Name: Un protocole pour la conduite de pluie simulation pour étudier le ruissellement des sols (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-03T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Découvrez comment utiliser un simulateur de pluie pour étudier le ruissellement des sols et la perte d'urée. Cette méthode permet d'analyser l'influence de l'humidité antécédente sur le transport des contaminants environnementaux.

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Ce travail a été financé en partie par un renforcement des capacités subvention allouée à l&#39;Université du Maryland Eastern Shore (UMES) par l&#39;Institut national de l&#39;alimentation et de l&#39;agriculture. Les auteurs tiennent à remercier Don Mahan (UMES) pour son aide dans la mise en place du simulateur de pluie et dans la conduite de simulations de pluie. Merci également à remercier Janice Donohoe (UMES) pour effectuer des analyses de laboratoire et étudiants étudiants (Umes) pour leur aide dans la réalisation de l&#39;expérience de simulation de pluie et le traitement des échantillons.

Une. Sol prélèvement et la préparation <ol><li> Recueillir le sol de l&#39;horizon de surface du profil de sol pour représenter avec précision les conditions physiques et chimiques de la surface du sol. Remarque: Si possible, le sol doit être collectées à partir des 5 premiers centimètres de la surface. La zone de collecte de saleté doit être suffisamment faible pour limiter la variation de physique du sol et les propriétés chimiques. </li><li> Tamisez le sol à travers un tamis grossier (20 mm) pour retirer des roches. Remarque: Le tamisage est plus facile si le sol est un peu humide. </li><li> Passez le sol tamisé sur une bâche lourde dans une couche mince pour faciliter le séchage, de préférence dans une maison verte ou de l&#39;environnement intérieur chaud. </li><li> Mélanger le sol avec une pelle, un râteau ou en tirant sur les bords de la bâche d&#39;un côté à l&#39;autre comme si le pliage d&#39;une calzone géante. Remarque: Veillez à ne pas déchirer ou déchirer la bâche avec le bord d&#39;une pelle ou un râteau. Répétez cette opération plusieurs fois jusqu&#39;à ce que le sol soit bien mélangé. </li><li> Prenez 10 échantillons dedifférents endroits dans le tas de terre soigneusement mélangés et effectuent un test de phosphore Mehlich-3 17 pour tester l&#39;homogénéité. Remarque: L&#39;homogénéité est obtenue lorsque les résultats des 10 échantillons ont un coefficient de variation (CV) de &lt;0,05. Où: CV = écart type / moyenne. </li><li> Si le CV du test de phosphore Mehlich-3 est&gt; 0,05, continuer à mélanger le sol et répéter le test d&#39;homogénéité. </li></ol> 2. Emballage Boîtes de sol <ol><li> Remarque: les boîtes de sol doivent avoir un volume uniforme avec des dimensions identiques de longueur, largeur et profondeur (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) avec neuf de 5 mm trous de drainage dans le fond. Les boîtes doivent avoir une lèvre de 5 cm et une gouttière de collecte à une extrémité (figure 1). </li><li> Ligne le fond des boîtes avec de la gaze de 4 plis pour maintenir le sol de lavage hors des trous dans la boîte tout en permettant à l&#39;eau de s&#39;écouler à travers lorsque le terrain est saturé. </li><li> Emballez la première boîte de sol en creusant suffisamment séché, tamisé, et homonateur sol dans la zone à remplir la moitié environ de profondeur quand lissé (environ 3,5 cm). Étendre uniformément le sol et l&#39;emballer avec une brique plat. Remarque: Le sol doit être suffisamment sec, il le fait pas compact sous la pression de la brique. </li><li> Ajouter encore 2 cm de terre et niveler avec une jauge de nivellement à une profondeur de 5 cm garnie, la hauteur de la lèvre de la boîte qui se déverse dans la gouttière (figure 2). </li><li> Peser la quantité de sol qui a été ajoutée à la première boîte emballée, et ajoutez le même poids de sol à toutes les cases restantes. Emballez chaque boîte pour obtenir une profondeur de 5 cm et la densité apparente du sol uniforme. </li><li> Passez l&#39;aspirateur sur les gouttières des boîtes de sol pour enlever de la terre qui s&#39;est déversé dans le ruisseau au cours du processus d&#39;emballage. </li></ol> 3. Boîtes d&#39;encastrement du sol dans la pluie Simulator <ol><li> Placez un cadre construit à partir de 2 po x 6 en bois traité sous