Summary
Burada bir toprak örnek boyutu ve sözde duvar akış boyunca toprak konteyner içine su akışı ölçümlerde yanlışlıkla eklenmesini önlemek için bir hidrolik iletkenlik ölçüm cihazı ile eşleşen bir yöntem mevcut. Kullanımı bir atıksu Sulaması sitesinden toplanan örnekleri ile gösterilmiştir.
Abstract
1960'ların başında beri bir alternatif Atıksu deşarj uygulama Pennsylvania State Üniversitesi'nde araştırma ve etkileri izlenir. Yerine boşaltma Atıksu akışı için kabul ve böylece doğrudan akış kalitesi etkileyen, atık için ormanlık uygulanır ve kırpılmış arazi üniversite tarafından yönetilen. Toprak Hidrolik iletkenlik indirimleri ile ilgili endişeleri Atıksu yeniden dikkate alınarak meydana gelir. Toprak örnek boyutu laboratuvar tabanlı Hidrolik iletkenlik ölçüm cihazı, büyüklüğü ile eşleşen bu el yazması açıklanan metodoloji örnekleri nispeten hızlı bir koleksiyon ile faydaları yararları sağlar kontrollü Laboratuvar sınır koşulları. Sonuçları olabilir bu Atıksu yeniden toprağın su site depressional alanlarında daha derin derinliklerde iletebilme özelliği üzerinde bazı etkisi öneririz. Çöküntü içinde toprak Hidrolik iletkenlik düşüşler çoğu için derinlik hangi örnek toplanmıştır ve ile çıkarsama, toprak yapısal ve dokusal farkı ile ilişkili ilgili gibi görünür.
Introduction
Belediyelerden akarsu içine arıtılmış Atıksu deşarj standart bir uygulama onlarca yıl olmuştur. Böyle Atıksu öncelikle biyolojik oksijen tüketimi olasılığını azaltmak amacıyla alıcı sularda, ordudan terhis edilen atık su atık sonucunda mikroorganizmalar tarafından kabul edilir. Oksijen tüketimi mikroorganizmalar tarafından hangi atık taburcu içine ve böylece su vücutta oksijen düzeylerini azaltma atıksu organik malzemeler zarar Sucul organizmalar, balık da dahil olmak üzere alçaltır.
Son yıllarda endişeleri ile ilgili inorganik besinler, bazı metaller ve zarar oluşturan diğer kimyasal Atıksu içinde geliştirdik. Kolpin ve ark. tarafından yayınlanan bir çalışma nedeniyle 1, daha önce kabul kimyasalların bir dizi üzerinde daha büyük bir odak gelişmiştir. ABD Jeoloji Derneği tarafından yayınlanan bu çalışmada, atıksu arıtma tesislerinden deşarj ABD genelinde geniş bir kişisel bakım ürünleri ve diğer kimyasalların nehir ve dere ile ilgili farkındalık kaldırdı.
1960'ların başında beri Penn State Üniversitesi'ndeki araştırmacılar incelenmiş ve geliştirilmiş bir alternatif Atıksu deşarj pratikte biraz benzersiz nemli bir bölge. Yerine boşaltma Atıksu akışı için kabul ve böylece doğrudan etkileyen akış kalitesi, atık ormanlık ve üniversite tarafından yönetilen kırpılmış arazi için uygulanır. "Yaşayan filtre", takma Bu uygulama alanı şu anda kampüs artı bazı belediye üzerinden oluşturulan tüm atık su atık kabul eder. Bu Chesapeake Körfezi su teslim akarsu girmek aşırı besin için olasılığını azaltır, yerel soğuk su balıkçılık balık için zararlı olduğunu, ve diğer kimyasalların teslimini sıcak atık su deşarj korur doğrudan sucul ekosistemler irtibata geçerek gelen Atıksu içindeki.
Ancak, her zaman davranış değişiklikleri sonuçları vardır ve bu alternatif kullanım tesisi gibi bağışıklık değildir. Soru olup olmadığını atık su atık uygulanması toprağın su toprak yüzey2, 3,4,5 sızmaya izin yeteneği olumsuz etkiledi ile ilgili olarak ve büyük akış neden ortaya çıktığı, Yerel wells atık su atık bulunan kimyasallar (besin, antibiyotikler veya ilaç diğer bileşenleri, kişisel bakım ürünleri) ile olası bir bulaşma olup olmadığını ve bu kimyasal maddeler negatif oluştururken çevresel etkileri, toprak organizmalar7 sitesinde site veya antibiyotik direnci gelişimi üzerinde yetiştirilen bitkiler6 kimyasal alımını aracılığıyla gibi.
Bazı bu endişeleri bir sonucu olarak, bu çalışmada toprak Hidrolik iletkenlik, doygunluk üzerinde atık su atık sulama etkilerini belirlemek için yapılır. Kullanılan yaklaşım içinde veya sulanan alanı dışında seçilen sitelerden topraklar toplama ve toprak örnek kapsayıcı boyutu laboratuvar kurulumu ile eşleşen içerir. Laboratuvar Cihaz sığacak şekilde toprak örnek kapsayıcısı için ve aşağı toprak matris örnek üzerinden ayrılması aşağı toprak ve toprak örnek konteyner arasında hamle su taşır su için önemlidir. Bu oluştu emin olmak için Laboratuvar cihazları nasıl inşa protokolünü açıklar.
