kanäle und Abflussregime hat die Entfernung der Ufervegetation große ökologische Auswirkungen und beeinflusst die Ästhetik, Erholungsmöglichkeiten und andere Eigenschaften dieser Gebiete, die von Menschen geschätzt werden.

HISTORISCHE NUTZUNG VON AUGEGEBIETEN

Vor der Besiedlung der Vereinigten Staaten durch Europäer und andere nutzten die amerikanischen Ureinwohner Ufergebiete für eine Reihe von Zwecken. Seen und Wasserstraßen, die von Uferpflanzengemeinschaften und Landschaftsformen begrenzt werden, boten wichtige Transportkorridore. Ufergebiete waren natürliche Erzeuger von Beeren, Samen, Wurzeln, Kräutern und anderen Pflanzenteilen, die für diese frühen Gesellschaften nützlich waren. Eine Vielzahl von Wildtierarten, die häufig in Ufergebieten vorkommen, ergänzten die Fischereiressourcen der angrenzenden Bäche und Seen. Und wegen ihrer Nähe zum Wasser wurden Ufersysteme zum Synonym für die Verfügbarkeit von Wasser für den menschlichen Verzehr sowie für die Linderung der heißen und trockenen Bedingungen, die in vielen Teilen der westlichen Vereinigten Staaten üblich sind.

Mit dem Aufkommen der europäischen Besiedlung, zunächst im Osten der Vereinigten Staaten und später im Mittleren Westen und Westen, wurden Flüsse und Ufersysteme stark genutzt und erheblich verändert, ein Trend, der bis heute anhält. Wichtige Flüsse dienten weiterhin als Transportkorridore, und Wälder an den Ufern dienten als Treibstoff für dampfbetriebene Flussschiffe. Die Nutzung von Wasserwegen für den Transport lieferte einen Anstoß sowohl für die Rodung von großem Holz aus Kanälen als auch für die Verringerung der potentiellen Rekrutierung von großem Holz in Bachkanäle durch das Ernten von Bäumen am Bach (Maser und Sedell, 1994). Darüber hinaus waren Auenböden äußerst fruchtbar, und so wurden weite Flächen von Auwäldern für die Landwirtschaft gerodet. Im Mittleren Westen sorgte die Entwässerung und Trockenlegung von ausgedehnten Überschwemmungsgebieten und anderen tief liegenden Gebieten für die landwirtschaftliche Produktion für den Verlust vieler Ufersysteme. Uferbäume wurden wegen ihrer Größe, Holzqualität und der Nähe zu einem Fluss oder Bach, wo sie leicht zu einem flussabwärts gelegenen Sägewerk getrieben werden konnten, sehr geschätzt, was ihre Wahrscheinlichkeit, geerntet zu werden, stark erhöhte.

Tausende von Kilometern der nationalen Autobahnen und Eisenbahnen wurden entlang von Wasserstraßen gebaut (Rose, 1976, Jensen, 1993 Lewty, 1995), was erhebliche Auswirkungen auf die Ufersysteme hat, einschließlich der Entfernung der Ufervegetation &bdquoVerhärtung&rdquo von Bachufern mit Beton, Rip-Rap oder anderen Mitteln Neuausrichtung der Kanäle und erhöhte Sedimentproduktion. Im Westen der Vereinigten Staaten haben der Bau von Staudämmen und anderen Wasserkontrollstrukturen für die Stromerzeugung und Bewässerungsumleitungen gefolgt von der anschließenden Änderung der flussabwärts gelegenen hydrologischen Regime das Ausmaß, die Qualität und das Funktionieren vieler Ufersysteme zusätzlich beeinflusst (Reisner, 1987). In anderen Fällen führte die Besorgnis über die Wassernutzung der Ufervegetation im Südwesten der Vereinigten Staaten während der 1960er Jahre zur Initiierung von Programmen, die auf die Entfernung von &ldquophreatophytic&rdquo (wasserliebender) Vegetation entlang von Wasserläufen gerichtet waren (Culler, 1970). Auch die historische Viehzucht hat die Funktion der Uferbereiche beeinträchtigt, wobei die westlichen Uferbereiche während des größten Teils des 19. und 20. Jahrhunderts wiederholt überweidet wurden. In den letzten Jahrzehnten haben sich die Urbanisierungs- und Erholungsraten entlang von Wasserstraßen beschleunigt und viele der Anrainergebiete des Landes stark verändert. Nach jedem Hauptbuch&ndashphysische, biologische oder soziale–die Auswirkungen und das Ausmaß von extent

Holzflöße wurden 1885 den Mississippi von Prescott Wisconsin hinunter zu Sägewerken und Märkten im Süden getrieben. Die Flöße bestanden aus Krippen und 16 x 32 Fuß zusammengebundenen Baumstämmen. QUELLE: Neuzil (2001).

Veränderungen der Ufersysteme im ganzen Land waren umfangreich, vielfältig und anhaltend.

Amerikas Flüsse, Bäche und Seen und die dazugehörigen Ufersysteme werden seit Jahrhunderten genutzt, im Allgemeinen mit begrenztem Wissen über die Umweltfolgen solcher Handlungen auf gegenwärtige oder nachfolgende Generationen. Viele der Auswirkungen auf Ufersysteme stehen in direktem oder indirektem Zusammenhang mit einer Politik der proaktiven Ressourcenentwicklung, die die Geschichte dieses Landes dominiert hat. Eine wachsende Bevölkerungsbasis in Verbindung mit einem steigenden Lebensstandard sorgt für eine hohe und steigende Nachfrage nach der Produktivität nicht nur der Ufergebiete, sondern auch aller natürlichen Ressourcen des Landes. Das anhaltende Bevölkerungswachstum und der steigende Ressourcenbedarf bleiben eine dominierende Kraft auf der nationalen Agenda. Obwohl große Gebiete (z. B. Nationalparks und Nationalwälder) stillgelegt und Richtlinien zum Schutz einiger ihrer natürlichen Ressourcen entwickelt wurden, war der Schutz anderer Teile der amerikanischen Landschaft weniger streng, weniger organisiert und nicht immer umgesetzt. Für diese letztere Situation sind Ufergebiete charakteristisch.

Variabler Uferbereichsschutz

Einer der Bereiche, in denen der Schutz natürlicher Ressourcen national ein zentrales Thema war, ist das Forstrecht und die Forstpolitik (Committee of Scientists, 1999). Doch auch Waldgebiete sind ein Beispiel dafür, wie Ufergebiete erst seit kurzem eine explizitere Anerkennung und unterschiedlichen Schutzcharakter erhalten. Als der Kongress die Einrichtung von Waldreservaten im Creative Act von 1891 genehmigte, bestand der Hauptgrund für die Gesetzgebung darin, der Forderung von Gemeinden und Bewässerungsbezirken nach Schutz von Wassereinzugsgebieten nachzukommen. Im Organic Act von 1897 war der erste aufgeführte Zweck für die Einrichtung von Waldreservaten (die später zu National Forests wurden) die "Sicherung günstiger Bedingungen für Wasserflüsse", was im Allgemeinen als Schutz von Hochland-Wassereinzugsgebieten vor erheblichen negativen Auswirkungen interpretiert wurde. Die Aufrechterhaltung der hydrologischen Konnektivität und der Integrität von Ufersystemen scheint jedoch ein wichtiger Teil der Sicherung und Aufrechterhaltung günstiger Fließbedingungen zu sein. Der Weeks Act von 1911 betonte auch den Schutz von Wassereinzugsgebieten.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts befürwortete die Gesetzgebung eine Mehrfachnutzung von Nationalforsten, jedoch "ohne Beeinträchtigung der Produktivität des Landes" (Multiple-Use Sustained-Yield Act von 1960). Obwohl im National Forest Management Act (NFMA) von 1976 die Produktion von Holz und anderen Ressourcen als wichtige Mehrfachnutzung der Bundesforstflächen angegeben wurde, betonte der Kongress, dass „der Forstdienst sowohl eine Verantwortung als auch eine Chance hat, eine führende Rolle bei der Sicherstellung dieser die Nation behält eine Haltung zur Erhaltung der natürlichen Ressourcen bei, die den Anforderungen unseres Volkes auf Dauer gerecht wird.&rdquo Der Kongress wies ferner darauf hin, dass &ldquoBäche, Bachufer, Küstenlinien, Seen, Feuchtgebiete oder andere Gewässer vor schädlichen Veränderungen geschützt werden müssen B. bei Wassertemperaturen, Blockaden von Wasserläufen und Sedimentablagerungen.&rdquo Obwohl Uferbereiche in der NFMA nicht explizit ausgewiesen werden, wird in der behördlichen Praxis zunehmend akzeptiert, dass der Schutz der Wasserressourcen ohne den Schutz von Ufersystemen nicht möglich ist.

Obwohl der Schutz vieler Ufergebiete in den letzten Jahren für nationale Wälder und Grasland, vom Bureau of Land Management (BLM) verwaltete Ländereien, staatliches Land und industrielle Waldflächen und private Wälder zugenommen hat, ist der Verlust und die Degradation von Ufersystemen in den weiten Teilen von USA weiter. Wenn die ökologischen, ökonomischen oder kulturellen Güter von Ufersystemen nicht vollständiger identifiziert, verstanden und von der Gesellschaft geschätzt werden, wird es wahrscheinlich wenig Anreiz oder Wunsch von Einzelpersonen, Gemeinschaften oder der Nation geben, diese Gebiete zu schützen und zu erhalten.

Zunehmende Anerkennung des Begriffs &ldquoRiparian&rdquo

Der in den Vereinigten Staaten seit langem verwendete Begriff &ldquoriparian&rdquo beschränkte sich im Allgemeinen auf Richtlinien und Vorschriften im Zusammenhang mit dem Wasserrecht. EIN

Das &ldquoriparian&rdquo-Wasserrecht gibt einem Grundeigentümer, dessen Grundstück an einen Bach, Fluss oder ein anderes Gewässer grenzt, im Allgemeinen das Recht, einen Teil dieses Wassers zur Bewässerung, zum menschlichen Verbrauch oder zu anderen Zwecken zu verwenden. Im Osten der Vereinigten Staaten wurden &ldquor.Rechte&rdquo als Grundlage für die Zuteilung von Wasser verwendet, während im Westen der Vereinigten Staaten, wo Wasser relativ knapp ist, typischerweise die Doktrin der „vorherigen Aneignung&rdquo verwendet wurde. In beiden Situationen wurden die allermeisten Wasserrechte vergeben, lange bevor die ökologische Bedeutung von Ufergebieten und deren Abhängigkeit von Abflussregimen dokumentiert und verstanden wurde. Erst in den letzten 30 Jahren hat die Zahl der veröffentlichten Studien zu Uferproblemen dramatisch zugenommen. Daher haben Wissenschaftler aus einer Vielzahl von Disziplinen erst vor kurzem damit begonnen, die weit verbreitete Bedeutung dieser Systeme für eine Reihe ökologischer Funktionen und menschlicher Werte zu erforschen und besser zu verstehen.

Um die Zunahme der neueren wissenschaftlichen Literatur zu Ufergebieten zu veranschaulichen, wurden drei Datenbanken untersucht. Die erste war die Library of Congress, wo für den Zeitraum 1900 bis 1999 eine Stichwortsuche für alle &ldquoriparian&rdquo-Zitate nach Dekade durchgeführt wurde. Von den 210 Dokumenten, die durch diese Stichwortsuche identifiziert wurden, befassten sich etwa 37 Prozent mit ökologischen Themen, 52 Prozent mit Wasserrecht und politische Themen, und 10 Prozent waren in ihrer Betonung unbestimmt. Da es sich bei einigen der Zitate um Symposiumsbände und Konferenzen handelt, könnte eine relativ große Anzahl von ufernahen und uferbezogenen Publikationen durch ein beliebiges Zitat repräsentiert werden. Daher ist die tatsächliche Anzahl der in der Library of Congress-Datenbank enthaltenen Veröffentlichungen viel größer, als die Gesamtzahl vermuten lässt. Interessanterweise wurden von den US-Anrainerzitaten, bei denen ein ökologischer Schwerpunkt festgestellt wurde, nur 5 Prozent vor 1970 veröffentlicht (Abbildung 1-1).

Die zweite abgefragte Datenbank wurde gemeinsam vom U.S. Forest Service (USFS) und der University of Washington (http://www.lib.washington.edu/Forest/) entwickelt. Diese Datenbank enthält über 11.000 Referenzen zu Zeitschriftenartikeln, Regierungsdokumenten, Monographien, Konferenzberichten und anderen Artikeln zu Bächen, Flüssen, Ufervegetation, Wasserqualität und anderen Themen im Zusammenhang mit Ufergebieten. Diese Datenbank ist westlich ausgerichtet, da sich die meisten nationalen Wälder und Weiden in den westlichen Bundesstaaten befinden und in den letzten Jahrzehnten viele ökologische Studien im Zusammenhang mit westlichen Bächen und Flüssen durchgeführt wurden. Trotzdem enthält die Datenbank Zitate aus allen Bundesländern und einigen anderen Ländern (siehe Abbildung 1-2). Wie bei den von der Library of Congress gelisteten Dokumenten wurde nur ein kleiner Teil (weniger als 10 Prozent) der in der USFS/University of Washington-Datenbank enthaltenen Referenzen vor 1970 veröffentlicht (etwa ein Fünftel der Gesamtzahl) wurden weniger als 5 Prozent vor 1970 veröffentlicht.

Eine dritte Zusammenstellung von Veröffentlichungen über Ufer- und Feuchtgebiete für den Westen der Vereinigten Staaten (Koehler und Thomas, 2000) zeigt ähnliche zeitliche Trends in den

ABBILDUNG 1-1 Kumulative Anzahl von Zitaten nach Veröffentlichungsdatum, die aus einer Suche im Katalog der Library of Congress unter Verwendung des Begriffs &ldquoriparian&rdquo als Schlüsselwort stammt, Dezember 2000.

ABBILDUNG 1-2 Prozentsatz der uferbezogenen und uferbezogenen Veröffentlichungen nach Region aus der Datenbank des U.S. Forest Service und der University of Washington (College of Forest Resources), Stand Dezember 2000.

Anzahl der Veröffentlichungen (Abbildung 1-3). Darüber hinaus wurde erst 1985 die &ldquoFirst North American Riparian Conference&rdquo in den Vereinigten Staaten abgehalten (Johnson et al., 1985).

Die von diesen Datenbanken aufgedeckten Trends stimmen mit der relativ neuen Verbreitung wissenschaftlicher Informationen überein, die sich speziell mit Ufer- und uferbezogenen Themen befassen. Obwohl dieser jüngsten Periode der Uferforschung zweifellos viele grundlegende biologische, geomorphologische und hydrologische Forschungen vorausgingen und einen nützlichen Kontext für das Verständnis vieler Uferprobleme lieferten, haben die letzten Jahrzehnte einen außergewöhnlichen Trend hin zu einer erhöhten Forschungsproduktivität zu einer Vielzahl von Uferthemen gezeigt. Diese Trends deuten darauf hin, dass viele aktuelle Ressourcenmanager, Stadträte, Landes- und Bundespolitiker sowie die Öffentlichkeit ihren Bildungshintergrund in einer Zeit erworben haben, in der Fragen, Funktionen und Werte von Ufergebieten wahrscheinlich nie erwähnt oder diskutiert wurden, geschweige denn betont wurden. Selbst in der heutigen Ära des allgemeinen Umweltbewusstseins und der Umweltbedenken haben Bildungsprogramme nur langsam Themen aufgenommen, die die Bedeutung von Uferfunktionen und -werten thematisieren.

DEFINITION VON &ldquoRIPARIAN&rdquo

Das Fehlen einer einheitlichen Definition für „riparian&rdquo wurde als ein Hauptproblem von Bundes- und Landesprogrammen identifiziert, die diese Gebiete verwalten und schützen könnten (Steiner et al., 1994). Wie weiter unten im Detail besprochen, sind Ufergebiete im Allgemeinen

ABBILDUNG 1-3 Kumulative Anzahl von Veröffentlichungen in Ufergebieten/Feuchtgebieten nach Veröffentlichungsdatum für den Westen der Vereinigten Staaten. QUELLE: Köhler und Thomas (2000).

erfüllen nicht die behördlichen und anderen Definitionen von “Feuchtgebiet&rdquo und fallen daher nicht unter behördliche Programme zum Schutz von Feuchtgebieten. Ein Ziel dieses Berichts ist es, eine Arbeitsdefinition von &ldquor.&rdquo zu entwickeln, die verwendet werden kann, um die schutzbedürftigen Bereiche zu definieren und die Notwendigkeit eines solchen Schutzes zu erläutern.

