مقالة منهجية

الالتقاط مرجح تدفق الماء والجسيمات العالقة من القنوات الزراعية خلال أحداث الصرف

DOI:

10.3791/56088

⸱

نوفمبر 7, 2017

 ,  ,  , 
1Soil and Water Sciences Department, University of Florida, 2Everglades Research and Education Center, University of Florida

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المغذيات الموجودة في شكل جسيمات يمكن أن تسهم كثيرا تحميل الشاملة في مياه الصرف الزراعي. تصف هذه الدراسة طريقة جديدة التقاط المرجحة تدفق الماء والجسيمات العالقة من المزرعة قناة تصريف المياه عبر طوال فترة الحدث الصرف.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

والغرض من هذه الدراسة وصف الطرق المستخدمة لالتقاط المرجحة تدفق المياه والجسيمات العالقة من القنوات المزرعة أثناء تصريف تصريف الأحداث. يمكن إثراء القنوات المزرعة بالمغذيات مثل الفوسفور (P) التي عرضه للنقل. الفوسفور في شكل جسيمات معلقة يمكن أن يسهم إسهاما كبيرا في الأحمال ف عموما في مياه الصرف. وأجريت تجربة خزان الترسيب لالتقاط الجسيمات العالقة خلال أحداث الصرف المنفصلة. وجمعت المزرعة قناة تصريف المياه في سلسلة من دبابتين تسوية 200 لتر على مدى طوال فترة الحدث الصرف، حيث تمثل عينة فرعية مركب من المياه التي يجري تصريفها. وتستخدم الأقماع تسوية Imhoff في نهاية المطاف تسوية خارج الجسيمات العالقة. ويتحقق ذلك بالمياه السحارة من الدبابات تسوية عن طريق المخاريط. ثم يتم تجميع الجسيمات للتحاليل الفيزيائية والكيميائية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مصير والنقل للجسيمات العالقة كانت موضوع دراسات عديدة بسبب دورها في اتخام المياه بالمغذيات، خاصة في النظم الزراعية1،2. إجراء تقييم شامل للعناصر الغذائية الموجودة في الجسيمات داخل نظام المائية ضروري للتحقيق في العديد من القضايا البيئية، مثل ركوب الدراجات الداخلية للمواد الغذائية وإطلاق سراح السطحية عمود المياه3، الركيزة الاستقرار وتوافر الضوء داخل عمود الماء، والشواغل المتعلقة بجودة المياه للنظم الإيكولوجية المصب4في نهاية المطاف. كمية الفوسفور (P) المخزنة في شكل جسيمات (المواد العضوية أو الرواسب) عادة أكبر من أي وقت في عمود المياه5. دراسة أجرتها كيني وآخرون. 6 تبين أن الرواسب الأخيرة التي أودعت في بحيرة لوتشلوسا، فلوريدا بين العمرية 1900 و 2006. هذه الرواسب الأصغر الواردة ف حوالي 55 مرة أكثر من تلك التي كانت موجودة في عمود الماء. يتمثل أحد النهج لتوصيف الأثر المحتمل الذي قد الجسيمات على نظام معين إجراء جرد كمية الفوسفور المخزنة في الرواسب خرجوا خلال أحداث الصرف. جمع وتحليل هذه الجسيمات خرجوا يمكن أن تساعد في تقدير الآثار المصب المغذيات في النظم الإيكولوجية الحساسة.

