Capturant pondérée en fonction du débit de l’eau et les particules en suspension de canaux agricole pendant les événements de Drainage

Résumé

Nutriments présents sous forme particulaire peuvent beaucoup contribuer aux charges globales dans les eaux de drainage agricole. Cette étude décrit une nouvelle méthode pour capturer pondérée en fonction du débit de l’eau et les particules en suspension de drainage canal ferme pendant toute la durée de l’événement de drainage.

Résumé

Le but de cette étude est de décrire les méthodes utilisées pour capturer pondérée en fonction du débit de l’eau et les particules en suspension de canaux de la ferme au cours de drainage décharger des événements. Ferme de canaux peut être enrichi en éléments nutritifs comme le phosphore (P) qui sont sensibles aux transports. Phosphore sous forme de particules en suspension peut contribuer de manière significative les charges globale de P dans l’eau de drainage. Une expérience de cuve décantation a été menée pour capturer les particules en suspension lors des événements de drainage discrète. Eau de décharge pour le canal ferme ont été recueilli dans une série de deux citernes de décantation de 200 L sur toute la durée de l’événement de drainage, afin de représenter un sous-échantillon composite de l’eau évacuée. Cônes de sédimentation Imhoff sont finalement utilisés pour les particules en suspension se déposent. Ceci est réalisé par succion eau provenant des réservoirs de décantation par les cônes. Les particules sont recueillies puis pour analyses physico-chimiques.

Introduction

Le devenir et le transport de particules en suspension a fait l’objet de nombreuses études en raison de son rôle dans l’eutrophisation, notamment dans les systèmes agricoles^1,2. Une évaluation complète des nutriments contenus dans la matière particulaire dans un système aquatique est nécessaire pour enquêter sur les nombreux enjeux environnementaux tels que le recyclage interne des éléments nutritifs et libérer l’eau sus-jacente colonne³, stabilité de substrat, disponibilité de la lumière dans la colonne d’eau et éventuellement des problèmes de qualité de l’eau pour les écosystèmes en aval⁴. La quantité de phosphore (P) stockée sous la forme de particules (matière organique ou les sédiments) est généralement plus élevée que dans la colonne d’eau⁵. Une étude menée par Kenney et al. ⁶ a montré que les sédiments récents qui ont été déposés au lac Lochloosa, en Floride, étaient de la tranche d’âge de 1900 à 2006. Ces sédiments plus récents contenaient P près de 55 fois plus que celle qui existait dans la colonne d’eau. Une approche pour caractériser l’impact potentiel que particules peuvent avoir sur un système particulier consiste à réaliser un inventaire quantitatif de phosphore stocké dans les sédiments rejetés lors d’événements de drainage. Collecte et l’analyse de ces particules déchargées peuvent aider à estimer les effets en aval d’enrichissement en éléments nutritifs sur les écosystèmes sensibles.

Orages généralement représentent une petite fraction du temps, mais peuvent contribuer à la majorité des P charge décharge au drainage agricole. C’est parce que pour empêcher les champs d’inondation, un grand volume d’eau est évacué sur de courtes périodes de temps. Taux de précipitations intensité et débit sont essentiels facteurs qui permet de contrôler la concentration des sédiments en suspension dans les eaux de ruissellement terrestre⁷. Conception de méthodes de surveillance qui capture les échantillons d’eau composite pondérée en fonction du débit permettrait d’éviter les erreurs liées aux événements de précipitation de complexes, de forte intensité. Lors des événements de décharge élevé comme des tempêtes, les changements rapides et drastiques des concentrations peut-être pas représentant de la concentration du polluant moyenne du volume supplémentaire. Échantillons de pondérée en fonction du débit d’eau beaucoup plus précisément représente donc la concentration d’un événement de décharge comme c’est la somme des charges sur une période de temps,⁸. Les échantillons plus courantes pondérée en fonction du débit sont collectées automatiquement des échantillons discrets ou composites. En capturant les particules en suspension exportés de ferme drainage pendant la décharge permet de quantifier la gravité de l’événement sur chargement P. La méthode décrite dans cette étude aide à capturer les particules qui peuvent plus tard être qualifiées de diverses propriétés physiques et chimiques. La nouveauté de la décharge de drainage en utilisant une méthode de flux composite continu contre benne d’échantillonnage l’échantillonnage est que c’est une meilleure représentation des conditions sur le terrain pendant toute la durée de l’événement de drainage. ATTENDU que, grab d’échantillonnage est un « instantané » dans le temps et ne peut pas pleinement représenter l’effet de la manifestation.

