随着技术的进步和终端用户期望的提升，污染物负荷估算对更高时间分辨率数据的需求和使用日益增加。本方案描述了一种连续 原位 水质监测以获取更高时间分辨率的数据，为科学的水资源管理决策提供依据。
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摘要
摘要
流域中污染物的浓度和负荷在时间和空间上变化显著。准确及时地掌握水资源中污染物数量的信息，是理解污染物负荷驱动因素以及做出科学水资源管理决策的前提。常用的 "瞬时采样" 该方法可提供采样时刻污染物的浓度即， 瞬时浓度），可能导致污染物浓度和负荷的低估或高估。近年来，由于计算技术、传感技术和存储设备的进步，对营养物质和沉积物的连续监测受到越来越多关注。本方案展示了利用传感器、探头和仪器进行连续监测的方法 原位 硝酸盐、铵、浊度、pH、电导率、温度和溶解氧（DO），并计算两个农业流域内两条沟渠的污染物负荷。通过适当的传感器和探头校准、维护与操作，可在克服生物污垢和杂物堆积等不利条件的情况下，获得高质量的水质数据。该方法也可应用于不同规模的流域，适用于以农业、林地和/或城市用地为特征的流域。
引言
水质监测可提供不同空间尺度下污染物的浓度信息，其监测范围取决于汇水区域的大小，可从小块样地或田块到整个流域。监测通常在一定时间段内进行，例如单次事件、一天、一个季节或一年。通过水质监测获得的信息主要涉及养分（例如氮和磷）以及泥沙，可用于：1）理解水文过程及污染物在溪流（如农业排水沟）中的迁移与转化过程；2）评估在流域内实施的管理措施在削减养分和泥沙负荷、提升水质方面的有效性；3）评估泥沙和养分向下游水体的输送情况；以及 4）改进对养分和泥沙的模型模拟，以深入理解在不同时间和空间尺度下决定污染物迁移与动态变化的水文及水质过程。
这些信息对于水生生态系统的恢复、可持续规划以及水资源管理至关重要1。
流域内营养物质和沉积物监测最常用的方法是瞬时采样。瞬时采样能够准确反映采样时刻的浓度状况2。如果进行频繁采样，该方法也可描述污染物浓度随时间的变化情况。然而，频繁采样耗时且成本高昂，通常难以实施2。此外，在非采样时段，瞬时采样可能低估或高估实际的污染物浓度2,3,4。因此，基于此类浓度计算的负荷量可能不够准确。
或者，连续监测可按照预设的时间间隔（例如每分钟、每小时或每天）提供准确且及时的水质信息。用户可根据自身需求选择合适的时间间隔。连续监测使研究人员、规划人员和管理人员能够优化样品采集；开发并监测时间积分指标（如最大日负荷总量，TMDLs）；评估水体的娱乐用途；评价河流的基础状况；以及在时空尺度上评估污染物的变化，以确定因果关系并制定管理方案5,6。近年来，由于计算技术和传感器技术的进步、存储设备容量的提升，以及研究更复杂过程所需数据量的增加，对营养物质和沉积物的连续监测日益受到关注1,5,7。在一项针对全球700多名水环境专业人员的调查中，多参数探头的使用率从2002年的26%上升至2012年的61%，预计到2022年将达到66%5。在同一项调查中，72%的受访者表示需要扩展其监测网络以满足数据需求5。预计到2022年，监测网络中的站点数量以及每个站点监测的变量数量将分别比2012年增加53%和64%5。
然而，在农业流域中持续监测水质和水量具有挑战性。强降雨事件会冲刷走泥沙和大型水生植物，导致传感器和探头中沉积物负荷过高以及杂物堆积。施用于农田的过量氮和磷随径流流失，为微观和宏观生物的生长创造了理想条件，尤其在夏季，容易造成水道中传感器和探头的生物污损。污损和沉积物堆积可能导致传感器失效、读数漂移并产生不可靠的数据。尽管存在这些挑战，研究径流过程和非点源污染仍需要更高时间分辨率（低至每分钟）的数据，因为这些过程受流域特征（例如，面积、土壤、坡度，等）以及降雨时机和强度的影响7。通过仔细的野外观测、频繁校准以及适当的清洁与维护，即使在较高时间分辨率下，也能确保传感器和探头获取高质量的数据。