Websters Ninth New Collegiate Dictionary definiert Ufer als „bezieht sich auf oder lebt oder befindet sich am Ufer eines natürlichen Wasserlaufs (als Fluss) oder manchmal eines Sees oder eines Gezeitenwassers.&rdquo Die Begriffe &ldquostreamside area&rdquo &ldquostreambanks&rdquo und &ldquobottomlands&rdquo werden häufig verwendet austauschbar mit &ldquor.Gebieten.&rdquo Wie zu erwarten ist, wurde die einfache Wörterbuchdefinition von Wissenschaftlern und anderen unzählige Male erweitert oder geändert, häufig für bestimmte Zwecke oder um bestimmte disziplinäre Vorlieben widerzuspiegeln. Ein informeller Überblick über Definitionen aus einer Vielzahl von Quellen, von denen einige in Tabelle 1-1 zusammengestellt sind, ergab jedoch einige allgemeine Merkmale, die die meisten Definitionen von &ldquor.

Der Bezug auf den Standort ist das häufigste Merkmal von Definitionen von „ufer.&rdquo Ufergebiete werden ausnahmslos als direkt an einen Wasserkörper angrenzend definiert, typischerweise an einen Bach. Die Definitionen variieren insofern, als sie alle Arten von Wasserläufen einschließen, von mehrjährig bis ephemer (siehe Kasten 1-1). Einige sind auf Süßwasser beschränkt, während andere auch Meer- und Flussmündungsgewässer umfassen. Obwohl sie normalerweise in Bezug auf Bäche und Flüsse gedacht sind, umfassen viele &ldquor.-Definitionen (wie die obige Wörterbuchdefinition) eher statische hydrologische Regime, die neben Bächen auch Seen, Ästuare und andere Gewässer umfassen. Zu den weitreichenden Definitionen gehören schließlich künstliche Gewässer wie Stauseen und Entwässerungsgräben.

Die Hydrologie ist der Hauptschwerpunkt der meisten Definitionen von Feuchtgebieten und wird auch verwendet, um Ufergebiete zu definieren. Tatsächlich lässt ihre Nähe zum Wasser die Bedeutung der Hydrologie in einigen Definitionen von Ufergebieten erahnen. Allerdings beinhalten nicht alle Definitionen Hydrologie, und diejenigen, die wenig gemeinsame Sprache haben. Die einzige Aussage, die allgemein bekannt ist oder in verschiedenen Definitionen stark impliziert wird, ist, dass Ufergebiete feuchter sind als angrenzende Hochländer. Detailliertere hydrologische Beschreibungen erwähnen das Ausmaß und die Häufigkeit von Nässe, die Breite des benetzten Gebiets (Freeman und Dick-Peddie, 1970), die Rolle von Überschwemmungen (Naiman et al., 1993) und Wechselwirkungen mit der gesättigten Zone. Obwohl einige Definitionen vorgeschlagen haben, die so präzise wie die 100-jährige Aue sind (Lewis, 1996), haben solche Definitionen keine breite Akzeptanz gefunden.

Regulierungs- und Referenzdefinitionen für Feuchtgebiete umfassen Vegetation und Bodenbedingungen. Obwohl diese Faktoren aufgrund ihrer Bedeutung für Ufergebiete etwas weniger bekannt sind, beinhalten sie dennoch viele Definitionen von „Anrainer&rdquo. Bodenmerkmale und Vegetation in Ufergebieten werden häufig als unterschiedlich oder unterscheidbar von angrenzenden Hochlandgebieten festgestellt, insbesondere in semiariden und ariden Regionen des Landes. Die Böden und die Vegetation von Ufergebieten sind ausnahmslos an unterschiedliche hydrologische Regime wie erhöhte Wasserspiegel, relativ hohe Bodenfeuchtigkeit oder häufige Überschwemmungen angepasst.

TABELLE 1-1 Federal Agency Definitionen von &ldquoRiparian&rdquo

Büro für Landmanagement (1999)

Ein Ufergebiet ist ein Landgebiet, das direkt von permanentem Wasser beeinflusst wird. Es hat sichtbare Vegetation oder physikalische Eigenschaften, die den permanenten Wassereinfluss widerspiegeln. Seeufer und Bachufer sind typische Ufergebiete. Ausgeschlossen sind solche Standorte wie ephemere Bäche oder Waschungen, die keine Vegetation aufweisen, die von freiem Wasser im Boden abhängt.

US-amerikanischer Fisch- und Wildtierdienst (1998)

Ufergebiete sind Pflanzengemeinschaften, die an oberflächen- und unterirdische hydrologische Merkmale von mehrjährigen oder intermittierenden Lotic- und Lentic-Gewässern (Flüsse, Bäche, Seen oder Entwässerungswege) angrenzen und von diesen beeinflusst werden. Ufergebiete weisen eines oder beide der folgenden Merkmale auf: (1) deutlich andere vegetative Arten als angrenzende Gebiete und (2) Arten, die den angrenzenden Gebieten ähnlich sind, aber kräftigere oder robustere Wachstumsformen aufweisen. Ufergebiete sind normalerweise Übergangsbereiche zwischen Feuchtgebieten und Hochland.

Ufergebiete sind geographisch abgegrenzte Gebiete mit unterschiedlichen Ressourcenwerten und -merkmalen, die aus aquatischen und Uferökosystemen, Überschwemmungsgebieten und Feuchtgebieten bestehen. Sie umfassen alle Bereiche innerhalb eines horizontalen Abstands von 30 m vom Rand mehrjähriger Bäche oder anderer Gewässer&hellip. Ein Uferökosystem ist ein Übergang zwischen dem aquatischen Ökosystem und dem angrenzenden terrestrischen Ökosystem und wird durch Bodeneigenschaften und ausgeprägte Vegetationsgemeinschaften identifiziert, die freies und ungebundenes Wasser benötigen.

U.S. Forest Service Region 9 (Parrott et al., 1997)

Ufergebiete bestehen aus aquatischen Ökosystemen, Uferökosystemen und Feuchtgebieten. Sie haben drei Dimensionen: Längserstreckung stromaufwärts und flussabwärts und entlang der Ufer seitlich der geschätzten Landgrenze mit direkten Land-Wasser-Interaktionen und vertikal von unterhalb des Grundwasserspiegels bis über die Baumkronen ausgewachsener potenzieller Bäume.

US-Landwirtschaftsministerium NRCS (1991)

Ufergebiete sind Ökosysteme, die entlang von Fließgewässern und Gewässern vorkommen. Sie unterscheiden sich deutlich von den umliegenden Gebieten durch einzigartige Boden- und Vegetationseigenschaften, die stark durch freies oder ungebundenes Wasser im Boden beeinflusst werden. Uferökosysteme nehmen den Übergangsbereich zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen ein. Typische Beispiele wären Überschwemmungsgebiete, Bachufer und Seeufer.

U.S. EPA und NOAA Coastal Zone Management Act (EPA, 1993)

Ufergebiete sind bewachsene Ökosysteme entlang eines Wasserkörpers, durch die Energie, Materialien und Wasser fließen. Ufergebiete haben charakteristischerweise einen hohen Grundwasserspiegel und unterliegen periodischen Überschwemmungen und Einflüssen aus dem angrenzenden Gewässer. Diese Systeme umfassen Feuchtgebiete, Hochland oder einige Kombinationen dieser beiden Landformen. Sie weisen nicht in allen Fällen alle erforderlichen Merkmale auf, um als Feuchtgebiete eingestuft zu werden.

Bewertungsteam für das Management von Waldökosystemen (FEMAT, 1993)

Uferreservate sind Teile von Wassereinzugsgebieten, in denen uferabhängige Ressourcen im Vordergrund stehen und in denen spezielle Standards und Richtlinien gelten, um die Ziele der Aquatic Conservation Strategy zu erreichen. Uferreservate umfassen die Teile einer Wasserscheide, die für die Aufrechterhaltung hydrologischer, geomorpher und ökologischer Prozesse erforderlich sind, die sich direkt auf stehende und fließende Gewässer wie Seen und Teiche, Feuchtgebiete und Bäche auswirken.

KASTEN 1-1
Mehrjährige, intermittierende und kurzlebige Ströme

Obwohl es keine allgemein akzeptierten Definitionen für mehrjährige, intermittierende oder ephemere Flusstypen gibt, beinhalten oder implizieren die meisten Definitionen die folgenden Merkmale (Hewlett, 1982 Art, 1993 Comín und Williams, 1994 Nevada Division of Water Planning, 1999). Mehrjährige Bäche erhalten erhebliche Grundwassereinträge und fließen im Allgemeinen das ganze Jahr über kontinuierlich. Ihre Abflüsse können von Jahr zu Jahr stark schwanken und während schwerer Dürren austrocknen, obwohl sich das Grundwasser im Allgemeinen nahe der Oberfläche befindet. Mehrjährige Bäche sind sowohl in feuchten als auch in trockenen Regionen zu finden, obwohl in trockenen Regionen der Ausgangspunkt für mehrjährige Strecken im Allgemeinen weiter stromabwärts liegt. Intermittierende Bachläufe fließen in der Regel jedes Jahr mehrere Wochen oder Monate lang, wenn die Niederschläge und die damit verbundenen Grundwassereinträge relativ hoch sind. Der Zeitpunkt des Fließens und Trocknens von intermittierenden Strömen ist im Großen und Ganzen auf saisonaler Basis vorhersehbar. Obwohl sie manchmal mit aridem und semiaridem Klima in Verbindung gebracht werden, sind intermittierende Ströme in feuchten Regionen gut vertreten. Ephemere Teile von Bächen fließen nur als direkte Reaktion auf Niederschlag. Daher ist ihr Fluss genauso unvorhersehbar wie die Niederschlagsereignisse, die sie antreiben. Da der Kanal ephemerer Bäche im Allgemeinen weit über dem Grundwasserspiegel liegt, fließen diese Bäche nach einem Sturm von ausreichender Stärke nur wenige Stunden oder Tage, um Überlandströmungen zu erzeugen. Viele der Trockenwaschungen oder Arroyos der trockeneren Regionen Nordamerikas können als kurzlebige Ströme klassifiziert werden.

Beschreibungen anderer Biota, insbesondere Ansammlungen, die innerhalb einer Landschaft einzigartig sind, werden manchmal auch in Definitionen von Ufergebieten aufgenommen.

Schließlich ist eines der am weitesten verbreiteten Merkmale von Definitionen das Konzept von Uferbereichen als Gefälle. Diese Gebiete nehmen den Raum zwischen Land und Wasser ein und sind durch vielfältige Übergänge in Boden, Biota und Hydrologie gekennzeichnet. Einige Wissenschaftler haben Ufergebiete als “Ecotones&rdquo oder Schnittstellen zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen beschrieben (Gregory, 1997), während andere Uferökosysteme als Landschaftseinheiten mit einer Reihe von Zonen umfassen, die sich von aquatischen bis hin zu Hochlandumgebungen erstrecken (Brinson et al., 1981). . In beiden Fällen sind Ufergebiete eindeutig durch Gradienten der Umweltbedingungen, ökologischen Prozesse und Arten gekennzeichnet, die es schwierig machen, ihnen diskrete Grenzen zuzuweisen (Naiman und Déacutecamps, 1990).

Zu beachten ist, dass Ufergebieten aus Bewirtschaftungs- und Regulierungsgründen häufig unterschiedliche räumliche Grenzen gesetzt werden, um bestimmte Ziele zu erreichen, und daher als „uferzonen&rdquo oder „uferbewirtschaftungsbereiche&rdquo bezeichnet werden innerhalb und außerhalb der Zonengrenzen enthalten.

Die in diesem Bericht entwickelte Arbeitsdefinition ist insofern weit gefasst, als sie alle oben genannten Merkmale umfasst, einschließlich der Bezugnahme auf Standort, Hydrologie, Vegetation, Böden und das Konzept der Gradienten:

Ufergebiete sind Übergangsbereiche zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen und zeichnen sich durch Gradienten in biophysikalischen Bedingungen, ökologischen Prozessen und Biota aus. Sie sind Gebiete, durch die die Oberflächen- und Untergrundhydrologie Gewässer mit ihren angrenzenden Hochlanden verbindet. Sie umfassen diejenigen Teile terrestrischer Ökosysteme, die den Energie- und Stoffaustausch mit aquatischen Ökosystemen (d. h. eine Einflusszone) signifikant beeinflussen. Ufergebiete grenzen an mehrjährige, intermittierende und ephemere Bäche, Seen und Mündungs- und Meeresküsten an.

Diese Definition steht im Einklang mit anderen Definitionen, die von interdisziplinären Gruppen von Wissenschaftlern mit Expertise in Uferfragen entwickelt wurden. Ilhardt et al. (2000) beschreiben Ufergebiete als „dreidimensionale Ökotone der Interaktion, die terrestrische und aquatische Ökosysteme einschließen, die sich bis ins Grundwasser, über die Baumkronen, nach außen über die Auen, die nahen Hänge hinauf, die zum Wasser abfließen, seitlich in die terrestrisches Ökosystem und entlang des Wasserlaufs in variabler Breite.&rdquo Lowrance et al. (1985) definiert Ufergebiete als eine komplexe Ansammlung von Pflanzen und anderen Organismen in einer an Gewässer angrenzenden Umgebung. Ohne eindeutige Grenzen kann es Flussufer, Überschwemmungsgebiete und Feuchtgebiete & Hellip umfassen, die eine Übergangszone zwischen Hochland und aquatischem Lebensraum bilden. Sie sind in Form und Ausdehnung überwiegend geradlinig und zeichnen sich durch seitlich fließendes Wasser aus, das innerhalb einer Vegetationsperiode mindestens einmal steigt und fällt.&rdquo Auch Programme mit unterschiedlichen Zielen haben ähnliche Definitionen von &ldquoriparian entwickelt.&rdquo

In den letzten 15 Jahren haben mehrere Bundesbehörden für die Anwendung in ihren Programmen wesentlich engere Definitionen von &ldquoriparian&rdquo entwickelt, wie in Tabelle 1-1 zusammengefasst. Die meisten Definitionen spiegeln die besonderen Ziele einzelner Behörden wider, einschließlich der Mandate zum Schutz, zur Verwaltung oder zur Wiederherstellung von Ufergebieten (z.

Es ist nützlich, zwei Begriffe zu definieren, die manchmal synonym mit &ldquoriparian verwendet werden Überschwemmungsgebiete&mdashaggraded Bereiche, die aus komplexen Bettsedimenten (Alluvia) bestehen, wo sich Hochwasser seitlich ausbreitet. Überschwemmungsgebiete, die eindeutig Teil von Ufergebieten sind, sind dynamische Strukturen, die aus dem Kanalsystem und angrenzenden Ablagerungsdeichen, interfluvialen Balken und tief liegenden Ablagerungsregalen bestehen, oft mit Kamm- und Muldentopographie, die die Auffüllung alter Flusskanäle widerspiegelt. EIN Fluss oder Stromkorridor bezieht sich im Allgemeinen auf Ufergebiete und ihre angrenzenden Gewässer als eine in Längsrichtung vom Oberlauf bis zum Ozean definierte Einheit. Abbildung 1-4 ist ein Schema eines Flusskorridors, der die vielen Verbindungen zwischen seinen verschiedenen Komponenten zeigt. Da Auen porös sind und Grundwasserleiter enthalten, die eng mit dem Kanalsystem verbunden sind und von diesem kontrolliert werden, sind Gewässer und ihre Uferbereiche längs, vertikal und horizontal miteinander verbunden – nicht nur durch die Bewegung von Wasser und Sedimenten, sondern auch durch die Bewegung von Biota (Stanford und Ward, 1993).

ABBILDUNG 1-4 Idealisierte Ansicht eines alluvialen Flusskorridors, der die Längs- (stromaufwärts und stromabwärts), die vertikale (interstitielle) und seitliche (Auen) Dimension zeigt, die sowohl hydrologisch als auch ökologisch interagieren. Das Ufergebiet umfasst das Kanalsystem, seine Auen und die Übergangszone ins Mittelgebirge. Unter dem Kanal liegt ein alluvialer Aquifer, der sowohl eine hyporheische Zone als auch eine tiefere phreatische Grundwasserzone umfasst. Die phreatische Zone enthält Grundwasser, das für sehr lange Zeiträume, oft Hunderte von Jahren oder länger, keinen Kontakt oder keine Vermischung von Oberflächenquellen hatte. Im Gegensatz dazu bewegt sich das Flusswasser in der hyporheischen Zone schnell (in der Größenordnung von Tagen) durch oberflächennahe Alluvien, die durch eine sehr hohe hydraulische Leitfähigkeit gekennzeichnet sind. Weitere Begriffe (parafluvial und ufervoll) und Wechselwirkungen werden in Kapitel 2 ausführlich beschrieben. pb = Punktbalken. QUELLE: Angepasst von Stanford (1998).