Toprak örnekleri bir traktör için bağlı bir hidrolik çekirdek örneği kullanılarak toplanır. Toprak çekirdek dalgalı ve yatay olarak seçili alanlardan toplanan ve toprak çekirdek örnekleyici monte bir plastik kol korudu. Bu çekirdek bir zirve yatay konumda veya bir depressional bölgesinde bulunan bir Hagerstown silt kerpiç üzerinden toplanır. Altı temsilcisi zirveleri ve altı depressional siteleri sulanan alan (Toplam 12 sulanan alan örnekleme siteleri) örneklenmiş. Buna ek olarak, üç zirveleri ve üç depressional siteleri bir bitişik, Sigara sulanan alan (altı sulu olmayan siteler toplam) örneklenmiş. En fazla altı çekirdek her sitede yaklaşık 1200 mm, maksimum derinliğe kadar yaklaşık 150 mm uzun olan her çekirdek numunesi (100 mm plastik kol ve 50 mm metal örnekleyici kesme kafanın içinde yer alan bulunan örneği ile toplanan ). Metal örnekleyici kaldırılması sonra toplanan toprak çekirdek içeren plastik kollu akmayan alın duvarları ile donatılmıştır, dik laboratuvar taşınan ve doymuş Hidrolik iletkenlik belirlemek için kullanılan kadar dik saklanır. Aynı anda, toprak belirlenmesi ve toprak çözüm konsantrasyonları kalsiyum (Ca), magnezyum (Mg) ve sodyum (Na) bir Mehlich 3 çıkarma için deiyonize su ve toprak konsantrasyonları8 tahminleri kullanarak her derinlikte toprak örnekleri toplanır bir 1:2 oranında toprak kütlesi: su ayıklar kitle. Su özleri kimyasal analizler indüktif birleştiğinde plazma atomik emisyon spektroskopisi (ICP-AES) elde edilmiştir ve sodyum adsorpsiyon oranı (SAR) hesaplamak için kullanıldı.
Doymuş Hidrolik iletkenlik tayini için öncelikle bir sürekli baş yöntemi9kullanılarak yapılır. Atık elektriksel iletkenlik (EC) taklit etmek için CA ve Na içeren bir çözüm tuzlar ve atık SAR toprak kalitesi değişkenleri alanında uygulanan Atıksu benzer su maruz şekilde oluşturulur. Bu durumda, EC 1.3 dS/m ve SAR 3, EC ve atık SAR örnek süre önce son yıllarda yansıtan. [Teknik olarak birimler SAR (milliequivalents/litre)½ ve genellikle literatürde tanımlanmamış.]
Sürekli baş yöntemine yapılan değişiklik klas ve tabii9 akış ayırıcı tarafından Walker8 Hidrolik toprak tahmine dahil toprak matris dışında meydana sütun ile akışı önlemek için gelişmedir iletkenlik. Akış ayırıcı toprak örnek boyutla eşleşmesi için seçilen ve işlenmiş Polivinil klorür (PVC) boru kullanılarak inşa edilmiştir. Bir ekran toprak örneği destekler ve toprak matris örnek alt akışı taşındı su verir. Bir ikinci çıkış böylece sözde duvar"akış" yanlış, toprak matris ile hareket eden su miktarı tahmini eklenmesini ortadan kaldırarak plastik kol içine aşağı aktı su yayar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. seçme toprak örnekleme mekanlar
- Hava fotoğrafçılığı ile tanımlamak ve sulama Atıksu ve bu da değil-si olmak tarafından alınan mekanlar site visit(s).
- Birkaç temsilcisi siteleri hangi örnekleme yapmak, üzerinde su, toprak ve bitkiler etkileşebilen mümkün manzara farklılıklarına (özellikle yatay konum, zirve, yan eğim, ayak eğimi ve depresyon gibi) yakından ilgilenerek seçin farklı.
- Manzara Zirvesi, yan eğim, ayak Eğim veya depresyon olarak belirlemek. Onların büyük özelliklerine göre temsilcisi siteleri kategorize.
Not: Bu denemede siteleri sigara sulanan Zirvesi tespit edilmiştir, zirve, depresyon, Sigara sulu sulu veya depresyon sulu. - Mekanlar ve her konumun hangi örnekler ayırt edici her temsilcisi sitesinden alınacak site sayısını belirleyin.
Not: Çoğu zaman, bir istatistikçi çevre istatistikleri ile tanıdık tartışmalarla bu noktada çok yardımcı olacak ve daha sonra endişeleri ile ilgili istatistiksel analizler önlemek. - Bir işaretleme bayrak her planlı örnek konuma yerleştirin ve GPS koordinatları kullanarak bir harita üzerinde planlanan örnek siteleri konumunu kaydetmek.
2. toprak örnekleri toplanması
- Toprak örnekleri toplamak için kullanılan ekipman belirlemek.
Not: sığ için (Örneğin, 300 mm'den az derin) toprak örnekleri, silindirik toprak örneği (ek Şekil 1) bu deneme için kullanılan boyutu genellikle kullanan bir damla çekiç ile toprağa toprak yeterince yumuşak ise. Burada açıklanan deneme için bir hidrolik DRILL RIG derinliklerinden toplanacak örnek izin vermek için kullanılan 1200 mm'ye kadar.
Ek resim 1: örnekleme için kullanılan matkap teçhizat.
- DRILL RIG örnekleme yapmak için siteye ulaşım.
- Sabit şapka, eldiven ve koruyucu gözlük DRILL RIG başlamadan önce koymak.
- Yeterince Kelly bar yüklenmesine izin vermek için gücü devreye sokun DRILL RIG ve alt döner kafa.
Not: DRILL RIG sürücü Başkanı örnekleyici için bağlar metal çubuk Kelly çubuktur. - Kelly çubuğu döner kafa ekleyin.
- Bir plastik astar/örnek tüp kesme kafası metal örnek tüp altına yapıştırılmış olan metal örnek tüp içine yerleştirin. Açıklanan uygulama için burada, bir 150 cm uzunluğunda ve 90 mm çap (OD) plastik astar 200 mm uzun ve 100 mm OD/90 mm çap (ID) metal örnek tüp içinde monte dışında kullanın.
- Her iki için donatılmış bir sürücü kafa kullanarak bar Kelly metal örnek tüp takın.
- DRILL RIG örnek tüpü yaklaşık 150 mm toprağa taşımak için çalışır.
Not: Bu 100 mm örnek plastik liner olarak sağlamak ve doymuş Hidrolik iletkenlik ölçüm laboratuvar olarak elde edilen su havuzuna örnek üzerinde tutmak için örnek üstündeki bir 50 mm boşluk için sağlar. Bu da toprak örneği koleksiyonunu sırasında sıkıştırma önlemek yardımcı olur. - Metal örnek tüpü DRILL RIG hidrolik sistemle topraktan çıkarması.
