פרמטריזציה של משוואות זרם V-notch לניטור זרימה במבנה בקרת ניקוז

Sheela Katuwal; Andrew J. Craig; Andrew W. Rupiper; Natalia P. Rogovska; Gabriel M. Johnson; Thomas M. Isenhart; Rob W. Malone

doi:10.3791/67971

הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

פרמטריזציה של משוואות זרם V-notch לניטור זרימה במבנה בקרת ניקוז

1.5K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/67971

⸱

25 באפריל 2025

Sheela Katuwal¹ , Andrew J. Craig² , Andrew W. Rupiper³ , Natalia P. Rogovska¹ , Gabriel M. Johnson³ , Thomas M. Isenhart³ , Rob W. Malone¹

¹National Laboratory for Agriculture and the Environment, USDA-ARS, ²Department of Agricultural and Biosystems Engineering, Iowa State University, ³Natural Resource Ecology and Management, Iowa State University

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול זה מתאר שיטות להשגת מקדמי משוואת זרימת זרם עבור סכר חריץ V בתוך מבנה בקרת ניקוז באמצעות (1) הליך כיול מעבדה ו-(2) כלי מקוון, "מחשבון מקדמי משוואת זרימת זרם", שפותח על ידי המחברים. שיטות אלה חלות על זרימות הכלולות בזרימות חריץ V וזרימות מעל.

תקציר

הערכה מדויקת של הזרמת הניקוז (קצב זרימה או נפח מים ליחידת זמן) חיונית לחישוב עומסי החומרים המזינים המועברים למים עיליים ולהערכת הביצועים של שיטות שימור קצה השדה. קביעת קצב זרימת הניקוז מחייבת ניטור הראש במבנה בקרת ניקוז והחלת משוואה מתאימה לזרם המותקן במבנה. מחקרים קודמים שפיתחו משוואות מכוילות עבור סכרים במבני בקרה הפיקו משוואות שונות (כלומר, מקדמי משוואת זרימת זרם שונים) עבור אותו סוג של סכר וגודל מבנה בקרה. מחקר זה מתאר נהלים להגדרת קצב זרימת מים ניסיוני ומדידות ראש בתוך מבנה בקרת ניקוז ופיתוח משוואת סכר לזרימות הכלולות בתוך סכר V-notch. בנוסף, מתוארת ההליך להשגת משוואת סכר לזרימות עוקפות - כאשר מפלס המים עולה על החלק העליון של סכר חריץ V. תהליך זה כולל שימוש במשוואת הזרם שפותחה במעבדה עבור סכר חריץ V וכלי מקוון, "מחשבון מקדמי משוואת זרימת זרם", שפותח על ידי המחברים. הכלי המקוון יכול גם ליצור מקדמי משוואת זרימת זרם הן עבור זרימות הכלולות בחריץ V והן עבור זרימות בגדלים שונים של מבני בקרת מים של ניקוז חקלאי, גם כאשר למשתמשים אין קצב זרימה ספציפי לאתר לעומת . יחסי ראש.

מבוא

בהערכת הביצועים של שיטות שימור קצה השדה המפחיתות את אובדן החומרים המזינים ממי ניקוז תת קרקעיים (חוצצים רוויים, ביו-ריאקטורים וניהול מי ניקוז), חשוב לקבוע במדויק את פריקת הניקוז וריכוזי הנוטריינטים. שיטות סטנדרטיות זמינות לקביעה מדויקת של ריכוזי חומרים מזינים (למשל, חנקה), כגון שיטות מעבדה מדגימות מים¹ או חיישנים לניטור רציף של חומרים מזינים ^2,3. לעומת זאת, קביעת קצב זרימת הניקוז בשיטות שימור בקצה השדה, אינה פשוטה כמו בריכוז החנקות ובדרך כלל כרוכה בשימוש במבנה בקרת מפלס מי ניקוז ^4,5. מבנה בקרת מפלס מי ניקוז משמש בפרקטיקה של שימור קצה השדה במטרה כפולה של שליטה בראש המים במעלה הזרם וניטור קצב זרימת ההזרמה באמצעות זרמים. רכיבים חשובים שיש לקחת בחשבון בעת קביעת קצב זרימת הניקוז כוללים את גודל מבנה בקרת הניקוז, סוג הזרם המשמש במבנה, תנאי זרימה בתוך המבנה, מדידה מדויקת של ראשים ושימוש במשוואות זרם מתאימות להמרת ראשים לקצבי זרימת פריקה. בעוד שמבנים אלה מוגבלים בדרך כלל לאדמות מנוקזות באופן מלאכותי, קרקע חקלאית מנוקזת עולה על 21 מיליון דונם בארה"ב⁶ ומשפיעה על עומסי התזונה לנחלים ונהרות⁷.

