Tuntisuunnitelma Vesianalyysi Työohje

Transkriptio

1 Tuntisuunnitelma Vesianalyysi Työohje Johdanto Voisi kuvitella, että kun Maan pinnasta 71 % on veden peitossa, kuulostaa vesipulasta puhuminen lähinnä mauttomalta vitsiltä. Muutamat pelottavat tosiasiat kuitenkin murskaavat tämän harhaluulon. Itse asiassa viidesosalla maailman ihmisistä ei ole juomakelpoista vettä saatavilla, ja kaksi kertaa suuremmalla määrällä ei ole mahdollisuutta riittävän hyvään puhtaanapitoon. Myös biodiversiteetti muuttuu yhä enemmän huonon veden laadun seurauksena. Esimerkiksi Belgiassa ekologisesti tärkeällä Scheldt-joen alueella, vaihtelee veden laatu tyydyttävästä huonoon. Alueen biodiversiteetin vähentyminen johtuu pääasiassa teollisuudesta, kotitalouksista ja maataloudesta. Niinpä tarvittaisiin suuria muutoksia sekä vesitalouteen ja menettelytapoihin. Belgian Scheldt-joelta aina Pekingiin saakka jokaisen tulisi vaatia parempaa ja kestävämpää vesitaloutta suojellaksemme vesiplaneettaamme. Sekä nuorten että aikuisten tulisi huolestua ja toimia. Harjoituksen kuvaus Harjoituksen tärkein tavoite on tutustua tarkemmin jokien ja muiden vesimassojen laatuun sekä esittää kartalla vesiemme yleinen tila. Oppilaat mittaavat ensin kentällä veden laatua eri paikoissa. Havainnot kirjataan ensin Ecel-taulukkoon ja siirretään sitten digitaaliselle kartalle. Mittauspaikat tulee joko voida osoittaa kartalta tai niistä voidaan ottaa koordinaatit esimerkiksi GPS-laitteella. Lopuksi oppilaita pyydetään tarkastelemaan joen osaansa mittausten perusteella laadittujen karttojen ja kuvaajien perusteella. Niille oppilaille, joille koordinaattijärjestelmät eivät vielä ole tuttuja, voi olla hyödyksi tutustua pikaisesti siihen, kuinka pistekoordinaattien kanssa työskennellään. Tähän löytyy ohjeet harjoituksen lopusta. Syvällisempää ymmärrystä varten suositellaan käytettäväksi erityisesti maantieteellisiä ja projisoituja koordinaattojärjetelmiä käsitteleviä materiaaleja. Niitä löytää helposti Internetistä tai kirjastoista. Vaatimukset - Harjoituksessa tarvitaan analysoitavaa vesialuetta kuvaava kartta. Kartta (viitataan tästedes taustakarttana) voi olla joko rasteri- tai vektorimuotoinen (esim. skannattu kartta, ilmakuva, ). Taustakartan tulee olla rekisteröity koordinaatistoon (georeference). Jos se ei ole, katso inote 40 How can I georeference a map?. Päästäksesi alkuun, sinulla on käytössäsi taustakarttoja Schelde-joen alueesta (Pohjois-Ranska, Belga ja Hollanti): Riversegment.shp Surfacewaterbodies.shp Country_europe.shp Landcover + Landcover_2.lyr (Symbology/Unique value/import) (ei pakollinen) - Taulukkotiedosto (kuten Ecel), johon on täytetty kentällä kerätyt veden laadun mittaustulokset (katso kohta 1). Schelde-joen analysointia varten on käytettävissä valmis taulukko: sampling.ls (kentälle ei siis tarvitse lähteä) Harjoituksen kesto Kaksi 50 minuutin oppituntia, johon EI ole laskettu aineiston keräämistä kentältä (veden mittaukset) Numero Ohjeet i-notes Opettajan/ Kouluttajan aktiivisuus 1 Valmistellaan veden laadun mittaustulokset sisältävä tiedosto, joka viedään ArcMapiin. Oppilaan/ Osallistujan aktiivisuus 2