UNTERSCHEIDUNG VON AUGEGEBIETEN VON ANDEREN GEBIETEN

Eine andere Möglichkeit, Ufergebiete zu charakterisieren, besteht darin, zu identifizieren, was sie nicht sind, und sie mit anderen angrenzenden Land- und Wassereinheiten zu vergleichen. Die Definition im vorhergehenden Abschnitt beschreibt Ufergebiete als „Einflusszonen&rdquo zwischen aquatischen und terrestrischen Gebieten. Als solche umfassen Ufergebiete einige oder alle Feuchtgebiete in einer typischen Landschaftsumgebung, aber sie umfassen auch Teile angrenzender Wasser- und Hochlandumgebungen. Abbildung 1-5(A) zeigt eine &ldquogenerische&rdquo Ufereinflusszone im Detail .

ABBILDUNG 1-5(A) Schema eines allgemeinen Uferbereichs (A), der eine Einflusszone relativ zu Wasser- und Hochlandgebieten zeigt. Vier übliche Ufereinstellungen sind dargestellt: (B) ein kleiner Bach, (C) ein großer Fluss, (D) ein See und (E) eine Mündungs- und Meereslandschaft. Horizontale Skalen unterscheiden sich und dienen der Perspektive. Die Intensität des Ufereinflusses wird schattiert dargestellt. &ldquoStoffströme&rdquo bezieht sich auf Energie, organische Stoffe, Wasser, Sediment und Nährstoffströme. QUELLE: In Anlehnung an Ilhardt et al. (2000).

Ufergebiete versus aquatische Ökosysteme

Ufergebiete werden von aquatischen Ökosystemen, Feuchtgebieten und Hochlanden aufgrund der gleichen Merkmale &ndashHydrologie, Böden und Vegetation–die zu ihrer Definition verwendet wurden, unterschieden. In Bezug auf die Vegetation werden Uferbereiche normalerweise von Gehölzen (z. B. Bäumen), Gräsern und aufstrebenden krautigen Pflanzendecken dominiert, im Gegensatz zu aquatischen Ökosystemen, in denen diese Pflanzenarten fehlen. Zu den in Nordamerika häufig vorkommenden Wasserpflanzen gehören eher Schilf und Pfeilspitzen in den flacheren Gewässern, Seerosen in noch tieferem Wasser mit geringer Strömung und Unterwasserpflanzen (z von denen moderate Stromgeschwindigkeiten tolerieren.

Obwohl sich Ufergebiete und aquatische Ökosysteme offensichtlich in ihrem Feuchtigkeitsregime und ihrer Wassertiefe unterscheiden, ist es schwierig, eine Grenze zu identifizieren, die konsistent verwendet werden kann, um sie zu trennen. Tatsächlich können die Definitionen von Uferbereichen intermittierende bis dauerhafte aquatische Umgebungen umfassen, insbesondere in Quellbächen, wo die bewachsenen Teile der Uferbereiche den aquatischen Teil mit organischem Material, Schatten, Flussstruktur und biotischem Austausch versorgen. [Einige Definitionen von Feuchtgebietsökosystemen (und Tiefseelebensräumen) erstrecken sich auf zwei Meter Wassertiefe (Cowardin et al., 1979) und sogar auf sechs Meter in Meeresumgebungen (Scott und Jones, 1995)].

Beim Übergang vom Oberlauf zu größeren Bächen besteht die Tendenz, dass Überschwemmungen aufgrund der kumulativen Auswirkungen auf die Ganglinie mehrerer Nebenflüsse, die aus Regionen mit unterschiedlichen Abflussmengen und -zeiten stammen, länger und weniger abrupt erfolgen. Flussauen werden flussabwärts ausgedehnter und teilweise feuchter (Rheinhardt et al., 1998).Letztendlich münden die Uferbereiche von Flüssen in Küstenmündungen, in denen tidegetriebene hydrologische Regime und Salzgehalt kombiniert werden, um Mündungsuferbereiche zu unterstützen.

Im Vorgriff auf praktische Gründe für die Bestimmung einer Wassergrenze, insbesondere für große Flüsse, Seen und Ästuare, wird die folgende Perspektive angeboten. Die Wassergrenze von Ufergebieten könnte dort festgelegt werden, wo das Dauerwasser beginnt. Bei Gewässern mit relativ konstanter Höhe, wie zum Beispiel Mündungsküsten, die durch langsame Änderungen des Meeresspiegels beeinflusst werden, ist eine Grenze wie mittleres Hochwasser oder mittleres Ebbe relativ einfach zu identifizieren. Bei Gewässern mit relativ großen Schwankungen wie Bächen ist „Permanenz&rdquo ein relativer Begriff. So wie es üblich ist, den Hochwasserhöhen von Bächen Wiederkehrperioden oder Häufigkeiten zuzuordnen, könnte der gleiche Ansatz verwendet werden, um eine Wiederkehrperiode für ein Dauerniveau während einer Dürre festzulegen, das beispielsweise bei einer Häufigkeit von zehn . auftreten würde Jahre. Bei ephemeren und intermittierenden Bächen liegt diese niedrige Stufe unterhalb des Kanals, und somit würde der Uferbereich, der dieses Kriterium verwendet, das gesamte Bachbett und das darunter liegende Alluvium umfassen. (Dieser Ansatz zur Abgrenzung der Einflusszone steht im Einklang mit der Tatsache, dass Waldkronen die gesamte Bachbreite vieler intermittierender Bäche beschatten.) Bei mehrjährigen Bächen und Seen könnte eine Einflusszone von Ufern beschatte Wasserbereiche umfassen

Vegetation oder sogar eine Entfernung, die der Höhe eines Baumkronendachs entspricht. An den Ufern einiger Seen (z. B. der Großen Seen) schwanken die Pegel über einen mehrjährigen Zyklus, wodurch die Grenze des Uferbereichs hin und her wandert.

Ufergebiete versus Feuchtgebiete

Zwei Definitionen von Feuchtgebieten bieten einen nützlichen Ausgangspunkt, um sie von Ufergebieten zu unterscheiden. Eine ist die rechtliche oder rechtliche Definition, die als Grundlage für die Abgrenzung von Feuchtgebieten im Regulierungsprogramm des US Army Corps of Engineers (WES, 1987) verwendet wird:

Der Begriff „Feuchtgebiete&rdquo bezeichnet jene Gebiete, die mit einer ausreichenden Häufigkeit und Dauer von Oberflächen- oder Grundwasser überschwemmt oder gesättigt werden, um unter normalen Umständen eine Vegetation zu unterstützen, die typischerweise an das Leben in gesättigten Böden angepasst ist. Feuchtgebiete umfassen im Allgemeinen Sümpfe, Sümpfe, Moore und ähnliche Gebiete.

Diese Definition hebt drei Faktoren hervor: Wasser, Vegetation und Böden, die zur Charakterisierung von Feuchtgebieten herangezogen werden. In der Praxis wird eine Reihe von primären und sekundären Feldindikatoren verwendet, um Feuchtgebiete zu identifizieren, wie im Corps&rsquo-Handbuch beschrieben. Diese Indikatoren stellen Kriterien dar, die sich auf einen oder mehrere der drei Faktoren beziehen. Sie sind anfällig für geografische Unterschiede, was zur Notwendigkeit einer Regionalisierung des Handbuchs durch ergänzende Materialien führt, wie in NRC (1995) erörtert. Der NRC-Bericht stellte fest, dass die Feuchtgebietsdefinition und der Abgrenzungsansatz wissenschaftlich fundiert sind, obwohl sie speziell für regulatorische Zwecke mit unvermeidlichen politischen Untertönen entwickelt wurden, die ihre Anwendung bestimmen.

NRC (1995) liefert eine Referenzdefinition von &ldquowetland&rdquo, mit der spezifische regulatorische Definitionen verglichen werden können. Obwohl die NRC&rsquos-Definition mit den drei oben genannten Kriterien übereinstimmt, erkennt sie hydrologische Bedingungen als vorrangig an, da sie zu den diagnostischen Merkmalen von Wasserböden und hydrophytischer Vegetation führen. NRC (1995) definiert &ldquowetland&rdquo wie folgt:

Ein Feuchtgebiet ist ein Ökosystem, das von konstanter oder wiederkehrender, flacher Überschwemmung oder Sättigung an oder nahe der Substratoberfläche abhängt. Die minimalen wesentlichen Merkmale eines Feuchtgebietes sind wiederkehrende, anhaltende Überschwemmungen oder Sättigungen an oder nahe der Oberfläche und das Vorhandensein von physikalischen, chemischen und biologischen Merkmalen, die auf wiederkehrende, anhaltende Überschwemmungen oder Sättigungen hinweisen. Gemeinsame diagnostische Merkmale von Feuchtgebieten sind wasserhaltige Böden und hydrophytische Vegetation. Diese Merkmale sind vorhanden, es sei denn, bestimmte physikalisch-chemische, biotische oder anthropogene Faktoren haben sie beseitigt oder ihre Entwicklung verhindert.

In beiden Definitionen liegt der Schwerpunkt auf Mindestbedingungen, die eine Feuchtgebiets- und Hochlandgrenze charakterisieren (d. h. „ausreichend, um zu unterstützen&rdquo und “minimale wesentliche Merkmale&rdquo) anstatt den vollständigen Nässegradienten zu beschreiben. Mit Betonung-

Am trockenen Ende des Gradienten wird ein Punkt in der Landschaft zwischen feuchteren (definitiv Feuchtgebiet) und trockeneren (definitiv Hochland) Bedingungen identifiziert.

Im Gegensatz zu den meisten Feuchtgebietsdefinitionen sollte eine ausgewogene Charakterisierung von Ufergebieten das Ufergebiet als Ganzes behandeln und weder seinen trockensten noch seinen feuchtesten Rand übermäßig betonen. Wesentliche Merkmale von Ufergebieten sind darüber hinaus ihre zonale Beschaffenheit und ihre Lage in der Landschaft. Mit Ausnahme der FWS-Definition, die sich auf Feuchtgebiete als „Übergangsgebiete zwischen terrestrischen und aquatischen Systemen“ bezieht (Cowardin et al., 1979), beinhalten die meisten Feuchtgebietsdefinitionen keine Konzepte der Zonierung und Landschaftslage. Diese Merkmale von Ufergebieten wegzulassen, hieße jedoch, zwei ihrer diagnostischen Merkmale außer Acht zu lassen.

Daher sind Ufergebiete im Vergleich zu Feuchtgebieten sowohl aus einigen Perspektiven expansiver als auch aus anderen restriktiver. Sie sind umfangreicher, weil sie nicht nur Teile von Feuchtgebieten, sondern auch unbewachsene Teile von Punktbarren umfassen können. Am trockenen Ende umfassen sie terrestrische Gebiete, die nicht unbedingt eine Überschwemmung und Sättigung nahe der Oberfläche erfordern, wie dies auch Feuchtgebiete sind. Ufergebiete sind restriktiver als Feuchtgebiete, da sie auf spezifische geomorphologische Einstellungen von Bächen, Seen und Mündungs- und Meeresumgebungen beschränkt sind. Ausgedehnte Moore oder Feuchtgebiete mit Flachwald würden beispielsweise nicht als Ufergebiete betrachtet, da den meisten von ihnen Landschaftsmerkmale einer linearen Konfiguration, einer ausgeprägten Zonierung und der Nähe zu Gewässern fehlen.

Ufergebiete versus Hochland

Im Gegensatz zu Hochländern, die als Haupt- oder einzige Wasserquelle Niederschläge erhalten, kann die Feuchtigkeit in Ufergebieten sowohl aus angrenzenden Hochländern als auch aus aquatischen Ökosystemen stammen. Wasser dringt aus dem Hochland in die Uferbereiche in Form von Grundwasserabflüssen, oberirdischen Abflüssen und Überlandabflüssen ein (siehe Kapitel 2). Auf der aquatischen Seite erfolgt die Wasserversorgung durch Überflutung, Infiltration durch angrenzende Kanalbänke (Uferspeicher) und durch hyporheische Strömung aus dem flussaufwärts gelegenen Schwemmland. Im Gegensatz zum Hochland sind Überschwemmungen wichtige Verursacher geomorpher Veränderungen in Uferbereichen, die Böden und Sedimente aus einigen Teilen des Uferbereichs erodieren, während sie in anderen abgelagert werden, um neue geomorphologische Oberflächen zu schaffen. Der seitliche Transport von Materialien zu Uferbereichen von außerhalb der Aue ist ein grundlegender Unterschied zwischen Uferbereichen und Mittelgebirgslagen.

Diese hydrologischen Bedingungen spiegeln sich deutlich in der charakteristischen Vegetation der Ufer- und Hochlandgebiete wider. Erstens selektieren die Überflutungsregime von Ufergebieten störungstolerante Arten, und sie können auch die Besiedlung von Ufergebieten durch überflutungsempfindliche Arten einschränken. Zweitens entziehen spezifische Ansammlungen von Sträuchern und Bäumen Wasser direkt aus dem gesättigten Gebiet (Robinson, 1958), ein Phänomen, das im Hochland im Allgemeinen nicht möglich ist, da es Ufergebiete gibt, in denen die Tiefe des Grundwasserspiegels relativ gering ist. In niedrigen Höheneinstellungen

In ariden Landschaften sind Ufergebiete möglicherweise der einzige Ort, an dem Pappeln und Weiden vorkommen, und der einzige Ort, an dem Mesquite kräftig wächst (Stromberg et al., 1996). Diese Bereiche können sich Hunderte von Metern von Bachkanälen auf Terrassen erstrecken, wo Oberflächenverbindungen vollständig fehlen, aber flaches Grundwasser für Pflanzen verfügbar ist. Auwälder bestehen in ariden Regionen, in denen es nicht genügend Niederschlag gibt, um Hochlandwälder zu unterstützen (Brinson, 1990), wodurch eine deutliche Grenze geschaffen wird. In feuchten Klimazonen ist die Wasserverfügbarkeit nicht so entscheidend, und die Grenze zwischen Hochland und Ufergebieten ist nicht immer leicht zu unterscheiden. Nichtsdestotrotz gibt es in feuchten Ufergebieten verschiedene Baumgruppen, darunter einige Arten von Weiden, Erlen, Zypressen, Tupelo und Bergahorn (Hupp und Osterkamp, ​​1985). In Einzugsgebieten mit relativ feinen Sedimenten zeichnen sich Uferbaumarten eher durch ihre Fähigkeit aus, den Belastungen der Sedimentanoxie standzuhalten, als durch eine zuverlässige Grundwasserquelle (Wharton et al., 1982 Friedman und Auble, 2000).

Steile Hänge wie Felssteilhänge oder abrupte Sedimentbänke stellen einen mehrdeutigen Fall dar, da für den größten Teil des Uferbereichs möglicherweise keine aktive hydrologische Verbindung mit dem angrenzenden Bach, Fluss oder See besteht. Dennoch bleiben die Uferfunktionen stark, mit ausgeprägten Strömen biotischer und abiotischer Materialien zwischen aquatischen und terrestrischen Ökosystemen. Solche &ldquoupland&rdquo-Auen bieten einen wichtigen Lebensraum für eine Vielzahl von Arten, die unter anderem auf Topographie, wasserbeeinflusste Mikroklimata und das Vorhandensein eines natürlichen Bewegungskorridors reagieren. In Gebieten mit steilen Hanglagen sollte die Unterscheidung zwischen Ufer- und Nichtuferbereichen nach der Funktion erfolgen. Dies kann gerechtfertigt sein, da die Einflusszone durch Feuchtigkeit oder Störungen allein ziemlich eng und nicht ausreichend sein kann, um andere Einflüsse zu berücksichtigen. In Übereinstimmung mit der in diesem Bericht entwickelten Arbeitsdefinition von „Anlieger&rdquo, die Gebiete einschließt, die „den Energie- und Stoffaustausch mit aquatischen Ökosystemen signifikant beeinflussen&rdquo, kann die obere Grenze solcher Uferbereiche funktionell durch das Potenzial von Bäumen identifiziert werden, einen Teil ihres Holzes beizutragen zu einem Stromkanal, sollten sie in diese Richtung fallen.