La zone agricole de Everglades (EAA) en Floride du Sud, USA est une grande étendue des Everglades originales qui a été canalisé et vidés pour l’agriculture, le développement commercial et résidentiel. Presque 1100 millions de m³ d’eau se déverse chaque année depuis et à travers l’AEA au sud et sud-est⁹. Les sols dans les CEA sont Histosols qui contiennent généralement plus organique de 85 % en poids de la matière et ont moins de 35 % de contenu minéral¹⁰. Sédiments de canal ont généralement de faible masse volumique (entre 0,14 g cm^-3 à 0,35 g cm^-3), teneur en matière organique élevé (entre 31 et 35 %) et les valeurs de P Total (PT) comprise entre 726-1,089 mg kg^{-1 11}.

Dans le but de cette démonstration, une batterie de serveurs au sein de la CEA a été sélectionné. Le hydroscape de la façon dont l’eau s’écoule dans l’EAA dépend de pompes et de la gravité. Chaque batterie de serveurs dans l’EAA comprend au moins un canal principal et plusieurs fossés du champ. Le domaine des fossés exécution perpendiculaire au canal principal. Les pompes en général servent un double objectif ; ils livrent l’irrigation de l’eau à la ferme et rejettent aussi l’eau de drainage extérieur. Lorsque les champs doivent être vidangées, eau dans le canal principal est abaissée et l’eau sur le terrain s’écoule dans les fossés, conduits par un gradient hydraulique. En raison de seulement une légère pente en surface plus de pluie qui se produit sur les flux de champs dans le profil de sol en transit vers le champ des fossés.  Au cours de l’irrigation, le système est inversé. Il n’y a pas de réseau de drainage de tuile dans le CEA. La nappe phréatique est maintenue à une hauteur spécifique en raison d’une couche de confinement de sous-fifre de roche calcaire des sols.  L’eau est apportée à travers les principaux canaux ; fossés du champ sont remplis, et l’eau n’est autorisé à s’infiltrer dans le sol à élever le niveau de la nappe phréatique dans les champs. En général, réclament de l’eau d’irrigation dans les CEA se produire au cours de mars, avril et mai (saison sèche), vindange drainage très peu. En revanche, le volume d’eau déversé entre juin et octobre (saison humide) est significativement plus élevé. La présence du canal Banque talus et fossés permet des écoulements de surface minimale comme une source potentielle de la charge de phosphore dans la ferme des canaux¹².

Dans cette expérience visuelle, nous présentons une nouvelle méthode de capture pondérée en fonction du flux de particules en suspension lors des événements de drainage qui peuvent ensuite être utilisées pour la caractérisation physico-chimiques tels que la masse volumique, teneur en matière organique et fractionnement de P^{13 ,},¹⁴.