- Metal örnek tüp sürücü başından kaldırın. O zaman plastik metal örnek tüp toprak örneği holding, kullanarak tüp örnek kaldır ve topraktan plastik örnek tüp içinde kaybetmemek için değil toprak düzenleme veya plastik örnek tüp tarafını sıkmak ister.
- Son kapak için üst siyah alt toprak örneği için toprak örneği ve sonunda kırmızı kullanarak plastik örnek tüp her iki ucuna yerleştirin. Akmayan kirlenme veya örnekten su kaybını önlemek için kol bandı.
- Laboratuvara geri taşıma için dik duran örnek yerleştirin.
- Örnekleme adımları 2.6-2.12 tekrar ilgi en derin derinlik için devam edin.
3. bina sabit bir kafa, birden çok sütun, toprak Hidrolik iletkenlik kurulum
Not: Hidrolik iletkenlik Laboratuvar cihazları Walker10tarafından çalışmalarına dayanır. Akışını dış kenarına örnek ve toprak matris aracılığıyla akış yüzüğü içeren silindir arasında ayırmak için inşa edilmiş olan permeameter kullanımını gerektirir. Aşağıda için başvurulan herhangi bir PVC boru kimliği sıkı bir hoşgörü değildir. Bazı de uygun olabilir ve diğerleri (hafif zımpara) bazı çalışma gerektirebilir.
- Bir 100-mm uzunluğunda, 96 mm ID/114 mm-OD zamanlama 40 PVC boru elde edilir.
- Bir 100-mm uzunluğunda, 73 mm ID/89 mm-OD zamanlama 40 PVC boru elde etmek ve bir 5 mm konik kesme kenarı için makine. Bu dış çap uyacak bir 89 mm plastik astar ile sağlar.
- Alt program 40 PVC boru 20 mm kesik 3.2. adımda başvurulan ve daha sonra kullanmak üzere saklayın.
- Bir 6 mm kalınlığında sacdan gri PVC, 155 x 155 mm2kes. 60-70 mm dairesel bir açılış meydanın ortasına içerecek şekilde kare makine.
- Bir 73 mm OD/63 mm ID zamanlama 40 PVC boru 6 mm kalın dilim kes.
Not: 73 mm ID zamanlama 40 PVC boru içinde uygun bir 73 mm duş giderinden kesebilir ve de 73 mm OD 40 PVC boru zamanlarsanız işleri mevcut değildir. - PVC çimento, kullanarak ekleyin 73 mm OD PVC 6 mm kalın dilim (adımından, 3.5) 89 mm OD PVC (Kimden adım 3.2) üst aşağıda 20 mm.
- 3.6. adımda kullanılan PVC çimento kuruduktan sonra 6 mm sac üzerine iki PVC silindir merkezi ve PVC çimento kullanarak sayfasına ekleyebilirsiniz.
- Yaklaşık 15 mm 14 mm PVC bağdaştırıcısı dikenli bir son ile karşılamak için gri PVC Meydanı, yukarıda merkezli dış PVC silindir bir delik matkap.
- PVC çimento kullanarak yer içinde belgili tanımlık uyarlamak çimento.
- 19 mm OD/13 mm ID plastik boru bağdaştırıcı dikenli ucunu takın.
- Zamanlama 40 PVC 20 mm parça alt gri PVC Meydanı 3.4. adımda başvurulan çimento merkezli açılması.
- Böylece 73 mm, 6 mm kalın dilim üzerinde duruyor 89 mm OD PVC üst eklemek için 6 mm x 18 G çelik hasır (galvanizli çelik oluk bekçi de bunun için çalışır) bir 80-85 mm çapında dairesel parça kesip OD PVC.
- 19 x 184 x 2,438 mm3 kurulu seçin ve her uzunluğunu 1180 mm kesme yarısında kesti.
- 6-125 mm 70 mm yönetim kurulu dışında delik aralıklı kesip.
- Tel örgü kurulu delikler altına yerleştirin ve bağlamak (Örn., zımba tabancası kullanarak).
- 19 mm (emzik OD) huni x 140 mm (üst açıklıklı) hasır yerleştirin ve kurula bağlamak; yapıştırıcı kalafat huni üst ve ahşap arasındaki boşlukları ortadan kaldırmak için huni kenarında yerleştirerek.
-
(Bkz: adım 3.13 ve 3.14) 6 delikli tahta tutmak için 750 mm yüksek ahşap çerçeve inşa yaklaşık 350 mm çerçevenin alt yukarıda.
- Bir temel, iki çerçeve ucu, iki teskin bacak, daha düşük bir güçlendirilmesi temel, teskin Bankası, merkezi sabitleme arka Yönetim Kurulu ve üst arka Yönetim Kurulu dahil etmek için bu çerçeve bileşenleri hazırlayın.
- Bir kurulu 19 x 184 x 1180 mm3 temel olarak kesilmiş.
- İki tahtayla 19 x 184 x 750 mm3 her kare uçlar kesilmiş.
- Sabitleme bir 19 x 184 x 600 mm3 oluşturmak için kesilmiş iki tahtayla her ucunda bacak.
- Bir kurulu 19 x 184 x kurulu hemen altındaki alt güçlendirilmesi temel olarak içinde (bkz. Adım 3.14) delinmiştir 125 mm delik ile hizmet etmek için 1180 mm3 yara bere.
- 19 x 184 x 1,219 mm için bir tahta kesmek3 ön veya arka iki bağlı bir teskin üs olarak bacaklar dengeleniyor.
- Bir kurulu 19 x 184 x 1,219 mm3 arka pano sabitleme bir merkezi olarak kesilmiş.
- Üzerine bir oluk bağlı olacak ek istikrar eklemek için geri bir üst kurulu gibi bir Yönetim Kurulu 19 x 184 x 1,219 mm3 yara bere.