pression au centre du simulateur de précipitations sur laquelle les boîtes de sol wmalade doit être placé. Remarque: Le cadre doit avoir un élément transversal dans le milieu pour assurer la rigidité. Placer des boîtes de sol sur un châssis sans fond minimise les éclaboussures qui se produirait autrement à partir d&#39;une plate-forme solide immédiatement au-dessous des zones de sol et permet le libre écoulement des trous dans le fond des boîtes. </li><li> Positionner la monture sur des blocs de béton à une hauteur qui permet de placer les bouteilles de collecte et d&#39;entonnoirs au-dessous des becs sur les gouttières de collecte à l&#39;avant de boîtes de sol monté sur la plate-forme. </li><li> Élever en outre à l&#39;arrière de la plate-forme, en utilisant des briques, du bois et des cales, de telle sorte que le dos d&#39;une boîte de sol placé sur la plate-forme est de 3 cm plus haut que l&#39;avant de la boîte, résultant en une pente de 3%. Mesurer la pente en plaçant un bord (&gt; 100 cm de longueur) sur l&#39;arrière d&#39;une zone du sol monté sur la plate-forme. Utilisation d&#39;un niveau de charpentier, maintenez le niveau du conseil d&#39;administration et d&#39;élever l&#39;arrière de la plate-forme de telle sorte que l&#39;avant de la boîte est de 3 cm en dessous de la carte de niveau (Figure 3 </strong&gt;). Remarque: Assurez-vous l&#39;avant et l&#39;arrière de la plate-forme est de niveau d&#39;un côté à l&#39;autre. </li><li> Localisez le point directement en dessous de la buse de tête et éviter de placer une boîte dans cette position pour éviter de grosses gouttes de la buse au début ou à la fin d&#39;un épisode de pluie de tomber sur une boîte de sol, puis placer cinq ou six boîtes régulièrement espacés sur la plate-forme . Marquez la position des boîtes et toujours placer des boîtes dans ces mêmes positions. </li></ol> 4. Sélection de la source de l&#39;eau d&#39;irrigation <ol><li> Sélectionnez une source d&#39;eau d&#39;irrigation qui est relativement exempt de tous les éléments et composés, en particulier ceux de l&#39;intérêt pour l&#39;étude. Analyser la source d&#39;eau à l&#39;avance de l&#39;étude pour déterminer la pureté de l&#39;eau. Remarque: Si nécessaire, des résines d&#39;échange doivent être utilisées pour obtenir la pureté désirée de l&#39;eau. </li><li> Fournir une source d&#39;eau principale pour le simulateur de précipitations qui dépasse une pression de 8 psi et un taux de 5 gpm. Remarque: les sources municipales normales dépassent les exigences miniments. Si vous utilisez des réservoirs d&#39;eau et des pompes, vérifiez que les pompes sont capables de fournir un approvisionnement en eau qui dépasse la pression minimum et le débit. </li></ol> 5. Sélection de la buse Taille utiliser <ol><li> Sélectionnez l&#39;une des quatre tailles de buses standards qui sont utilisés pour les simulations des précipitations. Remarque: chaque buse a une pression d&#39;écoulement et des performances optimales pour atteindre la taille des gouttelettes et de l&#39;intensité correcte (Tableau 1). La sélection de la taille de buse pour une utilisation dans une étude particulière est déterminée en fonction de l&#39;intensité (cm / h) de la chute de pluie naturelle d&#39;être représentés. </li></ol> 6. Précipitations Opération Simulator <ol><li> Placez le (1) levier unique robinet à boisseau sphérique (figure 4) à la position fermée, le levier à angle de 90 degrés sur tube, et tourner sur la principale source d&#39;eau (municipale ou de la pompe). </li><li> Tournez la vis de raccord sur le dessus de la (3) vanne de régulation de pression (figure 4) dans le sens antihoraire à réduire la pression et ouvrir le (4) vanne suivante dans la ligne de commande en ligne d&#39;écoulement complètement. </li><li> Ouvrez le (1) levier unique robinet à boisseau sphérique (Figure 4) complètement et ajuster le (3) vanne de régulation de pression en tournant la vis vers la droite pour atteindre environ 8 psi dans l&#39;(6) manomètre situé près du haut du simulateur de pluie. Remarque: Une fois le (3) la soupape de régulation de pression a été réglé à dépasser légèrement la pression de la buse désirée, il ne devrait pas être ajustée pendant le fonctionnement du simulateur de pluie à moins que les principaux changements de pression de la source d&#39;eau. </li><li> Fermer partiellement l&#39;(4) vanne en