Unterrichtsbeispiel - Wasseranalyse- Arbeitsblatt

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1 Unterrichtsbeispiel Wasseranalyse Arbeitsblatt Einleitung Man könnte denken, dass bei 71 prozentiger Wasserbedeckung der Erdoberfläche Wassermangel ein untergeordnetes Thema wäre. Aber die Realität zeigt ein anderes Bild: Ein Fünftel der Menschen hat keinen Zugang zu Trinkwasser, und doppelt so viele Menschen haben keine ausreichenden sanitären Einrichtungen. Auch die biologische Vielfalt wird zunehmend durch die schlechte Wasserqualität verändert. In Belgien beispielsweise ist die Wasserqualität von dem Fluss Schelde, der von hoher ökologischer Bedeutung ist, als mäßig bis schlecht bekannt. Industrien, Haushalte und Landwirtschaft sind hauptsächlich für den wichtigen Rückgang der biologischen Vielfalt in diesem Bereich verantwortlich. Von dem Schelde Bassin in Belgien bis zum Trinkwasser in Peking in China sollte jeder eine bessere und nachhaltige Wasserwirtschaft anstreben, um unseren "WasserPlaneten zu bewahren. Jugendliche und Erwachsene sollten dafür sorgen und Maßnahmen ergreifen. Aufgabenstellung Das Hauptziel der folgenden Übung ist es, einen genaueren Blick auf die Wasserqualität der Flüsse und Gewässer zu werfen und den allgemeinen Zustand unserer Gewässer zu visualisieren. Daher werden die Schüler/innen zuerst Wasserqualitätmessungen im Gelände an unterschiedlichen Standorten machen. Die Beobachtungen werden in einer EcelDatei aufgezeichnet und anschließend auf einer digitalen Karte dargestellt. Dies bedeutet, dass man die Standorte als Punkt auf einer Karte sucht oder die Koordinaten der Standorte durch Satellitennavigationsgeräte aufnehmen kann. Am Ende der Übung werden die Schüler gebeten, einen naheliegenden Fluss auf Basis der Karten und Grafiken, die sie mit ihren erstellten Wassermessungen gemacht haben, zu analysieren. Für Schüler/innen, die nicht mit geographischem Bezugsysteme vertraut sind, ist es wertvoll, zunächst einen schnellen Überblick über den Umgang mit geographischen Koordinaten zu erhalten. Dies finden Sie am Ende der Übung. Für ein tieferes Verständnis ist es empfehlenswert, Fachliteratur über Kartenprojektionen zu lesen. Diese sind über das Web und in Bibliotheken leicht zugänglich. Bedarf Karten über den analysierten Flussbereich sind notwendig, um diese Übung zu machen. Die Karte (im Folgenden als Grundkarte bezeichnet) kann entweder im Vektor oder RasterFormat sein (z. B. gescannte Karte, Luftbild, etc.). Sie sollte auch georeferenziert werden. Wenn die Grundkarte nicht georeferenziert ist, dann finden Sie Hinweise auf inote 40 Wie kann ich eine Karte georeferenzieren? ". Zum Starten geben wir Ihnen Grundkarten von dem Schelde Bereich (Nordfrankreich, Belgien und Holland): Riversegment.shp Surfacewaterbodies.shp Country_europe.shp Landcover + Landcover_2.lyr (Symbologie / Unique Value / Import) (nicht obligatorisch) Tabellen (z. B. Ecel) mit den Wasserqualitätsmessungen für den gewählten Flussabschnitt (Siehe erster Schritt). Für die ScheldeAnalyse haben wir eine Tabelle mit Wasserdatensammlungen vorbereitet, sampling.ls genannt (Es gibt dann keine Notwendigkeit, eigene Erhebungen zu machen).

2 Dauer der Übung 2 Unterrichtseinheiten von 50 Minuten, unabhängig von der Datenerhebung im Freien (Wassermessungen) Nummer Anweisung inotes Lehrer/ 1 Vorbereitung der Datei, die die Wasserqualitätsmessungen enthält, und in ArcMap einzufügen ist Sobald die Messungen gemacht sind, sollten die folgenden Spalten in Ihrer Datei ergänzt werden: Name & Measurement Group Coordinator Name des Flusses: Datum: Uhrzeit: X Koordinaten (UTM): Y Koordinaten (UTM): Wetter Temperatur ( C) Säuregehalt Nitratgehalt (mg / l) PhosphatGehalt (mg / l) Sauerstoff (mg / l) Trübung (cm) Biotischer Inde (010) Fortbildner Aktivitäten Schüler/ Teilnehmer Aktivitäten 2 Hinweis für Lehrer/innen: ArcMap könnte einige Probleme beim Import von sehr langen Feldnamen, Sonderzeichen und Leerzeichen haben. Wir empfehlen, die Feldnamen so kurz wie möglich und ohne Sonderzeichen zu halten. Daher sollten die oben angegebenen Namen geändert werden (z. B. Name, Gewässer, Datum, Stunde,, y, Wetter, Temperatur, Säuregehalt, Nitrat). ArcMap hat auch einige Probleme beim Importieren von Zellen im "Stunden"Format von Ecel. Wenn es nicht funktioniert, ändern Sie die Zelle in Ecel als "Tet" anstelle von "Stunde"). A Beispiel von einer EcelDatei, bevor sie in ArcMap eingesetzt wird 2 ArcMap vom Windows Start Menü öffnen. 2