الأحداث العاصفة عادة تمثل نسبة ضئيلة من الوقت، ولكن يمكن أن تسهم في غالبية ف تحميل التفريغ في الصرف الزراعي. هذا سبب بغية منع الفيضانات الحقول، استنزاف كمية كبيرة من المياه على مدى فترات قصيرة من الوقت. معدلات كثافة وتدفق مياه الأمطار حيوية القيادة من العوامل التي يمكن التحكم بتركيز الرواسب العالقة في الجريان السطحي البري7. تصميم أساليب الرصد الذي يلتقط العينات المرجح تدفق المياه المركبة سيساعد على تجنب الأخطاء المرتبطة بالأحداث المعقدة، وارتفاع كثافة الأمطار. خلال أحداث التفريغ العالي مثل العواصف، قد لا تكون تغييرات سريعة وجذرية في تركيزات الممثل لتركيز الملوثات متوسط لوحدة التخزين الإضافية. ولذلك يمثل عينات المرجحة تدفق المياه أكثر دقة تركيز حدث التفريغ كما مجموع الأحمال على مدى فترة من الزمن8. العينات المرجح التدفق الأكثر شيوعاً عينات منفصلة أو المركبة التي يتم جمعها تلقائياً. بواسطة التقاط الجسيمات المعلقة المصدرة من المزرعة الصرف أثناء التفريغ يسمح لنا بقياس شدة الحدث على تحميل ف. الأسلوب الموصوفة في هذه الدراسة يساعد على التقاط الجسيمات التي يمكن بعد ذلك وصف للخصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة. الجدة من أخذ العينات تصريف الصرف باستخدام أسلوب استمرار تدفق مركب مقابل الاستيلاء على أخذ العينات أنه تمثيل أفضل للظروف الميدانية خلال كامل مدة الحدث الصرف. في حين، الاستيلاء على أخذ العينات هو "لقطة" في الوقت المناسب، ولا يجوز تماما تمثل أثر الحدث برمته.

ايفرجليدز الزراعية منطقة (EAA) في جنوب فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية هو رقعة كبيرة من ايفرجليدز الأصلي الذي كان channelized واستنزاف للزراعة، والتنمية التجارية والسكنية. تقريبا تبرأ 1100 مليون م3 من المياه سنوياً من ومن خلال قانون إدارة الصادرات إلى جنوب و جنوب شرق9. التربة في EAA هي هيستوسولس التي عادة تحتوي على أكثر من 85 في المائة من العضوية يهم بالوزن ويكون أقل من 35% محتوى المعدنية10. قناة الرواسب وعادة ما يكون منخفض الكثافة (بين 0.14 ز سم-3 ل سم ز 0.35-3)، محتوى المواد العضوية عالية (بين 31-35 في المائة) وقيم ف الكلي (TP) تتراوح ما بين 726 ملغ-1,089 كجم-1 11.

غرض هذه التظاهرة، تم اختيار مزرعة داخل قانون إدارة الصادرات. هيدروسكابي لكيفية تدفق المياه داخل قانون إدارة الصادرات يعتمد على مضخات والجاذبية. ويتألف كل مزرعة في EAA قناة رئيسية واحدة على الأقل، وخنادق ميدانية متعددة. خنادق الميدان تشغيل خط عمودي إلى القناة الرئيسية. المضخات عادة تخدم غرضاً مزدوجاً؛ وهي تسليم مياه الري للمزرعة وأيضا تصريف مياه الصرف بعيداً عن الموقع. عند الميادين تحتاج إلى أن ينضب، هو خفض المياه في القناة الرئيسية، وتستنزف المياه من الحقل في الخنادق، مدفوعا بتدرج هيدروليكي. سبب منحدر طفيفة فقط في معظم السطحي من الأمطار التي تحدث على تدفقات الحقول عن طريق التشكيل الجانبي للتربة في العبور إلى الميدان خنادق.  أثناء الري، وهو عكس النظام. هناك لا شبكة للصرف بلاط في EAA. المياه الجوفية هي الحفاظ على ارتفاع معين بسبب حصر طبقة من الحجر الجيري صخر الأديم أونديرلينج التربة.  يوجه المياه عن طريق الترع الرئيسية؛ يتم ملء حقل الخنادق، ومسموح للمياه أن تتسرب إلى التشكيل الجانبي التربة رفع مستويات المياه الجوفية في الحقول. الطلب على مياه الري في قانون إدارة الصادرات تحدث عادة، خلال آذار/مارس، نيسان/أبريل، وأيار/مايو (الموسم الجاف)، مع تصريف الصرف الصحي سوى القليل جداً. وفي المقابل، حجم المياه التي يجري تصريفها بين حزيران/يونيه وتشرين الأول/أكتوبر (موسم الأمطار) أعلى بكثير. وجود قناة البنك سواتر وخنادق تسمح للحد الأدنى الجريان السطحي للمياه كما القنوات مصدرا محتملاً للتحميل ف إلى المزرعة12.