2 Kun mittaukset on tehty, lisätään taulukkoon seuraavat sarakkeet: Nimi & Mittausryhmän koordinaattori Vesiväylän nimi Päiväys Aika X koordinaatit (UTM) Y koordinaatit (UTM) Sää Lämpötila ( C) Happamuus Nitraattipitoisuus (mg / l) Fosfaattipitoisuus (mg / l) Happi (mg / l) Sameus (cm) Bioottinen indeksi (0-10) Huomio opettajalle: ArcMapilla voi olla ongelmia pitkien kenttänimien, erikoismerkkien ja välilyöntien tuomisessa. Siksi neuvomme sinua pitämään kenttien nimet mahdollisimman lyhyinä ja välttämään erikoismerkkejä. Yllämainittuja nimiä voi siis joutua muokkaamaan ja lyhentämään. ArcMapilla on myös ongelmia tuoda soluja "hour"-muodossa Ecelistä. Jos se ei onnistu, vaihda solun muodoksi Ecelissä tet muodon hour sijaan. Esimerkki siitä, miltä Ecel-taulukon tulisi näyttää ennen sen viemistä ArcMapiin. 2 AvaaArcMap Windowsin Start-valikosta 21 3 Projektin tallentaminen Tallenna projekti ArcMap-dokumentiksi (esim. WaterAnalysis.md), jotta voit million tahansa keskeyttää työskentelyn menettämättä tekemääsi työtä. Huomio opettajalle: Välttääksesi mahdollisia ongelmia, muista tallentaa työsi säännöllisesti. (Muista muistuttaa myös oppilaita.) 4 Set spatial reference Jos käytät tietokantoja, jotka ovat eri koordinaattijärjestelmissä, suosittelemme että asetat karttaikkunasi sopivampaan järjestelmään. Esimerkiksi taustakartta voi olla kansallisessa koordinaattijärjestelmässä (kuten Belge Lambert 1972) kun taas mittauspisteiden koordinaatit voivat olla toisessa järjestelmässä (kuten UTM WGS 1984). Määrittele siksi karttaikkunan koordinaattijärjestelmä näpäyttämällä Data Frame Proporties kohdassa View. Esimerkiksi projektille joka yhdistää tietokantoja Belgiasta, Ranskasta ja Hollannista, valitse kohdassa Coordinate System Predefined ja sitten Projected Coordinate Systems > 'UTM' > 'WGS 1984' > 'WGS 1984 UTM Zone 31N.prj'. 2

3 Zone 31N sisältää osia Ranskasta, Belgian sekä osan Hollannista. 5 Tiedoston lisääminen Lisää taustakartat (kuten vaatimuksissa mainittiin) ArcMapiin. 1 Huomio opettajalle: Maantieteellistä tietoa käytettäessä täytyy taustakartan olla valmiiksi rekisteröity koordinaatistoon. Jos näin ei ole, niin tee se ensin. 6 Tuo (import) taulukko, jonka laadit kohdassa 1 (mittaukset ja sijainnit) Ecel-taulukosta käyttäen toimintoa Add XY Data Huom!: Koordinaattijärjestelmän määrittely on tärkeää, joten älä unohda tehdä sitä tuodessasi aineistoa ArcMapiin. Tässä harjoituksessa ehdotamme käytettäväksi UTM WGS 1984-järjestelmää. Määritä siksi koordinaattisysteemi näpäyttämällä Select -painiketta ja valitsemalla Projected Coordinate Systems > UTM > WGS 1984 > WGS 1984 UTM Zone 31N.prj. Hyvä tietää: Avattuasi muokkaustoiminnon voit kopioida Ecel-taulukosta sarakkeen dbf-taulukkoon yksinkertaisella kopioi-liitä -toiminnolla. Tämä usein helpottaa aineiston tuomista ArcMapiin. 7 Aineiston tallentaminen (eporting) Tuotuasi uudet sijainnit ArcMapiin, huomaat tietokantaluettelossa uuden tietokannan (usein nimellä Sheet$ Events). Voi olla hyödyllistä tallentaa tämä uusi tietokanta vektoritietokannaksi. Näpäytä siis uutta tietokantaa hiiren oikealla näppäimellä, valitse Data alaspäin aukeavasta listasta ja näpäytä Eport Data. Varmista että tallennat All Features ja anna uudelle vektoritietokannalle esimerkiksi nimi 'Sampling.shp'. Lisää vektoritietokanta ArcMapiin. Huom!: Voit tarvittaessa muuttaa näytteidesi symbolit paremmin näkyviksi. 13 3