Protocole

1. Datalogger Installation et fonctionnement

1. identifier une ferme d’étude et d’installer un enregistreur de données qui déclenche un échantillonneur automatique pour prélever des échantillons composites de flux sur une base proportionnelle du débit, nécessitant une surveillance des concentrations de canal, révolutions tête de pompe et pompe d’étalonnage équation.

figure 1 : échantillonneur de CITP utilisé pour le programme auto-échantillonnage procédures pour l’eau de drainage composite et les particules de prélèvement d’eau. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

3. surveiller les niveaux de canal de batterie de serveurs à l’aide de capteurs de pression installés dans les canaux d’entrée et de sortie adjacents à la station de pompage.
4. Pompe de moniteur de vitesse à l’aide de détecteurs de proximité qui sont installés sur les têtes de pompe ; vitesse est enregistrée par l’enregistreur de données en tours par minute (tr/min).
   NOTE : Détecteurs de proximité sont des morceaux de métal qui, une fois passé sur l’autre comte le nombre de RPM. Elles sont soudées sur les têtes de pompe à.
5. Précipitations de mesure en utilisant un basculement seau pluviomètre auquel est connecté le datalogger.
   Remarque : L’enregistreur de données communique par radio télémesure à une station de radio de base située à UF/IFAS Everglades Research and Education Center. Télémétrie n’est pas nécessaire pour contrôler le prélèvement d’échantillons, uniquement pour la collecte de données et le stockage.

2. Drainage pondérée en fonction du débit d’échantillonnage de l’eau

1. débit de drainage de calculer à l’aide d’un enregistreur de données et une équation de pompe d’étalonnage pour chaque pompe. Échantillonnage de pondérée en fonction du débit d’écoulement est obtenue par un échantillonneur automatique qui est actionné par l’enregistreur de données après un volume de drainage de déclenchement est atteinte.
   Remarque : Les taux de vitesse et le débit de pompe varient sur une période de 24 h. L’échantillonnage de la CITP est déclenchée par le volume des eaux usées, pas le taux. L’échantillonneur automatique est programmé pour recueillir un sous-échantillon après décharger un volume donné d’eau. Le volume des rejets aqueux est calibré selon le nombre de tours de la pompe.
2. , Prélève un échantillon composite des eaux (minimum 500 mL) en utilisant un in situ automatisé échantillonneur situé à la station de pompage et programmez-le pour capturer un échantillon d’eau composite quotidienne pendant les événements de drainage.
   Remarque : Le sampler de la CITP est plumes pour les cuves de récupération à l’aide de tubes détournés par un enregistreur de données qui prélève un échantillon de 2 L toutes les 2 min jusqu'à 400 L.
3. Volumes de déclenchement d’échantillon de programme afin de permettre un maximum de 30 échantillons par 24h décharge période.
   1. Programme le datalogger pour prélever des échantillons composites de flux en suivant ces étapes : entrer programme → programme → débit d’échantillonnage → impulsions échantillon tous les 1 → 30 échantillons composites → Volume d’échantillon de 130 mL → Calibrate L’échantillon de Volume [NO] → entrez l’heure de début [non] → séquence complète de programme.
4. Stocker les échantillons composites pondérée en fonction du débit dans un réfrigérateur sur place à 4 ° C jusqu'à ce que la collecte et le transport de retour au laboratoire pour les analyses dans une glacière pleine de glace.
5. Analyser les échantillons d’eau pour soluble P réactive dans les 24 heures du temps de prélèvement d’échantillons. Les échantillons utilisés pour l’analyse de P Total (PT) peuvent être acidifiées et stockés à 4 ° C pour jusqu'à 28 jours ¹⁵.

3. Capture des particules en suspension

1. Place une série de deux 200 L PVC de décantation pour recueillir l’eau de décharge pour le canal ferme pendant toute la durée de la période de drainage à capturer et à caractériser les particules en suspension.
   1. Programme d’échantillons de l’enregistreur de données pour recueillir les particules en suspension en procédant comme suit : programme → temps d’échantillonnage → déguster toutes les 2 min → échantillons composites [200] → Volume d’échantillon calibrer [NO] → entrez l’heure de début [non] → Séquence complète → d’échantillonnage bouton-poussoir.
2. Recueillir l’eau de drainage pondérée en fonction du débit dans les réservoirs de réglage (2 L toutes les 2 min) basé sur le volume d’eau pendant une période de collecte de 24 h.