קביעת קצבי זרימה באמצעות סכרים היא נוהג נפוץ, ונהלים סטנדרטיים ומשוואות כיול זמינים עבור זרימות בערוצים פתוחים⁸. עם זאת, רק מספר מצומצם של מחקרים פיתחו משוואות כיול לזרמים במבנה בקרת ניקוז 5,9,10,11,12,13,14,15,16,17. צ'ון וקוק¹⁰ היו חלוצים בפיתוח משוואות כיול עבור סכרים מלבניים עבור גדלים שונים של מבני בקרה. בעקבות Chun and Cooke¹⁰^, כריסטיאנסון ואחרים פיתחו משוואת כיול יחידה עבור סכר בחריץ V של 45° במבני בקרה של 15 ס"מ (6 אינץ') ו-25 ס"מ (10 אינץ') עם סכרים הממוקמים בגבהים שונים מתחתית המבנים. Shokrana ו-Ghane¹⁴ סיפקו משוואת זרימה שונה עבור סכר 45° V במבנה של 25 ס"מ (10 אינץ') מכריסטיאנסון ^{ואחרים.9}, כאשר הסכר הונח כ-30 ס"מ מעל קרקעית המבנה. המחברים ייחסו את ההבדל בשתי משוואות הכיול לשימוש במכשיר שקילה מכויל למדידת קצבי זרימה, מה שמרמז על כך שחסר נוהל אחיד להשגת קצבי זרימה, ראשים ומשוואות הכיול עבור זרימות לזרימות הכלולות בחריץ ה-V במבני בקרה.

במחקר האחרון שלנו¹¹, פיתחנו משוואות כיול עבור זרמים של 45 מעלות בחריץ V במבני בקרת ניקוז חקלאי על סמך גודלם (15 ס"מ [6 אינץ'], 20 ס"מ [8 אינץ'] ו-30 ס"מ [12 אינץ']) עבור זרימות הכלולות בזרימות חריץ V וזרימות מעל (כלומר, כאשר הראש חורג מהחלק העליון של חריץ V). בעוד שמשוואת הכיול לזרימות הכלולה בחריץ V היא יחסי הספק פשוטים בין ראש (h) לקצב זרימה (Q, משוואה 1)^5,9,11,13,14, זרימות עוקפות דורשות שימוש במשוואת זרם מורכבת, שהיא מסובכת יותר (כלומר, יש לה יותר מונחים) מכיוון שהיא משלבת משוואות עבור סכר חריץ V וזרם מלבני (משוואה 2)¹¹.

figure-introduction-1 (1)

כאשר, Q = קצב זרימה, h = ראש, ו- a ו- b = מקדמי זרם שערכיהם תלויים בצורת הזרם, בגודל מבנה הבקרה, בתנאי הזרימה וביחידות עבור Q ו- h.

figure-introduction-2 (2)

כאשר, Q = קצב זרימה, h = הראש הכולל, h₁ = ראש מעל החלק העליון של סכר חריץ V (כלומר, בזרם המלבני מעל חריץ V), W = רוחב קטע הזרם המלבני מעל החלק העליון של סכר חריץ V, W_v = הרוחב העליון של סכר חריץ V, a ו- b = מקדמי זרם עבור סכר חריץ V, ו-₁ ו- b₁ = מקדמי זרם עבור החלק המלבני מעל סכר חריץ V.