这里，我们介绍一种方法 原位 使用多参数水质探头、面积-流速传感器和压力传感器以及自动采样器对两个农业流域进行连续监测；相关设备的校准与野外维护；以及数据处理。本方案展示了一种实施连续水质监测的方法，可广泛适用于各类规模和类型的流域在水质与水量方面的连续监测。
该实验方案在阿肯色州东北部的小河沟流域（HUC 080202040803，53.4 km）实施2 区域）和下圣弗朗西斯流域（HUC 080202030801，23.4 km2 区域）。这两个流域汇入密西西比河的支流。下密西西比河保护委员会和墨西哥湾缺氧问题工作组已指出，有必要对密西西比河的支流进行监测，以制定流域管理计划并记录管理活动的进展8,9此外，根据减少养分和沉积物污染以及改善水质的潜力，这些流域被美国农业部自然资源保护局（USDA-NRCS）列为重点关注流域。10在这些流域中，作为全州范围的密西西比河盆地健康流域倡议（MRBI）网络的一部分，正在开展田间边缘监测。11. 流域的更多详细信息（即， 站点位置、流域特征， 等等。）见Aryal和Reba（2017）6简而言之，小河沟流域以粉砂壤土为主，主要种植棉花和大豆；而下圣弗朗西斯流域则以夏基黏土为主，主要种植水稻和大豆。在每个流域， 原位 连续水质水量监测（即， 在干流的三个站点，利用该方案对排放温度、pH、溶解氧、浊度、电导率、硝酸盐和铵进行测定，以了解污染物负荷及水文过程在时空上的变化特征。此外，每周采集水样并分析悬浮沉积物浓度。
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方案
1. 位点选择
- 流域选择
- 根据污染问题的严重程度、流域的优先级、与研究设施的距离、现场可进入性以及数据目标来选择流域。
- 河流采样点位置
- 根据研究目的选择河流采样点位置。
注意：理想的采样点应在横断面上水流充分混合，安全且易于到达，地貌稳定（即 横断面恒定且河岸可支撑仪器站房），并具有代表性12,13,14。位于两条河流汇合口下游不远处、处于顺直河段且横断面无收敛或扩散的站点，其水流更均质且更具代表性14。 - 在同一横断面内同步开展水文与水质测量，以计算负荷量。
注意：若需识别流域内营养物质和泥沙的空间变化特征，应在整个流域内选择多个站点，以覆盖潜在的污染源区域。
- 根据研究目的选择河流采样点位置。
2. 仪器与传感器的选择
- 根据所需数据、流域特征和可用资源，选择用于测量径流和水质以及按预定时间间隔采集水样的仪器和传感器。
注意：理想的传感器应具备可靠性高、准确性好、灵敏度高、精密度高、成本低、适用于溪流环境，并且对野外技术人员的维护要求和培训需求较低13。在农业流域中，传感器污染和杂物堆积是最主要的问题。因此，优先选用配备自清洁和防污功能的多参数水质探头（sonde）。- 使用自动采样器、多参数水质探头（sonde）、面积-流速传感器、压力式水位计和便携式流量计。
注意：多参数水质探头应配备擦拭器以清洁浊度传感器，并配备刷子以清洁pH、铵根、硝酸根和溶解氧（DO）传感器。
注意：本方案中所指的仪器是由自动采样器、软管、滤网或流量模块以及面积-流速传感器组成的水样采集单元。
- 使用自动采样器、多参数水质探头（sonde）、面积-流速传感器、压力式水位计和便携式流量计。
- 根据数据目标、传感器成本和可获得性，选择水质参数。每15分钟测量一次温度、pH、溶解氧（DO）、电导率、浊度、铵根和硝酸根。
注意：温度、pH、溶解氧和电导率是最常选择的参数，在美国地质调查局（USGS）监测站中常规测量；而硝酸根、铵根和浊度虽较少见，但正逐渐受到重视1,14。