figure 2 : deux 200 L réservoirs utilisés pour collecter l’eau de drainage. Particules en suspension se déposent au fond du réservoir et sont transférés dans des seaux de 5 gallons. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

3. siphonner l’eau en excès à l’aide de tuyaux comme particules commencent à s’installer dans les réservoirs.
4. Transfert de particules dans des seaux de 5 gallons, leur transport vers le laboratoire et placez-les au réfrigérateur à 4 ° C.
5. Siphon hors de l’eau en excès après décantation pendant 24 h et transférer les particules dans Imhoff décantation cônes.
6. Après s’être installé pendant au moins 1 h, siphonner l’eau en excès une dernière fois avant le transfert des particules sédentarisés dans des bocaux de couvercle pré-pesés 500 mL pour le stockage à 4 ° C.
7. Peser les bocaux avec des échantillons de particules.
8. Procéder à des analyses de fractionnement phosphore tel que décrit par Hedley et Stewart ¹⁴.

figure 3 : Imhoff décantation cônes utilisés pour collecter les particules en suspension dans le bassin de décantation. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Résultats

La méthode décrite dans la présente étude nous permet de capter l’eau et les particules qui est évacuée lors du pompage des événements dans les canaux de fermes. L’eau et les particules sont recueillies sont pondérée en fonction du débit, ce qui signifie qu’ils sont représentatifs de l’ensemble de la durée de l’événement de pompage et pas juste un aperçu unique ; le rendant très représentatif du type de matériel en cours de décharge. L’eau et les particules en suspension peuvent être stoc...

Discussion

Les échantillonneurs d’eau de drainage, collecte des particules ont été placés près de la sortie pompe station enregistreurs de données. A été alimenté par des batteries de 12 V qui sont exigés par les panneaux solaires. Les échantillonneurs étaient contrôlés par les enregistreurs de données sur place, qui a transformé les chromatographes sur quand les pompes sortie couru et eux éteint quand pompage s’est arrêté. Ouvertures des lignes échantillonneur d’admission étaient positionnés 0,5 m au-dessus du fond de canal et amo...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Enregistreur de données	Campbell Scientific		modèle CR1000
Échantillonneur automatique	ISCO		modèle 3700
Transducteur de pression	KPSI		modèle 700
Godet basculant pluviomètre	Texas Electronics		modèle TR-525
Chlorure de potassium	Fisher	7447-40-7
Hydroxyde de sodium	Fisher	1310-73-2
Acide chlorhydrique	Fisher	7647-01-0
Acide sulfurique	Fisher	7664-93-9
Persulfate de potassium	Fisher	7727-21-1
Molybdate d’ammonium tétrahydraté	Fisher	12054-85-2
Acide L-ascorbique	Fisher	50-81-7
100 mg/L Phosphate anhydre Standard	ERA	061
Antimoine Tartrate de potassium Trihydraté	Fisher	28300-74-5
Durapore Filtres à membrane	Millipore	HVLP04700
Whatman #41 Papier filtre	Whatman	1441-150
Agitateur réciproque à vitesse fixe E6010	Eberbach Corporation	E6010.00
Tubes de culture jetables	Fisher	14-961-29
Allegra 25R Centrifugeuse	Becker Coulter	U.S. 605168-AC
Parafilm	Bemis Company Inc PM 999	13-374-12
Oak Ridge Centrifuge Tubes	Nalgene	3119-0050
Fisherbrand 20mL HDPE Flacons à scintillation avec bouchon d’urée	Fisher	03-337-23C
Fisherbrand  ; Pots en polypropylène naturel avec bouchon non doublé en polypropylène blanc	Fisher	02-912-024A
0.45 filtres à membrane	Cole-Parmer	Article # UX-15945-25
Tubes de digestion de 100 ml	Fisher  ;	TC1000-0735
Entonnoirs en verre	Fisher	03-865
Spectronic 20 Genesys	Thermo-Fisher	4001-000
QuikChem	Latchat	8500