4 Kuva ArcMapistä kun mittauspisteet näkyvät kartalla. 8 Maantieteellisen kartan laatiminen 22 Muuta pisteiden symboliikkaa, niin että niistä näkee helposti, missä paikoissa bioottinen indeksi on korkein ja missä matalin. Muuttujan esittämiseksi kartalla on erilaisia vaihtoehtoja. Tässä harjoituksessa ehdotamme niistä kahta: 17 Jos mittauspisteitä on vähän, neuvomme sinua vaihtamaan merkit käyttäen yksittäisiä arvoja ja määrittämään ne kuten alla olevassa kuvassa on tehty. Tarvittaessa voit myös uudelleen järjestää symboleja (näpäytä oikealla symbol-kohtaa symbolien yläpuolella > flip symbols) parantaaksesi esitystä (esim. punainen merkitsee erittäin huonoa veden laatua ja vihreä erittäin hyvää). Esimerkki bioottisen indeksin luokittelusta yksittäisillä arvoilla. Jos mittauspisteitä on paljon, kannattaa mieluummin käyttää asteittaisia symboleja (graduated symbols) ja määritellä ne kuten alla olevassa kuvassa. 4

5 Esimerkki bioottisen indeksin luokittelusta asteittaisilla symboleilla (graduated symbols). 9 Legendan, pohjoisnuolen ja otsikon lisääminen maantieteelliseen karttaan Käytä Insert -toimintoa valikkopalkissa, kun haluat lisätä karttaan legendan, pohjoisnuolen ja otsikon. Legendaa varten voit muuttaa tietokannan nimeksi Biotic Inde ja kentän nimeksi Water quality, jotta legendassasi olisi oikeat termit. Se tapahtuu kaksoisnäpäyttämällä tietokannan nimeä sekä kentän nimeä tietokantaluettelossa, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. 22 (a) Kuva (a) näyttää millaiselta tietokantaluettelon tietojen tulisi näyttää, ja kuva (b) näyttää miltä legendan tulisi näyttää taittonäkymässä. (b) 10 Kohteiden nimeäminen Lisää nimilappu jokaiselle kartan pisteelle ja valitse nimikenttään joko jokaiselle oma tunnistusnumero tai vesiväylän nimi (esim. ID tai väylän nimi). Jälkimmäinen tapa ei kuitenkaan onnistu jos samalla vesiväylällä on useita mittauspisteitä. Nimilaput tulevat toimimaan linkkinä karttapisteiden ja kuvaajissa (jotka luot seuraavassa vaiheessa) olevan tiedon välillä. 11 Kuvaajan liittäminen taittoon Edellisessä vaiheessa esitimme veden laatua kartalla bioottisen indeksin avulla. Kuitenkin voisi olla hyödyllistä liittää karttaan näkyville myös lämpötila sekä veden fysikaalis-kemialliset ominaisuudet (hapen määrä, X 5

6 fosfaatti- ja nitraatti-pitoisuudet, happamuus sekä sameus). Tämä onnistuu, kun lisäämme kartan alle kuvaajan. Vaihda taittonäkymään. (1) Laadi kuvaaja kemiallisista ominaisuuksista: Laadi kuvaaja mallia vertikaalinen pylväs (vertical bar) Valitse kohtaan value field nitrate ja kenttään label field ID tai water body Varmista, että kohta show label on rastitettu Valitse väriksi custom avautuvasta listasta Kaksoisnäpäytä vertical bar -kohtaa kuvaajaikkunan alla ja nimeä se Lisää lopuksi uusi sarja (Add) ja toista vaiheet myös hapelle ja fosfaatille. Kuvassa näkyy, kuinka vertikaalinen kuvaaja laaditaan ArcMapissä. Nimeä seuraavaksi kuvaaja (esim. Chemical properties) ja anna vasemmanpuoleiselle akselille nimeksi mg/l, koska kemialliset ominaisuudet ovat näissä yksiköissä. Lopetettuasi kuvaaja ilmestyy uuteen ikkunaan. Lisätäksesi sen taittoon, näpäytä oikealla kuvaajaikkunaa ja valitse 'add to layout'. Taittoikkunassa voit raahata kuvia ja kuvaajia ja sijoitella ne kuten haluat. (2) Laadi kuvaaja lämpötilalle, sameudelle ja happamuudelle: Toista samat vaiheet, kuin kuvaajassa kemiallisista ominaisuuksista, mutta tee nyt 3 eri kuvaajaa joiden Value field - 6