Not: örnek yerinde olduğunda toprak örnek kol toprakta üst olacak gibi oluk alt yaklaşık aynı yükseklik öyle ki en iyi arka pano ve ekli cilt payı bir yükseklikte olmalıdır.
Tamamlayıcı Şekil 2: ön görünüm doymuş Hidrolik iletkenlik cihaz. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
-
Temini ve drenaj olukları hazırlan.
Not: Her plastik oluk 1219 mm uzunluğunda ve genelinde yaklaşık 120 mm olan ve akmayan alın duvarları ile donatılmış.- Drenaj oluk bir ucunu kap ve bir ucunu her deliğin bir 13 mm HB x MGHT naylon dikenli teller sonu bağdaştırıcıya karşılamak için tedarik oluk delik.
- Geri besleme kapsayıcıya drenaj izin vermek için bir 25 mm ID PVC boru yerleştirmek için tedarik cilt payı diğer son kapağı delik.
- Açılı PVC bağlantıları drenaj su kaynağı kapsayıcıya geri için izin vermek için gerektiği gibi çimento.
- Bir 40 mm kesme kaynağı içinde sığacak şekilde yüksek cilt payı son kapağı yaklaşık 10 cm PVC bağlı prizinden oluk.
- Yaklaşık 20 mm derin, o son kapağı 30 mm alt ve 50 mm çentik üst kısmında geniş geniş üstündeki yamuk bir çentik kesti.
Not: Bu kaynağı sefalet içinde sürekli bir baş korumak için hareket edecektir. - Ahşap çerçeve alt güçlendirilmesi temel alınarak aittir drenaj oluk huniler altına yerleştirin.
- Tedarik cilt payı üst arka kurulu vinil cilt payı askıları kullanarak ekleyin.
Tamamlayıcı şekil 3: sonunda su oluk görünümünü. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
-
Su kaynağı hazırlamak.
- Plastik boru tedarik oluk ve drenaj oluk dikenli naylon son bağdaştırıcıları bağlayın.
- Büyük bir küvet yere bitişik tedarik kapsayıcı olarak hizmet için kurulmuş iletkenlik aygıtına yerleştirin.
Not: En az 24 saat ölçümler için yeterli su tutmak için küvete seçilmesi gerekir. - Küçük bir dalgıç pompa küvet içine yerleştirin ve plastik boru tedarik cilt payı giriş sonuna üzerinden bağlayın.
- Küçük plastik boru (3,9 anılacaktır) prize akışı dikenli uç adaptörler bağlanmak ve tüp drenaj oluk içine Sigara bağlı sonuna yerleştirin.
- Tedarik konteyner su ile doldurun.
- İçinde pompa Tak ve tedarik cilt payı doldurmak için çalıştırın. Tedarik oluk içine pompalanan su oranı neredeyse tam kaynağı oluk taşmadan tutmak yeterli olduğundan emin olun.
-
Bir "uygulama toprak örneği" hazırlamak gerekli değişiklikleri tanımlamak için.
- Bir "uygulama" toprak örneği yaklaşık 50 mm toprak üstündeki plastik kol üst arasında boşluk bırakarak bir plastik örnekleme kol içine yerleştirin.
- Alt sonu örnek ve bir çift katmanlı tülbent ile kol kapağı. Tülbent yeterince ölçekli bir lastik bant örnekleme kabında tutun.
- Uygulama toprak örneği ve kol su suya olmak tülbent sonunda yaklaşık 1/3'e kol yüksekliğini dolu bir küvet içine yerleştirin.
- Birkaç saat sonra yaklaşık 2/3 örnek yüksekliğinin küvette su yükseltmek. Gecede ayarlamak örnek izin sonra toprak örneği (kol üstündeki değil) üst sadece küveti doldurun.
- Toprak örneği 89 mm OD PVC boru üstüne yerleştirin ve nazikçe alt toprak üstünde belgili tanımlık perde dinlenmek için izin vermek için toprağa birkaç milimetre basına PVC boru keskinleşmiş kenarı izin tüp üzerine bastırın.
Not: Tülbent bu izin için gevşetti lastik bant olması gerekmektedir. Ayrıca, örnek kol toprakta üst yaklaşık tedarik oluk alt düzeyiyle olmalıdır ve örnek kol üst yaklaşık tedarik cilt payı üst düzey olmalıdır unutmayın. -
Su en üst toprak örneği sağlar.
- Pompa üzerindeki çevirmek ve tedarik cilt payı doldurun.
- Drenaj boru sonuna drenaj sefalet içinde yerleştirilir ve drenaj oluk prizinden sıkı bir drenaj veya kapsayıcı alt kotunda içine yerleştirilen plastik boru için bağlı olun.
- 6-mm boru kullanarak, bir sifon toprak üstüne tedarik cilt payı oluşturun.
- Da boşalmasına neden olur huni toprak çekirdeğinden su örnekleri toplamak.
Not: Örnekleri için araştırma ölçütlere göre deney için gerekli hassasiyet için yeterli su almak için gerekli süreyi toplanmalıdır. - Sızıntıları veya beklenmedik sorunlar için kontrol edin.
- Yaklaşık zaman yaklaşık yarım bir 100 mL kabı suyla doldurmak için gereken süreye dayalı su yeterli miktarda toplamak için gerekli (veya diğer temel birimi araştırma ekibi tarafından belirlenen) belirlemek.
- Simüle edilmiş bir "duvar akışı" küçük bir tornavida veya başka bir benzer alet bu geçit tarafından oluşturulan aşırı akış drenaj oluk drenaj boru aracılığıyla akış onaylamak için plastik toprak örnek kabı içine boyunca ekleyerek oluşturun.
- Herhangi bir sorun bu uygulama çalışmasında yer bulunamadı temel kurulum değiştirin.
4. elde toprak Hidrolik iletkenlik değerleri
- Alan sitesinden ile yerine bir lastik bant ile düzenlenen tülbent örnekleri alt ucunun kapsayan tarafından toplanan toprak örnekleri ıslak, yönergeleri izleyerek çalıştırın adımda 3,20 uygulama için sağlanan.