האימוץ של מערכת ניקוז חכמה עם חיישנים לניטור והתאמה אוטומטית של מפלס המים במבנה בקרה באמצעות שסתומי שער מתכווננים הנשלטים מרחוק הולך וגובר בשיטות שימור קצה השדה בארה"ב. רוב המערכות הללו, שתוכננו במקור להשתמש בפונקציית הספק פשוטה בלבד, אינן יכולות להכיל את משוואת הזרם המורכב (משוואה 2) עבור הזרימות העולות ודורשות פיתוח משוואות זרימה ייחודיות מהצורה המוצגת במשוואה (1) עבור כל מבנה בקרת ניקוז לזרימות עקיפה. בנוסף, משתמשים המעורבים במדידה וניטור של קצבי זרימה ואובדן נוטריינטים עשויים למצוא את זה מסורבל להשתמש במשוואה (2) לעקיפת זרימות עקב הדרישה לפרמטרים נוספים. כדי להתגבר על אתגרים אלה, פיתחנו את הכלי "מחשבון מקדמי משוואת זרימה של Weir". כלי מקוון זה (זמין בכתובת: https://www.ars.usda.gov/midwest-area/ames/nlae/docs/tools-available-from-nlae/) מספק מקדמי משוואת זרימת זרם עבור גדלים סטנדרטיים של מבני בקרת ניקוז (טבלה 1) עבור סכר 45° V-notch. חשוב מכך, הכלי מחשב מקדמי משוואת זרימה עבור עקיפה של זרימה ומורכב משני פרמטרים בלבד, כפי שמוצג במשוואה (1), בהתבסס על הגודל והמידות של מבנה הבקרה המסופק על ידי המשתמש. כאשר הציוד המתאים זמין למדידת קצב זרימה ספציפי לאתר לעומת יחסי ראש, הכלי מקבל גם משוואת כיול עבור זרימות הכלולות בתוך סכר חריץ V כקלט משתמש ומחשב את מקדמי משוואת הזרימה עבור עקיפה של זרימות. לפיכך, פרוטוקול זה מתאר את ההגדרה למדידת זרימה במבנה בקרת ניקוז ושיטה אוניברסלית לפיתוח משוואת כיול ספציפית לאתר. לאחר מכן, מתואר השימוש בכלי "מחשבון מקדמי משוואת זרימת זרם" לחישוב מקדמי משוואת זרימת זרם עבור זרימות הכלולות בזרימות חריץ V וזרימות. לבסוף, מתואר ניטור ותחזוקה של זרימות במבנה בקרת ניקוז, מה שיקל על הערכה מדויקת של קצב זרימת הניקוז באמצעות משוואות הניקוז המתקבלות מהכלי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

פרטי החומרים המתכלים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.

1. השגת מקדמי משוואת זרימת זרם לזרימות הכלולות בחריץ V על ידי כיול מעבדה במבנה בקרת ניקוז