注意：数据目标取决于流域特征。例如，在农业流域中，氮和磷的监测可能比在城市流域中仅监测磷更为重要。
3. 探针校准与编程
- 根据制造商的建议校准探头上的传感器。根据当地环境条件的需要，对校准方案进行相应调整。
注意：校准频率取决于传感器所处的环境条件，通常为 2 - 4 周。本研究中，探头在生长季每 2 周校准一次，在非生长季（11 月至次年 4 月）每 3 周校准一次。 - 在实验室中，校准前需彻底清洁探头。使用软毛刷清洁传感器表面（例如， 牙刷）和肥皂或通用清洁剂。使用六角扳手拆下循环刮板和刷子，清洁刮板和刷子。
- 将电解质倒入pH参比电极中，用新鲜的电解质溶液重新填充，并加入氯化钾盐片以维持电解质溶液的导电性。拧紧帽盖使其密封；在旋紧帽盖时会有少量电解质溢出。用去离子水冲洗探头。
- 将探头悬挂在坚固的支架上，使探头底部距离桌面约20 - 30 cm，以便于操作。使用通信电缆将探头连接至计算机。启动制造商提供的软件，点击“操作探头”进入探头程序。
- 在“参数设置”选项卡中设定校准标准品的数量。按以下顺序校准传感器：电导率、pH、溶解氧、浊度、硝酸盐和铵。
注意：校准顺序至关重要，因为硝酸盐和铵传感器需要使用电导率和 pH 值。
注意：电导率的校准标准液数量为2种，pH为2或3种，溶解氧（DO）为1种，浊度为2或4种，硝酸盐为2种，铵根为2种。 - 用去离子水多次冲洗传感器，并在将标准液引入传感器前用擦拭纸擦干传感器表面，以防止交叉污染。
注意：在对每个传感器进行校准之前，记录传感器对以下标准物质的读数：溶解氧（DO）、pH 7、去离子水和50 NTU浊度标准液、50 mg/L硝酸盐标准液以及50 mg/L铵标准液。这些数值可用于评估传感器在野外测量中的准确性，也可谨慎用于校正野外实测值。 - 每次传感器校准（步骤 3.8 - 3.13）完成后，若校准成功，将显示“校准成功”；若校准失败，请重置传感器后重新尝试。若传感器仍无法通过校准，可能需要更换耗材或送厂维修。
注意：重置硝酸盐或铵传感器将同时重置两个传感器。 - 使用两点校准法校准电导率传感器； 0 µs/cm 用于干燥传感器 1,412 µs/cm 标准溶液。选择“SpCond [µs/cm“校准”选项卡中的“]”处。用擦拭纸将传感器的椭圆形部分完全擦干。输入“0.0” µs/cm 并输入“calibrate”。
- 将标准品插入袋中，完全覆盖传感器的椭圆形部分。等待传感器读数稳定（约 2 - 5 分钟），输入“1412” µs/cm，输入“calibrate”。将显示“Calibration successful”；如果校准失败，请重置传感器后重试。
- 使用 pH 7 和 pH 10 标准缓冲液校准 pH 传感器，并用 pH 4 标准液检查校准的线性。在校准选项卡中选择“pH[units]”选项。将 pH 7 标准液装入密封袋中，确保同时覆盖 pH 结和参比电极。等待约 5 分钟使其稳定。输入 pH 值为“7.0”，然后输入“calibrate”进行校准。
- 用擦拭纸冲洗电极并擦干。插入 pH 10 缓冲液，操作步骤与 pH 7 相同。插入 pH 4 缓冲液以检查校准曲线的线性是否符合要求；校准后的传感器对 pH 4.0 标准溶液的读数应为 4 ± 0.2。
- 使用温度恒定的空气饱和去离子水（18 MΩ-cm）作为单点标准，校准溶解氧传感器。
- 选择“LDO%[Sat]”选项卡。将去离子水加入校准杯至接近满刻度，然后将杯子置于探头上方。倒置探头，确保温度传感器和溶解氧膜完全被水覆盖。
- 等待约 5 分钟，使饱和度百分比读数稳定。读数稳定后，输入饱和度百分比为“100”。通过查询当地气象站获取大气压值（单位为 mmHg），输入该数值后，再输入“calibrate”进行校准。