UMFANG DER STUDIE

Diese Studie ist ein Ergebnis der Studie des National Research Council (NRC) zur Charakterisierung von Feuchtgebieten (NRC, 1995). Das Hauptziel dieser Arbeit war es, sowohl die Stärken als auch die Schwächen der gegenwärtigen Regulierungspraxis in Bezug auf Feuchtgebiete zu identifizieren. Seit Mitte der 1970er Jahre hat die Regulierung von Feuchtgebieten als "Gewässer der Vereinigten Staaten" gemäß Abschnitt 404 des Clean Water Act starken Widerstand bei Verfechtern von Eigentumsrechten, Entwicklern und Landbesitzern hervorgerufen. Da Teile von Ufergebieten &ldquoWasser&rdquo enthalten und, wie später erläutert, viele der gleichen Funktionen wie Feuchtgebiete erfüllen, stellen sich die Fragen, wie Ufer

Gebiete, die bewirtschaftet werden sollen, sind denen für Feuchtgebiete oft sehr ähnlich. Ein kurzer Hintergrund zur Entstehung der Feuchtgebietsstudie bietet einen historischen Kontext für die vorliegende Studie.

Damit ein Landbesitzer ein Feuchtgebiet füllen kann, muss der Besitzer eine Genehmigung des U.S. Army Corps of Engineers (Corps) mit Aufsichtsbehörde der U.S. Environmental Protection Agency (EPA) beantragen und erhalten. Der erste Schritt besteht darin, den Standort des betroffenen Feuchtgebiets und seine Grenzen zu ermitteln, für die technische Handbücher entwickelt wurden, um die Regulierungsbehörden bei der konsequenten Anwendung von Abgrenzungsverfahren vor Ort zu unterstützen. Bis 1989 hatten Korps und EPA unterschiedliche Handbücher für diese Aufgabe. Um für mehr Einheitlichkeit im Regulierungsprogramm zu sorgen, wurde ein neues und überarbeitetes Handbuch - das "Handbuch von 1989" - von einem behördenübergreifenden Team von Wissenschaftlern erstellt (Federal Interagency Committee for Wetland Delineation, 1989).

Teilweise als Folge seiner inkonsistenten Anwendung empfanden Landbesitzer und Bauherren das Handbuch von 1989 als eine Ausweitung der Reichweite von Feuchtgebieten auf Gebiete, die zuvor nicht als Feuchtgebiete ausgewiesen worden waren. Außerdem beklagten Gegner des neuen Handbuchs, dass es ohne öffentliche Stellungnahme angenommen worden sei und seine Anwendung eine „Eigentumsübernahme“ (ohne gerechten Ausgleich) darstelle (Kusler, 1992). Als Reaktion darauf veröffentlichte das Weiße Haus im August 1991 ein Dokument, das Revisionen vorschlug (56 Fed. Reg. 40.446-10.991), die sich deutlich von dem Ansatz der Wissenschaftler unterschieden. Feldversuche ergaben, dass die 1991 vorgeschlagenen Überarbeitungen nicht nur technisch mangelhaft waren, sondern auch eine viel engere Definition von Feuchtgebieten vorschlagen. Im Gegensatz zum Handbuch von 1989 würden die 1991 vorgeschlagenen Überarbeitungen die Oberfläche von Feuchtgebieten, die unter die Zuständigkeit von Abschnitt 404 des Gesetzes über sauberes Wasser fallen würden, erheblich reduzieren. Aufgrund der zahlreichen Beschwerden und anderer Einwände wurde die Frage der Definition von Feuchtgebieten vom Kongress geprüft. Angesichts der Notwendigkeit, auf öffentliche Empörungen von beiden Seiten zu reagieren, befahl der Kongress dem Korps, wieder ein Handbuch von 1987 (WES, 1987) zu verwenden, und ordnete an, dass das NRC die Situation untersuchen und Empfehlungen abgeben sollte.

Dieses NRC-Komitee überprüfte die Wissenschaft der Identifizierung und Abgrenzung von Feuchtgebieten, identifizierte die Funktionen und Werte von Feuchtgebieten und untersuchte die Unterschiede zwischen den Feuchtgebietstypen. Dabei stellte sich heraus, dass einige Landschaftsbereiche, insbesondere Uferbereiche, nicht immer nass genug waren, um von einem der technischen Handbücher oder der Referenzdefinition für Feuchtgebiete erfasst zu werden. Mit anderen Worten, sie hatten nicht genügend Feuchtigkeit, um wasserhaltige Böden zu entwickeln und die hydrophytische Vegetation und die wichtigsten Kriterien (zusammen mit der Hydrologie) zu unterstützen, die zur Definition von Feuchtgebieten erforderlich sind. Diese marginal trockenen Gebiete waren in ariden und semiariden Klimazonen vorherrschend, in denen Feuchtgebiete äußerst selten sind, befanden sich jedoch oft in der gleichen Landschaftslage wie Auen-Feuchtgebiete mit feuchterem Klima. Ufergebiete erfüllen weitgehend die gleichen Funktionen wie Gebiete, die in feuchteren Klimazonen Feuchtgebiete sind, wie Wasserspeicherung und -förderung, Nährstoff- und Sedimententfernung sowie Erhaltung von Pflanzen- und Tierlebensräumen.

Der Ausschuss hielt den Schutz und die Pflege von Ufergebieten für wichtig, um die Ziele des Gesetzes über sauberes Wasser zu erreichen. Da die vom Kongress in Auftrag gegebene Studie jedoch auf Feuchtgebiete beschränkt war, würde jeder Versuch, Ufergebiete einzubeziehen, die Definition von Feuchtgebieten unangemessen erweitern und die Spezifität von Kriterien und Indikatoren untergraben, die sich um die Abgrenzung von Feuchtgebieten herum entwickelt haben (NRC, 1995). Eine Empfehlung des Gremiums lautete: &ldquoWenn sich die nationale Politik auf den Schutz von Uferzonen gemäß den Zielen des Reinwassergesetzes erstreckt, muss die Regulierung durch eine Gesetzgebung erfolgen, die die Besonderheiten dieser Landschaftsmerkmale anerkennt, und nicht durch den Versuch sie als Feuchtgebiete zu definieren.&rdquo Der Zweck der vorliegenden Studie besteht darin, die Eigenschaften von Ufergebieten zu erkennen und zu identifizieren und Empfehlungen für die Verwaltung und Erhaltung dieser Eigenschaften zu geben.

Kapitel 2 beschreibt die Uferstruktur und wie sich Uferbereiche auf die Wasserqualität auswirken, Lebensraum für Fische und Wildtiere bieten und neben vielen anderen Funktionen als Korridore für Artenbewegungen dienen. Der Bericht untersucht diese und andere Aspekte der Funktionsweise, insbesondere da sie zwischen den klimatischen Extremen Nordamerikas variieren. Aufgrund der Bedeutung von Ufergebieten in ariden und semiariden Regionen des Landes wird diesen Standorten besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Obwohl Ufergebiete auch ein wesentlicher Bestandteil feuchterer Landschaften sind, lassen sie sich möglicherweise nicht so leicht von ihren angrenzenden Hochländern trennen wie in ariden Regionen. Dennoch sind Prinzipien, die das Funktionieren von Ufergebieten regeln, weitgehend auf eine Vielzahl von Landschaften übertragbar.

Die Kenntnis des Zustands von Ufergebieten in den Vereinigten Staaten sowohl in quantitativer als auch in qualitativer Hinsicht ist von grundlegender Bedeutung für jedes Managementprogramm, das Verbesserungsziele festlegt. Diese Informationen sollten beinhalten, ob die Ressource im Laufe der Zeit zu- oder abnimmt, die geografische Verteilung dieser Veränderungen und idealerweise Daten zum Zustand bestehender Ufergebiete. Aber auch ohne detaillierte Bestandsaufnahmen der Uferressourcen im ganzen Land gibt die lokale Kenntnis des Uferzustands Hinweise auf die Arten von Auswirkungen, die sie erlebt haben. Damm- und Deichbau, Viehweide, Umstellung auf landwirtschaftliche Produktion, Wasserentnahme für den Hausgebrauch, Stromerzeugung und Bewässerung sind nur einige Beispiele. Kapitel 3 beschreibt umfassend die allgemeinen Auswirkungen der Entwicklung der Wasserressourcen und anderer menschlicher Aktivitäten auf den Zustand und die Funktionsfähigkeit von Ufergebieten. Der aktuelle Zustand von Ufergebieten in den Vereinigten Staaten wird anhand der allgemeinen Zunahme oder Abnahme der Anbaufläche, des Lebensraumzustands und anderer wichtiger Trends bewertet.

Trotz einer zunehmenden Fülle an wissenschaftlichen Informationen werden uferpolitische Fragen durch eine lange und komplexe Geschichte wechselnder Landnutzung und Eigentumsverhältnisse, eine Vielzahl von gesetzlichen Bestimmungen, die ihre Entwicklung für verschiedene Zwecke beeinflussen, und eine relativ neue Überlagerung von Umweltvorschriften kompliziert. Die Komplexität ist zum Teil auf die Entwicklung von Rechtsvorschriften im Laufe der Zeit zurückzuführen, wobei der Beseitigung von Redundanzen und der Vermeidung von Konflikten wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Weil sich die Politik geografisch auf nationaler und bundesstaatlicher Ebene und in der Zuständigkeit zwischen

Streitigkeiten werden manchmal vor Gericht gelöst. Diese Fragen werden in Kapitel 4 analysiert, das die Regulierungslandschaft um die Ufergebiete herum beschreibt. Kapitel 4 konzentriert sich auf die Unterschiede zwischen östlichen und westlichen Regionen sowie zwischen öffentlichem und privatem Land sowie auf die von Staat zu Staat beobachtete Variabilität. Es berücksichtigt politische Ziele, die sich in aktuellen Gesetzen und regulatorischen und nicht regulatorischen Programmen für Ufergebiete widerspiegeln, und gibt Empfehlungen zum zukünftigen Schutz dieser Gebiete. Programme von Bundes- und Landesbehörden, die für Ufergebiete besonders relevant oder von diesen abhängig sind, werden hervorgehoben.

Kapitel 5 schließlich befasst sich mit der Bewirtschaftung von Ufergebieten, die durch viele gegenwärtige Konflikte um die Funktionsfähigkeit von Ufergebieten und durch vielfach gewünschte Nutzungen von Uferland und Wasser erschwert wird. Der Bericht beschreibt unser derzeitiges wissenschaftliches Verständnis dieser Konflikte und die zusätzlichen wissenschaftlichen Informationen, die zu ihrer Lösung erforderlich sind. Mehrere Managementstrategien, einschließlich der Wiederinbetriebnahme von Staudämmen und anderer hydrologischer Manipulationen, der Gestaltung von Ufermanagementsystemen für Landwirtschaft, Weidewirtschaft und Forstwirtschaft sowie Bildung, werden zur Wiederherstellung, Verbesserung und Erhaltung von Ufergebieten in den Vereinigten Staaten untersucht.

FAZIT

In den letzten Jahrzehnten hat sich ein umfangreiches wissenschaftliches Informationsmaterial zu den Ufergebieten entwickelt, das ihre Bedeutung als Elemente regionaler Landschaften dokumentiert. Frühe Veröffentlichungen zu Uferthemen konzentrierten sich vor allem auf das Wasserrecht. Seit 1970 gibt es jedoch eine Explosion von Informationen zu ökologischen und hydrologischen Themen, Prozessen und Funktionen, aquatischen und terrestrischen Wildtierlebensräumen und Nahrungsnetzen, Ästhetik, Produktion von Waren und Dienstleistungen, kulturellen und sozialen Werten und anderen Themen im Zusammenhang mit Ufergebieten Bereiche. Wie in den Kapiteln 4 und 5 ausführlicher erörtert, sollten neue wissenschaftliche Erkenntnisse über Struktur, Funktionsweise und Bedeutung von Ufergebieten direkt in die Bildung auf allen Ebenen einfließen und in umweltrechtlichen und politischen Prozessen einschließlich der Entscheidungsfindung umfassend berücksichtigt werden.

VERWEISE

Kunst, H. W. 1993.Das Wörterbuch der Ökologie und Umweltwissenschaften. New York: Henry Holt und Co.

Brinson, M. M., B. L. Swift, R. C. Plantico und J. S. Barclay. 1981. Uferökosysteme: ihre Ökologie und ihr Status. FWS/OBS&ndash81/17. Kearneysville, WV: U.S. Fish and Wildlife Service.

Brinson, M. M. 1990. Flusswälder. S. pp. 87&ndash141 In: Bewaldete Feuchtgebiete. A. E. Lugo, M. M. Brinson und S. Brown (Hrsg.). Amsterdam, Niederlande: Elsevier.

Büro für Landmanagement (BLM). 1999. Entwurf einer Umweltverträglichkeitserklärung für das Management von Ufer- und aquatischen Lebensräumen in der Außenstelle Las Cruces, New Mexico.


Arbeitspapier Nr. 13

Gerald L. Montgomery
NRCS, USDA
Regionalbüro Northern Plains
Lincoln, Nebraska

Inhalt

  • Einführung
  • Natur und Bedeutung
  • Regionale Unterschiede
  • Funktionen und Werte
  • Störungen in Ufergebieten
  • Anliegerbewertungsverfahren
  • Aktueller Status, Bedingungen und Trends
  • Behandlungs- und Managementmöglichkeiten
  • Empfehlungen
  • Tabelle 1. Flussmeilen, die aus dem Nationalen Wasserqualitätsbericht an den Kongress gemeldet wurden
  • Tabelle 2. Gesamtlänge von Flüssen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen
  • Verweise
  • Blinddarm

Einführung

Ufergebiete sind die Zonen entlang von Gewässern, die als Schnittstellen zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen dienen. Auenökosysteme machen im Allgemeinen einen geringen Anteil der Landschaft aus. Typischerweise sind sie jedoch strukturell vielfältiger und in pflanzlicher und tierischer Biomasse produktiver als angrenzende Hochlandgebiete. Ufergebiete liefern Nahrung, Deckung und Wasser für eine große Vielfalt von Tieren und dienen einer Vielzahl von Wildtieren als Migrationsrouten und Verbindungen zwischen den Lebensräumen (Manci 1989).

Ufergebiete sind wichtig, um die Verschmutzung durch punktuelle Quellen zu mildern oder zu kontrollieren. Ufervegetation kann überschüssige Nährstoffe und Sedimente aus Oberflächenabflüssen und flachem Grundwasser sowie in Schattenbächen effektiv entfernen, um die Licht- und Temperaturbedingungen für Wasserpflanzen und -tiere zu optimieren. Ufervegetation, insbesondere Bäume, ist auch wirksam bei der Stabilisierung von Bachufern und der Verlangsamung von Hochwasserströmen, was zu geringeren Hochwasserspitzen stromabwärts führt.

Ufergebiete sind oft wichtig für ihre Erholung und ihre landschaftlichen Werte, wie zum Beispiel Jagen, Angeln, Bootfahren, Schwimmen, Wandern, Camping, Picknicken und Vogelbeobachtung. Da Uferbereiche jedoch oft relativ kleine Gebiete sind und in Verbindung mit Wasserläufen vorkommen, sind sie anfällig für starke Veränderungen.

Uferökosysteme in den gesamten Vereinigten Staaten wurden stark durch menschliche Aktivitäten beeinflusst, wie z. B. den Bau von Autobahnen, Brücken und Pipelines Wasserentwicklung Kanaländerungen für Hochwasserschutz Erholung Industrie- und Wohnentwicklung Landwirtschaft Bewässerung Vieh Weiden Holzfäller und Bergbau. Störungen außerhalb des Einzugsgebietes, die die Hydrologie des Einzugsgebiets verändern, können auch negative Auswirkungen auf die Zusammensetzung und Produktivität von Uferpflanzen und entsprechenden Tiergesellschaften haben (Manci 1989).

Natur und Bedeutung

Laut Oxford English Dictionary leitet sich der Begriff "riparian" vom lateinischen Wort ripa ab, was Flussufer bedeutet. In den letzten Jahren gab es zahlreiche Versuche, diese Definition zu verfeinern, indem spezifische Kriterien zu Merkmalen wie Bodenfeuchte und Vegetation aufgenommen wurden. Der Begriff wurde von vielen erweitert und umfasst Gebiete entlang aller Gewässer, einschließlich Seen, Teichen und einigen Feuchtgebieten. Es gibt mittlerweile mehrere Definitionen für Ufergebiete, die aber alle vieles gemeinsam haben. Ufergebiete sind Zonen, die eine angrenzende aquatische Umwelt beeinflussen und stark von dieser beeinflusst werden.