הגדרת מבנה בקרת הניקוז לניסוי כיול
1. חבר את קטע הכניסה של מבנה הבקרה למכלול המשאבה (המורכב ממשאבה, מד זרימה והצינורות, האביזרים והשסתומים הדרושים) ואת קטע היציאה לצינור הניקוז (ראה איור 1). הקפד לאטום שקעים נוספים ממבנה הבקרה, אם בכלל.
2. מדוד את הרוחב העליון (Wv, איור 2A) ואת העומק (D, איור 2B) של ה-V-notch.
3. מדוד את המרחק (רוחב, W) בין המסילות (איור 3A) כאשר בולי העצירה (לוחות המשמשים לשמירה על עומק מפלס המים במבנה הבקרה, איור 3B) ושקע חריץ V משתלבים במבנה בקרת הניקוז.
4. הכנס את יומני העצירה בין הרצועות בזה אחר זה. ודא שהעצירה התחתונה יושבת היטב בתחתית מבנה הבקרה כך שלא תהיה דליפה מתחת לעצירה.
5. ערמו עצירות נוספות מעל הקיימות במבנה הבקרה עד להגעה לגובה הרצוי. ודא כי יומני העצירה מוגדרים היטב ולא מתרחשת דליפה בין בולי העצירה למסילות.
  הערה: הגובה הכולל של בולי העצירה צריך להיות גדול מפתח צינור הכניסה ולהתאים לעומק התכנון של מי התהום במאגר הרווי, בביו-ריאקטור או במערכת הניקוז המבוקרת. ההגדרה במעבדה לניסוי הכיול צריכה לייצג בצורה הטובה ביותר את תנאי הזרימה בשטח להערכות קצב זרימה מדויקות.
6. הנח את צלחת הזרם בחוזקה מעל בולם העצירה העליון.
7. מדוד את הגובה הפנימי של מבנה הבקרה (D₁) ואת המרחק בין החלק העליון של מבנה הבקרה לחלק העליון של ה-V-notch (D₂) באמצעות סרט מדידה שסימון האפס שלו נשטף עם קצה הסרט (ראה איור 4A).
8. חשב את גובה פסגת חריץ ה-V מתחתית מבנה הבקרה (D₃) כ: D₃ = D₁- D₂- D, כאשר D הוא עומק חריץ ה-V המתקבל משלב 1.1.2.
  הערה: אל תחשב את גובה פסגת חריץ ה-V מתחתית מבנה הבקרה מכיוון שסכום הגבהים של בולי העצירה המשמשים כאטם הגומי סביב בולי העצירה מגדיל את הגובה המשולב של בולי העצירה.
9. חבר היטב את צינור המונומטר/באר השקט (המשמש לקביעת מפלס המים במבנה הבקרה) למבנה הבקרה. הצמד סרט מדידה לקיר החיצוני של מבנה הבקרה ליד המונומטר עם הערך "אפס" המתאים לבסיס החלק הפנימי של מבנה הבקרה (ראה איור 4B).
מדידת קצבי זרימה וראש
1. הפעל את המשאבה ואפשר למים למלא את תא הכניסה ולאחר מכן לזרום דרך הזרם.
2. בחר קצב זרימה של כ-1-1.5 ^L.s-1 (15-25 gpm) על ידי התאמת השסתום במכלול המשאבה וניטור התצוגה במד הזרימה.
3. אפשר מספיק זמן לזרימה להתייצב, בדרך כלל לפחות 3 דקות. הראש המתאים צריך להיות לפחות 6 ס"מ (>2.4 אינץ') כדי שהזרימה לא תידבק לצלחת הזרם⁸. הגדל את קצב הזרימה אם הראש קטן מ-6 ס"מ (2.4 אינץ') (איור 5A).
4. לאחר שהזרימה יציבה, רשום את קריאת קצב הזרימה מהתצוגה במד הזרימה. קח 8-10 קריאות רצופות תוך 2 דקות וחשב את קצב הזרימה הממוצע (Q) (איור 5B).
5. מדוד את גובה המים בבאר השקט / צינור המונומטר. אם מפלס המים בבאר השקטה/צינור המונומטר משתנה, קח את הקריאות עבור רמות המים הגבוהות והנמוכות במהלך תקופה של לפחות 30 שניות וקבל את הערך הממוצע עבור גובה המים מעל קרקעית המבנה (D₄) (איור 5C).
6. חשב את הראש (h) כ: h = D₄- D₃.
7. הגדל את קצב הזרימה בכ-1-1.3 ^L.s-1 (15-20 gpm) והמתן עד שקצב הזרימה יתייצב.
8. השג את קצב הזרימה ואת הראש המתאים כמתואר בשלבים 1.2.3-1.2.6.
9. הגדל את קצב הזרימה לפחות 5 פעמים נוספות עד שמפלס המים יגיע קרוב לחלק העליון של חריץ ה-V וחזור על הליכים 1.2.3-1.2.6 עבור כל עלייה בקצב הזרימה.
פיתוח משוואת כיול הזרם עבור זרימות הכלולות בחריץ V
1. בגיליון אלקטרוני של Excel, הזן את ערכי הראש (h, cm) ואת קצבי הזרימה המתאימים (Q, ^L.s-1) דרך חריץ V.
  הערה: גיליון אלקטרוני של Excel המורכב מקצבי זרימה מדודים וראשים במבנה בקרה של 20 ס"מ (8 אינץ') מסופק כקובץ משלים 1.
2. שרטט את קצבי הזרימה הנמדדים (Q, ציר Y) כנגד הראש הנמדד (h, ציר X) והתאם פונקציית הספק כמו במשוואה (1). בחר/י את טווח הנתונים בגיליון העבודה ולאחר מכן לחץ/י על ״הוסף״ > ״תרשימים >״פיזור״. לחץ לחיצה ימנית על נקודות הנתונים בתרשים ולאחר מכן לחץ על הוסף קו מגמה > משוואת תצוגה של Power > בתרשים > הצג ערך R בריבוע בתרשים.
3. בדוק את מידת ההתאמה של פונקציית ההספק הן מבחינה ויזואלית והן באמצעות ערך R² (איור 6). זוהי משוואת הזרימה הכלולה בתוך חריץ V עבור מבנה הבקרה.