注意：去离子水需在实验室中敞口放置至少过夜，以与大气充分进行气体交换，达到空气饱和并稳定温度。由于溶解氧饱和度不仅取决于温度（由探头自身测量），还受大气压力影响，因此需要提供大气压数值。 - 检查校准系数，其值应在 0.5 - 1.5 范围内以确认校准合格。退出校准程序，进入终端模式，使用方向键选中“Log In”，按“enter”键。选中“level 3”，按“enter”键。选中“setup”，按“enter”键。选中“sensors”，按“enter”键。选中“DO”，按“enter”键。选中“DO% Sat”，按“enter”键。记录校准系数。
- 按“Esc”键退出，然后再次进入“operate sonde”界面。选择“calibration tab”以继续校准。
- 将探头翻转回位并悬挂，使传感器朝向地面。
- 使用4种标准液校准浊度传感器：去离子水（DI）、50 NTU、100 NTU和200 NTU。选择“浊度[NTUs]”选项卡。在校准杯中加入足量去离子水，确保至少覆盖浊度传感器底部。待浊度读数稳定后，输入第“1”点，对应去离子水标准，浊度值为“0.6”NTU，然后点击“校准”。
- 同样，对其他标准样品校准浊度传感器。为防止气泡产生，通过上下颠倒混匀标准样品（切勿摇晃），并将标准样品沿杯壁倒入。
- 校准所有标准品后，检查去离子水和50 NTU样品的传感器读数，以确认校准是否可接受（即， 在±1%范围内
- 使用两种标准溶液校准硝酸盐传感器：高浓度标准液（50 mg/L NO₃⁻）和低浓度标准液（0 mg/L NO₃⁻）。3-- N）和低（5 mg/L NO3-- N）。选择“NO”3-[mg/L-N] 选项卡
- 将50 mg/L标准液倒入校准杯中，至其容量的四分之三左右，然后将校准杯安装到探头上，确保形成密闭连接。将探头倒置，使硝酸盐和温度传感器完全浸入溶液中。等待15分钟（或直至读数稳定）。读数稳定后，输入标准级别“1”和数值“46.2”。在笔记本中记录温度和mV读数。输入“校准”。
注意：硝酸盐传感器除使用电导率和pH传感器外，还使用温度传感器。 - 用去离子水将传感器冲洗数次，并用擦拭纸擦干。对低浓度标准液重复相同的步骤。两次电压读数之间的差值应为 50 - 65 mV，温度读数之间的差值不应超过 5 °F 校准结果可接受的条件。
- 将50 mg/L标准液倒入校准杯中，至其容量的四分之三左右，然后将校准杯安装到探头上，确保形成密闭连接。将探头倒置，使硝酸盐和温度传感器完全浸入溶液中。等待15分钟（或直至读数稳定）。读数稳定后，输入标准级别“1”和数值“46.2”。在笔记本中记录温度和mV读数。输入“校准”。
- 校准铵传感器的方法与硝酸盐传感器类似。
- 重新安装并校准刮刀和刷子。选择“SelfClean[Rev]”选项卡。选择“1”次旋转并输入“calibrate”。
注意：擦拭器和刷子将旋转一次。 - 所有传感器校准完成后，对多参数水质监测仪进行编程。在“系统”选项卡中输入“将时钟设置为电脑时间”以进行同步。若已有4个日志文件，则删除最旧的日志文件并创建新日志文件。日志文件创建后，选择监测参数和需记录的参数。选择监测时长（即， 直到下一次校准（通常在农业流域为2 - 3周）并设置记录间隔（15分钟），通过选择日志文件的开始和结束时间以及记录间隔来完成。保存日志文件。
注意：在任何时刻，一个探头最多可存储 4 个日志文件。 - 检查内部电池电压，必要时更换内部电池。
- 选择“在线监测”选项卡并启动在线监测。
- 检查内部电池电压读数。如果低于10.5 V，则更换为八节新的C型电池。
注意：如果内部电池电压降至约 9.0 V 以下，探头将停止记录数据。 - 使用硅胶密封剂密封电池仓盖，以实现防水连接。
- 安装传感器保护罩，并将其放入装有半桶水的桶中。
