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Using geovisualization to assess lead sediment contamination in Lake St. Clair

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Canadian Geographer / Le Géographe canadien

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Abstract

Many communities depend on Lake St. Clair for drinking water and recreational uses. In addition, it is an important transport route for natural resources and manufactured products. The St. Clair River, which flows into the lake from the northeast, is a major source of sediment. The upstream area is known as “chemical valley” due to a large amount of industrial activity located along the river. Sediment sampling surveys were conducted in 1970, 1974, and 2001 by Environment Canada as part of a continuing monitoring program. Two approaches to the representation, analysis, and visualization of lead contamination were used: a two‐dimensional Geographic Information System‐based approach using kriging and a three‐dimensional approach that utilized the interpolated kriging surfaces overlaid on bathymetry data. The results of combining this analytical method with a three‐dimensional representation appear to show that Lake St. Clair generally has lower levels of sediment contamination away from the main flow and circulation patterns leading to its Detroit River outlet. Lead levels declined below the threshold effect level in 2001 compared with the higher concentrations seen in 1970 and 1974. In addition, lake‐wide spatial distributions are better visualized using the kriging spatial interpolation results when they are overlaid on the bathymetry data. L'emploi d'outils de géovisualisation pour évaluer la contamination par le plomb des sédiments dans le lac Sainte‐Claire De nombreuses communautés utilisent les eaux du lac Sainte‐Claire à des fins d'approvisionnement (eau potable) et récréatives. De même, il sert d'axe principal pour le transport des ressources naturelles et des produits transformés. La rivière Sainte‐Claire, qui se jette dans le lac depuis le nord‐est, déverse d'importantes quantités de sédiments. La zone située en amont abonde de produits chimiques en raison des nombreuses activités industrielles en opération de part et d'autre de la rivière. Des échantillons de sédiments ont été prélevés par Environnement Canada en 1970, 1974 et 2001 dans le cadre d'un programme de surveillance continue. Deux démarches ont été mises en œuvre en vue de représenter, analyser et visualiser la contamination par le plomb : une première s'appuie sur un système d'information géographique à deux dimensions utilisant une modélisation par krigeage, et une seconde à trois dimensions utilisant les surfaces d'interpolation obtenue par krigeage superposées aux données bathymétriques. Cette méthode d'analyse conjuguée avec une représentation en trois dimensions permet d'observer une diminution générale du degré de contamination sédimentaire du lac Sainte‐Claire en retrait du courant du chenal principal menant à la décharge de la rivière Détroit. En 2001, les concentrations de plomb ont baissé au‐dessous du niveau de l'effet de seuil par rapport aux valeurs plus élevées observées en 1970 et 1974. En outre, une meilleure visualisation des répartitions spatiales du plan d'eau est obtenue grâce aux résultats tirés de l'interpolation spatiale par krigeage lorsque ceux‐ci sont superposés aux données bathymétriques.