Der Natural Resources Conservation Service (NRCS) definiert in seinem Allgemeinen Handbuch Ufergebiete als "ecosystems, die entlang von Fließgewässern und Gewässern vorkommen. Sie unterscheiden sich deutlich von den umliegenden Gebieten durch einzigartige Boden- und Vegetationseigenschaften, die stark durch freies oder ungebundenes Wasser im Boden beeinflusst werden. Uferökosysteme nehmen den Übergangsbereich zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen ein. Typische Beispiele wären Überschwemmungsgebiete, Bachufer und Seeufer“ (190-GM, Teil 411).

NRCS-Indikatoren für Ufergebiete umfassen:

  • Vegetation – Die Arten und Mengen der Vegetation spiegeln den Einfluss von freiem oder ungebundenem Wasser aus einem zugehörigen Wasserlauf oder Wasserkörper wider und kontrastieren mit der terrestrischen Vegetation.
  • Böden – Böden in natürlichen Ufergebieten bestehen aus geschichteten Sedimenten unterschiedlicher Textur, die zeitweiligen Überschwemmungen oder schwankenden Wasserspiegeln ausgesetzt sind, die die Oberfläche erreichen können. Die Dauer der Bodennässe hängt von den jahreszeitlichen meteorologischen Eigenschaften des angrenzenden Gewässers ab.
  • Wasser – Ufergebiete werden direkt durch Wasser aus einem Wasserlauf oder Wasserkörper beeinflusst. Ufergebiete treten entlang natürlicher Wasserläufe wie mehrjähriger oder intermittierender Bäche und Flüsse oder neben natürlichen Seen auf. Sie können auch entlang von gebauten Wasserläufen oder Gewässern wie Gräben, Kanälen, Teichen und Stauseen auftreten (190-GM, Teil 411).

Topographie, Relief, Klima, Überschwemmungen und Bodenablagerungen haben am stärksten Einfluss auf die Ausdehnung der Wasserhaushalte und der damit verbundenen Uferzonen. Ebenso übt der Uferbereich eine erhebliche Kontrolle auf die Flüsse in der Landschaft aus, insbesondere auf die Bewegung von Wasser, Nährstoffen, Sedimenten sowie Tier- und Pflanzenarten. So variieren das Aussehen und die Begrenzung eines Uferbereichs von Standort zu Standort. Ufergebiete treten als komplette Ökosysteme oder als Ökotone (Übergangszonen) zwischen aquatischen und terrestrischen Ökosystemen auf. Sie können auch als allmählichere Übergangszonen auftreten, die als Ökoklinen bezeichnet werden.

Einige Uferbereiche erfüllen die Kriterien für Feuchtgebiete (Cowardin et al. 1979). Andere tun dies nicht, weil sie nicht über den notwendigen hydrologischen Wasserhaushalt verfügen, über ein Vorherrschen von Wasserböden oder eine Prävalenz von hydrophytischer Vegetation verfügen. Aber auch Feuchtgebiete haben viele Merkmale, Funktionen und Werte mit Feuchtgebieten gemeinsam.

Neben dem vertikalen Übergang zwischen aquatischen und terrestrischen Ökosystemen weisen Ufergebiete eine ausgeprägte Längsstruktur auf. Entwässerungsmuster bilden ein ausgedehntes, dendritisches Netzwerk im ganzen Land. Die dazugehörigen Uferzonen bilden Korridore, die sich innerhalb und in verschiedene Regionen erstrecken. Auch entlang der Uferbereiche wird es aufgrund sich ändernder Kräfte in der Wasserscheide vom Oberlauf bis zur Mündung des Flusses zu Abweichungen kommen. Das allgemeine räumliche Muster der Uferbereiche bildet somit einen Längsgradienten von Höhe und Breite und wird zu einem Netzwerk innerhalb einer Gesamtmatrix (Malanson 1993).

Regionale Unterschiede

Aufgrund der großen Unterschiede in Klima, Topographie und anderen Merkmalen nehmen Ufergebiete in verschiedenen Regionen des Landes unterschiedliche Erscheinungsformen an. In feuchten Gebieten sind die Uferlandschaften etwas undeutlich, während in trockenen Gebieten der Fluss selbst stark von der Umgebung abhebt, das Feuchtigkeitsgefälle vom Fluss weg scharf ist und die Grenzen klar sind.

In trockenen Regionen ist die Ufervegetation normalerweise produktiver als das angrenzende Land, sodass die Vegetation viel höher ist als die Vegetation in der umgebenden Landschaft. Die Uferzone ist relativ schmal und im Allgemeinen optisch deutlich erkennbar. Ein Beispiel ist ein von Weiden oder Pappeln gesäumter Bach, der durch einheimisches Grasland fließt.

Während alle Uferbereiche in der Regel linear verlaufen, sind die entlang der Auen in den südlichen Feuchtgebieten relativ breit. Da das Uferelement nicht so ausgeprägt ist, sind seine Wechselwirkungen mit umgebenden Elementen schwieriger zu erkennen. Ein Beispiel ist eine weite Aue aus gemischten Hartholzbäumen im Tiefland mit vermischten Baldcypress-Sümpfen neben einem Wald aus Hochland-Hartholzbäumen. Umfangreiche Entwaldung und die daraus resultierende Umwandlung eines Großteils des Uferbereichs in Ackerland oder andere Landnutzungen sind Beispiele dafür, dass das Landschaftsmuster deutlicher wird.

Weiter stromaufwärts im feuchten gemäßigten Wald verändert die Uferzone die visuelle Landschaft nicht merklich. Dennoch sind diese Zonen ökologisch getrennt.

Ufergebiete in westlichen Bergregionen sind recht variabel. Es können sehr enge Wälder entlang von Bächen in Bergtälern sein. Andererseits kann die ökologische Unterscheidung nur bei den Unterholzarten auftreten, da die dominierenden Bäume diejenigen sein können, die im Allgemeinen auch auf mesischen Standorten und nicht speziell auf Uferstandorten zu finden sind.

In der Subarktis ist die Artenvielfalt insgesamt geringer als in niedrigen Breiten, aber in Ufergebieten ist sie am größten.

Funktionen und Werte

Ufergebiete funktionieren auf unterschiedliche Weise und weisen aufgrund ihrer landesweiten Unterschiede unterschiedliche Werte auf. Trotz ihrer Unterschiede weisen Ufergebiete einige grundlegende ökologische Merkmale wie Energiefluss, Nährstoffkreislauf und Gemeindestruktur auf. Diese Eigenschaften wirken oft auf besondere Weise, die den Ufergebieten einzigartige Werte verleiht. Im Folgenden sind einige der erkennbareren Funktionen und Werte von Ufergebieten aufgeführt.

Die Bedeutung von Ufergebieten wird vor allem auf ihre räumliche Beziehung in der Landschaft zurückgeführt. Nur wenige andere Ökosystemtypen besitzen im Verhältnis zur Fläche, die sie besetzen, eine so große Menge an Übergangszonen. Diese Übergangszonen sind die Schnittstellen zwischen terrestrischen und aquatischen Ökosystemen und Orte des wichtigen Stoff- und Energieaustauschs in der Landschaft (Brinson et al. 1981).

Fluviale Prozesse

Natürliche Flussprozesse sind für viele der vielfältigen, oft subtilen topografischen Merkmale in Auen verantwortlich und folglich für die Bildung von Uferökosystemen verantwortlich. Diese Prozesse (Leopold et al. 1964) werden durch Hochwasserereignisse getrieben. Sie resultieren im Wesentlichen aus einer Kombination von alluvialer Ablagerung (Aggradation) und Materialabtrag (Degradation) über viele Jahre. Auenmerkmale bleiben nicht unbedingt statisch, die morphologischen Merkmale von Auen ändern sich ständig.

Da sich Flusskanäle seitlich und flussabwärts mäandern, wird Material von der äußeren Kurve eines Mäanders abgetragen, was zu einer Erosion des Uferbereichs führt. Das erodierte Sediment lagert sich jedoch weiter stromabwärts auf der inneren Kurve ab und bildet Punktbalken. Schließlich beginnt der Punktbalken die Vegetation zu unterstützen und entwickelt sich zu einem stabilen Uferbereich.

Sobald Hochwasser die Bachbänke überragt, verlieren sie viel von ihrer Geschwindigkeit und ihrer Fähigkeit, Sedimente zu transportieren. Überschwemmungssedimente werden dann in der Aue abgelagert. Das gröbere, schwerere Material fällt zuerst heraus und bildet neben dem Kanal natürliche Deiche. Weiter entfernt von der Rinne wird feineres Material in der Au abgelagert. Schwere Überschwemmungen können Gebiete in der Aue durchspülen und das Sediment an anderer Stelle wieder ablagern, was zu einer erhöhten Welligkeit der Aue führt.

Diese fluvialen Prozesse sind für Uferökosysteme wichtig, da sie in einer scheinbar ebenen Überschwemmungsebene vielfältige Bedingungen schaffen. Die geringen topographischen Variationen können den Unterschied zwischen einer durchnässten, anaeroben Umgebung und einem gut durchlässigen, belüfteten Substrat ausmachen. Viele Pflanzenarten vertragen selbst kurze Überschwemmungsperioden nicht, während nur wenige Arten daran angepasst sind, in ständig wassergesättigten Böden zu überleben. Neben der unterschiedlichen Bodenfeuchte können auch große Unterschiede in der Bodenbeschaffenheit und Fruchtbarkeit auftreten. In bestimmten Gebieten finden sich gröbere, weniger fruchtbare Böden und in anderen Gebieten feinere, fruchtbarere Böden. Dadurch kann es in Auen mit Höhenunterschieden von nur wenigen Zentimetern zu abrupten Veränderungen der Artenzusammensetzung kommen (Brinson et al. 1981).

Hydrologie

Die Überschwemmungen, die die Auen geprägt haben, sind auch für die Uferökosysteme von Bedeutung, da sie den Stoffwechsel und das Wachstum der Vegetation auf drei grundlegende Weisen beeinflussen können. Die erste ist die Wasserversorgung, bei der Wasserspeicher durch Versickerung und Kanalüberlauf zu Auen wieder aufgeladen werden. Zweitens hängt die Nährstoffversorgung in Uferökosystemen teils von der Sedimentation von Feinstaub ab, der durch Überschwemmungen transportiert wird, und teils von der Verfügbarkeit gelöster Nährstoffe im Wasser im Kontakt mit Auenböden. Schließlich belüftet fließendes Wasser in Auen Böden und Wurzeln, so dass Gase schneller ausgetauscht werden. Wurzeln und Bodenmikroben werden mit Sauerstoff versorgt, während die Freisetzung gasförmiger Stoffwechselprodukte wie Kohlendioxid und Methan gefördert wird. Der Wasserfluss liefert dann das Medium für den Export dieser gelösten organischen Verbindungen (Brinson et al. 1981).

Die Hydroperiode des Uferökosystems, die die Dauer, Intensität und den Zeitpunkt der Überschwemmungen umfasst, ist die ultimative Determinante für die Struktur und Funktion des Ökosystems. Der Zeitpunkt von Überschwemmungen ist besonders wichtig, da Überschwemmungen in der Vegetationsperiode einen größeren Einfluss auf die Ökosystemproduktivität haben als Überschwemmungen in gleicher Höhe in der Nicht-Wachstumssaison (Mitsch und Grosselink 1986).

Das Grundwasser im alluvialen Grundwasserleiter hat eine enge Beziehung zum Oberflächenwasser in Bächen und Auenmulden (z. B. Altwasserseen). Das normale Gefälle und die Richtung der Grundwasserbewegung geht zu diesen Oberflächengewässern durch die Grundwasserableitung. In Phasen hoher Flussstufen kehrt sich das Gefälle um und das Wasser bewegt sich vom Bach in den Grundwasserleiter.

Basisflüsse

Schwemmlandböden in Ufergebieten sind in der Regel tief und speichern große Mengen an Wasser aus Niederschlägen und abfließendem Wasser. Viele alluviale Grundwasserleiter im Westen der Vereinigten Staaten werden durch Infiltration von Hochlandabflüssen in den Bachkanal oder ufernahen alluvialen Ablagerungen aufrechterhalten. Die Wasserspeicherung in solchen Grundwasserleitern ist teilweise für die Aufrechterhaltung des Grundwassers in vielen Flüssen verantwortlich (Lowrance et al. 1985). Die Grundströmungen werden außerdem durch Ufervegetation aufrechterhalten, die das Wasser beschattet, es kühler hält und so die schnelle Verdunstung reduziert.

Nährstoffkreislauf

Gelöste und an Sedimenten angelagerte Nährstoffe werden bei Abflussereignissen aus terrestrischen Ökosystemen in Bäche transportiert und flussabwärts transportiert, wo sie mit den Böden von Ufergebieten in Kontakt kommen. Andere Nährstoffe, die sich in Richtung eines Baches bewegen, entweder im Grundwasser oder im Oberflächenabfluss, können von Uferbereichen abgefangen werden, bevor sie den Bach erreichen. Sobald diese Nährstoffe in ein Ufergebiet gelangen, sind sie Mechanismen ausgesetzt, die sie auf unterschiedliche Weise nutzen oder verändern können.

Nährstoffe, insbesondere Stickstoff, Phosphor, Kalzium, Magnesium und Kalium, die in Überlaufwasser und an abgelagerten Sedimenten gelöst sind, werden von flachwurzelnder Ufervegetation aufgenommen. Gelöste Nährstoffe, die mit dem Grundwasser wandern und im Boden ausgewaschen werden, können durch tiefer wurzelnde Ufervegetation abgefangen werden. Ein lokaler Nährstoffkreislauf erfolgt durch die Aufnahme von transportierten Nährstoffen durch das Wurzelsystem, die vorübergehend in den Blättern gespeichert und dann an die Bodenoberfläche zurückgegeben werden, wenn die Blätter (oder Nadeln) abgeworfen werden. Eine langfristige Anreicherung einiger Nährstoffe findet in den Baumstämmen und Ästen von Bäumen und Sträuchern statt.

Nicht alle Nährstoffe verbleiben im Uferbereich und die Freisetzungsprozesse sind saisonabhängig. Einige Nährstoffe passieren ohne nennenswerte Verhaftung. Einige, die von Ufervegetation aufgenommen wurden, können nach dem Absterben der Vegetation wieder in die Wassersäule eingeführt werden. Diese Form der Freisetzung produziert Nährstoffe, die gut löslich sind.

Die Vegetation liefert Einstreu, die, wenn sie während des Überlaufs mit Sediment bedeckt wird, schnell zersetzt wird, um Nährstoffe freizusetzen und dem Boden Humus hinzuzufügen. Dies trägt zu dem komplexen Mosaik aus Sanden, Schluffen und Tonen bei, die von fließendem Wasser abgelagert werden. Diese saisonal durchnässten Böden und Unterböden, die reich an organischer Substanz sind, bieten ideale Bedingungen für die Produktion von mikrobiellen Organismen, die für die Stickstoffumwandlung wichtig sind.

Eine dünne oxidierte Schicht an der Grenzfläche Boden-Wasser entsteht durch die Diffusion von Sauerstoff aus dem Wasser oder der Atmosphäre in den Boden. Diese aerobe Schicht ist ein kleines Refugium für aerobe Bakterien, die für die Umwandlung von Ammonium N in Nitrat (Nitrifikation) verantwortlich sind. Diese Form von Stickstoff ist löslich und unterliegt der Auswaschung in die anaerobe Schicht, wo anaerobe Bakterien den Nitrat-Stickstoff in gasförmige Formen (Denitrifikation) umwandeln, die schließlich in die Atmosphäre entweichen.

Energieübertragung

Ufergebiete sind einzigartige Ökosysteme in der Art und Weise, in der ein Teil der Energie als organische Substanz oder organischer Kohlenstoff vom Erzeuger zum Verbraucher übertragen wird. Diese Einzigartigkeit ergibt sich aus der Tatsache, dass Abfall, der innerhalb des Uferökosystems produziert wird, seitlich transportiert und für die Tiergemeinschaften innerhalb des Flusses sowie stromabwärts von der Quelle der Produktion organischer Substanz verfügbar gemacht werden kann. Im Vergleich zu rein aquatischen oder terrestrischen Ökosystemen hat organisches Material, das in Uferökosystemen produziert wird, das Potenzial, eine Vielfalt von Nahrungsnetzen innerhalb beider Lebensraumtypen zu unterstützen.