في هذه التجربة البصرية، نقدم طريقة جديدة للالتقاط مرجح تدفق الجسيمات العالقة خلال أحداث الصرف التي يمكن استخدامها في وقت لاحق لتحديد الخصائص الفيزيائية-الكيميائية مثل الكثافة، محتوى المادة العضوية، وتجزئة ف13 ،14.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1-تركيب Datalogger وأعمال

  1. تحديد مزرعة لدراسة وتثبيت datalogger الذي يقوم بتشغيل أوتوسامبلير جمع عينات من تدفق مركب على أساس تناسبي تدفق، الأمر الذي يتطلب رصد مستويات القناة، مضخة الرأس الثورات، ومضخة معايرة المعادلة.

figure-protocol-1
رقم 1: التصنيف العينات المستخدمة للبرنامج التلقائي-أخذ العينات الإجراءات المتعلقة بمياه الصرف المركبة والجسيمات الدقيقة في المياه أخذ العينات- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. رصد مستويات القناة المزرعة باستخدام محولات ضغط مثبتة في قنوات تدفق وتدفق المتاخمة لمحطة ضخ-
  2. مضخة رصد سرعة استخدام رموز التبديل قرب المثبتة على رؤساء مضخة؛ والسرعة هو مسجل من قبل datalogger في الثورات في الدقيقة الواحدة (لفة في الدقيقة)-
    ملاحظة: مفاتيح قرب القطع المعدنية التي عندما مرت فوق بعضها البعض عد العدد من الاجتماعات التحضيرية. هي ملحومة على رؤساء مضخة.
  3. قياس هطول الأمطار من البقشيش باستخدام دلو مقياس المطر متصل datalogger.
    ملاحظة: datalogger يتصل بالقياس عن بعد إذاعة محطة إذاعة قاعدة تقع في مركز التعليم والبحوث ايفرجليدز الجبهة المتحدة/الجمعية. القياس عن بعد ليست ضرورية للسيطرة على جمع العينات، فقط لجمع البيانات وتخزينها.

2. الصرف المرجحة تدفق "المياه أخذ العينات"

  1. حساب تدفق الصرف باستخدام datalogger ومعادلة معايرة بمضخة لكل مضخة. أخذ العينات المرجح تدفق الصرف يتحقق عن طريق أوتوسامبلير هو دفعتها قبل datalogger بعد تحقيق وحدة صرف الزناد.
    ملاحظة: تختلف معدلات التدفق وسرعة ضخ أكثر من 24 ساعة. يتم تشغيل عينات التصنيف حسب حجم المياه خرج، غير أن معدل. مبرمجة أوتوسامبلير بجمع عينة فرعية بعد الوفاء حجم ثابت من المياه. معايرة حجم تصريف المياه استناداً إلى العدد من الاجتماعات التحضيرية مضخة.
  2. جمع عينة مركب الماء (حد أدنى 500 مل) باستخدام في الموقع الآلي عينات الموجودة في محطة ضخ وبرنامج لالتقاط عينة مياه مركبة يوميا خلال أحداث الصرف.
    ملاحظة: أخذ العينات التصنيف هو بلوميد للدبابات جمع استخدام أنابيب تحويل عن طريق datalogger يأخذ عينة 2 ل كل 2 دقيقة تصل إلى 400 ل.
  3. تصريف كميات المشغل عينة البرنامج للسماح بحد أقصى 30 عينة من كل 24 ساعة الفترة.
    1. البرنامج datalogger جمع عينات من التدفق المركبة باتباع الخطوات التالية: "أدخل برنامج" → برنامج → "أخذ العينات على أساس تدفق" → البقول عينة كل 1 → 30 "عينة من مركب" → "حجم العينة" من 130 مل → معايرة عينة من حجم [لا] → أدخل وقت البدء [لا] → برنامج التسلسل الكامل.
  4. تخزين العينات المركبة تدفق المرجحة في الثلاجات في الموقع في 4 درجات مئوية حتى جمع ونقل مرة أخرى إلى المختبر للتحاليل في برودة الجليد مملوءة.
  5. تحليل عينات المياه للذوبان ف رد الفعل خلال 24 ساعة من وقت جمع العينة. العينات المستخدمة لتحليل مجموع ف (TP) يمكن المحمضة وتخزينها في 4 درجات مئوية لتصل إلى 28 يوما 15-

3. التقاط "الجسيمات علقت"