- Ve doldurmak tedarik cilt payı izin pompa başlayın. Kaçakları kontrol edin.
- Hidrolik iletkenlik cihazın üzerine örnekleri çalıştırmak için uygulama olarak yerleştirin. Örnekleri işleme sırasında değil kompakt için dikkatli olun.
- Sifon boruları su kaynağı oluk içinde plastik kol bulunan toprak yüzeyine taşımak için ayarlayın.
- Başlangıçta, bir fikir almak örnekleri ve nasıl sık sık örnekleri almak için ne kadar kazanmak için her 10-20 dk, huni su toplamaya başlar. Kayıt süreleri ve su kitleleri/birimler her zaman her toprak örneği için örnek.
- Sıralı örnekleri eşit miktarda su içeren bir bak. Sonra 3-5 örnekleri su aynı miktarda içerir, örnek büyük olasılıkla kararlı bir duruma ulaştı.
Not: kararlı duruma ulaştı emin olmak için bu 1 h ayrı planlanmış bir kaç ek örnek almam istenebilir. - Darcy Yasası doymuş Hidrolik iletkenlik hesaplamak için kullanın;
nerede
Koturdu doymuş Hidrolik iletkenlik (L/T) =
V çekirdek (M3) aracılığıyla akan su hacmi kararlı duruma =
L = örnek uzunluğu (M)
A = örnek kesit alanı çekirdek (L2) hangi su akan aracılığıyla. Bu kurulum için
T = zaman (T)
(H2- H1) Hidrolik baş fark (L); = Bu kurulum için üst toprak yüzeyinde havuzuna su ve toprak örneği alt arasındaki mesafedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Atık su atık yaşayan filtre alanında uygulama su iletebilme özelliği toprak olup etkiledi sorusunu araştırmak için toprak doymuş Hidrolik iletkenlik ölçmek için deneyler yaptı. Biz sitenin bu sitenin sigara sulanan alanlarda ile sulanan alanlarda toprak Hidrolik iletkenlik göre. Orada-si olmak be gibi bazı raporlar yeteneği indirim (örneğin) topraktaki sodyum birikmesi sonucunda su iletimi için toprak daha az nemli bölgelerde atık su atık toprak Hidrolik iletkenlik üzerinde etkisi endişe, meselesi ya da bir yüzey biyolojik kabuk gelişimini. Her Hidrolik iletkenlik ölçüm için toplanan örnekleri için toprak çözümdeki Ca, Mg ve Na katyonlar büyük bir ölçüm için bir metre hidrolik iletkenlik örneklerin içinde bitişik mekanlar örnekleri toplanmıştır. Ca, Mg ve Na değerlerini toprak çözüm içinde su, toprak, toprak su içeriğine örnekleme sırasında temel değerleri geri hesaplanan ile ayıklar deiyonize 1:2 toprak kütlesi: su kütle oranı tahmin edilmiştir. Bu toprak çözüm konsantrasyonları tarafından tanımlandığı gibi toprak çözüm sodyum adsorpsiyon oranını hesaplamak için kullanılmıştır:
Na, Ca ve Mg için değerler milliequivalents (meq) nerede verilmiş / litre. (Na, meq/l sayısı için bölünmüş tarafından 23; CA, mg/l = meq/l = mg/l bölünmüş Mg için; 20 meq/l = mg/l 12 tarafından bölünmüş.)
Bu hidrolik iletkenlik depressional alanlarda (Şekil 1), derinliği azalmış Koturdu derinliği olmayan sulanan alanlarda mevcut tarafından en güçlü ilişki ile gözlenmiştir.
Koturdu SAR ile için toprak örnekleri aşağıda 20 cm, ilişkinin göz önünde bulundurarak vardı Koturdu ve sigara sulanan çöküntü (resim 2), toprak üçün SAR arasında güçlü bir pozitif ilişki güçlü olumsuz Koturdu ve SAR sulu çöküntü ilişkisi. Bu sigara sulanan alan SAR değerini önemli ölçüde altında sulanan alan bu olduğunu ve hangi toprak Hidrolik iletkenlik etkilenebilir olacaktır o beklenen değil bir aralıkta olduğunu belirtmek gerekir. Sulanan alan SAR değerleri daha yüksek ve bir aralıktaki herhangi bir indirim Hidrolik iletkenlik oluşturmak için beklenen değil olmasına rağmen bu Koturdu ve SAR (Şekil 2) arasında güçlü bir negatif ilişki olduğu görülmektedir .
SAR dağıtım için sigara sulanan çöküntü (Şekil 3) derinliği tarafından bakarak, toprak çözüm SAR ve toprak derinliği küçük ilişkisi vardı. Böylece, derinliği ile değiştirme eğilimi toprak özellikleri (yapı, doku), değişimler azalan Koturdu değerlere göre derinlik ilişkisi hakim olasıdır. Buna ek olarak, Şekil 4 toprak derinliği ve toprak çözüm SAR sulanan depressional alanlar için arasında güçlü bir ilişki olduğunu gösterir. Koturdu ve SAR arasındaki güçlü ilişkiyi sulanan alan için her iki güçlü bir korelasyon arasında toprak derinliği ve toprak çözüm SAR ve bir dereceye kadar Koturdu azalmasına derinlik bir artış ile nedeniyle muhtemeldir. Bu ancak, Koturdu sadece nedeniyle artan SAR biraz düşüş olabilir görünmüyor.
Resim 1: Doymuş Hidrolik iletkenlik ve hem sulu hem de sigara sulanan çöküntü için toprak derinliği ilişkisi.
Resim 2: Doymuş Hidrolik iletkenlik ve sodyum adsorpsiyon oranı (SAR) toprak çözüm için hem sulu hem de sigara sulanan çöküntü ilişkisi.
Şekil 3: Derinliği olmayan sulanan çöküntü içinde bulunan siteler için örnekleme tarafından toprak çözelti içinde ortalama SAR değeri.