2. שימוש ב"מחשבון מקדם משוואת זרימת זרם" להשגת מקדמי זרם עבור זרימות הכלולות בזרימות חריץ V וזרימות מעל

הערה: השלבים הבאים מחייבים שימוש בכלי "מחשבון מקדם משוואת זרימת Weir" הזמין בכתובת https://www.ars.usda.gov/midwest-area/ames/nlae/docs/tools-available-from-nlae/.

מקדמי משוואת זרימה של Weir עבור עקיפת זרימות באמצעות משוואת כיול משלו
1. פתח את הקישור https://www.ars.usda.gov/midwest-area/ames/nlae/docs/tools-available-from-nlae/ ולחץ על "מחשבון מקדמי משוואות זרימת זרם" בדף האינטרנט. שלב זה יפתח את הכלי בדפדפן חדש (איור משלים 1).
2. בחר את היחידה בין יחידות מטריות (SI) ויחידות מקובלות בארה"ב באמצעות לחצני האפשרויות (איור משלים 2).
3. בסעיף גודל מבנה הבקרה, השאר את הבחירה לערך ברירת המחדל של 6 אינץ' (15 ס"מ) מכיוון שהמשתמש מספק מקדמי משוואת זרם משלו.
4. לחץ על כן כתגובה ל"האם יש לך משוואת כיול משלך?" והזן את הערכים של הפרמטרים a ו-b המתאימים למשוואה עבור זרימות הכלולות בחריץ V, Q = ah^b ומתקבלות משלב 1.3.2 (איור משלים 2).
5. הזן את הערכים של מפרטי הזרם בקטע כניסות של הכלי. הכניסות כוללות את הרוחב בין המסלולים (W), עומק חריץ V (D) ורוחב V-top (W_v). עיין באיור מימין לסמלים (איור משלים 2).
6. קבל את ערכי המקדמים עבור עקיפה של זרימות מהטבלה מקדמים עבור משוואת זרם חריץ V, Q = ah^b, ואת תרשים קצב הזרימה כנגד הראש מקטע התוצאות של הכלי (איור משלים 2).
מקדמי משוואת זרימת זרם עבור זרימות הכלולות בזרימות חריץ V וזרימות מעל באמצעות הכלי
1. פתח את הכלי כמתואר בסעיף 2.1.1. ובחר את היחידה ואת גודל מבנה הבקרה באמצעות לחצני הבחירה (איור משלים 3).
2. לחץ על לא כתגובה ל"האם יש לך משוואת כיול משלך?"
3. הזן את הערכים של מפרטי הזרם כמתואר בסעיף 2.1.5.
4. קבל את ערכי המקדמים עבור זרימות עם חריץ V, וזרימות עוקפות מהטבלה והתרשים של קצב הזרימה לעומת עומק זרימה ביחס לפסגת חריץ V מקטע התוצאות של הכלי (איור משלים 3).