3 3 Das Projekt speichern Speichern Sie das Projekt als ArcMap Dokument (z. B. WaterAnalysis.md), so dass Sie jederzeit Ihre Arbeit beenden können. 21 Hinweis für Lehrer/innen: Während des gesamten Projekts regelmäßig speichern 4 Den Raumbezug setzen Falls Sie Datensätze mit unterschiedlichen räumlichen Bezugssystemen benutzen, empfehlen wir Ihnen, den Datenrahmen mit dem eher konventionellen System zu setzen. Zum Beispiel könnte die Grundkarte einen nationalen räumlichen Bezugssystem (wie Belge Lambert 1972) haben, während die Felder Messungen ein weiteres System haben könnte (z. B. UTM WGS 1984) haben. Dafür definieren Sie den Bezugssystem des Datenrahmens, indem Sie auf "Datenrahmencharakteristiken (Data Frame Properties) unter 'Ansicht' (View) klicken. Zum Beispiel für die Kombination von ProjektDatensätzen aus Belgien, Frankreich und Holland, nach dem "Koordinatensystem" Tab, wählen Sie "Vordefinierte' und dann 'projizierte Koordinatensysteme '>' UTM '>' WGS 1984 '>' WGS 1984 UTM Zone 31N.prj". Zone 31N enthält zum Teil Frankreich, Belgien und die Niederlande. 5 Eine Datei hinzufügen Die Grundkarte in ArcMap hinzufügen (wie beim Anfangshinweis erwähnt). 1 Hinweis für Lehrer/innen: Das Überlagern geographischer Dateien erfordert, dass die Grundkarten vorher georeferenziert sind. Wenn es nicht der Fall ist, sollten Sie diese zuerst georeferenzieren. 6 Die in Schritt 1 erstellte Tabelle importieren (Messungen und Standpunkte) von der EcelDatei mit 'Add XY Data' Hinweis: Die Definition des Koordinatensystems ist auch wichtig und sollte beim Import der Daten in ArcMap definiert werden. In der vorliegenden Übung werden wir vorschlagen, UTM WGS 1984 zu verwenden. Daher definieren Sie das Referenzsystem durch Klicken auf die Taste "Auswahl" und wählen Sie "projizierte Koordinatensysteme '>' UTM '>' WGS 1984 '>' WGS 1984 UTM Zone 31N.prj '. Gut zu wissen: Es ist möglich, nach dem Öffnen einer Bearbeitungssitzung, eine Spalte von einer EcelDatei in eine DBF Tabelle durch ein einfaches "KopierenKleben" zu kopieren. Dies erleichtert oft die Einfuhr von Daten in ArcMap. 3

4 7 Daten eportieren Nachdem Sie die Standorte in ArcMap importiert haben, werden Sie einen neuen Datenlayer in der Inhaltstabelle von ArcMap sehen. Es könnte nützlich sein, diesen neuen Layer als Shapedatei zu speichern. Daher klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den neuen Layer, wählen Sie "Daten" in der DropdownListe und klicken Sie auf "Eport Daten". Achten Sie darauf, Sie eportieren Alle Funktionen" und Sie geben der neuen Shapedatei den Namen z. B. "Sampling.shp '. Fügen Sie die ShapeDatei in ArcMap ein. 13 Hinweis: Bei Bedarf können Sie die Symbole Ihrer Probenahme Daten ändern, damit sie besser sichtbar sind. Screenshot von ArcMap mit den Standorten von Wassermessungen 8 Eine Karte erstellen Ändern Sie die Symbolik der Punkte, so dass es leicht zu sehen ist, welche Orte den höchsten oder den niedrigsten, biotischen Inde haben. Es gibt verschiedene Optionen, um die Variable auf der Karte darzustellen. In der vorliegenden Übung schlagen wir zwei Möglichkeiten vor:

5 Wenn Sie nur ein paar Probeentnahmestellen haben, raten wir Ihnen, die Etiketten mit eindeutigen Werten zu definieren, wie auf dem Bild unten. Bei Bedarf können Sie auch die Symbole austauschen (rechte Maustaste auf Symbol Register über die Symbole > Flip Symbole), um eine bessere Übersicht zu haben (z.b. Rot stellt eine sehr schlechte Wasserqualität vor und Grün eine sehr gute Wasserqualität). Ein Beispiel, wie man den biotischen Inde in einer Karte mit eindeutigen Werten klassifiziert Wenn Sie zahlreiche Messstellen haben, verwenden Sie lieber standardisierte Symbole, wie auf folgenden Bild. 9 Legende, Nordpfeil und Titel in die Landkarte hinzufügen Verwenden Sie die 'Einfügen' Funktion im Hauptmenü, um eine Legende, ein Nordpfeil und einen Titel auf die Landkarte hinzuzufügen. Für die Legende könnten Sie den Namen des Layers 'Biotischer Inde' und den Namen des Feldes "Wasserqualität", um sicher zu sein, dass Ihre Legende den richtigen Titel hat. Dies wird durch einen Doppelklick auf die Schichtund Feldnamen in der Inhaltstabelle gemacht, wie unten dargestellt wird. 22 (a) (b) Abbildung (a) zeigt, wie die Daten in der Inhaltstabelle erscheinen, während Abbildung (b) zeigt, wie die Legende in der LayoutAnsicht aussieht. 5

6 10 Kennzeichnung der Funktionen Fügen Sie Bezeichnungen zu jedem Punkt auf der Karte ein, indem Sie als LabelFeld eine eindeutige Identifikationsnummer oder den Namen des Gewässers (z. B. ID, Gewässer) wählen. Tatsächlich wird dieses LabelFeld zur Verknüpfung von Punkten auf der Karte und den Daten in den Grafiken, die Sie in den folgenden Schritten erstellen werden. 11 Eine Grafik in das Layout einfügen Im vorherigen Schritt haben wir die Wasserqualität auf der Karte mit Hilfe von dem biotischen Inde angezeigt. Allerdings könnte es auch nützlich sein, die Temperatur und die physiochemischen Eigenschaften (Sauerstoff, Phosphat und NitratKonzentrationen, Säure und Trübung) des Wassers zu integrieren. Dies kann durch Einfügen einer Grafik unterhalb der Karte durchgeführt werden. Wechseln Sie zu Layout X (1) Erstellen Sie eine Grafik der chemischen Eigenschaften: Erstellen Sie eine Grafik Typ 'senkrechter Strich' Wählen Sie als WertFeld "Nitrat" und als LabelFeld "ID oder Gewässer" Überprüfen Sie, ob "dieses Etikett angezeigt wird. Für die Farbe wählen Sie definiert" in der DropdownListe. Doppelklicken Sie auf den senkrechten Strich" Tabelle unterhalb von dem GrafikFenster und geben Sie einen Namen Fügen Sie neue Serien ein und wiederholen Sie die obigen Schritte für Sauerstoff und Phosphate. 6

7 Dieser Screenshot zeigt, wie eine senkrechte Grafik in ArcMap gemacht wird Als nächstes geben Sie der Grafik einen Titel (z. B. Chemische Eigenschaften) und für die linke Achse geben Sie als Titel "mg / l", da diese die Einheiten der chemischen Eigenschaften sind. Dann wird die Grafik in einem neuen Fenster angezeigt. Um diese in das Layout zu setzen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Grafikfenster und wählen Sie 'zu Layout hinzufügen ". In der LayoutAnsicht können Sie die Bilder und Graphiken an dem richtigen Platz stellen. (2) Erstellen Sie eine Grafik von der Temperatur, Trübung und Säure: Wiederholen Sie die gleichen Schritte wie für die Grafik der chemischen Eigenschaften, aber dieses Mal machen Sie drei verschiedene Grafiken für die Temperatur, die Trübung und die Gesamtsäure als Wertefeld. Da es nur eine Variable für jede Grafik gibt, brauchen Sie nicht, das Kästchen "Legende hinzufügen ' zu überprüfen. Definieren Sie als Grafiktitel "Temperatur", "Trübung" und "Säure" und für die linke Achse geben Sie als Titel bzw. "Celsius Grad", "cm" und "ph". An diesem Punkt sollten Sie in ArcMap eine geographische Karte und die vier Grafiken haben. Arrangieren Sie die Grafik und die Karte so, dass Sie einen guten Überblick haben. Wenn Sie die Grafikeigenschaften ändern wollen, doppelklicken Sie auf die Grafik und das GrafikeigenschaftenFenster wird geöffnet. 7