Şekil 4: Sulu çöküntü içinde bulunan siteler için derinliği tarafından toprak çözüm SAR değeri.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Veri bir site temsili elde etmek önemli alan bazlı, rahatsız edilmeden toprak örnekleri toplamak ve hidrolik iletkenlik değerlerini elde etmek için yeteneğidir. En iyi alan koşulları göstermek için alanı ortamlarındaki fiziksel devlet temsilcisi kalır toprak örnekleri kullanmak önemlidir. Toprak örnekleri alt örnekleme veya indüklenen sıkıştırma, örneğin işleme sonra rahatsız, doymuş Hidrolik iletkenlik etkileyen yapısal değişiklikler yaşayacaksınız bir alan site toplanır.
Kontrollü laboratuvar ortamında toprak Hidrolik İletkenlik ölçme aracı olması önemlidir. Ancak, bir akış boyunca örnek konteyner içine hesaba başarısız doymuş Hidrolik iletkenlik için bir laboratuvar yöntemi kullanarak (sözde "akışı duvar") sonuçları ve metodoloji nedeniyle yüksek değişkenlik zavallı bir üreme içinde sonuçlanır yerine doğal nedeniyle değişkenlik.
Disk Permeameter geliştirme Perroux11tarafından 1982 yılında tabanlı beri tarafından yapılan kumaşçı ve beyaz12, çok çaba daha tatmin edici alan bazlı toprak Hidrolik iletkenlik ölçüleri13elde etmek için harcanan. Alan bazlı ölçümler son derece cazip olması, "rahatsız" toprak olarak doğal toprak koşulları (örneğin, kurutulmuş ve örnekleri bir sütuna repacked zemin) örnekleri yansıtmıyor.
Ancak, aynı zamanda toprak Hidrolik iletkenlikleri elde etmek için alan bazlı Yöntemler dezavantajları vardır. Bir varsayım alan bazlı yöntemleri ile yapılan su emme oranı toprağa ölçmek için kullanılan ekipman temel toprak Tekdüzen13olmasıdır. Ancak, çoğu toprak düzgün değildir ama onların iletkenlikleri farklı toprak malzeme tabakalarının oluşmaktadır.
Başka bir dezavantajı 1 – 4 h (veya daha fazla) bir kapsamlı örnekleme kampanya gerektiren gerçektir ölçüm süresi örnek site hazırlık süresine ek olarak başına. Bu site14 önceki çalışma Ankeny ve ark13yöntemini kullanarak tamamlamak için birkaç hafta gerekli. Çok sayıda örnekleri topluluğu böyle önemli bir süre gerektirecektir sonucudur saha durumuna değiştirir (Örneğin, bitki büyüme, su içeriği, vb) ve örnekleme Ayrıca alan ile girişime neden olabilir işlemleri (Örneğin, bu durumda, Atıksu sulama uygulamaları ve hasat). Çevre koşulları (Örneğin, yağış) farklılıkları yapılan toprak kimyasal değişikliği neden olabilir. Bu deney söz konusu olduğunda, Ca, Mg ve Na yağış infiltrasyon ve aşağıya doğru su hareketi nedeniyle toprak aracılığıyla leaching nedeniyle toprak Ca, Mg ve Na konsantrasyonları değişti.
Katılan fiziksel emek ve zaman uzunluğu nedeniyle bitki örtüsü14ile kaplıdır ve süreyi alan bazlı doymuş Hidrolik iletkenlik değerleri, yetenek elde etmek için toplamak için gerekli zaman site hazırlamak için gerekli temsilcisi değerleri üzerinden çeşitli toprak derinlikleri ve alan yerlerde derinlik başına örnek başına yarım gün kadar gerektirebilir. Gerekli bitki üretim saha operasyonları, sulama, dahil olmak üzere örnek koleksiyonu için süreyi kısıtlamak.
Birçok site, doymuş Hidrolik iletkenlik Saha ölçümleri yapmak için gereken süreyi kullanılabilir olsa bile, buna ek olarak, bir alan site genelinde ve çeşitli derinliklerde örneklerini almak için süreyi mutlaka toplanmakta birçok örnekleri neden olur farklı çevresel koşullar altında bu değişiklik günden güne (veya daha sık) olarak.
Hidrolik toprak örnekleyici ile alanından toplanan örnekleri çok daha kısa bir süre içinde böylece yer alan sitede zaman içinde alabilir değişiklikleri azaltarak toplanabilir. Ancak, toprak Hidrolik iletkenlik böyle örnekleri almak için laboratuvar yordamlar, sözde "akışı duvar"10tabi olmanın farklı dezavantajı var. Örnek da genellikle toprak Hidrolik iletkenlik tahminleri elde etmek için kullanılan bir sürekli baş cihaz yerleştirildiğinde duvar boyunca örnek konteyner iç su akışını akışıdır. Toprak, su hareket hızını ölçmek içeriyorsa böyle akış yanlışlıkla yüksek tahmini Hidrolik iletkenlik sonuçlanır. Bu el yazması bir laboratuar toprak Hidrolik iletkenlik ve toprak örnek boyutunun Labaratuar donanımları boyutuna uygun bir örnek toplama yönteminin tahminleri akışından duvar ortadan kaldırmak için kullanımını açıklar.
Değil sıkıştırılmış toprak örnekleri toplamak için kritik bir adımdır. Her ne kadar toprak nem durumu örnekleyiciyi ekleme ve böylece toprak uyumluluk direnç etkisi olacaktır, tavsiyem toplanan örnek uzunluğu içine eklenen örnek liner daha biraz daha kısa olmalıdır metal örnek tüp.
Laboratuara alanından örnekleri taşıma rahatsızlık onlara en aza indirir bir şekilde yapılmalıdır. Onları dik tutmak ve sıkı bir şekilde diğer her olacaktır karşı Paketli değil sağlamak işleme bozuklukları azaltılmasına yardımcı olur.