注意：桶中的探头已准备好运输，并可重新安装至各监测点。探头必须浸入水中，以确保 pH 电极正常工作。
4. 仪器与传感器安装
- 面积-流速传感器和流量模块
- 在选定的横截面处，将面积-速度传感器牢固地安装在一块钢板上。将钢板安装在“L”形支架上。图1) 安装在驱动至溪流中泓线的 Telspar 桩柱上（即， 通道的最深处）（图1）；“L”形支架在Telspar立柱上游的延伸部分应足够长，以确保水流不受Telspar立柱存在的影响。将传感器置于溪流底部的“L”形支架上，使传感器的探头沿水流方向朝向上游。
注意：若Telspar探头的引入在上游传感器位置造成流动扰动，可直观评估其影响；也可通过有无Telspar探头时的传感器读数进行定量评估。本方案中，横截面变异性被视为可忽略。若需评估，可在横截面上布置多个探头或传感器。该面积-流速传感器采用超声多普勒法测量平均流速，无需基于水深或流速剖面进行转换系数校正，也无需现场校准。流速模块的测量范围为-1.5至6.1 m/s，水深测量范围为0.01 m至9.15 m，因此适用于不同流域。 - 为计算流量，需测量横截面的面积。
注意：如果提供通道的形状或方程，软件可直接计算面积。
注意：传感器的数据直接记录在流量模块中，可使用制造商提供的软件和通信电缆下载到计算机。
- 在选定的横截面处，将面积-速度传感器牢固地安装在一块钢板上。将钢板安装在“L”形支架上。图1) 安装在驱动至溪流中泓线的 Telspar 桩柱上（即， 通道的最深处）（图1）；“L”形支架在Telspar立柱上游的延伸部分应足够长，以确保水流不受Telspar立柱存在的影响。将传感器置于溪流底部的“L”形支架上，使传感器的探头沿水流方向朝向上游。
图1. 典型河道监测站布局（非按比例绘制）。
该监测站包含一根Telspar支架，多参数水质仪通过钢缆、卡环和套管悬挂在支架上（套管未在图中显示）。安装面积-流速传感器的L型支架置于溪流河床，并使用螺母和螺栓牢固地固定在支架上。自动采样器（图中未显示）通过一根带有滤网尖端的软管抽取水样。面积-流速传感器的电缆连接至流量模块（图中未显示）。请点击此处查看此图的放大版本。
- 压力传感器（PT传感器）
- 当无法使用面积-速度传感器时，使用压力传感器测量深度。
- 将PT传感器安装在Telspar立柱内部，并用钢丝和套管固定；传感器尖端应恰好接触溪流床。将PT传感器设置为每15分钟测量一次水深。
- 人工流量测量
- 对于使用PT传感器作为流量测量装置的站点，应通过人工测量不同流量下的流量值来绘制水位-流量关系曲线，测量范围需覆盖低、中、高流量。根据水流宽度将横断面划分为若干段（每段宽30 - 60 cm）。使用便携式流速仪测量各段中心线处的平均流速。若水深 <10 cm时，测量最大流速，再乘以0.9得到平均流速；若水深为10–75 cm，则在水深0.6倍处测量流速以确定平均流速15对于大于75 cm的水深，在三个深度（从水面起算分别为水深的0.2、0.6和0.8倍处）测量流速，并取其平均值15.
- 利用河段的平均流速、宽度和深度计算该河段的流量，并对所有河段的流量求和，得到总流量。
- 按照涵盖低、中、高流量范围的程序进行操作。
- 确定分期与即， 由压力传感器在人工测量流量时测得的水深与实测流量之间的关系
注意：如果流量过大而无法手动测量流速，可使用临时的面积-流速传感器，建立面积-流速传感器测得的流量与PT传感器测得的水深之间的关系。
- 水质多参数探头
- 使用钢丝、套管和卡环将探头安装在Telspar支架上，以确保探头安全，并便于安装与拆卸（图1将探头置于Telspar桩的下游侧，以防止溪流中漂浮的碎屑或木头对其造成损坏，尤其是在洪水期间。探头底部应置于溪床以上至少1–10 cm处，以降低沉积物在探头表面积聚的可能性。
