Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair

and Inland Lakes•Robert HaasRobert Haas•Michigan Department of Natural Resources Michigan Department of Natural Resources •Lake St. Clair Fisheries Research Station Lake St. Clair Fisheries Research Station •Mt. Clemens, MIMt. Clemens, MI

Plant hydroacoustic data collected with BioSonics DE-6000 digital echosounder equipped with a 430 kHz 60 split-beam transducer

Lake sturgeon abundance information collected with Marine Sonic 600 kHz Sidescan Sonar

Vector-type data

Raster-type data

                       

 GPS

Report Latitude Longitude GPS time

Mid Ping Number

Bottom depth

(m) Plant

height (m)

Percent plant cover

Bare pings

Plant pings  

  1 42.64262 -82.78150 14.3197 7 -2.47 0.54 100 0 14  

  2 42.64262 -82.78141 14.3208 19 -2.47 0.42 100 0 10  

  3 42.64262 -82.78137 14.3214 29 -2.45 0.47 100 0 10  

  4 42.64261 -82.78133 14.3219 39 -2.47 0.41 100 0 10  

  5 42.64261 -82.78127 14.3225 49 -2.45 0.36 100 0 10  

                       

GIS software used most often are ESRI’s ArcView® 3.2 with spatial analyst extension, Golden Software’s 3D mapping software called SURFER®, BioSonics software for submerged plant analysis called EcoSAV® and hydroacoustic integration software by SonarData called EchoView®.

Example EcoSAV® output

Percent plant biovolume = Plant Height / Water Depth X Plant Cover

-21-20-19-18-17-16-15-14-13-12-11-10-9-8-7-6-5-4-3-2-10

Depth (m)

Nichols Lake Bathymetry

Hydroacoustic estimates of plant (relative) density (dry g/m2) within cells 10 m wide by 1 m deep. [Nichols Lake Transect T450; 7/24/02]

15 foot depth

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Nichols LakeHydroacoustic Transects

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All pings along transects

Pings where submerged plants detected

25

50

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

Nichols Lake 2002Relative plant density (dry g/m 2)Estimated from acoustic survey

Nichols Lake 2002

Transect starting point around lake (meters from boat ramp)400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

Tota

l pla

nt w

eigh

t (kg

)

0

5

10

15

20

Sum of hook toss wet weightSum of acoustic density data

024681 01 21 41 61 82 02 22 42 62 83 03 23 43 63 84 04 24 4

Nichols Lake

Percent of water column withinSubmerged plant canopy (biovolume)

Nichols Lake 2002

Bathym etry, depth in m eterseast-to -west1 .bln

north-to-south1.bln

north -to-south2.bln

Nichols Lake 2002

Distance (m) along transect (north-to-south1.bln)200 300 400 500 600

Dep

th (m

eter

s)

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

BottomTop of plants

0.00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.60.70.70.80.80.80.90.91.01.11.11.2

N ichols Lake 2001W eight (kg) of C haraFrom plant hook sam ples

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0.028

0.032

0.036

0.040

0.044

0.048

Nichols Lake 2001W eight (kg) NajasData from p lant hook tosses

0.000

0.004

0.008

0.012

0.016

0.020

0.024

0.028

0.032

0.036

0.040

0.044

0.048

N icho ls Lake 2001W eight (kg) N ajasD ata from plant hook tosses

8 m eter littoral zoneVolum e = 8.2% of total lake

15 foot (4.6m) littoral zoneVolum e = 3.7% of total lake

Nichols Lake

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Clifford Lake Hydroacoustic Transects

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All pings along transects

Pings where submerged plants detected

25

50

100

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2500

Clifford Lake 2002Relative plant density (dry g/m 2)Estimated from acoustic survey

Clifford Lake

8 meter littoral zoneVolume = 60.0% of total lake

15 foot (4.6m) littoral zoneVolume = 22.6% of total lake

Clifford Lake 2002

Shoreline distance for start of transect (m)0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400

Tota

l pla

nt w

eigh

t (kg

)

0

5

10

15

20

25

Sum of hook tossesSum of acoustic density

August 28, 2002

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################### Clifford Lake hydroacoustic transects

Transect 2200

August 28, 2004

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#All hydroacoustic pings along transect

Pings where submerged plants detected

Big Platte LakeHydroacoustic data <

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T6grid T5grid

T2grid

T3grid

Nw9-2ln

Station Longitude Latitude

Nw9-2ln -86.1205100 44.6983900

T2grid -86.0667600 44.6808400

T3grid -86.0637000 44.6838500

T5grid -86.0656100 44.6769500

T6grid -86.0685500 44.6776600

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Big Platte Lake 2003Relative plant density (dry g/m 2)Estimated from acoustic survey

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% 1940 sites where submergent plantswere recorded during lake mapping operations

Big Platte Lake

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#All 2003 hydroacoustic pings

2003 pings where submergentplants detected

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% 1940 sites where submergent plantswere recorded

Big Platte Lake

1940 sites where emergent plantswere recorded#

Big Platte Lake

8 meter littoral zoneVolume = 17.0% of total lake

15 foot (4.6m) littoral zoneVolume = 9.1% of total lake

                 

  Comparison of Nichols, Clifford, and Big Platte lakes  

      Percent of   Percent of   Percent of  

    Platte Lake total vol. Clifford Lake total vol. Nichols Lake total vol.  

  Surface acres 2,481   197   158    

  Total volume (m3) 79,993,664   3,638,849   14,619,562    

  Volume of littoral (4.7m extent) 7,237,355 9.05 821,922 22.59 545,633 3.73  

  Volume of littoral (8m extent) 13,620,727 17.03 2,182,712 59.98 1,194,824 8.17  

  Surface acres in 8m littoral zone 1,281   159   100    

  Within 8m littoral zone              

  Relative acoustic density dry wt. g/m2 237.35   335.33   552.08    

  Plant biomass (relative) lbs/acre 26.60   37.59   61.88    

  Mean bottom coverage by plants (%) 5.91   50.18   47.54    

  Mean bio-volume (%) 1.92   7.07   9.57    

  Est. biomass (lbs) dry wt. of plants 2,014   3,003   2,944    

                 

WildCelery

•Aquatic plants have increased

•Plant increase associated with increases in smallmouth bass, muskellunge, yellow perch

•Plants provide nutrients, habitat, stabilize sediment, improve water transparency

•Critical food source for fall migratory waterfowl

•Occasional die-offs cause nuisance conditions, public demand for control

Issue: Aquatic Plants

This stinks!

1893 AquaticPlant Study of Michigan waters

“The bottom of the lake wherever examined, was found to be coveredby plants (much Chara). It is probable that it also covers the bottom of the whole lake.”

1978

1. Many assumed 1978 was good.2. Compared 1990 and 1994.3. Reasoned that changes were bad because of floating vegetation and bacteria problems in 1994.4. Actually, 1994 was much closer to original, natural condition.

Rooted Aquatic PlantsWhat happened in 1994?

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Station 318Lake Huron

Lake St. Clair

Lake Erie

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