  1. بوضع سلسلة من 200 لتر PVC تسوية دبابتين لجمع المزرعة قناة تصريف المياه على مدى فترة الصرف التقاط وتوصيف الجسيمات المعلقة.
    1. البرنامج عينات datalogger لجمع الجسيمات المعلقة باتباع الخطوات التالية: برنامج → "الوقت على أساس أخذ عينات" → عينة كل دقيقة 2 → "العينات المركبة" [200] → "معايرة حجم العينة" [لا] → "أدخل وقت البدء" [لا] → التسلسل الكامل → زر المعاينة.
  2. جمع مياه الصرف المرجحة التدفق في إعداد الدبابات (ل 2 كل 2 دقيقة) استناداً إلى حجم المياه على مدى فترة جمع 24 ح.

figure-protocol-2
رقم 2: هما 200 لتر الدبابات المستخدمة لجمع مياه الصرف الصحي- الجسيمات العالقة تسوية بها في الجزء السفلي من الخزان ويتم نقلها في خمسة غالون دلاء. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. سيفون قبالة المياه الزائدة باستخدام خراطيم الجسيمات بداية لتسوية في الصهاريج.
  2. نقل الجسيمات إلى خمسة غالون دلاء ونقلها إلى المختبر ووضعها في ثلاجة على 4 درجة مئوية.
  3. سيفون قبالة المياه الزائدة بعد تسوية عن 24 ساعة، ونقل الجسيمات في Imhoff تسوية الأقماع.
  4. بعد تسوية على الأقل 1 ح، سيفون الماء الزاءد مرة أخيرة قبل أن يتم نقل الجسيمات المستقرة في وزنه قبل 500 مل رأس المسمار الجرار للتخزين في 4 ° C.
  5. وزن الجرار مع عينات الجسيمات.
  6. المضي قدما في التحاليل وجود الفوسفور كما وصفها هيدلي وستيوارت 14-

figure-protocol-3
رقم 3: Imhoff تسوية الأقماع المستخدمة لجمع الجسيمات العالقة القبض عليه في خزان الترسيب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الأسلوب الموصوفة في هذه الدراسة يسمح لنا بالتقاط الماء والجسيمات التي تبرأ من خلال ضخ الأحداث في قنوات المزارع. الماء والجسيمات الدقيقة التي يتم جمعها المرجحة التدفق، مما يعني أنهم ممثل طوال فترة الحدث الضخ وليس مجرد لقطة مرة واحدة؛ مما يجعل من الممثل درجة عالية من نوع المواد التي يجري تصريفها. يمكن تخزين المياه والجسيمات العالقة إلى تحليل لمختلف البارامترات الفيزيائية والكيميائية. في هذه المقالة، نحن تلخيص بعض خصائص الجسيمات العالقة من ثلاث قنوات المزارع داخل EAA. بعض التحليلات الفيزيائي...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أوتوسامبليرس لمياه الصرف جمع الجسيمات كانت وضعت بالقرب من الخروج مضخة محطة داتالوجيرس. تم توفير الطاقة قبل 12 الخامس البطاريات التي يتوجب بالألواح الشمسية. كانت تسيطر أوتوسامبليرس داتالوجيرس في الموقع، التي تحولت أوتوسامبليرس عندما ركض المضخات الخروج، وإيقاف عند توقف ضخ. فتحات لخطوط كمية العينات تمركزت 0.5 متر فوق قاع القناة وأوبفلوو من محطة ضخ. عقدت الخطوط المدخول في مكان تثبيت من القضبان معدنية في أسفل القناة وربط خط المدخول لحديد التسليح الرمز البريدي. تم جمع عينات من 2 لتر إلى 200 لتر تسوية الدبابات كل دقيقة 3 عينات ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هناك لا عمليات الكشف عن البيانات المرتبطة بهذه الدراسة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نود أن نشكر بابلو الحيوية وجوني موزلي للمساعدة في مجال أخذ العينات، ونادال فيفيانا وايرينا أوجنيفيتش للحصول على مساعدة مع التحليلات المختبرية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
Dataloggerكامبل نموذج علميCR1000
جهاز أخذ العينات الأوتوماتيكيISCOموديل 3700
محول الضغطKPSIموديل 700
البقشيش مقياس المطرتكساس للإلكترونياتموديل TR-525
كلوريد البوتاسيومفيشر7447-40-7
هيدروكسيدالصوديومفيشر1310-73-2
حمض الهيدروكلوريكفيشر7647-01-0
حمض الكبريتيكفيشر7664-93-9
بيرسلفات البوتاسيومفيشر7727-21-1
الأمونيوم موليبدات رباعي الهيدراتفيشر12054-85-2
L-Ascorbic AcidFisher50-81-7
100 mg / L معيار الفوسفات اللامائيERA061
أنتيمون طرطرات البوتاسيوم ثلاثي هيدراتفيشر28300-74-5
مرشحات غشاء DuraporeMilliporeHVLP04700
Whatman # 41 ورق ترشيحWhatman1441-150
شاكر متبادل ثابت السرعة E6010شركة EberbachCorporation E6010.00
أنابيب الثقافة التي يمكن التخلصمنها فيشر14-961-29
Allegra 25R أجهزة الطرد المركزيبيكر كولترالولايات المتحدة 605168-AC
Parafilmشركة Bemis Inc PM 99913-374-12
أنابيب الطرد المركزي Oak RidgeNalgene3119-0050
Fisherbrand 20 مل HDPE قارورة تلألؤ مع غطاء اليوريافيشر03-337-23C
Fisherbrand  برطمانات البولي بروبلين الطبيعية مع غطاء بولي بروبيلين أبيض غير مبطنفيشر02-912-024A
0.45 مرشحات غشائيةكول بارمرالبند # UX-15945-25
100 مل أنابيب الهضمفيشر   ؛TC1000-0735
قمع زجاجيفيشر03-865
طيفي 20 جينيسيسثيرمو فيشر4001-000
QuikChemLatchat8500
دلو