ligne de contrôle de flux (Figure 4) jusqu&#39;à ce que le compteur (5) s&#39;écoule lit le taux approximatif de débit en gallons par minute pour la buse dans l&#39;utilisation et l&#39;(6) manomètre indique la psi approximative de la Buse en cours d&#39;utilisation (Tableau 1). </li><li> Fermez le (1) levier unique robinet à boisseau sphérique (figure 4) pour arrêter l&#39;écoulement sans changer lataux et les paramètres de pression de débit. </li></ol> 7. Calibration de la buse et de pluie uniformité <ol><li> Couvrez les trous dans le fond des 5 ou 6 boîtes de sol vides avec du ruban adhésif pour empêcher l&#39;eau de s&#39;échapper des boîtes et de les placer dans les positions marquées sur le cadre en bois (voir l&#39;étape 3.4). </li><li> Position et maintenez une longueur de 10 m de tuyau en PVC de 2 pouces avec un coude à 45 ° fixé à l&#39;extrémité sur la buse et ouvrez le (1) vanne à levier unique de balle. </li><li> Recueillir la décharge du tuyau en PVC dans un grand cylindre gradué pour 10 sec. </li><li> Faire des ajustements mineurs à la (4) vanne en ligne le contrôle de flux et de répéter les 10 collections sec jusqu&#39;à ce que le volume d&#39;écoulement de 10 secondes correspond à la valeur correspondant à la buse utilisée (tableau 1). Une fois le débit correct est atteint, utilisez la valeur sur le débitmètre comme un moyen de variation de la surveillance du débit en raison des fluctuations de pression possibles. Remarque: Pour calibrer correctement la buse, ee 10 Débit sec est une mesure plus précise de la lecture sur le débitmètre. </li><li> Retirer la longueur de 10 pieds de tuyau en PVC pour permettre de pluie pour mouiller la zone de boîte et noter le temps de précipitations initiation. </li><li> Après exactement 10 min arrêter brusquement la pluie en positionnant le tuyau en PVC de 10 pieds sur la buse pour dévier l&#39;écoulement et fermer le (1) robinet à levier unique de balle. </li><li> Mesurer le volume d&#39;eau (ml) recueilli dans chaque boîte en le versant dans un cylindre gradué, et calculer la profondeur de précipitations en divisant le volume de la zone du fond de la boîte (2000 cm 2). </li><li> Calculer le coefficient de variation de hauteur de pluie. Remarque: Les précipitations uniformité est atteint lorsque la profondeur de précipitations dans les 5 ou 6 boîtes a un coefficient de variation &lt;0,05. Où: CV = écart type / moyenne. </li><li> Si le CV n&#39;est pas inférieur à 0,05, tourner la buse ¼ de tour serré et répéter le processus d&#39;étalonnage. Remarque: La buse peut avoir besoin d&#39;être tourné à plusieurs reprisesà réaliser un CV inférieur à 0,05. </li><li> Une fois un CV inférieur à 0,05 est obtenu, répéter l&#39;étalonnage à plusieurs reprises de sorte que l&#39;intensité des précipitations est conforme à travers pistes. </li></ol> 8. Réalisation d&#39;une simulation de pluie <ol><li> Après étalonnage, placer des boîtes de sol emballés dans les positions marquées sur le cadre en bois (voir l&#39;étape 3.4). </li><li> Des bouteilles et des entonnoirs en dessous des becs de vidange collecte Position ruissellement et prévenir les précipitations de tomber directement dans la gouttière à l&#39;aide d&#39;un trombone pour attacher un bouclier sur la gouttière (Figure 5). </li><li> Répéter les étapes 07.02 à 07.05 pour recalibrer le débit de la buse, immédiatement avant un événement de simulation de pluie et amorcer une averse. </li><li> Noter le temps de ruissellement initiation pour chaque case lors de la vidange de l&#39;eau par le bec de vidange tourne à partir d&#39;une goutte lent à un flux continu. </li><li> Prélever des échantillons de ruissellement à des intervalles de temps prescrits lors de l&#39;événement en passant bouteilles de collecte ou àla fin d&#39;un événement d&#39;une durée prédéterminée. </li><li> Pour mettre fin à un épisode de pluie, arrêter la pluie en positionnant le tuyau en PVC de 10 pieds sur la buse de détourner brusquement flux et fermer le (1) robinet à levier unique de balle. </li><li> Recueillir les échantillons de ruissellement et le volume d&#39;enregistrement à l&#39;aide d&#39;une éprouvette graduée ou en masse en supposant que l&#39;eau pèse 1 g / cm 2. </li><li> Mélanger soigneusement les échantillons de sorte que tous les sédiments est en suspension, puis prendre un sous-échantillon pour analyse en laboratoire. </li></ol>