注意：探头应始终浸没在水中。因此，在流量变化较大的溪流中，探头应放置在足够高的位置，以减少沉积物在探头上的积聚，同时又足够低，以防止探头暴露于空气中。然而，对于流量较稳定的水道，可将探头置于传感器位于水面以下约10 cm处。
注意：如果探头带有深度传感器，应测量深度传感器距河床的高度，以校正深度传感器安装位置高于河床所带来的深度测量偏差。 - 使用内置电池和/或外置电池为探头供电。使用便携式电池盒放置外置电池，并通过通信电缆将探头连接。设置探头每15分钟采集一次数据，并通过通信电缆将数据直接下载至计算机。
- 使用钢丝、套管和卡环将探头安装在Telspar支架上，以确保探头安全，并便于安装与拆卸（图1将探头置于Telspar桩的下游侧，以防止溪流中漂浮的碎屑或木头对其造成损坏，尤其是在洪水期间。探头底部应置于溪床以上至少1–10 cm处，以降低沉积物在探头表面积聚的可能性。
- 自动进样器
- 在溪流岸边的稳定地面上方，将自动采样器安装于防天气干扰的保护外壳中。使用铅酸电池为自动采样器供电，并安装一块20 W的太阳能板以在现场对电池进行充电。
- 使用Telspar支架或L型支架将滤水管道固定在水下，并通过软管将其连接至自动采样器。
注意：自动进样器通过滤网和软管从溪流中抽取水样。
注意：滤管的位置对于获得代表性数据至关重要。在本方案中，假设横截面无差异性，据此确定其位置。 - 将自动采样器设置为每周或根据需要进行水样采集。请参考制造商提供的自动采样器使用手册。
注意：自动采样器可根据降雨量、流量、时间或其组合进行编程采样。采样器可设置为将一份样品分装至多个瓶中、将多份样品采集至同一个瓶中（混合样品），或采用上述方式的组合。
注意：自动采样器采集的水样体积（2,000 mL）用于实验室中其他参数的分析。除使用探头进行连续水质监测外，每周还需对水样进行悬浮泥沙浓度分析。
5. 传感器和探头的维护
- 每次访问时清洁面积-速度传感器，以减少传感器表面或附近的碎屑。
- 定期校准探头上的传感器。
注意：校准频率取决于季节、水文条件、流域特征、传感器类型以及污染速率。在本研究选定的流域中，每两周需校准一次，以获取高质量数据。 - 根据制造商建议更换耗材部件。
注意：包括pH参比电极/帽、DO传感器帽（膜）、离子尖端传感器（硝酸盐和铵传感器）以及循环擦拭器和刷子。 - 如有必要，将探头送回工厂维修（即， 如果传感器在重置和重新校准后仍无法对标准品读取可接受的数值，或传感器校准失败。
6. 实地采样与实验室分析
- 提前为实地考察做好准备，以维护传感器并收集自动采集的水样；若现场无自动采样器，则需进行人工采样并收集水样。请确保携带清单中所列的全部物品表1).
- 在洁净的（即， 经酸洗并冲洗的容器和干燥的广口瓶（10 L），标记后立即置于冰上运送到实验室进行分析。
注意：所采集的水样是在采样时刻及特定地点实际条件下的代表性样品；应确保所采集样品的完整性，防止其受到污染以及物理、化学和生物变化的影响12.
注意：某些目标分析物可能需要不同的容器材质，且可能需要在现场进行酸化和/或过滤。 - 在批准的保存时限之前，使用标准方法在实验室中分析采集的水样16.
注意：水样可采用以下方法进行分析：硝酸盐测定使用 EPA 353.2；4500-NO3，亚硝酸盐测定使用 EPA 353.2；4500-NO2，磷酸盐测定使用 EPA 365.1；4500-PI，总氮测定使用 EPA 350.1；4500-PJ，总磷测定使用 EPA 365.4；4500-PJ，总悬浮物测定使用 2540-D，总溶解固体测定使用 2540-C，悬浮沉积物浓度测定使用 D 3977-9716,17. - 遵循适当的质量控制和检查步骤，例如空白对照、标准品、重复样本 等等。，分析过程中应遵循质量保证项目计划（QAPP）。
- 填写样本采集人员和实验室人员的样品流转单，并各自保留一份副本。在样品流转单上记录现场观察到的任何异常或显著事件。
7. 数据收集与分析
- 从探头、流量模块和实验室收集水质和水量数据。
- 在进行数据校正与分析之前，务必备份所有原始数据。
- 仔细检查收集到的浊度数据，并删除任何零值（例如， 0.0 NTU）、NAN 或不合理数值（例如， 3,000 NTU（传感器的检测上限）后，再进行进一步分析。
注意：删除任何数据时应谨慎。仅当现场记录中明确指出并确定数据不合理时，方可删除。 - 利用水位-流量关系，根据压力-时间传感器计算流量。
注意：压力传感器（PT传感器）测得的深度必须进行压力补偿。- 使用制造商原位 Inc.) 软件“Baromerge”对PT传感器数据进行后校正。
注意：可通过输入多个手动测量的气压值并结合 baroTroll 日志文件中的自动记录数据，使用固定的大气压力值对数据进行校正。本方案采用在邻近位置部署的 baroTroll 日志文件，自动校正压力-温度（PT）传感器数据。
- 使用制造商原位 Inc.) 软件“Baromerge”对PT传感器数据进行后校正。
- 对于面积-速度传感器数据，应去除可能由传感器伪影引起的负向血流。
注意：有时实际可能存在负向流，具体取决于测量位点。在此情况下，切勿忽略负速度值。 - 利用上游或下游流量与测站流量之间的线性回归关系，计算缺失的流量数据。
注意：该关系应具有统计学显著性，这通常是上游和下游站点径流量之间的普遍情况。在本研究测试的流域中，该关系均显著（p < 0.05）。<0.01）且相关系数大于93%。然而，只有在站点间距较短且流域特征相似的情况下，才能使用该方法填补缺失的径流数据。 - 不要填补缺失的水质数据。
注意：水质数据受多种变量影响（即， 施肥时间与施用方式、排放量的增加或减少趋势、具体地点的环境条件 等等。). - 在实验室测得的悬浮泥沙浓度（SSC）与河流中测得的浊度（NTU）之间进行回归分析。
注意：这种回归对沉积物粒径分布较为敏感，因此当砂质成分在悬浮沉积物浓度（SSC）中占显著但可变的比例时，回归效果会较差。然而，若在样品分析过程中将砂质与细颗粒物分离，并将细颗粒物与SSC进行相关分析，则可改善回归效果。利用该回归关系计算连续的SSC值。 - 由于污染物浓度随排放量变化，使用公式1计算流量加权浓度6每日使用每小时数据计算流量加权平均浓度（FWMC）；或者，使用15分钟数据按小时计算，FWMC同样为时间积分值。
其中
FWMC = 每日流量加权平均浓度
ci = i 的浓度th 样本
ti = 时间，1 h
qi = i 的放电过程th 样本
i = 1 至 24 - 采用适当的统计学方法以实现数据目标。当数据不符合正态分布时，应对数据进行转换以使其符合正态分布，或使用中位数±四分位间距表示。对非正态分布的数据应进行非参数检验。
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结果
在Aryal和Reba（2017年）发表的研究中，该方案被用于研究两个小型农业流域中养分和沉积物的迁移与转化过程6。该方案的其他应用成果如下所述。
降雨-径流水质量关系：
连续监测的优势在于用户可以选择较细的时间分辨率来研究因果关系，例如利用15分钟间隔的数据来分析降雨、径流与浊度之间的关系（图2A）。降雨数据来自气象站（www.weather.astate.edu），其中一个位于小河沟流域内，另一个距离下圣弗朗西斯流域6.3英里。在7月22日00:00至09:00期间，累计降雨量为25.4 mm。降雨使流量从7月22日00:00的0.71 m3/s 增加到17:45的4.89 m3/s。...
