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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
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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
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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
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-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
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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
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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
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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
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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)
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Nichols Lake 2002
Bathym etry, depth in m eterseast-to -west1 .bln
north-to-south1.bln
north -to-south2.bln
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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
![Page 15: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/15.jpg)
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
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0.004
0.008
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0.016
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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
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0.024
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0.032
0.036
0.040
0.044
0.048
N icho ls Lake 2001W eight (kg) N ajasD ata from plant hook tosses
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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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All pings along transects
Pings where submerged plants detected
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Clifford Lake 2002Relative plant density (dry g/m 2)Estimated from acoustic survey
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Clifford Lake
8 meter littoral zoneVolume = 60.0% of total lake
15 foot (4.6m) littoral zoneVolume = 22.6% of total lake
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Clifford Lake 2002
Shoreline distance for start of transect (m)0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 4400
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Sum of hook tossesSum of acoustic density
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August 28, 2002
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################### Clifford Lake hydroacoustic transects
Transect 2200
August 28, 2004
![Page 23: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/23.jpg)
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#All hydroacoustic pings along transect
Pings where submerged plants detected
Big Platte LakeHydroacoustic data <
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![Page 24: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/25.jpg)
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Big Platte Lake 2003Relative plant density (dry g/m 2)Estimated from acoustic survey
![Page 26: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/26.jpg)
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Big Platte Lake
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#All 2003 hydroacoustic pings
2003 pings where submergentplants detected
![Page 27: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/27.jpg)
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% 1940 sites where submergent plantswere recorded
Big Platte Lake
1940 sites where emergent plantswere recorded#
![Page 28: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/28.jpg)
Big Platte Lake
8 meter littoral zoneVolume = 17.0% of total lake
15 foot (4.6m) littoral zoneVolume = 9.1% of total lake
![Page 29: Using Sonar and GIS To Investigate Aquatic Communities in Lk. St. Clair and Inland Lakes Robert HaasRobert Haas Michigan Department of Natural ResourcesMichigan](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022062413/5a4d1b3e7f8b9ab05999fa24/html5/thumbnails/29.jpg)
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
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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
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This stinks!
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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.”
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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 318
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42 39.2582 43.50
Station 318Lake Huron
Lake St. Clair
Lake Erie
Anchor Bay
St. ClairRiver
DetroitRiver
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Lake St. Clair
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Submerged plant biomass
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50
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r2 = 0.8090
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