Bäche im Oberlauf einer Wasserscheide mit vernachlässigbaren oder schmalen Überschwemmungsgebieten erhalten organisches Material aus der Uferzone hauptsächlich als Abfall, der direkt von der Ufervegetation auf die Oberfläche des Baches fällt. Hochwasserereignisse können Müll von den Bachbänken in den Kanal und weiter stromabwärts transportieren. Im Vergleich dazu erhalten nicht nur weiter unten im Einzugsgebiet gelegene Bäche (und damit einen höheren Anteil von Auen- zu Hochlandfläche) die direkt in ihre Kanäle fallende Einstreu, sondern die Überschwemmung breiter Auen bietet die Möglichkeit zum Transport zusätzlicher organischer Stoffe aus der Aue (Brinson et al. 1981).

Downstream-Hochwasser

Ufergebiete erfüllen eine wichtige Funktion bei der Reduzierung von Hochwasserspitzen stromabwärts, indem sie die Hochwassergeschwindigkeiten reduzieren. Wenn Hochwasser durch einen bewachsenen Bereich fließt, wirken die Pflanzen als Widerstand gegen die Strömung und zerstreuen die Energie. Ufergebiete sind in dieser Hinsicht wichtig, da diese Gebiete während Perioden mit erwarteten Hochwasserströmen viel Vegetation beherbergen.

Nicht alle Anlagen sind in ihrer Wirksamkeit bei der Verlangsamung von Hochwasser gleich. Niedrig wachsende Pflanzen sind normalerweise ziemlich dicht und bieten eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit. Steigt das Hochwasser jedoch auf eine Höhe an, die diese Pflanzen überflutet, wird dann nur noch eine sehr geringe Geschwindigkeitsreduzierung erreicht. Bäume hingegen wachsen zwar nicht ganz so dicht, leisten aber bei schweren Überschwemmungen weiterhin Widerstand.

Wasserqualität

Wie bereits erwähnt, werden die Wassergeschwindigkeiten verringert, wenn sich das Hochwasser über eine Überschwemmungsfläche ausbreitet, sodass sich ein Großteil des Sediments absetzen kann, ohne dass es wahrscheinlich wieder in den Bach gelangt. Zusätzliches Sediment, das durch Überlandfluss aus angrenzenden Hochlanden mitgeführt wird, wird vom Uferbereich abgefangen, wo es sich absetzt. Die Ufervegetation erhöht die Sedimentation in den Überschwemmungsgebieten weiter, indem zusätzliches Sediment aus Abfluss und Hochwasser gefiltert wird. Das Ergebnis ist, dass Uferbereiche als effektive Sedimentfänger dienen und die Menge an Sediment reduzieren, die ansonsten in einen Bach oder ein stromabwärts gelegenes Gewässer gelangen könnte.

Die Ufervegetation spielt auch eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von Sedimenten im Wasser, indem sie die Ufererosionsrate verringert. Dies gilt insbesondere für tief verwurzelte Gehölze.Vegetation schützt ein Bachufer vor Erosion, indem sie die Zugkraft des Wassers verringert, das Ufer vor direkten Stößen schützt und Ablagerungen induziert (Parsons 1963).

Auch Nährstoffe, Pestizide und Schwermetalle, die mit Sedimenten transportiert werden, werden im Uferbereich eingeschlossen. Viele davon werden durch physikalische oder biochemische Prozesse abgebaut und zu harmlosen Formen reduziert. Einige werden von Ufervegetation aufgenommen und während der Vegetationsperiode in ihr lebendes Gewebe eingebaut. Andere werden an die Sedimente gebunden und dauerhaft in den Böden des Uferbereichs gespeichert.

Die meisten Sediment- und Nährstoffuntersuchungen im Zusammenhang mit Ufergebieten wurden in südöstlichen Auwäldern durchgeführt, wo das Vorhandensein relativ langer Hydroperioden und breiter Auen einen erheblichen Einfluss auf die Wasserqualität von Bächen und Flüssen hat. Die Ergebnisse variieren etwas, aber die meisten weisen auf eine erhebliche Verringerung der Sedimente und Nährstoffe, insbesondere des stromabwärts transportierten Stickstoffs und Phosphors, im Vergleich zu der Menge, die in das Ufergebiet gelangt ist, hin.

Auch die Ufervegetation kann einen großen Einfluss auf die Wassertemperaturen haben. Eine verringerte Bachtemperatur kann die Sauerstofftragfähigkeit eines Baches erhöhen und die Nährstoffverfügbarkeit verringern. Dies ist besonders in den heißen Sommermonaten wichtig.

Die Sonnenstrahlung wird selektiv absorbiert und reflektiert, wenn sie durch das Uferdach hindurchtritt. Der Verschattungsgrad von Bächen hängt von der Struktur und Zusammensetzung der Ufervegetation ab. Dichte, niedrige, überhängende Vordächer reduzieren die Lichtintensität an der Wasseroberfläche erheblich, aber hohe, relativ offene Vordächer lassen größere Lichtmengen den Bach erreichen. Laubgrüne Ufervegetation beschattet die Bäche im Sommer, verändert aber die Lichtverhältnisse nach dem Laubfall nur geringfügig, während immergrüne Uferzonen kontinuierlich Bachkanäle beschatten. Mit zunehmender Kanalbreite nimmt die Kronenöffnung über dem Bach zu und der Einfluss der Ufervegetation auf den solaren Eintrag in den Bachkanal nimmt ab (Gregory et al. 1991).

Wasserleben

Die Ufervegetation ist für aquatische Ökosysteme wichtig, da sie die Energiebasis reguliert, indem sie den Bach beschattet und Pflanzenreste liefert. Die Schattierung wirkt sich sowohl auf die Stromtemperatur als auch auf das Licht aus, das für die Primärproduktion verfügbar ist. In schattigen Bächen wird Detritus zur Grundlage einer Nahrungskette, die zu einer einzigartigen und vielfältigen Gemeinschaft führt (Cummins 1974).

Enge Quellbäche werden am stärksten von der Ufervegetation beeinflusst, sowohl durch Verschattung als auch als Quelle für den Eintrag organischer Substanz. Diese lichtarmen Ströme mit hohem Gradienten und konstanter Temperatur erhalten eine reichliche Versorgung mit groben Partikeln in Form von Pflanzendetritus. Eine Gruppe von Makroinvertebraten, die als Shredder bekannt sind, reduziert detritisches Material zu kleineren organischen Partikeln, die zur Nahrung für eine andere Gruppe von Invertebraten, Sammler, werden. Die Fülle an Leben unterstützt außerdem sowohl Makroinvertebraten als auch Fischräuber (Vannote et al. 1980).

Wenn der Bach breiter wird und mehr Licht in das Wasser eindringt, ersetzen Algen Detritus als primäre Nahrungsquelle. Hier werden Sammler in der Gemeinschaft häufiger, zusammen mit Grasfressern, wirbellosen Tieren, die sich direkt von den Algen ernähren. Wirbellose und Fischarten, die gegenüber wärmeren Bedingungen toleranter sind, ersetzen Arten, die auf den kühleren, schattigen Bach angewiesen sind. Die Häufigkeit von Individuen innerhalb einer Art kann zunehmen, aber die Artenvielfalt nimmt normalerweise ab, wenn der Bach weniger von der Ufervegetation beeinflusst wird (Vannote et al. 1980).

Die Bewurzelung von Kraut- und Gehölzen trägt auch zur Gestaltung aquatischer Lebensräume bei, indem sie Bachufer stabilisiert, Erosion verlangsamt und stellenweise überhängende Ufer schafft, die als Deckung für Fische dienen. Oberirdische Ufervegetation ist ein Hindernis für Hochwasserströmungen und die Bewegung von Sediment und Detritus und ist eine Quelle für großen organischen Schutt. Große organische Trümmer in Bächen kontrollieren die Weiterleitung von Sediment und Wasser durch das System, definieren Habitatmöglichkeiten, indem sie Becken, Riffe und Ablagerungsorte bilden und Deckung bieten und als Substrat für die biologische Aktivität von mikrobiellen und wirbellosen Organismen dienen (Meehan et al. 1977 ).

Terrestrisches Leben

Ungestörte Uferökosysteme bieten normalerweise reichlich Nahrung, Deckung und Wasser. Oft enthalten sie einige besondere ökologische Merkmale oder Kombinationen von Merkmalen, die in Hochlandgebieten nicht zu finden sind. Folglich sind Uferökosysteme äußerst produktiv und haben unterschiedliche Lebensraumwerte für Wildtiere (Brinson et al. 1981).

Der sichtbarste Beweis für die Bedeutung von Ufergebieten für Wildtiere wurde im Westen der Vereinigten Staaten erbracht. Auch wenn der Habitat an Ufern weniger als ein Prozent der gesamten Landfläche im Westen der Vereinigten Staaten ausmacht, beherbergen diese Gebiete eine enorme Anzahl und Vielfalt terrestrischer Wildtiere. In Teilen des südöstlichen Oregon und des südöstlichen Wyoming sind mehr als 75 Prozent der terrestrischen Wildtierarten zumindest für einen Teil ihres Lebenszyklus von Ufergebieten abhängig. In Arizona und New Mexico nutzen mindestens 80 Prozent aller Tiere irgendwann in ihrem Leben Ufergebiete, und mehr als die Hälfte dieser Arten gelten als ufergebunden (Chaney et al. 1990).

Studien im Südwesten der Vereinigten Staaten zeigen, dass Ufergebiete eine höhere Brutvielfalt von Vögeln begünstigen als alle anderen westlichen Lebensräume zusammen (Anderson und Ohmart 1977, Johnson et al. 1977, Johnson und Haight 1985). Westliche Uferhabitate beherbergen auch die höchsten nichtkolonialen Brutdichten von Vögeln in Nordamerika (Johnson et al. 1977). Stevenset al. (1977) berichteten, dass Uferparzellen über zehnmal so viele wandernde Singvögelarten enthielten wie angrenzende nicht ufernahe Parzellen. Außerdem fanden sie in Uferzonen mindestens doppelt so viele brütende Individuen und Arten wie in Nichtuferzonen. Darüber hinaus nutzen über 60 Prozent der als neotropische Zugvögel identifizierten Arten im Westen Ufergebiete als Rastplätze während des Zugs oder als Bruthabitat (Krueper 1993).

Auch im Rest des Landes haben sich Auengebiete als wichtig für die Tierwelt erwiesen. Entlang des Rio Grande in Westtexas gibt es mehrere Vogelarten, die anderswo fehlen oder selten sind, und zahlreiche Arten nutzen den Flusskorridor als Routen durch unwirtliche Lebensräume (Hauer, 1977). Tubbs (1980) berichtete, dass 73 Prozent der Vögel, die in den Great Plains gebrütet haben, mit Ufergebieten in Verbindung gebracht werden. Im Südosten der Vereinigten Staaten haben Studien gezeigt, dass Auwälder mehr Vögel beherbergen als Hochlandkiefernbestände (Dickson 1978).

Brinsonet al. (1981) fassten einige der Schlüsselfaktoren zusammen, die Ufergebiete als Lebensraum für Wildtiere wertvoll machen. Dazu gehören Gehölzgesellschaften, Oberflächenwasser und Bodenfeuchte, räumliche Heterogenität der Lebensräume (Ränder/Ökotone) und Korridore (Wander- und Ausbreitungswege).

Bewaldete Ufergemeinschaften bieten eine Vielzahl von Lebensraumwerten für Wildtiere und können für Tierpopulationen, in denen ausgedehnte Wälder fehlen, von entscheidender Bedeutung sein. In Grasland, Weideland und intensiv bewirtschafteten Regionen der Vereinigten Staaten ist die holzige Vegetation entlang von Wasserstraßen für das Überleben vieler Wildtierpopulationen unerlässlich.

Totholzvegetation ist ein wichtiger Bestandteil des Lebensraums von Wildtieren in Auwäldern. Stehende tote Bäume oder Baumstümpfe bieten Nistplätze für höhlenbewohnende Vögel, Höhlenbäume für kleine und mittelgroße Säugetiere und Nahrungs-, Faulenzer- und Jagdplätze für viele Arten. Umgestürzte Baumstämme dienen als Deckung für Wildtiere und als Nahrungs- und Fortpflanzungsplätze. Totes Holzmaterial, das teilweise in Wasser eingetaucht ist, bietet einen hervorragenden Lebensraum für Wasser-, Amphibien- und bestimmte Landarten.

Oberflächenwasser ist ein Bedarf vieler Wildtierarten (als Nahrungsumgebung (z. B. Wasservögel, fischfressende Vögel), Fortpflanzung (z. B. Amphibien), Reisen (z. B. Biber, Bisamratten) und Flucht (z. B. Amphibien, Bisamratten). , und Biber), so dass viele Arten selten weit entfernt von Gewässern zu finden sind, so dass Gewässer den Uferökosystemen eine Lebensraumdimension hinzufügen.

Selbst in Abwesenheit von Oberflächenwasser kann die Bodenfeuchtigkeit letztendlich für große Unterschiede in der Artenzusammensetzung und Produktivität zwischen Ufer- und Hochlandökosystemen verantwortlich sein. Im Allgemeinen sind feuchtere Standorte produktiver für Wildtiere, da dort Nahrung (Vegetation, Samen und Insekten) reichlich vorhanden ist und die Vegetationsstruktur für eine größere Anzahl von Arten günstiger ist. Einige Kleinsäugerarten (z. B. Spitzmaus) sind physiologisch in der Verbreitung auf Gebiete mit hoher Bodenfeuchte beschränkt. Feuchte Böden werden von einigen Vogelarten zur Nahrungsaufnahme (z. B. Waldschnepfe) und als bevorzugter Nistplatz für andere (z. B. Waldsänger) benötigt.

Mit den meisten Uferökosystemen ist eine erhebliche Randentwicklung an der Schnittstelle zwischen Bachkanal und Ufervegetation und im Übergang von Auen- zu Hochlandpflanzengesellschaften verbunden. Die Schnittstelle zwischen Bach- und Gehölzgemeinschaften kann einer der größten Werte für die Tierwelt von Uferökosystemen sein, da sowohl die Dichte als auch die Artenvielfalt in diesem Ökoton tendenziell höher sind als in angrenzenden Hochländern. Viele Arten kommen fast ausschließlich in dieser Zone vor. Auen-Hochlandränder sind auch für viele Hochland- und Randarten von Wildtieren sehr wichtig, insbesondere dort, wo waldige Ufergemeinschaften an relativ offenes Weideland, Grasland oder Ackerland grenzen.

Die lineare Natur von Uferökosystemen bietet unterschiedliche Korridore, die als Migrations- und Ausbreitungswege und als bewaldete Verbindungen zwischen Lebensräumen für Wildtiere wichtig sind. Für viele terrestrische Arten muss eine holzige Vegetation vorhanden sein, um die benötigte Deckung zu finden, während sie durch ansonsten offene Gebiete reisen. Tiere, die an der Verbreitung der Population beteiligt sind, können während ihrer Bewegungen Futter und Wasser aus Ufergebieten verwenden. Der Wert von Wasserstraßenkorridoren für Migrationsbewegungen kann in ariden Regionen stärker betont werden als in feuchten, stärker bewachsenen Gebieten.

Störungen in Ufergebieten

Überschwemmungen und die daraus resultierende Erosion und Ablagerung sind gemeinsame Kräfte, die das Ufergebiet prägen. Bei extremen Überschwemmungen können diese Kräfte manchmal verheerend wirken, aber in den meisten Fällen erholt sich das Ufergebiet schnell. Andere natürliche Störungselemente umfassen Feuer, Wind und Veränderungen von Wildtieren (d. h. Biber). Auch hier tragen diese Elemente in der Regel dazu bei, den Charakter des Uferbereichs zu prägen, und werden nicht als langfristig nachteilig angesehen.

Andererseits haben vom Menschen verursachte Veränderungen oft langfristige negative Auswirkungen. Hydromodifikation --der Bau von Dämmen über Kanäle, der Bau von Deichen und die Kanalisierung der Bäche--können die nachteiligsten Auswirkungen auf Ufergebiete haben. Diese Modifikationen verändern die für das Ufersystem so wichtige Hydrologie erheblich. Hydromodifikationen stören auch die Kontinuität des Längsgradienten des Ufersystems. Wasserentnahmen aus Bächen können auch den Grundwasserfluss reduzieren, wodurch Uferbereiche der benötigten Feuchtigkeit entzogen werden.