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讨论
总体而言，与采用瞬时采样法相比，对养分和沉积物进行连续监测具有多项优势。水文和水质过程在很短的时间内就会受到降雨的影响。用户可以获得高时间分辨率的养分和沉积物数据，以研究复杂的科学问题。其他水质参数，如电导率、pH、温度和溶解氧（DO），可以与硝酸盐、铵盐和浊度监测以相同的成本同步获取。此外，还有来自不同制造商的其他传感器，能够同时测量更多水质参数，例如叶绿素、盐度和氧化还原电位，以及养分和沉积物。
本方案可用于确定所选研究时段内污染物的时间变化；若在多个监测点进行监测，可确定流域内污染物的空间变化；若在某一断面的多个点位进行监测，可确定污染物的断面分布变化。如本方案所示，pH、电导率、溶解氧、硝酸盐、铵、浊度和温度的昼夜变化能够揭示因果关系，有助于更好地理解污染物负荷的驱动因素。
尽管营养盐和沉积物的连续测量已成功实现，但该方法最大的局限性在于传感器故障、断电以及沉积物或碎屑堆积导致的数据丢失或低质量数据采集。虽然站点选择至关重要，但同样重要的是定期检查校准情况，并在必要时进行校准，更换内部和外部电池（若非太阳能供电），以及...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究得益于保护效果评估项目（Conservation Effects Assessment Project, CEAP）的资金支持。我们特别感谢生产者提供的场地访问许可，美国农业部农业研究局-三角洲水资源管理研究组（USDA-ARS-Delta Water Management Research Unit）成员提供的研究协助，以及阿肯色州立大学生态毒理学研究设施工作人员提供的样品分析。本研究的部分工作得到了农业研究局参与计划（ARS Participation Program）的支持，该计划由橡树岭科学与教育研究所（Oak Ridge Institute for Science and Education, ORISE）通过美国能源部与美国农业部之间的跨部门协议进行管理。ORISE 由橡树岭联合大学（ORAU）负责管理，美国能源部合同编号为 DE-AC05-06OR23100。本文所表达的所有观点均为作者个人观点，不一定反映美国农业部、农业研究局、能源部或 ORAU/ORISE 的政策与立场。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 多参数探头 | Hach Hydrolab | DS5X | 测量温度、pH、电导率、溶解氧、硝酸盐、铵、浊度 |
| 流速-面积流量模块与传感器 | Teledyne Isco | 2150 | 测量溪流平均流速和水深，并根据提供的沟渠横截面积计算流量和总流量。存储的数据可直接下载到计算机 |
| 自动便携式水样采集器 | Teledyne Isco | ISCO 6712 | 按设定时间间隔自动采样，或与流量模块和传感器联动采样 |
| 压力变送器 | In-situ | Rugged Troll 100 | 测量水中压力、水位和温度。存储的数据可直接下载到计算机 |
| 便携式流速仪 | Flo-mate (Hach) | Marsh-McBirney 2000 | 用于人工测量流量 |
| 12 V 可充电电池 | UPG | UB 1270 | 为探头供电 |
| 12 V 可充电电池 | Interstate Batteries | SRM 27 | 铅酸电池，为自动采样器供电 |
| 太阳能板 | Alt E | ALT20-12P | 用于现场为电池充电 |
| C-8 电池 | |||
| 校准标准液 | Hach 或 Fisher Scientific | 多种 | pH（4、7、10）、电导率（1412 µS/cm）、硝酸盐（5 和 50 mg/L）、铵（5 和 50 mg/L）、浊度（50、100、200 NTU）的标准溶液 |
| 高浓度硝酸盐标准液 | Hach | 013810HY | 50 mg/L |
| 低浓度硝酸盐标准液 | Hach | 013800HY | 5 mg/L |
| 高浓度铵标准液 | Hach | 002588HY | 50 mg/L |
| 低浓度铵标准液 | Hach | 002587HY | 5 mg/L |
| 浊度标准液 | Fisher scientific | R8819050-500G | 50 NTU |
| 浊度标准液 | Fisher scientific | 88-061-6 | 100 NTU |
| 浊度标准液 | Fisher scientific | R8819200500 C | 200 NTU |
| 氯化钾盐片 | Hach | 005376HY | 用于维持 pH 电极的电解液 |
| 氯化钾标准液 | Fisher scientific | 5890-16 | 1412 µS/cm |
| 缓冲液，pH 4 | Fisher scientific | SB99-1 | 用于 pH 传感器校准 |
| 缓冲液，pH 7 | Fisher scientific | SB108-1 | 用于 pH 传感器校准 |
| 缓冲液，pH 10 | Fisher scientific | SB116-1 | 用于 pH 传感器校准 |
| 硅酮密封胶 | Hach | 00298HY | 用于密封传感器电池盖，确保防水 |
| 通用清洁剂 | Sunshine Makers Inc | Simple green | |
| 擦拭布 | Kimberly-Clark | ||
| L 型支架 | |||
| Telsbar 立柱 | Unistrut Service Company | 用于在溪流中固定传感器和探头 | |
| 钢丝 | 悬挂探头和压力变送器（PT 传感器） | ||
| 卡扣锁 | 悬挂探头和压力变送器（PT 传感器） | ||
| 内六角扳手 | |||
| 铜丝网 | Bird B Gone | 防鼠防鸟用铜丝网卷 | |
| 胶带 | Agri Drain Corporation | 管道专用胶带，适用于潮湿和寒冷天气 |
参考文献
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