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</ol>

Les auteurs déclarent aucun intérêt financier concurrents.

Ruissellement est principalement généré par deux mécanismes, l&#39;infiltration ruissellement excessif et saturation excès de ruissellement 18 et est influencée par les propriétés du sol, l&#39;humidité antérieure du sol, la topographie et l&#39;intensité des précipitations. simulation de pluie peut être utilisée pour fixer la variable de l&#39;intensité des précipitations et d&#39;étudier un ou plusieurs des variables restantes. L&#39;intensité des précipitations et la durée peuvent également être contrôlés sur une plage limitée pour l&#39;étude en changeant la taille de la buse. Les étapes les plus critiques pour la réalisation d&#39;études de simulation de pluie sur les boîtes de sol repas sont: 1) assurer emballage uniforme de boîtes de sol; 2) le contrôle antécédent teneur en humidité du sol; 3) le calibrage du débit de la buse sélectionnée de telle sorte que la taille des gouttes et de la vitesse se rapproche de précipitations naturelles; et 4) réglage de la position de la buse pour assurer précipitations uniforme dans toutes les boîtes de sol. A la fin de l&#39;opération de calibrage, une fois un CV inférieur à 0,05 est obtenue pour les précipitations uniformité à travers tout le solboîtes, la calibration de 10 min devrait être répété plusieurs fois pour s&#39;assurer que l&#39;intensité des précipitations est conforme à travers pistes. Un CV peut également être calculée pour uniformité pistes. Si le CV uniformité pistes est inférieur à celui de l&#39;uniformité des précipitations dans toutes les boîtes, pensez à regrouper des traitements répétés au sein de pistes individuelles de minimiser les variations dans les traitements. Dans le cas contraire, de réduire l&#39;erreur associée à la position de la boîte et de l&#39;autre côté court, randomiser les deux traitements et se réplique selon la position de la boîte, en prenant des mesures pour limiter plaçant un traitement dans une position plus d&#39;une fois. Utilisant cette conception de simulateur de pluie et un protocole standard pour l&#39;étalonnage correctement le simulateur permettra d&#39;améliorer la comparaison des résultats des études menées par différents chercheurs. Les données issues de cette façon peuvent être utilisés pour prédire ce qui se passe sous précipitations naturelles et de mieux comprendre les processus et les facteurs qui contrôlent pertes dans l&#39;environnement de passources de contaminants NPOINT. Ces études peuvent fournir des données précieuses pour une utilisation dans le développement de modèles pour prédire le devenir et le transport des sédiments et des polluants chimiques dans les eaux de ruissellement dans des conditions de précipitations naturelles.