İletişim kuralındaki en önemli adım duvar akışı toprak matris10' dan toplanan su dahil edilmeyen böylece alandan toplanan örnek boyutla eşleşmesi için Laboratuvar cihazları oluşturmaktır. Burada sunulan Laboratuvar cihazları açıklaması örnek konteyner belirli bir boyutu için olsa da, Laboratuvar cihazları örnek sahipleri boyutunda benzer şekilde eşleşirse ölçekli öteki taşıyıcılar kullanılabilir.
Bir kez bir prototip monte, kasıtlı olarak sonuç duvar akışı için oluşturulan test örnekleri tespit cihazları inşaat gerçekten toprak matris akışından duvar akışı ayırmak için kullanılan. Başka bir önemli gözlem plastik toprak konteyner overtopping olmadan nihai tasarım su toprak örneği üstünde sürekli Başkanı kurulması izni olup olmadığını olmasıdır. Kapsayıcının üst tarafını toprak kaynağı sefalet içinde su seviyesinden olması gerekir. Bu çok önemlidir. Plastik toprak kap su overtops Eğer, o zaman boyutları doğru ölçülen olasılığı vardı. Bu kapsayıcının üst tarafını toprak örneği bozmamaya dikkat edin plastik toprak, bir lastik halka yaklaştırarak aşılabilir.
Örnek koleksiyon zaman gerekli deney'nın hassas hem de toprak su hareket hızını ayarla her iki ölçütü bağımlı olacaktır. Örneğin, örnekleri için 10-20 dk kadar su nispeten sabit bir miktarda toprak çekirdek aracılığıyla taşınır ve örnekleme konteyner içine her zaman alınan her saat 12 h bir süre için toplanan gerekebilir. Diğer durumlarda, örnekleri yalnızca sabit miktarda su ile toprak bir verilen örnek süre hareket etmeden önce 8 – 10 dakika süre ile 3 veya 4 h alınması gerekebilir. Su örnek zaman aynı dönemde sabit hacimli "kararlı duruma" durumu ulaşmıştı gösterir.
Toprak çekirdek örnekleri aşağıdan yukarıya, en az 24 saat süreyle yavaş yavaş doyurmak için her bir çekirdeğin dibinde tülbent yerleştirerek ve çekirdek bir küvete yerleştirerek doymuş Hidrolik İletkenlik Analizi için hazırlanmıştır.
Presaturation sonra çekirdek küvet çıkarıldı ve her birinin çekirdek alt topraktan toprak kendisi ile akışı içeren plastik kol kenarlarında herhangi bir akışı ayırmak için tasarlanmış bir akış ayırıcı üzerinde kurulmuştur. Bir seferde altı toprak çekirdek bir weir su teslim edilmek üzere bir sabit kafa sifon tüpler aracılığıyla, toprak örnekleri üst içeren bir oluk sistemi10 ile bir tezgah dahil bu aygıtta yerleştirildi. Su oluk sisteme bir dalgıç pompa kullanarak bir rezervuar pompalanır oldu.
Akış ayırıcı aslında 100 mm uzunluğunda ve 100 mm çap PVC boru içinde toprak örneği tutan plastik kol oturur bir tutucu olarak hizmet veren şeydir. Böylece toprak örneği bu PVC boru keskin kenar bağlantı kurar ve daha küçük PVC boru dışında uygun toprak örneği tutan plastik kol ile dış PVC boru içinde uyum ikinci bir PVC boru (yaklaşık 75 mm çapında ve 75 mm uzun) keskinleşmiş olduğunu. Bir ekran daha küçük PVC boru içinde toprak örneği destekler ve toprak örnek alt akışı taşındı su verir. Bir ikinci çıkış böylece sözde yan yol"akış" yanlış, toprak matris taşındı su miktarı tahmini eklenmesini ortadan kaldırarak plastik kol içine aşağı aktı su yayar.
Teknik bir önemli sınırlama düşük doymuş Hidrolik iletkenlik olan toprak ile bir yüksek kil içeriği olanlar gibi ortaya çıkar. Toprak çok düşük doymuş Hidrolik iletkenlik ile genellikle onların iletkenlik ile kararlı olması gerekir "düşen kafa" yaklaşım7 burada kullanılan sabit kafa yaklaşım yerine. Burada açıklanan cihaz önemli ölçüde düşen bir baş yaklaşım kullanılmak üzere izin vermek için değiştirilmesi gerekir.
Tasarım geleneksel laboratuvar yöntemleri9' dan doymuş toprak Hidrolik iletkenlik10 daha tutarlı sonuçlar sağlamak için bulundu. Tasarım kullanımı doymuş toprak Hidrolik iletkenlik yanlışlıkla duvar akışı tahminlerinde toprak ile bir süre içinde akan su hacminin de dahil olmak üzere nedeniyle yanlışlıkla yüksek tahminleri kaydetme sıklığını azaltmak yardımcı olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa gerek yok.