7 kenttiin merkitset lämpötilan, sameuden ja happamuuden. Koska kussakin kuvaajassa on vain yksi muuttuja, sinun ei tarvitse rastittaa laatikkoa add to legend. Lisää kuvaajien otsikoiksi Lämpötila, Sameus ja Happamuus sekä vastaavasti vasemman akselin nimiksi astetta Celsiusta, cm ja ph. Tässä vaiheessa sinulla tulisi olla ArcMapissä maantieteellinen kartta sekä neljä kuvaajaa. Siirtele kuvaajia ja karttoja saadaksesi sopivan yleiskuvan. Mikäli haluat muokata kuvaajien ominaisuuksia, kaksoisnäpäytä kuvaajaa, jolloin kuvaajan ominaisuusikkuna aukeaa. Huom!: Jos jaluat muuttaa kuvaajan kokoa tai muotoa, kaksoisnäpäytä kuvaajaa ja ota rasti pois kohdasta 'Preserve Aspect Ratio' kohdassa 'Size and Position'. Kuva taittonäkymästä kartan ja neljän kuvaajan laatimisen jälkeen. 12 Kartan tallentaminen (eport) Kun olet tyytyväinen karttaasi ja sen taittoon, tallenna se. Voit myös halutessasi tulostaa sen. 19 7

8 Tallenna karttasi Eport-komennolla nimellä Wateranalysisomanimi.pdf ja tallenna se myös portfolioosi Moodleen. ONNITTELUT!!! Olet luonut hienon kartan ja kauniita kuvaajia. Mitä ajattelet katsoessasi karttaa tarkemmin? Onko se yhä hieno vai enemmänkin pelottava? Mitä oppilaat ajattelevat alueensa veden laadusta? Osaavatko oppilaat antaa syitä sille, miksi jotkut alueet ovat saastuneempia kuin toiset (esim. teollisuusalueen läheisyys, veden käyttö tehomaatalouteen, kotitalouksien jätevedet...)? Keskustelkaa oppilaiden kanssa siitä, millaiset muutokset vesitaloudessa tai menettelytavoissa voisivat muuttaa tilannetta parempaan tai huonompaan suuntaan. 42 Koordinaattijärjestelmien kanssa työskentely Jotta ArcMapiin voidaan lisätä mittauspisteet, on olennaista, että niiden koordinaatit tiedetään ja että ne ovat sopivan koordinaattijärjestelmän mukaisia. Se taas riippuu tutkimusalueesta, aineiston yhteensopivuudesta sekä käytetystä GPS-laitteesta tai kartasta. Seuraava osio antaa sinulle nopean yleiskuvan siitä, kuinka pistekoordinaattien kanssa toimitaan. Jaamme pistekoordinaatit kahteen eri luokkaan: maantieteellisiin koordinaatteihin (leveyspiirit (φ), pituuspiirit (λ)) ja projisoituihin (kutsutaan myös carthesialaisiksi tai geosentrisiksi) koordinaatteihin (X,Y). Seuraava lista antaa esimerkkejä Belgiassa, Ranskassa ja Alankomaissa käytetyistä pistekoordinaateista; - maantieteellinen koordinaattijärjestelmä ETRS89 or WGS84 eg. φ =50 39' ", λ = 4 22' " h = 143,146 m - projisoitu koordinaattijärjestelmä Universal Transverse Mercator (UTM ETRS89, WGS84 of ED50) eg. X = ,741 m, Y = ,939 m - projisoitu koordinaattijärjestelmä LAMBERT72 (vanhoissa belgialaisissa kartoissa) eg. X = m, Y = m, H = 100 m - projisoitu koordinaattijärjestelmä LAMBERT2008 (uudemmissa belgialaisissa kartoissa) eg. X = ,211 m, Y = ,654 m, H = 100 m - projisoitu koordinaattijärjestelmä NTF LAMBERT I, II, III of IV (ranskalaisissa kartoissa) eg. X= m, Y= m, H=100 m - projisoitu koordinaattijärjestelmä Rijksdriehoeksmeting (RD) - Normaal Amsterdams Peil (NAP), RDNAP of RDNAPTRANSTM ( usein Alankomaista tulevissa kartoissa) eg. X = ,777 m, Y = , 638 m, H = 100 m Internetistä löydät monia ilmaisia ohjelmia joilla voit vaihtaa koordinaattisi koordinaattijärjestelmästä toiseen. Belgian kansallinen maantieteellinen instituutti on esimerkiksi luonut cconvert-ohjelman, joka löytyy heidän kotisivuiltaan ( Ranskan kansallinen maantieteellinen instituutti sekä Alankomaat suosivat CIRE-ohjelmaa ( ja Coördinatie Calculator Versie 4.1-sovellusta (ladattavissa osoitteessa Sinun tulisi käyttää koordinaattijärjestelmää, joka sopii parhaiten tutkimusalueeseesi ja tutkimuksen tarkoitukseen. Tätä harjoitusta varten suosittelemme, että kaikki pisteet tallennettaisiin UTM WGS84- tai UTM- ETRS89-koordinaattijärjestelmissä, sillä ne ovat maailmanlaajuisia. This project has been funded with support from the European Commission. This publication reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information 8