Les impacts environnementaux de l&#39;agriculture sont une préoccupation mondiale et de plus en plus rapidement, en particulier à la lumière des incertitudes liées au changement climatique. Les précipitations sont une force motrice pour le transport des contaminants environnementaux des sols agricoles à des organismes de surface de l&#39;eau par le ruissellement de surface. Un grand corps de recherche est axée sur une meilleure compréhension des interactions entre les précipitations et les conditions du sol, car elles déterminent les sources diffuses de sédiments, nutriments, et les pertes de pesticides dans les sols agricoles. L&#39;objectif de cette étude était de caractériser les effets de l&#39;antécédent de l&#39;humidité du sol sur le sort et le transport de surface appliqué urée commerciale, une forme courante de l&#39;azote (N) des engrais, à la suite d&#39;un épisode de pluie qui se produit dans les 24 heures après l&#39;application d&#39;engrais. Il existe peu d&#39;études sur le devenir et le transport de l&#39;urée dans le sol, car l&#39;urée est rapidement hydrolysé en ammonium suite à l&#39;application d&#39;engrais et eerefore pas souvent disponibles pour le transport. Cependant, des études récentes suggèrent que les bassins versants de l&#39;urée peut être transporté par les sols agricoles dans les eaux côtières et provoquer des changements à l&#39;égard des populations d&#39;organismes qui produisent des toxines nocives 1,2. Expériences à la fois en laboratoire et sur ​​le terrain ont montré que lorsque les diatomées australis Pseudo-nitzschia produisant de l&#39;acide domoïque (P. s Australi) a été cultivées dans l&#39;eau de mer enrichie d&#39;urée, la quantité d&#39;acide domoïque produit était supérieur lorsqu&#39;il est cultivé sur nitrate ou d&#39;ammonium enrichi l&#39;eau de mer 3. Cette étude a utilisé une pluie simulée pour étudier les processus qui contrôlent le potentiel de l&#39;urée-N pertes en eaux de ruissellement après application d&#39;engrais commercial. En raison de la variabilité des précipitations naturelles, simulateurs de pluies ont été utilisées pour appliquer des taux de précipitations uniformes sur des surfaces terrestres ou des boîtes de sol emballés pour évaluer le ruissellement dans des conditions contrôlées. simulateurs de précipitations ont d&#39;abord été utilisées pour étudier le sol4 érosion. Cependant, au fil des années, ils ont été utilisés pour mesurer d&#39;autres constituants dans les eaux de ruissellement et les lixiviats de sols 5-7. Les études de terrain à l&#39;aide de précipitations naturelles ont également été menées pour évaluer les pertes de constituants du sol dans les eaux de ruissellement. Les tendances entre les données pluviométriques et de simulation des précipitations naturelles suivent un schéma similaire, montrant une cohérence dans les processus. Par conséquent simulation de pluie peut être utilisée dans les études de prédire la probabilité d&#39;apparition de ce qui se passe sous pluies naturelles 8. Une variété de simulateurs de pluies ont été développés, et généralement ils utilisent des pulvérisateurs de buses à appliquer de l&#39;eau à des taux et des durées souhaitées. En termes de taille, simulateurs de pluies vont d&#39;un petit, infiltromètre simple, portable avec un 6 de diamètre zone de précipitations 9 à la pluie simulateur complexe Kentucky, qui couvre un terrain de 14,75 pi x 72 pi (4,5 mx 22 m) 10. Une lacune dans le corps de la recherche qui empsimulation de pluie Loyed est qu&#39;il n&#39;ya pas de conception unique et standardisé ou un protocole pour réaliser des simulations de pluie 11. En fait, à la &quot;Simulator Atelier pluie international&quot; 2011 à l&#39;Université de Trèves, en Allemagne, une communauté de collaboration de scientifiques de 11 pays participants a conclu que la normalisation de la simulation de pluie et des simulateurs est nécessaire afin d&#39;assurer la comparabilité des résultats et de promouvoir davantage développements techniques à surmonter les limites physiques et les contraintes 12. Cette étude vise à répondre en partie à ce besoin en présentant une description détaillée d&#39;un protocole standardisé pour réaliser des simulations de pluie en utilisant un simulateur qui est déjà largement adopté pour une utilisation en Amérique du Nord. Cette expérience fait partie d&#39;une vaste étude visant à évaluer la source de l&#39;urée dans les eaux de l&#39;estuaire de la baie de Chesapeake, où la prolifération d&#39;algues toxiques sont connus pour se produire chaque année. L&#39;objectivité spécifique<html> e de l&#39;expérience était de déterminer l&#39;effet de l&#39;antécédent de l&#39;humidité du sol sur les pertes de l&#39;urée dans les eaux de ruissellement. Boîtes de sol ont été emballées de façon uniforme dupliquée, préalablement mouillée à l&#39;un des six teneurs en humidité différentes représentant 50, 60, 70, 80, 90, et 100% de la capacité au champ. Urée était appliquée en surface sous forme prill à un taux de 150 kg N / ha. Dans les 24 heures les boîtes ont été soumis à une pluie uniforme de 40 min durée à un taux de 3,17 cm / h, soit à un cas de précipitations naturelles qui se produit généralement sur une base annuelle sur la rive orientale de la baie de Chesapeake dans le Maryland. Des échantillons de ruissellement ont été prélevés à des intervalles de 2 min, immédiatement filtrées en utilisant un filtre en verre (0,45 um), et stockés à 4 ° C jusqu&#39;à ce qu&#39;ils soient analysés dans un délai de 24 heures de la collecte. Urée-N concentrations ont été déterminées par analyse par injection de flux colorimétrie 13. Les données ont été analysées en utilisant SAS version 9.1 14, et les résultats statistiques ont été considérées comme significatives à P ≤ 0,05. e_content &quot;&gt; Le simulateur de pluie portable qui a été utilisé dans cette étude est conforme aux spécifications de conception 15 et le protocole qui a été développé par le Projet Phosphore nationale 16. Aux États-Unis et au Canada, cette conception du simulateur et le protocole a été largement adopté comme méthode standard pour utiliser pour déterminer à la fois dissous et la perte de phosphore particulaire lié au ruissellement. Bien que les échantillons de ruissellement ont été analysés pour l&#39;urée, plutôt que le phosphore, la méthode d&#39;application uniforme et précipitations cohérente emballé boîtes de sol est le même que celui qui est décrit brièvement dans le phosphore nationale précipitations du projet de protocole de simulation.