3. ניטור ותחזוקה של זרימה במבני בקרת ניקוז

אימות מפלס מים במבנה בקרת ניקוז
הערה: הקפדה על נכונות רמות הזרימה המתקבלות מהחיישנים היא חיונית להערכה מדויקת של קצבי הזרימה, המושגת על ידי השוואת קריאות חיישנים עם מדידות ידניות באמצעות ביקורי שטח קבועים.
1. בעזרת סרט מדידה, מדוד את מרחק מפלס המים מהחלק העליון של מבנה הבקרה בתא הכניסה ליד מיקום החיישן בתוך החדר.
2. כדי לבצע את המדידה, הורד את סרט המדידה למבנה הבקרה עד שהוא פשוט נוגע במניסקוס של מפלס המים. בצע מדידה זו 1-3 פעמים ורשום את המרחק.
3. כדי לקבל את התיעוד של קריאת החיישן, פתחו את תיבת לוח הבקרה ורשמו את המספר המתאים לקריאת מפלס המים (איור 7).
  הערה: בהתאם להגדרות לוח הבקרה, המסך עשוי להציג את מדידת מפלס המים מהחלק העליון או התחתון של מבנה בקרת הניקוז.
4. כדי להשוות את המדידה הידנית לקריאת החיישן המתאימה לערך של עומק מים מתחתית מבנה הבקרה, הפחיתו את המדידה הידנית מהגובה הפנימי של מבנה הבקרה והשוו אותה לקריאת החיישן.
5. אם יש אי התאמה בין ערכי הזרם הנמדד לערכי החיישן, בדוק אם יש מקורות שגיאות, כולל נוכחות של משקעים/פסולת בתוך מבנה הבקרה, שינויים לא מוסברים בגובה הזרם הנובעים מניהול הזרמים, ניתוק החיישנים ותקלה בחיישנים ותקן בהתאם.
השגת סדרות זמן של קצבי זרימה
הערה: גיליון אלקטרוני המורכב מנתונים לדוגמה מאתר מאגר רווי (BC-2)¹⁸ וההליך להשגת סדרות זמן של קצבי זרימה באמצעות מקדמי משוואת הזרם מהכלי מתואר בסעיפים 2.2.1-2.2.4, ומוצג בקובץ משלים 2.
1. הורד את סדרת הזמן של נתוני רמת הזרימה מ-datalogger או מהשרת המתאים המשויך למערכת הניקוז.
2. באמצעות נתוני רמת הזרימה של סדרת הזמן, חשב את הראש.
3. קבע את מצב הזרימה, כלומר, זרימה הכלולה בתוך חריץ V (h ≤ D) או זרימה עודפת (h > D) על ידי השוואת ראש (h) לעומק חריץ V (D) עבור כל רשומת זמן.
4. חשב את קצב זרימת הניקוז עבור מצב הזרימה באמצעות משוואת הזרימה (1) עם מקדמי משוואת הזרימה המתקבלים מהכלי "מחשבון מקדם משוואת הזרימה" (כמתואר בסעיף 2.1. או 2.2).
5. בפרקטיקת שימור קצה שדה המצוידת במערכת ניקוז חכמה, קבל את סדרת הזמן של קצבי הזרימה ישירות מלוח המחוונים של האתר המתאים (איור 8).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

הכיול של סכר נירוסטה 45° V-notch בוצע במבני בקרת ניקוז חקלאי בגודל 15 ס"מ (6 אינץ'), 20 ס"מ (8 אינץ') ו-30 ס"מ (12 אינץ') עבור זרימות הכלולות בחריץ V¹¹. הערכים הנמדדים של קצבי זרימה וראשים ומשוואות הזרם המתקבלות על ידי התאמת פונקציית הספק (משוואה 1) לנתונים הנמדדים עבור זרימות הכלולות בחריץ ה-V, כמתואר בפרוטוקול, מוצגים באיור 9A-C. מקדמי משוואת זרימת זרם אלה עבור זרימות הכלולות בחריץ V כלולים בכלי "מחשבון מקדם משוואת ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