8 Hinweis: Wenn Sie die Größe und die Form der Grafik ändern wollen, doppelklicken Sie auf die Grafik und deaktivieren Sie das Kontrollkästchen "Seitenverhältnis beibehalten" in der "Größe und Position Tabelle. Screenshot der Layoutansicht nach dem Erstellen einer Karte und von vier Graphiken. 12 Eine Karte eportieren Wenn Sie mit Ihrer Karte und Layout zufrieden sind, können Sie sie 19 eportieren oder drucken. Eportieren Sie Ihre Karte als Wasseranalyseyourname.pdf und 42 speichern Sie sie in Ihr Portfolio auf der Lernplattform. WIR GRATULIEREN!!! Sie haben eine schöne Karte mit wunderschönen Grafiken erstellt. Doch schauen wir genauer hin! Ist es eher angenehm oder erschreckend? Was denken die Schüler über die Wasserqualität ihrer Region? Können die Schüler einige Gründe geben, warum bestimmte Bereiche verschmutzter als andere aussehen (z. B. in der Nähe von Industriegebieten, Gewässern von intensiver Landwirtschaft, Abwässern aus Haushalten, )? Diskutieren Sie gemeinsam mit den Schülern über die Möglichkeit, wirtschaftliche Maßnahmen zu nehmen und eine Politik zu führen, die alles besser oder schlechter machen kann. 8

9 Hinweis zum Umgang mit Koordinatensystemen Um Punkte in ArcMap zu erhalten, ist es wichtig, dass die Koordinate der Messpunkte bekannt sind und in einem angemessenen Bezugssystem angegeben sind. Dies ist oft eine Funktion von Interesse für die Region, für die DatenInteroperabilität, für die GPS. Der nächste Abschnitt gibt einen schnellen Überblick über den Umgang mit Koordinaten. Es gibt zwei Hauptklassen von Punktkoordinaten, die geographischen Koordinaten (Breitengrad (φ), Länge (λ)) und die projizierten (oder auch als kartesischen oder geozentrischen) Koordinaten (X, Y). Die folgende Liste enthält Beispiele für die Punktkoordinaten, die oft in Belgien, Frankreich und den Niederlanden auftreten. Das geographische Koordinatensytem ETRS89 or WGS84 z. B. φ =50 39' ", λ = 4 22' " h = 143,146 m Das projizierte Koordinatensystem Universal Transverse Mercator (UTM ETRS89, WGS84 of ED50) z. B. X = ,741 m, Y = ,939 m Das projizierte Koordinatensystem LAMBERT72 (oft in den alten belgischen Karten verwendet) z. B. X = m, Y = m, H = 100 m Das projizierte Koordinatensystem LAMBERT2008 (in den neueren Karten von Belgien) z. B. X = ,211 m, Y = ,654 m, H = 100 m Das projizierte Koordinatensystem NTF LAMBERT I, II, III of IV (oft in den französische Karten verwendet) z. B. X= m, Y= m, H=100 m Das projizierte Koordinatensystem Rijksdriehoeksmeting (RD) Normaal Amsterdams Peil (NAP), RDNAP of RDNAPTRANSTM (oft in den niederländischen Karten verwendet). z. B. X = ,777 m, Y = , 638 m, H = 100 m Auf den Internetseiten finden Sie eine Vielzahl von kostenlosen Softwaren, so dass Sie Ihre Punkte Koordinaten von einem Bezugssystem zu einem anderen wechseln können. Das National Geographic Institut von Belgien, zum Beispiel, hat eine kostenlose Software, namens cconvert, auf ihrer Website zur Verfügung gestellt ( Ebenso schlagen die Nationalen Geographischen Instituten Frankreichs und der Niederlande folgende Software vor: CIRE ( und Coördinatie Calculator Versie 4.1 (herunterzuladen auf 'download' auf der Website Sie sollten daher ein Koordinatensystem benutzen, das am besten von Interesse für Ihre Region ist und der Zweck der Studie ist. Für diese Übung werden wir annehmen, dass alle Punkte in UTM WGS84 oder UTM ETRS89 sind, da diese Koordinatensysteme universell sind. Dieses Projekt wurde mit Unterstützung der Europäischen Kommission finanziert. Diese Veröffentlichung spiegelt nur die Meinungen des Autors wieder und die Kommission haftet nicht für eine weitere Verwendung der Information. 9