<table><tbody><tr><td>Simulateur</td><td>de pluie Joern’s Inc.</td><td>TLALOC 3000</td><td>Taille 1,5 m x 2,0 m (taille en option)</td></tr><tr><td>Simulateur de précipitations</td><td>Joern’s Inc.</td><td>TLALOC 4000</td><td>Taille 2,0 m x 2,0 m (taille en option)</td></tr><tr><td>Rainfall Nozzle</td><td>Spraying Systems Inc.</td><td>3/8HH-SS17WSQ</td><td>Buse taille 17 Buse</td></tr><tr><td>de pluie</td><td>Spraying Systems Inc.</td><td>3/8HH-SS24WSQ</td><td>Buse taille 24 Buse</td></tr><tr><td>de pluie</td><td>Spraying Systems Inc.</td><td>Buse 1/2HH-SS30WSQ</td><td>taille 30 Buse</td></tr><tr><td>de pluie</td><td>Spraying Systems Inc.</td><td>Buse 3/8HH-SS50WSQ</td><td>Taille 50</td></tr></tbody></table>

un protocole pour la conduite de pluie simulation pour étudier le ruissellement des sols

A Protocol for Conducting Rainfall Simulation to Study Soil Runoff

Les précipitations sont une force motrice pour le transport des contaminants environnementaux des sols agricoles à des organismes de surface de l&#39;eau par le ruissellement de surface. L&#39;objectif de cette étude était de caractériser les effets de l&#39;antécédent de l&#39;humidité du sol sur le sort et le transport de surface appliqué urée commerciale, une forme courante de l&#39;azote (N) des engrais, à la suite d&#39;un épisode de pluie qui se produit dans les 24 heures après l&#39;application d&#39;engrais. Bien que l&#39;urée est supposé être facilement hydrolysé en ammonium et donc pas souvent disponibles pour le transport, des études récentes suggèrent que l&#39;urée peut être transporté par les sols agricoles dans les eaux côtières où il est impliqué dans la prolifération d&#39;algues nuisibles. Un simulateur de pluie a été utilisé pour appliquer un taux uniforme de précipitations uniforme dans les boîtes de sol emballés qui ont été préalablement mouillée à différentes teneurs en humidité du sol. En contrôlant les précipitations et les caractéristiques physiques du sol, les effets de l&#39;humidité antérieure du sol sur la perte de l&#39;urée étaient isolated. Sols humides exposées temps plus court de précipitations initiation au ruissellement initiation, une plus grande volume total des eaux de ruissellement, les concentrations d&#39;urée plus élevées dans les eaux de ruissellement, et plus les charges de masse d&#39;urée dans les eaux de ruissellement. Ces résultats démontrent également l&#39;importance de contrôler sol antécédent teneur en humidité dans les études visant à isoler d&#39;autres variables, telles que physique des sols ou les caractéristiques chimiques, la pente, la couverture du sol, la gestion ou les caractéristiques des précipitations. Parce simulateurs de pluies sont conçus pour offrir les gouttes de pluie de taille similaire et la vitesse que les précipitations naturelles, des études menées dans le cadre d&#39;un protocole normalisé peuvent fournir des données précieuses qui, à son tour, peut être utilisé pour développer des modèles pour prédire le devenir et le transport des polluants dans les eaux de ruissellement.

Un simulateur de pluie a été utilisé pour appliquer un taux uniforme de précipitations uniforme de boîtes de sol emballés dans une étude du devenir et du transport de l&#39;urée, une source de contamination de l&#39;environnement diffuse. Sous sol et des précipitations des conditions uniformes, antécédent teneur en humidité du sol a exercé une forte perte de contrôle sur l&#39;urée dans les eaux de ruissellement.

Un protocole pour la conduite de pluie simulation pour étudier le ruissellement des sols

Rainfall is a driving force for the transport of environmental contaminants from agricultural soils to surficial water bodies via surface runoff. The ...