Acknowledgments
Yazarlar Pennsylvania State Üniversitesi Office, fiziksel kısmi finansman sağlamak için bu projeye destek için bitki teşekkür etmek istiyorum. Kısmi finansman Ayrıca USDA-bölgesel araştırma projesi W-3170 tarafından sağlandı. Analitik çalışmaları ile yaptığı yardım Ephraim Govere için bizim Şükran ifade etmek istiyorum. Charles Walker, olan mühendislik tasarım ve inşaat becerileri bize bu işi yapmak için mümkün kılan en derin şükran etmektir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sampling equipment: | |||
| Soil Sampler Drill Rig | Giddings Machine Co. Inc | #25-TS / Model HDGSRTS | * NOTE: This model is comparable to the model we utilized but which is no longer produced |
| Kelly Bar | Giddings Machine Co. Inc | #KB-208 8 Ft. Kelly Bar | |
| Soil Sample Collection Tube | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-180 4-3/4” X 7-1/4” | |
| Soil Collection Tube Bit | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-190 4-3/4” Standard Relief | |
| Plastic Liner for Soil Sample | Giddings Machine Co. Inc | #ZC-208 3-5/8” x 6” | Enough for the number of samples being collected |
| Black end caps a for bottom of sample liners | Giddings Machine Co. Inc | To retain samples in liners | |
| Red end caps a for top of sample liners | Giddings Machine Co. Inc | To retain samples in liners | |
| Cooler Chest | Store & maintain samples upright in sample liners during transport from field to lab | ||
| Protective gear: | |||
| Hardhats, googles, and gloves | other items as needed for personal protection | ||
| Saw | |||
| Drill and bits | |||
| PVC Cement | |||
| 6 to 8, 19 mm x 184 mm x 2,438 mm boards | |||
| 2 – barbed fittings; 13 mm HB x MGHT | to connect plastic tubing to supply gutter and to drainage gutter | ||
| 6 – barbed fitting | to connect plastic tubing to outer PVC cylinder to allow for water drainage | ||
| 3,000 mm long, 19 mm OD / 13 mm ID plastic tubing | |||
| 6 – 85 mm diameter circular mesh pieces | Can be cut from (e.g.) a 600 mm long, 6 mm x 18 gauge wire mesh (e.g. galvanized steel gutter guard) | ||
| Schedule 40 PVC pipe – 96 mm ID / 114 mm OD | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 73 mm ID / 89 mm OD | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 63 mm ID / 73 mm OD, OR 6 - 73 mm plastic shower drains | |||
| Schedule 40 PVC pipe – 25 mm ID | |||
| 6, 6 mm thick x 155 mm square sheets of PVC | Can purchase 2 – 6 mm x 300 mm (appx) sheets for about $20 each from: https://www.interstateplastics.com/Pvc-Gray-Sheet-PVCGE~~SH.php?vid=20180212222911-7p | ||
| 6 – 140 mm by 19 mm plastic funnels | To direct water flowing from soil sample into collection beaker | ||
| Adhesive caulk | |||
| 1 – length of 150 mm x 1,200 mm wire mesh cloth | 4 Mesh works well | ||
| 2 – 120 mm x 1,219 mm plastic gutter with end caps | |||
| 4 – gutter hangers | |||
| 1 - additional gutter end cap | To be cut as described in procedures to create a constant head in the supply gutter | ||
| 1 – large plastic tub | Appx 65 L in volume, for example, to serve as water source for the hydraulic conductivity procedure | ||
| 1 – large plastic tub | To serve for wetting up soil samples | ||
| 1 – Submersible pump | e.g. Beckett M400 AUL or M400 AS | ||
| Plastic tubing | Various sized drainage tubes, water supply tube, and drain from drainage gutter | ||
| Container of Cheese Cloth | To place at bottom of soil sample help retain soil in plastic sample container during hydraulic conductivity and wetting up | ||
| Rubber bands | Large enough to fit around plastic sample liners tightly | ||
| Scale which measures to at least 0.1 g | |||
| Beaker or other container to collect water from each sample | |||
| Sodium Chloride | For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil | ||
| Calcium Chloride | For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil |
References
- Kolpin, D. W., et al. Pharmaceuticals, hormones, and other organic wastewater contaminants in U.S. streams, 1999-2000: a national reconnaissance. Environmental Science & Technology. 36 (6), 1202-1211 (2002).
- Duan, R., Sheppard, C. D., Fedler, C. B. Short-term effects of wastewater land application on soil chemical properties. Water, Air, & Soil Pollution. 211 (1-4), 165-176 (2010).
- Frenkel, H., Goertzen, J. O., Rhoades, J. D. Effects of clay type and content exchangeable sodium percentage, and electrolyte concentration on clay dispersion and soil hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Journal. 42 (1), 32-39 (1978).
- Goncalves, R. A. B., et al. Hydraulic conductivity of a soil irrigated with treated sewage effluent. Geoderma. 139 (1-2), 241-248 (2007).
- Halliwell, D. J., Barlow, K. M., Nash, D. M. A review of the effects of wastewater sodium on soil physical properties and their implications for irrigation systems. Australian Journal of Soil Research. 39 (6), 1259-1267 (2001).
- Franklin, A. M., Williams, C. F., Andrews, D. M., Woodward, E. E., Watson, J. E. Uptake of Three Antibiotics and an Antiepileptic Drug by Wheat Crops Spray Irrigated with Wastewater Treatment Plant Effluent. Journal of Environmental Quality. 45 (2), 546-554 (2016).
- Franklin, A. M., et al. Antibiotics in agroecosystems: introduction to the special section. Journal of Environmental Quality. 45 (2), 377-393 (2016).
- Wolf, A. M., Beegle, D. B. Recommended soil tests for macronutrients. Recommended Soil Testing Procedures for the Northeastern United States. Sims, J. T., Wolf, A. , 3rd ed, Agricultural Experiment Stations of Connecticut, Delaware, Maine, Maryland, Massachusetts, New Hampshire, New Jersey, New York, Pennsylvania, Rhode Island, Vermont, and West Virginia. University of Delaware, Newark. Northeast Regional Bulletin No. 493 39-47 (2011).
- Klute, A., Dirksen, C. Hydraulic conductivity and diffusivity: laboratory methods. Methods of Soil Analysis: Part 1-Physical and Mineralogical Methods. Klute, A. , Soil Science Society of America, American Society of Agronomy. Madison, WI. 687-743 (1986).
- Walker, C. Enhanced techniques for determining changes to soils receiving wastewater irrigation for over forty years. , The Pennsylvania State University. University Park, PA. Dissertation (2006).
- Perroux, K. M., White, I. Designs for disc permeameters. Soil Science Society of America Journal. 52 (5), 1205-1215 (1988).
- Clothier, B. E., White, I. Measurement of sorptivity and soil water diffusivity in the field. Soil Science Society of America Journal. 45 (2), 241-245 (1981).
- Ankeny, M. D., Ahmed, M., Kaspar, T. C., Horton, R. Simple field method for determining unsaturated hydraulic conductivity. Soil Science Society of America Journal. 55 (2), 467-470 (1991).
- Larson, Z. M. Long-term treated wastewater irrigation effects on hydraulic conductivity and soil quality at Penn State's Living Filter. , The Pennsylvania State University. University Park, PA. Master thesis (2010).