Die häufigste Störung von Ufergebieten besteht darin, die Vegetation zu roden und das Gebiet für andere Nutzungen wie Ackerland und städtisches Land zu nutzen. Übermäßige Abholzung kann die Ufer der Vegetation entblößen. Überweidung kann für Ufergebiete ziemlich verheerend sein, da sich das Vieh dazu neigt, sich über längere Zeiträume in Ufergebieten zu versammeln, einen Großteil der Vegetation zu fressen und Bachbänke mit Füßen zu treten. Auch die Entwicklung von Erholungsgebieten kann die natürliche Pflanzenvielfalt und -struktur zerstören, zu Bodenverdichtung und -erosion führen und die Tierwelt stören. Es ist zu beachten, dass einige dieser Störfaktoren bewältigt werden können und sich das beschädigte Ufersystem erholt.

Invasion durch exotische Pflanzenarten (Tamarix, Elaeagnus, und Eukalyptus) können sich auch nachteilig auf Ufergebiete auswirken, indem sie die einheimische Vegetation verdrängen. Wenn diese Arten in einem Ufergebiet dominieren, nimmt die gesamte vegetative Vielfalt ab. Dies führt zu einem ungünstigeren Lebensraum für die meisten Wildtierarten. Nicht alle Auswirkungen auf Uferbereiche werden durch direkte Manipulation der Uferzone verursacht. Auch Störungen außerhalb des Standorts können erhebliche Auswirkungen haben. Der Charakter eines Ufergebietes hängt vom Zustand seiner Wasserscheide ab. Auch der Zustand des Uferbereichs spiegelt die Wasserscheide wider.

Am wichtigsten ist die Beziehung der Wassereinzugsgebietshydrologie zum Uferbereich. Im Allgemeinen hängen die Menge und Art der vegetativen Bodenbedeckung, die flächenhafte Ausdehnung der Wasserscheide und die Neigung des Geländes direkt mit dem Prozentsatz des Wassers zusammen, das als Oberflächenabfluss oder als Sickerwasser in das Entwässerungssystem gelangt. Die Zusammensetzung der Uferpflanzen, die Habitatstruktur und die Produktivität werden durch den Zeitpunkt, die Dauer und das Ausmaß der Überschwemmung bestimmt. Veränderungen des natürlichen dynamischen Regimes, wie Landnutzungsänderungen, Pflasterflächen oder Vegetationsabbau, können zu ausgedehnten Dürre- oder Überschwemmungsextremen mit daraus resultierenden drastischen Produktivitätseinbußen führen (Manci 1989).

Anliegerbewertungsverfahren

In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Uferklassifikations-, Inventarisierungs- und Bewertungsverfahren entwickelt. Die meisten davon wurden entwickelt, um lokalen Bedürfnissen oder spezifischen Programmen gerecht zu werden. Einige sind umfassend und erfordern detaillierte Vor-Ort-Umfragen, andere sind sehr allgemein gehalten. Das NRCS West National Technical Center entwickelte ein Verfahren zur "Physikalischen Bestandsaufnahme von Stream and Stream Corridor" und das National Technical Center von Midwest entwickelte ein Verfahren zur "Bodenbioengineering-Inventarisierung". Beide dieser Verfahren befassen sich mit physikalischen Merkmalen des Flusskanals sowie Komponenten des Uferbereichs. Gebhardt et al. (1990) überprüften elf Verfahren, die aus einer langen Liste ausgewählt wurden. Sie sind alle von regionaler oder nationaler Bedeutung, liefern Managementinformationen und integrieren Bachattribute und Ufervegetation. Eine kurze Gegenüberstellung dieser elf Verfahren findet sich im Anhang.

Aktueller Status, Bedingungen und Trends

Es wurde kein umfassendes nationales Inventar zu Zustand, Bedingungen oder Trends von Ufergebieten erstellt. Lokale Bestandsaufnahmen wurden durchgeführt, um Informationen für spezifische Bedürfnisse bereitzustellen. Der U.S. Forest Service und das Bureau of Land Management sammeln routinemäßig Anliegerinformationen für Aktivitäten auf dem Land, die sie beaufsichtigen. Der U.S. Fish and Wildlife Service hat in ausgewählten Gebieten Ufergebiete kartiert und Karten für New Mexico und Arizona veröffentlicht. Für privates Land gibt es jedoch nur sehr wenige Kartierungsinformationen mit nationalem Geltungsbereich.

Swift (1984) schätzte, dass die angrenzenden Vereinigten Staaten ursprünglich 30,3 bis 40,5 Millionen Hektar (75-100 Millionen Acres) an Uferhabitaten hatten und dass sich derzeit zwischen 10 und 14 Millionen Hektar (25-35 Millionen Acres) in den 48 angrenzenden Staaten befinden.

Das National Resources Inventory (NRI) von 1982 enthielt einen Abschnitt über Ufergebiete. Die Daten wurden von Punkten gesammelt, die auf Ufergebiete fielen. Diese Daten umfassten die Art des Gebiets, die Art der Vegetation und die Breite des Streifens. Leider wurden diese Informationen nur selten lokal genutzt und nie national zusammengefasst. Die Anliegerkategorie wurde dann aus späteren NRI-Updates gestrichen.

1993 begann die Environmental Protection Agency (EPA) im Rahmen des Environmental Monitoring and Assessment Program (EMAP) mit einer regionalen Bewertung von Ufergebieten. Die Studie umfasst Pilotprojekte an ungefähr 1.000 Bächen im ganzen Land. Die Bewertungen umfassen den Zustand des Lebensraums im Fluss und der Ufervegetation. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse dieser regionalen Pilotprojekte wird voraussichtlich im Mai 1996 vorliegen, diese Ergebnisse sollen jedoch nicht auf alle Ufergebiete hochgerechnet werden. Zu diesem Zeitpunkt wurden noch keine Entscheidungen über die Ausweitung der EMAP-Bemühungen getroffen, um repräsentative Daten für alle Ufergebiete im ganzen Land zu erhalten.

Im September 1993 führte das NRCS eine Umfrage bei allen NRCS-Staatsämtern durch, um unter anderem Schätzungen zu Umfang und Qualität von Ufergebieten zu ermitteln. Die Ergebnisse dieser Umfrage zeigten, dass nur drei Bundesstaaten (Oklahoma, Connecticut und Rhode Island) über einen landesweiten Bestand an Ufergebieten verfügten. Ein vierter Bundesstaat (Arizona) befindet sich in der letzten Phase der Fertigstellung einer Uferinventur.

In Ermangelung einer umfassenden Bestandsaufnahme der Uferbereiche geben Bestandsaufnahmen von Gewässern einen groben Anhaltspunkt über die Ausdehnung und Verbreitung dieser Ökosysteme. Eine der am häufigsten verwendeten Zahlenreihen für die Ausdehnung von Bächen und anderen Gewässern in den Vereinigten Staaten stammt aus dem alle zwei Jahre an den Kongress vorgelegten landesweiten Wasserqualitätsbericht, der gemäß Abschnitt 305(b) des Clean Water Act erforderlich ist. Diese Bestandsaufnahme ist jedoch noch nicht vollständig, sie basiert auf den von den Bundesstaaten an die Environmental Protection Agency gemeldeten Daten und ist in erster Linie eine Erhebung der Wasserqualität. Der Bericht von 1990 zeigte, dass in den Vereinigten Staaten 1,8 Millionen Meilen mehrjähriger Bäche und 39,4 Millionen Hektar Seen auf ihre Wasserqualität untersucht wurden (Tabelle 1). Einige Staaten fügten dem Bericht von 1992 nicht mehrjährige Bäche, Kanäle und Gräben hinzu. Dies brachte die Gesamtschätzung der bewerteten Flüsse und Bäche auf 3,5 Millionen Meilen (Tabelle 1). Es ist davon auszugehen, dass mit diesen Gewässern Uferzonen unterschiedlicher Beschaffenheit assoziiert sind. Es wird erwartet, dass die NRI-Daten von 1992 Informationen über die Anbaufläche von Staudenbächen in verschiedenen Breitenkategorien enthalten.

Als Reaktion auf eine Anfrage des Government Accounting Office (GAO) nach Informationen über Gebiete, die betroffen sein könnten, wenn das Conservation Reserve Program (CRP) umgestaltet werden sollte, um Bachpuffergebieten Vorrang einzuräumen, hat ein Team der Agricultural Experiment Station in Temple, Texas , entwickelte Schätzungen von Flusskilometern auf landwirtschaftlichen Flächen nach drei verschiedenen Breitenklassen (Clive Walker, persönliche Mitteilung, 13. Juni 1995). Das Team entwickelte Daten aus den folgenden Grundannahmen:

  • Wo die digitalisierten Liniendiagramme (DLG) im Maßstab 1:100.000 Linien für beide Flussufer zeigten, wurde angenommen, dass die Flüsse mehrjährig sind.
  • Wo auf den DLG-Karten im Maßstab 1:100.000, aber nicht auf den DLG-Karten im Maßstab 1:2.000.000 Stromlinien angezeigt wurden, wurde angenommen, dass diese Ströme ebenfalls mehrjährig sind, jedoch schmaler als die in der ersten Annahme identifizierten Ströme.
  • Wo Stromlinien nur auf den DLG-Karten im Maßstab 1:100.000 und auf keiner der kleinmaßstäblichen Karten zu finden waren, wurde davon ausgegangen, dass diese kleinen Ströme alle intermittierend waren.

Die Gesamtlänge der Flüsse und Bäche auf landwirtschaftlichen Flächen wurde auf 1,07 Millionen Meilen geschätzt. Von dieser Gesamtmenge gelten 13.000 Meilen als breite Flüsse, über 89.000 Meilen als schmale, mehrjährige Bäche und über 976.000 Meilen als intermittierende Bäche (Tabelle 2). Das Team unternahm keinen Versuch, den Zustand der Uferbereiche entlang dieser Bäche abzuschätzen.

Brinsonet al. (1981) schätzten die von Überschwemmungen betroffene Landfläche (100-jährige Überschwemmungsgebiete) mit dem Potenzial, Uferökosysteme zu unterstützen, auf 121 Millionen Acres oder 6 Prozent des Landes in den Vereinigten Staaten ohne Alaska.In Wirklichkeit existiert viel weniger in einem natürlichen oder halbnatürlichen Waldzustand, und die Autoren geben eine konservative Schätzung von 23 Millionen Acres für die bestehende Ufervegetation an. Sie führen auch eine andere Quelle an, um zu schätzen, dass etwa 70 Prozent des ursprünglichen Auenwaldes in städtische und kultivierte landwirtschaftliche Landnutzung umgewandelt wurden.

Fallgeschichten zum Zustand und Zustand von Uferökosystemen zeigen große Unterschiede im Verlust von Ort zu Ort, aber in einigen Gebieten wurde ein Verlust von bis zu 95 Prozent der natürlichen Vegetation gemeldet. Besonders gut dokumentiert sind Beispiele für die unteren Flüsse Mississippi, Colorado, Sacramento und Missouri, die im Vergleich zu Schätzungen über den Verlust natürlicher Vegetation im Hochland die Ufergebiete in die Kategorie der am stärksten veränderten Ökosysteme des Landes einstufen (Brinson et al. 1981).

Behandlungs- und Managementmöglichkeiten

Eine Reihe von Behörden und Organisationen bieten privaten Landnutzern Informationen und Hilfestellung über Methoden zum Schutz, zur Verbesserung und zur Wiederherstellung von Ufergebieten. Diese Unterstützung umfasst Informations- und Bildungsmaterial zu Funktionen und Werten von Ufergebieten, Planungsunterstützung, Gestaltung von Praxen, finanzielle Unterstützung durch Kostenbeteiligung und direkte Unterstützung bei der Installation von Praxen. Praktiken und Maßnahmen umfassen (sind aber nicht beschränkt auf) Weidemanagementsysteme, Zäune, Viehtränkeanlagen, Pufferstreifen, Baum- und Strauchpflanzung, Holzernte, Installation von Durchlässen und Bachdurchquerungen, Wildlebensraummanagement, Erholungsentwicklung, Uferstabilisierung und Nutzung von Binnengewässern zur Verbesserung der aquatischen Lebensräume.

Einige der bemerkenswertesten USDA-Programme, die spezifische Unterstützung für Ufergebiete auf Privatland bieten, sind das Conservation Reserve Program (CRP), das Wetland Reserve Program (WRP) und das Stewardship Incentive Program (SIP). Viele staatliche Stellen haben Programme, die auf Ufergebiete ausgerichtet sind. Die Pennsylvania Game Commission zum Beispiel kooperiert im Chesapeake Bay Program mit verschiedenen anderen staatlichen Behörden, Naturschutzbezirken, dem Cooperative Extension Service, NRCS und der Farm Service Agency (FSA), indem sie Landwirten, die an einem teilnehmen, finanzielle und technische Unterstützung anbietet der kooperativen öffentlich zugänglichen Programme der Kommission. Die Kommission kauft Materialien für den Zaun und installiert den Zaun. Private Organisationen wie die Izaak Walton League of America und Trout Unlimited haben auch Programme zur Aufklärung der Öffentlichkeit über die Bedeutung von Ufergebieten und deren Management.

Empfehlungen

  1. Entwicklung eines nationalen Klassifikations- und Bewertungsverfahrens für Ufergebiete.
    Bestehende Uferklassifizierungssysteme und Bewertungsverfahren wurden entwickelt, um den spezifischen lokalen Bedingungen und Zielen gerecht zu werden. Da diese Systeme und Verfahren unterschiedliche Daten verwenden, sind Vergleiche der Ergebnisse schwierig oder unmöglich. Ein auf nationale Ziele ausgerichtetes Klassifizierungssystem und Bewertungsverfahren wird eine landesweite Bestandsaufnahme der Uferbedingungen ermöglichen. Informationen über die Ausdehnung und den Zustand von Ufergebieten könnten dann bei der Entwicklung von Richtlinien und Programmen der Agenturen und bei der Planung natürlicher Ressourcen verwendet werden.
  2. Führen Sie regelmäßig eine nationale Bestandsaufnahme des Zustands der Ufergebiete durch.
    Derzeit sind Bestandsaufnahmen von Ufergebieten lokaler oder regionaler Natur und decken nicht das gesamte Land ab, und Versuche, Ersatzmaße (d. h. kilometerlange Bäche) zu verwenden, können nur "Ballpark"-Schätzungen der Ausdehnung von Uferbereichen liefern. Diese Indikatoren sind für die Bestimmung des Zustands der Gebiete nicht hilfreich. Nur eine direkte nationale Bestandsaufnahme mit einem einheitlichen Klassifikations- und Bewertungsverfahren ist die einzige Möglichkeit, genaue Informationen über Umfang und Zustand von Ufergebieten zu erhalten. Regelmäßige Bestandsaufnahmen unter Verwendung derselben Protokolle liefern Daten, die zur Bewertung von Trends in der Ausdehnung und dem Zustand von Ufergebieten verwendet werden können.
  3. Erhöhen Sie den Forschungsaufwand zu den Funktionen von Ufergebieten.
    In den letzten Jahren wurde eine beträchtliche Menge an Informationen über die Funktionen von Ufergebieten gewonnen, aber es ist noch viel mehr erforderlich, um Managemententscheidungen auf regionaler oder lokaler Ebene zu unterstützen. So basiert beispielsweise ein Großteil des Wissens über die Auswirkungen von Uferbereichen auf die Wasserqualität auf Forschungen im Südosten unter sehr spezifischen geologischen, hydrologischen, topografischen und klimatischen Bedingungen. In vielen anderen Regionen sind jedoch nur wenige oder keine Informationen dieser Art bekannt. Die Verfahren zur Verbesserung der Wasserqualität in den südöstlichen Studien mögen allgemeingültig sein, aber die Wirksamkeit ihrer Ergebnisse kann erheblich variieren. Der weitere Forschungsbedarf gilt grundsätzlich für alle Funktionen von Uferbereichen.
  4. Verbessern Sie hydrologische, geomorphologische und ökologische Modelle.
    Es stehen Computermodelle zur Verfügung, die Vorhersagen zu den verschiedenen Prozessen treffen, die sich auf Uferbereiche auswirken. Nur wenige dieser Modelle enthalten jedoch Funktionen, die spezifische hydrologische, geomorphologische oder ökologische Beziehungen speziell für Ufergebiete integrieren. Modelle müssen sowohl für die standortspezifische als auch für die Anwendung auf Wassereinzugsgebietsebene verbessert oder entwickelt werden.
  5. Erfassen Sie multispektrale und hochauflösende Bilder zur Bestandsaufnahme und Überwachung von Uferbereichen.
    Fernerkundung von LANDSAT Thematic Mapper (TM) und SPOT-Bildern haben das Potenzial, hervorragende Informationen über Ufergemeinschaften, Struktur und möglicherweise Qualität zu liefern, die im Vergleich zu herkömmlichen Feldkartierungen vor Ort relativ einfach und zeit- und kosteneffizient zu erhalten sind. LANDSAT TM -Szenen können zusammen mit USGS-Hydrografie-DLGs verwendet werden, um Uferökosysteme und ihre Veränderungen im Laufe der Zeit zu kartieren. Die Kartierung von Uferbereichen kann durch die Kopplung moderner digitaler Orthophotographie mit multispektralen SPOT-Bildern verbessert werden, obwohl sehr schmale Uferbereiche immer noch traditionelle Feldkartierungstechniken erfordern würden.
  6. Begründen Sie die Entscheidungen des Uferbereichsmanagements auf die Landschaftsbedürfnisse sowie auf standortspezifische Anforderungen.
    Direkte oder indirekte Störungen der Ufervegetation können dazu führen, dass Lebensraumbedingungen für eine andere Gruppe von Wildtierarten günstiger sind als für die ursprünglich in diesem Gebiet lebenden Gemeinschaften. Diese Arten neigen dazu, "kologische Generalisten" zu sein, die zur biologischen Vielfalt auf lokaler Ebene beitragen können. Die eindringenden Arten können jedoch auch einzigartige, einheimische Arten verdrängen oder mit ihnen hybridisieren und tatsächlich eine Verringerung der regionalen Biodiversität verursachen. Das Management sollte daher die historische Ausdehnung und Zusammensetzung des fraglichen Uferbereichs und die Risiken im Zusammenhang mit eindringenden Wild- und Pflanzenarten berücksichtigen. Mindestens ebenso wichtig ist es, dass Managemententscheidungen nicht ausschließlich in so großem Umfang getroffen werden, dass sie eher Standardlösungen sind. Sobald der gewünschte Uferbereichszustand erreicht ist, sollten lokale Ressourcendaten verwendet werden, um standortspezifische Anträge zu stellen.
  7. Betonen Sie in vielen Politiken und Programmen zum Schutz natürlicher Ressourcen Ufergebiete.
    Anliegerstaaten haben in den letzten Jahren in vielen Politiken und Programmen der Agenturen mehr Gewicht erhalten, dennoch gibt es noch viele Möglichkeiten, durch die diese Bemühungen verstärkt werden können. Bestehende Politiken und Programme, die sich auf Ufergebiete auswirken, sollten evaluiert werden, um sicherzustellen, dass klar formulierte Ziele für Ufergebiete enthalten sind. Es sollte auch eine Bewertung durchgeführt werden, um Schwachstellen oder fehlende Elemente in der Politik und den Programmen an den Ufern zu identifizieren. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse sollten neue oder überarbeitete Richtlinien, einschließlich Durchführungsverordnungen, und Programme vorgeschlagen werden.