L'objectif général de cette procédure est de simuler des précipitations présentant une taille de goutte, une intensité et une uniformité standard sur la zone cible afin d'étudier le ruissellement du sol. Cela est réalisé en ajustant d'abord les commandes du simulateur de pluie pour atteindre la pression et le débit approximatifs correspondant à l'ajutage sélectionné. La deuxième étape consiste à étalonner le simulateur de pluie afin d'obtenir le débit exact pour l'ajutage choisi et une répartition uniforme des gouttes de pluie sur toute la surface cible.Ensuite, des caisses de sol correctement préparées sont positionnées dans la zone cible sur une plateforme ajustée à une pente uniforme. La dernière étape consiste à réaliser une simulation de pluie et à recueillir le ruissellement de sol pour analyse. En fin de compte, la simulation de pluie est utilisée pour étudier les effets des propriétés du sol, des amendements du sol, de l'humidité initiale du sol, de la topographie et de l'intensité des précipitations sur le ruissellement du sol dans des conditions standard qui approchent celles des précipitations naturelles.Ce vidéo montre un protocole de simulation de pluie utilisé dans le monde entier pour évaluer de manière constante le ruissellement à partir des sols. La démonstration de cette méthode est donc importante, car le fonctionnement et l'étalonnage d'un simulateur de pluie impliquent de nombreuses étapes. De plus, de nombreuses variables peuvent influencer les résultats.Peter démontrera la procédure de préparation des boîtes de sol. Peter est étudiant à l'Université du Maryland Eastern Shore et travaille dans mon laboratoire depuis quatre ans. Commencez le protocole en obtenant des boîtes de dimensions identiques.Ces boîtes mesurent 100 centimètres de long, 20 centimètres de large et 7,5 centimètres de profondeur, et possèdent neuf trous d'écoulement de cinq millimètres. Elles comportent également un rebord de cinq centimètres et un canal de collecte à une extrémité. Pour chaque boîte, tapisser le fond avec un torchon à fromage à quatre plis afin de retenir la terre tout en permettant la circulation de l'eau.Une fois la boîte doublée, peser la boîte et le papier sulfurisé et noter la mesure pour une utilisation ultérieure. Ensuite, préparer le sol destiné à remplir les boîtes. Travailler avec la première boîte et verser suffisamment de sol pour la remplir à moitié.Lorsqu'elle est étalée sur environ 3,5 centimètres, répartir la terre uniformément et la tasser à l'aide d'une brique plate. La terre ne doit pas se compacter sous la pression de la brique. Ensuite, ajouter encore deux centimètres de terre.Ensuite, égalisez-le à l’aide d’un appareil de nivellement jusqu’à une profondeur tassée de cinq centimètres. La hauteur du rebord de la boîte. Pesez la boîte contenant le sol tassé afin de déterminer la quantité de sol ajoutée dans la boîte.Utilisez la même masse de sol pour remplir les boîtes restantes. Tassez chaque boîte sur une profondeur de cinq centimètres et à une densité uniforme. Aspirez le canal pour éliminer tout sol qui s’y serait répandu.Pendant le processus de montage, le simulateur de pluie se compose d'une structure permettant de supporter plusieurs caissons de sol sous une buse. Commencez son fonctionnement en fermant le robinet à bille à levier unique avant de pressuriser l'alimentation principale en eau du simulateur. Tournez la vis de réglage située en haut du détendeur de pression dans le sens antihoraire afin de réduire la pression.Ensuite, ouvrez la vanne de régulation d'écoulement suivante, revenez complètement à la vanne sphérique à levier unique et ouvrez-la entièrement. Réglez maintenant la vanne de régulation de pression en la tournant dans le sens horaire jusqu'à environ huit PSI. Vérifiez la pression sur le manomètre situé près du haut du simulateur de pluie.Ensuite, fermez partiellement le robinet de réglage d'écoulement en ligne tout en surveillant le débitmètre et le manomètre. Arrêtez lorsque le débitmètre indique le débit approximatif de la buse utilisée ici, soit 1,5 gallon par minute, et que le manomètre affiche la pression approximative en PSI pour la buse, soit six PSI. Dans ce cas, fermez le robinet à bille à levier unique pour arrêter l'écoulement sans modifier les réglages de débit et de pression.Procurez six boîtes vides de sol pour déterminer l'uniformité des précipitations. Préparez-les en recouvrant les trous de drainage avec du ruban adhésif afin d'empêcher l'eau de s'échapper. Placez les boîtes vides sur un cadre de niveau de manière à ce qu'elles soient espacées uniformément et qu'aucune ne se trouve directement sous la buse.Marquez les positions des boîtes et utilisez toujours les mêmes emplacements. Utilisez un tube en PVC de deux pouces de diamètre et de 10 pieds de longueur pour dévier le flux provenant de