הפרוטוקול (שלב 1) מתאר שיטה לפיתוח משוואת כיול עבור סכר 45° V-notch במבנה בקרת ניקוז Agri Drain. עם זאת, ניתן להתאים את השיטה לפיתוח משוואות כיול לסוגים שונים של סכרים, כגון סכר מלבני, סכר טרפזי או סכר V-notch עם זוויות שונות בכל מבנה בקרת ניקוז. במהלך הליך הכיול, חשוב במיוחד שיתקבלו ראשים מדויקים, במיוחד בקצבי זרימה גבוהים יותר כאשר מפלס המים בתוך מבנה הבקרה נוטה להיות סוער יותר. יש למדוד את מפלס המים בתוך באר דוממת או צינור מנומטר. הצמדת סרט מדידה קרוב לצינור המונומטר/באר השקיה מאפשרת ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

כל הדעות המובעות במאמר זה הן של המחברים ואינן משקפות בהכרח את המדיניות וההשקפות של USDA, DOE או ORAU/ORISE. כל שימוש בשמות מסחר, חברות או מוצרים המוזכרים במאמר זה הוא למטרות תיאוריות בלבד ואינו מרמז על המלצות או אישור של משרד החקלאות האמריקאי. USDA הוא ספק ומעסיק שוויון הזדמנויות.

תודות

המחברים מודים לעזרתו של שיין סבובודה בצילום תמונות המשמשות במאמר זה. עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מינוי לתוכנית ההשתתפות במחקר של שירות המחקר החקלאי (ARS) המנוהלת על ידי מכון אוק רידג' למדע וחינוך (ORISE) באמצעות הסכם בין-סוכנותי בין משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) ומשרד החקלאות האמריקאי (USDA). ORISE מנוהלת על ידי ORAU תחת מספר החוזה של DOE DE-SC0014664. מחקר זה היה תרומה של רשת המחקר ארוך הטווח של אגרו-אקוסיסטם (LTAR). LTAR נתמך על ידי משרד החקלאות של ארצות הברית, שירות המחקר החקלאי.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
מד זרימה	Banjo Corp	MFM300	מד זרימה אלקטרומגנטי, דיוק בתוך ± 2-3% עבור קצבי זרימה בין 0.88 ל -42.3 L.s^{-1< / sup> (14 עד 670 gpm), וטווח טמפרטורות הפעלה של -12 עד 54 & deg; C}
צנרת ואביזרים	N/A	N/A	אורך הצינור והאביזרים צריכים להיות לפי הצורך אך למלא את דרישות הצינור המינימליות במעלה הזרם ובמורד הזרם של מד הזרימה בהתאם להמלצת היצרן.
משאבה	US Motors	15706017-100	דגם 15411 60 HP תלת פאזי VFD מונע
יומני עצירה	Agri Drain	700320 (5 אינץ 'עצירה), 700321 (7 אינץ 'עצירה), 700333 (7 אינץ' עצירה תחתונה עם אטם תחתון)	שלושה סוגים של עצירות PVC בגבהים 5 אינץ', 7 אינץ' ו-7 אינץ' עם אטם תחתון
סרט מדידה	סטנלי PowerLock	33-158	5 מ'/16 אינץ' סרט מדידה
V-notch ניקוז	אגרי	701132	נירוסטה 45° (עובי 3 מ"מ, עומק חריץ V של 17.145 ס"מ) סכר מחורץ עם מנשא PVC (עובי 13 מ"מ)
מבנה בקרת ניקוז מפלס מים	ניקוז חקלאי	3CINLINE06X08PVC	מבנה בקרת מפלס מים מוטבע בעל 3 תאים בגודל נומינלי של 20.32 ס"מ (8 אינץ') וסכר חריץ V קיים בשער הראשון (בולי עצירה כלולים ברכישה)