Tabelle 1. Aus dem National Water Quality Report an den Kongress gemeldete Flussmeilen
Flussmeilen bewertet
Zustand Bericht 1990 1990 Bericht von 1992
Alabama 40,600 76,825
Alaska -- 405,400
Arizona 6,671 148,896
Arkansas 11,506 93,275
Kalifornien 26,970 189,300
Colorado 14,655 27,195
Connecticut 8,400 8,118
Delaware 500 3,208
Delaware River Basin 206 206
District of Columbia 36 186
Florida 12,659 52,887
Georgia 20,000 67,567
Hawaii 349 250
Idaho -- 118,064
Illinois 14,080 34,950
Indiana 90,000 36,047
Iowa 18,300 83,192
Kansas 19,791 131,562
Kentucky 18,465 88,518
Louisiana 14,180 64,921
Maine 31,672 31,672
Maryland 9,300 17,000
Massachusetts 10,704 8,728
Michigan 36,350 56,475
Minnesota 91,944 92,680
Mississippi 15,623 83,381
Missouri 19,630 116,750
Montana 20,532 178,896
Nebraska 10,212 80,610
Nevada -- 142,700
New Hampshire 14,544 10,841
New Jersey -- 6,587
New-Mexiko 3,500 119,633
New York 70,000 51,729
North Carolina 37,378 37,699
Norddakota 11,284 11,912
Ohio 43,917 29,270
Ohio River Valley 981 981
Oklahoma 19,791 88,063
Oregon 90,000 90,966
Pennsylvania 50,000 55,000
Puerto Rico 5,373 5,370
Rhode Island 724 772
South Carolina 9,900 9,900
Süddakota 9,937 10,011
Tennessee 19,124 18,988
Texas 80,000 201,529
Utah -- 11,808
Vermont 5,162 5,264
Jungferninseln -- --
Virginia 27,240 54,418
Washington 40,492 40,280
West Virginia 28,361 33,044
Wisconsin -- 56,680
Wyoming 19,437 120,260
Summen 1,150,482 3,510,464
Quelle: U.S. Environmental Protection Agency, National Water Quality Report to Congress

Quelle: USDA Agricultural Research Service, Texas Agricultural Experiment Station, Blackland Research Center, Temple, Texas.

* Umfasst alle Streams, die auf USGS-digitalisierten Liniendiagrammkarten im Maßstab 1:100.000 angezeigt werden.

**Unstimmigkeiten in den Zahlenangaben für diese Staaten sind auf Inkonsistenzen zwischen den beiden verwendeten Karten zurückzuführen (1:100.000 und 1:2.000.000).

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Downstream-Aktivität

Dem Montagewerk nachgeschaltet sind Distributoren, Versandpartner und Point-of-Sale-Stationen wie Groß- und Einzelhändler. Eine wichtige nachgelagerte Aktivität ist die Bestandsverwaltung. Distributoren, Groß- und Einzelhändler sind alle bestrebt, Lagerbestände in Mengen zu führen, die zur Erfüllung von Kundenaufträgen ohne Überbestände erforderlich sind. Bei einem reibungslosen Betrieb versenden die Distributoren die Bestellungen termingerecht. Wenn eine Bestellung nicht fristgerecht ausgeführt werden kann, spricht man von „Stock-Out“ und Aktivitätsstopps. Eine weitere nachgelagerte Tätigkeit ist die Kundenbetreuung im Ladengeschäft, wenn das Produkt schließlich beim Verbraucher ankommt.


Verbesserung des Verständnisses von flachem städtischen Grundwasser: das quartäre Grundwassersystem in Glasgow, Großbritannien

Obwohl viele europäische Städte städtische Grundwasserleiter für die Wasserversorgung verwenden, wird Grundwasser aus flachen städtischen Grundwasserleitern nicht in großem Umfang genutzt. Nichtsdestotrotz ist flaches städtisches Grundwasser eine wichtige Umweltressource – zum Beispiel für die Aufrechterhaltung gesunder städtischer Flussflüsse und die Reduzierung einiger Schadstoffe – und kann auch eine Bedrohung darstellen, beispielsweise durch Grundwasserüberschwemmungen. Flaches städtisches Grundwasser wird jedoch häufig übersehen oder ineffektiv bewirtschaftet, zum großen Teil, weil es oft wenig verstanden wird. Dieses Papier zeigt die Notwendigkeit, das Verständnis des flachen Grundwassersystems in einer Stadt zu verbessern, in der flaches Grundwasser nicht umfassend entnommen wird und folglich relativ wenige Grundwasserdaten vorliegen. Wie viele britische Städte wird Glasgow von komplexen nicht konsolidierten quartären Lagerstätten unterlagert, die ein heterogenes flaches Grundwasserleitersystem bilden, das stark von städtischen Aktivitäten beeinflusst wurde, die typisch für eine ehemalige Industriestadt sind. Das Abwägen der potenziellen Vorteile und Risiken von flachem Grundwasser in Glasgow erfordert ein besseres Verständnis der quartären Hydrogeologie, um den Übergang zu einer nachhaltigeren Stadt zu unterstützen. Dieses Papier präsentiert ein verbessertes konzeptionelles Modell von Glasgows flachem Grundwassersystem innerhalb einer Abfolge quartärer Ablagerungen im Clyde Valley, das sich stark auf Daten stützt, die während wichtiger Standortuntersuchungen für die Landentwicklung in der Stadt gesammelt wurden. Postglaziale quartäre Sedimente in Glasgow bilden ein langgestrecktes, unterschiedlich dickes (bis zu 30 m) und unterschiedlich durchlässiges Grundwasserleitersystem. Grundwasserleitereinheiten mit hoher Permeabilität und hoher Speicherkapazität werden teilweise durch Einheiten geringerer Permeabilität, aber immer noch hydrogeologisch aktive Einheiten getrennt. Das Grundwasser im System ist hydraulisch mit dem River Clyde verbunden. Der Grundwasserfluss erfolgt sowohl talabwärts als auch konvergent vom Rand des Talgrundwasserleiters zum Fluss. Es gab umfangreiche anthropogene Veränderungen der städtischen Oberfläche und des flachen Untergrunds, die das natürliche physikalische und chemische Grundwassersystem verändert haben. Die mit der historischen Industrie verbundene Verschmutzung hat auch die Qualität des quartären Grundwassers stark beeinflusst.


Über den Florida National Hydrography Dataset

Das Florida NHD ist ein umfassender Satz digitaler Geodaten, der das Oberflächenwasser der Vereinigten Staaten unter Verwendung gemeinsamer Merkmale wie Seen, Teiche, Bäche, Flüsse, Kanäle, Bachmesser und Dämme darstellt. Polygone werden verwendet, um Flächenmerkmale wie Seen, Teiche und Flüsse darzustellen. Linien werden verwendet, um lineare Merkmale wie Bäche, Kanäle und kleinere Flüsse darzustellen, während Punkte verwendet werden, um Punktmerkmale wie Bachmesser und Dämme darzustellen. Das Florida NHD-Dataset wird in einem ESRI-Geodatabase-Format verteilt, das aus mehreren Feature-Classes besteht, darunter Punkte, Linien, Flächen, Fließlinie und Wasserkörper. Mit der Flowline-Feature-Class können die Linien verwendet werden, um zu zeigen, wie Wasser durch Flächen-Features fließt. Die Kombination von Linien in der Flowline-Feature-Class wird verwendet, um ein geografisches Netzwerk des Wasserflusses zu erstellen, und ermöglicht es Benutzern der Daten, flussaufwärts und/oder flussabwärts Richtungen von einem bestimmten Punkt entlang des Netzwerks mit bereits in die ESRI ArcGIS-Anwendung eingebetteten Werkzeugen zu verfolgen.

Der Florida NHD verfügt über mehrere Merkmale, die ihn als hydrographische Schicht einzigartig machen:

Die Entwicklung des geografischen Netzes zur Verfolgung von Flüssen.

Jedes einzelne Feature hat eine eindeutige Referenzkennung, die als Common Identifier (ComID innerhalb des Datensatzes) bezeichnet wird.

Einzelne Features enthalten auch einen Link zu Metadaten auf Feature-Ebene. Metadaten, dh die Daten über die Daten, ermöglichen es dem Benutzer herauszufinden, wer, was, wann, warum und wie eine Funktion geändert wurde.

Reichweiten (die Länge zwischen einem Stromzusammenfluss und einer Divergenz) werden unter Verwendung von EPA-zugewiesenen Reichweitencodes identifiziert.

Um die Historie eines Features identifizieren zu können, wird Change Management im Dataset eingesetzt, beispielsweise können zuvor vergebene Reach-Codes oder die Metadaten-Historie eines Features identifiziert werden.

Der Datensatz enthält einen Referenzgrenzdatensatz für die Gebiete, die nominell von bestimmten Wasserkörpern entwässert werden, die auch als Wassereinzugsgebietsgrenzen bekannt sind.

Aufnahme von offiziell anerkannten geografischen Namen des Domestic Geographic Names Information Service.

Sowohl der National Hydrography Dataset als auch der Watershed Boundary Dataset wurden durch gemeinsame Koordinierungsbemühungen zwischen Bundes-, Landes- und Kommunalbehörden erstellt. Der Florida NHD begann als eine Kombination der USGS Digital Line Graph (DLG)-Daten für die 7,5-Minuten-Viertelquadrate (1:24.000 oder 1:25.000 Kartenmaßstab) in Kombination mit den Informationen aus dem Reach File 3 (RF .) der Environmental Protection Agency -3). Diese Datensätze zusammen gaben dem ersten NHD seinen Start. In Florida waren die Bemühungen, die WBD auf die fünfte und sechste Ebene zu bringen, eine Kombination aus Überprüfungen und Genehmigungen auf Bundes-, Landes-, regionaler und lokaler Behördenebene. Diese Datensätze sind dynamisch und Veränderungen sind für einige Gebiete mit Stadtentwicklung, Nachwirkungen von Hurrikanen und anderen Instabilitäten in der natürlichen Ordnung unvermeidlich. Daher stellen diese Datensätze eine Momentaufnahme der Bedingungen während dieser Zeit dar. Aufgrund der dynamischen Natur dieser Datensätze verfolgen Bundesbehörden nun ein Programm zur Datenverwaltung unter interessierten Interessengruppen, wie beispielsweise dem Florida Department of Environmental Protection.

Das Bureau of Watershed Restoration hat die Notwendigkeit besserer räumlicher Informationen über Oberflächengewässer erkannt und in einer Vereinbarung mit dem U.S. Geological Survey die Datenverwaltung für diese Daten in Florida übernommen. Die Wartungs- und Aktualisierungsphase dieses Projekts dient der Aktualisierung aller Oberflächenwassermerkmale im Florida NHD, die innerhalb der Grenzen von Florida liegen, wobei die primäre Konzentration auf Bäche, Flüsse, Seen, Teiche und Stauseen angewendet wird. Diese Bemühungen werden derzeit mit einem voraussichtlichen Fertigstellungstermin von Ende 2012 bis Mitte 2013 durchgeführt.

Der Watershed-Grenzdatensatz

Der Watershed Boundary Dataset (WBD) ist ein Begleitdatensatz zum Floirda NHD. Es definiert den Umfang von Entwässerungsgebieten, die durch das Gelände und andere Landschaftsmerkmale gebildet werden. Die Einzugsgebiete sind so ineinander verschachtelt, dass ein sehr großes Einzugsgebiet wie der Upper Mississippi River aus mehreren kleineren Einzugsgebieten besteht. Jedes dieser kleineren Gebiete kann weiter in immer kleinere Einzugsgebiete unterteilt werden.Die WBD verwendet sechs verschiedene Ebenen in dieser Hierarchie, wobei die kleinste durchschnittlich etwa 30.000 Hektar groß ist. Jede Grenze besteht aus eindeutigen Kennungen einer Reihe von zwei Ziffern, die als Hydrologic Unit Codes (HUC) bekannt sind.

Die WBD besteht aus Polygonen, die in sechs Datenebenen verschachtelt sind:


Informationen zum Autor

Derzeitige Adresse: Environmental Defense Fund, 1875 Connecticut Ave NW # 600, Washington, DC, 20009, USA

Mitgliedschaften

Gund Institute for Environment, University of Vermont, 617 Main Street Burlington, Burlington, VT, 05405, USA

Diego Herrera, Brendan Fisher und Taylor H. Ricketts

Rubenstein School of Environment and Natural Resources, University of Vermont, Aiken Center 81 Carrigan Drive Burlington, Burlington, VT, 05405, USA

Diego Herrera, Brendan Fisher und Taylor H. Ricketts

Duke Clinical Research Institute, Duke University, 2400 Pratt St Durham, Durham, NC, 27705, USA

Department of Environmental Health, Harvard T.H. Chan School of Public Health, 677 Huntington Ave, Boston, MA, 02115, USA

USAID Bureau for Food Security, 1300 Pennsylvania Ave NW, Washington, DC, 20004, USA

Geographisches Institut, King’s College London, London, WC2R 2LS, UK

Sanford School of Public Policy, Duke University, 201 Science Dr, Durham, NC, 27708, USA

Institut für Ökologie und Evolutionsbiologie, Princeton University, 117 Eno Hall Princeton, Princeton, NJ, 08544, USA

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Beiträge

T.H.R. und B.F. leiteten die SESYNC-Gruppe, die zu diesem Artikel führte. T.H.R., B.F., D.H. und A.E. haben die Studie entworfen. D.H. und A.E. stellten Datensätze zusammen und führten statistische Analysen durch. D. H. schrieb das Manuskript. K.J., C.D.G., A.P., M.M. und T.T. berieten zur richtigen Verwendung von Daten, Methoden und Literatur. M. M. generierte hydrologische Wassereinzugsgebietsdaten und gab Ratschläge zur richtigen Verwendung der Daten. Alle Autoren trugen zur Analyse, Interpretation und zum Schreiben des endgültigen Manuskripts bei.

Korrespondierender Autor


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