la buse. Le tube doit comporter un coude de 45 degrés fixé à son extrémité.Positionnez également un grand cylindre gradué pour recueillir l'écoulement provenant du tuyau. Pour étalonner la buse, placez le tuyau au-dessus de la buse et maintenez-le en place. Ouvrez le robinet à bille à levier unique et recueillez l'écoulement du tuyau dans le cylindre pendant 10 secondes.Lorsque l'opération est terminée, maintenir le tube en place et déterminer le volume d'eau dans le cylindre, qui doit correspondre à la valeur attendue pour la buse. Une fois la buse étalonnée, retirer le tube en PVC afin de permettre à la pluie d'humidifier la zone de la boîte.Laisser couler l'eau pendant 10 minutes. Après exactement 10 minutes, arrêter brusquement l'écoulement en positionnant le tube en PVC de 10 pieds au-dessus de la buse d'écoulement. Ensuite, fermer le robinet à bille à levier unique pour mesurer le volume d'eau recueilli dans chaque boîte.Versez-le dans un cylindre gradué. Utilisez ces données pour déterminer l'uniformité des précipitations dans les boîtes. Si le coefficient de variation est supérieur à 0,05, tournez l'embout d'un quart de tour et répétez le processus d'étalonnage.Avant de placer les caisses de sol tassé dans le simulateur de pluie, préparez-vous à incliner le cadre à la pente souhaitée. Tout d'abord, positionnez le cadre à une hauteur permettant de placer des bouteilles de collecte et, si nécessaire, des entonnoirs sous les gouttières de la caisse. Ensuite, placez une planche d'au moins un mètre de longueur le long de la longueur d'une caisse de sol montée sur le cadre.Placez un niveau de charpentier sur la planche à titre de référence. Pendant le processus, commencez à surélever l'arrière du cadre à l'aide de briques et de cales afin d'obtenir une pente de 3 %. Arrêtez lorsque l'avant de la boîte se trouve à trois centimètres sous la planche de niveau.Vérifiez également que l'avant et l'arrière du cadre sont bien de niveau d'un côté à l'autre. Placez maintenant six caisses remplies de sol dans les positions préalablement marquées sur le cadre incliné, en prévoyant en dessous des bouteilles de collecte pour le ruissellement. En outre, utilisez des trombones pour fixer des écrans au-dessus des gouttières afin d'empêcher la pluie d'entrer directement dans la gouttière ou dans la bouteille de collecte.Placer le tube en PVC de 10 pieds sur l'embout et démarrer l'écoulement d'eau. Recueillir le débit pendant 10 secondes et recalibrer le débit comme précédemment. Une fois terminé, retirer le tube de l'embout pour commencer la simulation de pluie.Surveillez l'eau s'écoulant par l'orifice de drainage de chaque boîte. Notez le moment où l'écoulement passe d'une goutte à goutte lente à un filet continu. Enregistrez ce moment comme l'heure de début du ruissellement afin de prélever des échantillons de ruissellement.Attribuez un assistant à chaque boîte. Remplacez les bouteilles de collecte aux moments prescrits, au début du ruissellement. Terminez un épisode de pluie en positionnant le tube en PVC de 10 pieds au-dessus de la buse et en fermant le robinet à bille.Ce graphique du ruissellement en litres en fonction de l'humidité initiale du sol montre que les sols plus humides avaient une capacité réduite à stocker l'eau, ainsi que des taux d'infiltration plus faibles entraînant des volumes de ruissellement plus importants. Les sols ont été préparés avec différentes teneurs en humidité selon le protocole décrit dans le manuscrit. Ils ont ensuite été soumis à une pluie simulée d'une intensité de 3,2 centimètres par heure pendant 40 minutes.Ici, le temps nécessaire à l'apparition de l'écoulement, indiqué sur l'axe vertical, apparaît en corrélation négative avec l'humidité initiale du sol : l'eau s'infiltre plus longtemps dans les sols plus secs avant de mouiller la surface du sol et de provoquer un écoulement. Les données montrent une corrélation positive entre la concentration d'urée et l'humidité antécédente du sol. Les sols plus secs permettent une infiltration qui lessive l'urée vers l'intérieur du sol et loin de la surface.Lorsque le ruissellement se produit, moins d'azote uréique est disponible en surface pour être transporté. Ce graphique montre les charges cumulées d'azote uréique en fonction du temps.Chaque courbe représente une répétition d'une boîte de sol ayant une des conditions d'humidité antécédente. Le graphique montre à nouveau que les sols plus secs présentent un temps plus long avant le début du ruissellement et des charges cumulées plus faibles. Ainsi, après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre le fonctionnement et l'étalonnage d'un simulateur de pluie, et savoir comment contrôler des variables telles que la pente et la teneur en humidité, qui peuvent influencer les résultats.

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