מקורות

American Public Health Association. Standard methods for the examination of water and wastewater. , 24th edition, APHA Press. (2023).
Alahi, M. E. E., Mukhopadhyay, S. C. Detection methods of nitrate in water: A review. Sens Actuators A Phys. 280, 210-221 (2018).
Arenas Amado, A., Schilling, K. E., Jones, C. S., Thomas, N., Weber, L. J. Estimation of tile drainage contribution to streamflow and nutrient loads at the watershed scale based on continuously monitored data. Environ Monit Assess. 189 (9), 426(2017).
Christianson, L., et al. Performance evaluation of four field-scale agricultural drainage denitrification bioreactors in Iowa. Trans ASABE. 55 (6), 2163-2174 (2012).
Jaynes, D. B., Isenhart, T. M. Reconnecting tile drainage to riparian buffer hydrology for enhanced nitrate removal. J Environ Qual. 43 (2), 631-638 (2014).
National Agricultural Statistics Service (NASS). 2022 census of agriculture. , United States Departmet of Agriculture, National Agricultural Statistics Service. Washington, DC. (2024).
Dinnes, D. L., et al. Nitrogen management strategies to reduce nitrate leaching in tile-drained midwestern soils. Agronomy J. 94 (1), 153-171 (2002).
United States Bureau of Reclamation (USBR). Water measurement manual. , 3rd [1997, rev. Reprint 2001], United States Department of the Interior, Bureau of Reclamation. (2001).
Christianson, L. E., et al. Calibration of stainless steel-edged v-notch weir stop logs for water level control structures. App Eng Agric. 35 (5), 745-749 (2019).
Chun, J. A., Cooke, R. A. Technical note: Calibrating agri drain water level control structures using generalized weir and orifice equations. App Eng Agric. 24 (5), 595-602 (2008).
Katuwal, S., et al. Calibration of v-notch and compound weirs for subsurface drainage water level control structures. App Eng Agric. 40 (4), 453-463 (2024).
Maxwell, B. M., Cooke, R. A., Christianson, R. D., Christianson, L. E. Stage-discharge relationships of drawdown plates for denitrifying woodchip bioreactors. App Eng Agric. 37 (6), 1023-1029 (2021).
Partheeban, C. "Demonstrating the Effectiveness of Nitrate-nitrogen Removal of Denitrifying Bioreactors in South Dakota for Improved Drainage Water Management". Electronic Theses and Dissertations. 635, https://openprairie.sdstate.edu/etd/635 (2014).
Shokrana, M. S. B., Ghane, E. An empirical v-notch weir equation and standard procedure to accurately estimate drainage discharge. App Eng Agric. 37 (6), 1097-1105 (2021).
Utt, N., Jaynes, D., Albertsen, J. Demonstrate and evaluate saturated buffers at field scale to reduce nitrates and phosphorus from subsurface field drainage systems. Report No. CIG Final Report to NRCS and FSA. , 215 Agricultural Drainage Management Coalition Member Companies. (2015).
Napierała, M. Application of simple crested weirs to control outflows from tiles drainage. Water. 15 (18), 3248(2023).
El Hattab, M. H., Mijic, A., Vernon, D. Optimised triangular weir design for assessing the full-scale performance of green infrastructure. Water. 11 (4), 773(2019).
Jaynes, D. B., Isenhart, T. M. Performance of saturated riparian buffers in Iowa, USA. J Environ Qual. 48 (2), 289-296 (2019).
Moriasi, D. N., Gitau, M. W., Pai, N., Daggupati, P. Hydrologic and water quality models: Performance measures and evaluation criteria. Trans ASABE. 58 (6), 1763-1785 (2015).
Johnson, G., et al. Effectiveness of saturated buffers on water pollutant reduction from agricultural drainage. J Nat Resour Agric Ecosyst. 1 (1), 49-62 (2023).
Inline water level control structures. , Agri Drain Corporation. Available from: https://www.agridrain.com/shop/c85/manual-water-level-control-structures/p901/inline-water-level-control-structures/ (2024).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

פרמטריזציה של משוואות זרם V-notch לניטור זרימה במבנה בקרת ניקוז