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sims, J. T., et al. Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research. J. Environ. Qual. 27, 277-293 (1997).
  2. Van Esbroeck, C. J., et al. Surface and subsurface phosphorus export from agricultural fields during peak flow events over the non-growing season in regions with cool, temperate climates. J. Soil Water Conserv. 72, 65-76 (2017).
  3. Bhadha, J. H., et al. Phosphorus mass balance and internal load in an impacted subtropical isolated wetland. Water Air Soil Pollut. 218, 619-632 (2011).
  4. Eyre, B. D., McConchie, D. The implications of sedimentological studies for environmental pollution assessment and management: Examples from fluvial system in north Queensland and western Australia. Sediment. Geol. 85, 235-252 (1993).
  5. Bhadha, J. H., et al. Soil phosphorus release and storage capacity from an impacted subtropical wetland. Soil Sci. Soc. Amer. J. , 74(2010).
  6. Kenney, W. F., et al. Whole-basin, mass-balance approach for identifying critical phosphorus-loading thresholds in shallow lakes. Journal of Paleolim. 51, 515-528 (2014).
  7. Freebairn, D. N., Wockner, G. H. A study of soil erosion on vertisols of the Eastern Darling Downs, Queensland. Effects of surface conditions on soil movement within contour bay catchments. Aust. J.Soil Res. 24, 135-158 (1986).
  8. Erickson, A. J., et al. Optimizing stormwater treatment practices: a handbook of assessment and maintenance. , Springer. New York. (2013).
  9. Abtew, W., Obeysekera, J. Drainage Generation and Water Use in the Everglades Agricultural Area Basin. J. Amer. Water Res. Asso. 32, 1147-1158 (1996).
  10. Daroub, S. H., et al. Best management practices and long-term water quality trends in the Everglades Agricultural Area. Cri. Rev. Environ. Sci. Technol. 41, 608-632 (2011).
  11. Bhadha, J. H., et al. Influence of suspended particulates on phosphorus loading exported from farm drainage during a storm event in the Everglades Agricultural Area. J. Soil Sed. 17, 240-252 (2017).
  12. Diaz, O. A., et al. Sediment inventory and phosphorus fractions for water conservation area canals in the Everglades. Soil Sci. Soc. Amer. J. 70, 863-871 (2006).
  13. Reddy, K. R., et al. Forms of soil phosphorus in selected hydrologic units of Florida Everglades. Soil Sci. Soc. Amer. J. 62, 1134-1147 (1998).
  14. Hedley, M. J., Stewart, J. W. Method to measure microbial phosphate in soils. Soil Biol. Biochem. 14, 377-385 (1982).
  15. EPA. Method 365.1, Revision 2.0: Determination of Phosphorus by Semi-Automated Colorimetry. O'Dell, J. W. , (1993).
  16. Bhadha, J. H., et al. Effect of aquatic vegetation on phosphorus loads in the Everglades Agricultural Area. J. Aqu. Pla. Man. 53, 44-53 (2015).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة