פרוטוקול לעריכת סימולציה גשם לחקר ניגר קרקע
3 באפריל 2014
סימולטור גשמים שימש להחיל שיעור של גשמים אחידים לתיבות אדמה ארוזות במחקר של גורל ההובלה של אוריאה, זיהום סביבתי מקור Nonpoint עקבי. בתנאי קרקע וכמות משקעים אחידים, תוכן לחות קרקע קודם שהפעיל שליטה חזקה על אובדן אוריאה בניגר עילי.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לדמות גשמים, עם גודל טיפה סטנדרטי, עוצמה ואחידות על פני אזור היעד כדי לחקור נגר קרקע. זה מושג על ידי התאמה ראשונה של בקרות סימולטור הגשם כדי להשיג את הלחץ וקצב הזרימה המשוערים עבור הזרבובית שנבחרה. השלב השני הוא כיול סימולטור הגשם כדי להשיג את קצב הזרימה המדויק עבור הזרבובית שנבחרה ופיזור אחיד של טיפות גשם על פני אזור היעד.
לאחר מכן, קופסאות אדמה ארוזות כראוי ממוקמות באזור היעד על פלטפורמה המותאמת לשיפוע אחיד. השלב האחרון הוא ביצוע סימולציה של גשמים ואיסוף נגר קרקע לניתוח. בסופו של דבר, סימולציית גשם משמשת לחקר ההשפעות של תכונות קרקע, תיקוני קרקע, קודמים, לחות קרקע, טופוגרפיה ועוצמת גשמים על נגר קרקע בתנאים סטנדרטיים הקרובים לגשמים טבעיים.
סרטון זה מתאר פרוטוקול הדמיית גשם ששימש ברחבי העולם כדי להעריך באופן עקבי נגר מקרקעות. לכן הדגמה של שיטה זו חשובה מכיוון שתפעול וכיול סימולטור גשם כרוכים בשלבים רבים. כמו כן, ישנם משתנים רבים שיכולים להשפיע על התוצאות.
פיטר ידגים את הנוהל לאריזת ארגזי האדמה. פיטר הוא סטודנט באוניברסיטת מרילנד בחוף המזרחי, והוא עבד במעבדה שלי בארבע השנים האחרונות. התחל את הפרוטוקול על ידי רכישת קופסאות בעלות מידות זהות.
קופסאות אלה הן באורך 100 סנטימטרים, ברוחב 20 סנטימטרים ובעומק 7.5 סנטימטרים, ויש להן תשעה חורי ניקוז של חמישה מילימטרים. יש להם גם שפה של חמישה סנטימטרים ומרזב איסוף בקצה אחד. עבור כל קופסה, מרפדים את התחתית בבד גבינה ארבע שכבות כדי לשמור על האדמה ולאפשר זרימת מים.
לאחר ריפוד הקופסה, שקלו את הקופסה ואת בד הגבינה ורשמו את המדידה לשימוש מאוחר יותר. לאחר מכן, השג אדמה מוכנה למילוי הקופסאות. עבדו עם הקופסה הראשונה וגרפו מספיק אדמה כדי למלא את הקופסה למחצה.
כאשר מחליקים כ -3.5 סנטימטרים, מורחים את האדמה באופן שווה ואורזים אותה בלבנה שטוחה. האדמה לא צריכה להידחס בלחץ הלבנים. לאחר מכן, הוסף עוד שני סנטימטרים של אדמה.
לאחר מכן יישר אותו עם מד פילוס לעומק צפוף של חמישה סנטימטרים. גובה שפת הקופסה. שקלו את קופסת האדמה הארוזה כדי לקבוע את כמות האדמה שנוספה לקופסה.
אתה משתמש באותו משקל אדמה כדי למלא את הקופסאות הנותרות. אורזים כל קופסה לעומק של חמישה סנטימטרים וצפיפות אחידה. שואב את המרזב כדי להסיר אדמה שנשפכה לתוך המרזב.
בתהליך האריזה, סימולטור הגשמים מורכב ממסגרת לתמיכה במספר קופסאות אדמה מתחת לזרבובית. התחל להפעיל אותו על ידי סגירת שסתום הכדור עם המנוף היחיד לפני הפעלת לחץ על אספקת המים הראשית לסימולטור. סובב את בורג הסט על גבי שסתום ויסות הלחץ נגד כיוון השעון כדי להפחית את הלחץ.
לאחר מכן פתח את שסתום בקרת הזרימה הבא בשורה, חזור לחלוטין לשסתום הכדור עם המנוף היחיד ופתח אותו לחלוטין. כעת, כוונן את שסתום ויסות הלחץ על ידי סיבובו בכיוון השעון לכ-8 PSI. בדוק את הלחץ במד ליד החלק העליון בסימולטור הגשם.
לאחר מכן, סגור חלקית את שסתום בקרת הזרימה המוטבע תוך ניטור מד הזרימה ומד הלחץ. עצור כאשר מד הזרימה קורא את קצב הזרימה המשוער של הזרבובית בשימוש כאן, 1.5 ליטר לדקה, ומד הלחץ קורא את ה-PSI המשוער עבור הזרבובית שש PSI. במקרה זה, סגור את שסתום הכדור עם המנוף היחיד כדי לעצור את הזרימה מבלי לשנות את קצב הזרימה והגדרות הלחץ.
השג שש קופסאות אדמה ריקות לשימוש בקביעת אחידות הגשמים. הכן אותם על ידי כיסוי חורי הניקוז בנייר דבק כדי למנוע דליפת מים החוצה. הנח את הקופסאות הריקות על מסגרת ישרה כך שהן יהיו מרווחות באופן שווה ואף אחת מהן לא תהיה ישירות מתחת לזרבובית.
סמן את מיקומי הקופסאות והשתמש תמיד באותם מיקומים. השתמש בצינור PVC באורך 10 רגל ובקוטר שני אינץ' כדי להסיט את הזרימה מהזרבובית. לצינור צריך להיות מרפק של 45 מעלות מחובר לקצהו.
מקם גם גליל מדורג גדול כדי לתפוס זרימה מהצינור. כדי לכייל את הזרבובית, מקם את הצינור מעל הזרבובית והחזק אותו שם. פתח את שסתום הכדור עם המנוף היחיד ואסוף את הפריקה מהצינור בצילינדר למשך 10 שניות.
בסיום, שמור את הצינור במקומו וקבע את נפח המים בצילינדר, שאמור להתאים לערך הצפוי עבור הזרבובית. כשהזרבובית מכוילת. הסר את צינור ה-PVC כדי לאפשר לגשמים להרטיב את אזור הקופסה.
תן למים לרדת במשך 10 דקות. לאחר 10 דקות בדיוק עצרו בפתאומיות את הגשמים על ידי מיקום צינור ה- PVC באורך 10 רגל מעל הזרבובית לזרימה. לאחר מכן סגור את שסתום הכדור עם המנוף היחיד כדי למדוד את נפח המים שנאספו בכל קופסה.
שופכים אותו לגליל מדורג. השתמש בנתונים אלה כדי לקבוע אחידות גשם בין התיבות. אם מקדם השונות גדול מ-0.05, סובב את הזרבובית רבע סיבוב וחזור על תהליך הכיול.
לפני הנחת קופסאות אדמה ארוזות בסימולטור הגשמים, התכוננו להטות את המסגרת למדרון הרצוי. ראשית, מקם את המסגרת בגובה כדי לאפשר הצבת בקבוקי איסוף ובמידת הצורך משפכים מתחת למרזבי הקופסה. לאחר מכן הניחו על הסיפון באורך של לפחות מטר לאורך קופסת אדמה המותקנת על המסגרת.
הניחו מפלס נגר על הלוח לעיון. במהלך התהליך, התחל להרים את החלק האחורי של המסגרת באמצעות לבנים ושקעים כדי להשיג שיפוע של 3%. עצור כאשר החלק הקדמי של הקופסה נמצא שלושה סנטימטרים מתחת ללוח המפלס.
כמו כן, בדוק שהחלק הקדמי והאחורי של המסגרת מפולסים מצד לצד. כעת הניחו שש קופסאות אדמה ארוזות במיקומים שסומנו בעבר על המסגרת המשופעת לבקבוקי איסוף נגר במיקום הסימולציה מתחת לפיות הניקוז. בנוסף, השתמש במהדק נייר כדי לחבר מגנים מעל המרזבים כדי למנוע מגשם להיכנס ישירות למרזב או לבקבוק האיסוף.
הנח את צינור ה-PVC באורך 10 רגל מעל הזרבובית והתחל בזרימת המים. אסוף את הפריקה למשך 10 שניות וכיול מחדש את קצב הזרימה כמו קודם. בסיום, הסר את הצינור מעל הזרבובית כדי להתחיל בהדמיית גשמים.
עקוב אחר ניקוז המים מפיית הניקוז של כל קופסה. שימו לב מתי המים המתנקזים הופכים מטפטוף איטי לזרם רציף. רשום זמן זה כזמן התחלת הנגר כדי לאסוף דגימות נגר.
הקצה מסייע אחד לכל תיבה. החלף את בקבוקי האיסוף בזמנים שנקבעו בתחילת הנגר. סיים אירוע גשם על ידי מיקום צינור ה-PVC באורך 10 רגל מעל הזרבובית וסגירת שסתום הכדור.
חלקת נגר זו בליטרים לעומת לחות ראשונית בקרקע מראה שלקרקעות הרטובות יותר הייתה פחות יכולת לאגור מים, יחד עם שיעורי חדירה נמוכים יותר וכתוצאה מכך נפחי נגר גדולים יותר. הקרקעות הוכנו עם לחות קרקע משתנה באמצעות פרוטוקול כתב היד. אלה היו נתונים לגשמים מדומים בעוצמה של 3.2 סנטימטרים לשעה במשך 40 דקות.
כאן, נראה כי זמן ההתחלה על הציר האנכי נמצא בקורלציה שלילית עם מי לחות הקרקע הראשוניים שחדרו לקרקעות יבשות יותר זמן רב יותר לפני שהם מרטיבים את פני הקרקע וגורמים לנגר. הנתונים מראים מתאם חיובי בין אוריאה וריכוז ותכולת לחות קרקע קודמת. קרקעות יבשות יותר מאפשרות חדירה שזולגת אוריאה לתוך האדמה והרחק מפני האדמה.
כאשר נגר אכן מתרחש, פחות אוריאה N זמינה על פני השטח לתנועה. בסיבוב השני. תרשים זה מציג עומסי אוריאה n מצטברים כפונקציה של זמן.
כל עקומה מייצגת שכפול אחד של קופסת אדמה עם אחד מתנאי הלחות הקודמים. העלילה מדגימה שוב שלקרקעות יבשות יותר יש זמן רב יותר לברוח מההתחלה ולהוריד עומסים מצטברים. אז לאחר צפייה בסרטון זה, עליכם להבין היטב את הפעולה והכיול של סימולטור גשם ולדעת לשלוט במשתנים כמו אצט ותכולת לחות שיכולים להשפיע על התוצאות. ה.
סקירה כללית
במחקר זה נעשה שימוש בסימולטור גשמים כדי לחקור את הגורל ואת התניידות השתן (urea) בתיבות קרקע דחוסות. הממצאים מעידים כי תכולת הלחות המוקדמת של הקרקע משפיעה באופן משמעותי על אובדן השתן בניקוז פנימי תחת תנאים מבוקרים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי הסביבה
- מדע הקרקע
- הידרולוגיה
רקע
- מזהמים ממקורות מפוזרים, כגון urea, מהווים סיכונים סביבתיים.
- הבנת נזילות הקרקע היא חיונית לניהול מזהמים אלו.
- סימולציית משקעים מספקת סביבה מבוקרת לחקר נזילות.
- תכונות הקרקע ותכולת הלחות הן גורמים מרכזיים בדינמיקה של נזילות.
מטרת המחקר
- לסימולציה של משקעים ואנליזה של השפעותיהם על נגש soil (runoff).
- להערכת האופן שבו לחות קרקע מקדימה משפיעה על אובדן urea.
- להקמת שיטה סטנדרטית לסימולציה של משקעים במחקר.
השיטות שנעשה בהן שימוש
- כיול של סימולטור הגשמים להשגת גודל טיפה ועוצמה עקביים.
- הכנה של תיבות קרקע דחוסה בעלות ממדים ורמות לחות מבוקרות.
- ביצוע סימולציות גשם ומדידת נגריה.
- ניתוח של נגריות הקרקע כדי לקבוע את אובדן urea ואת אחידות התפלגות הגשם.
תוצאות עיקריות
- לחות קרקע קודמת שלטה באופן משמעותי באובדן urea בניקוז שטח.
- תנאי משקעים אחידים הושגו באמצעות כיול קפדני.
- דחיסת הקרקע ורמות הלחות היו עקביות בכל הדגימות.
- התוצאות תורמות להבנת ההסעה של מזהמים סביבתיים.
מסקנות
- סימולציית משקעים היא שיטה יעילה לחקר נקווי קרקע.
- תכולת הלחות בקרקע היא גורם קריטי לאובדן מזהמים.
- מחקר זה מספק מסגרת למחקרים עתידיים על מזהמים סביבתיים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
פרוטוקולים סטנדרטיים לסימולציית גשמים מאפשרים בידוד מדויק של משתנים סביבתיים המשפיעים על נגר של מזהמים, ובכך תומכים במידול חזוי של גורלם של כימיקלים חקלאיים. בקרה כמותית של לחות קרקע קדמה ושל פרמטרי גשמים משפרת את הפחתת הסיכונים המכניסטית להערכות חשיפה סביבתית. יכולות אלו הן קריטיות למחקר תרגומי ולמדע רגולטורי בתיקי ביוטכנולוגיה סביבתית וחקלאית.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה מונחית-השערות של אינטראקציות בין קרקע למזהמים תחת תנאים הידרולוגיים מבוקרים.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית על ידי בידוד השפעתו של לחות קרקע קודמת על ניידות של מזהמים.
- מקל על תיקוף פונקציונלי של מודלים של תעתוע סביבתי עבור נזילות של כימיקלים חקלאיים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספקת פלטפורמה הניתנת לשחזור להערכה כמותית של נגר ואיבוד מזהמים.
- מבצע סטנדרטיזציה לתנאי הבדיקה לצורך השוואתיות בין מחקרים ושלמות הנתונים.
- מאפשר הערכה במדרג רחב של השפעת תוספי קרקע, כיסויים ושיטות ניהול על גורלם של מזהמים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה תוצרי ניסוי למודלים חיזויים להערכת סיכונים סביבתיים.
- תומכת ברציפות מסימולציה במעבדה ועד לתיקוף של הובלת מזהמים בקנה מידה שדה.
- מספקת בסיס לאסטרטגיות תרגומיות לצמצום ההשפעה הסביבתית של חומרים כימיים חקלאיים.
שילוב תהליכי עבודה ומסלולי עיבוד
פרוטוקול זה משתלב ברצף הערכת החשיפה הסביבתית, החל מגילוי מוקדם של התנהגות מזהמים ועד למידול תרגומי עבור יישומים רגולטוריים ובשטח.
- ביולוגיה של תגליות: מכמת את ההשפעה של לחות קרקע ומשקעים על ניידות מזהמים, ובכך תומך בבדיקת היפותזות.
- סריקה: מספק נתונים כמותיים הניתנים לשחזור על נקומי שטיפה ואובדן מזהמים לצורך ניתוח השוואתי.
- אנליטיקה: מספק מדידות בעלות רזולוציית זמן של תחילת הנקומיים, נפחם וריכוז המזהמים.
- מחקר תרגומי: מגשר בין ממצאי מעבדה למודלים חיזויים של גורל ותובלה סביבתית.
- שימוש חוזר ארגוני: קובע פרוטוקול סטנדרטי הניתן לשימוש חוזר להערכות של מערכות קרקע ומזהמים מגוונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזיוי במודלים של גורל סביבתי ואת ההבנה המכניסטית של הובלת מזהמים.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות, הסטנדרטיזציה והיכולת להרחבה של מחקרי נ runoff.
- ערך אסטרטגי: תומך בקבלת החלטות מותאמת סיכונים עבור פיתוח כימיקלים חקלאיים וניהול סביבתי.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של אסטרטגיות הפחתה ומספק נתונים חסונים להגשות רגולטוריות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בהידרולוגיה, מדע הקרקע ואנליטיקה סביבתית.
- מחייב מכשור מכויל לסימולציית משקעים והכנה מדויקת של הקרקע.
- דורש סטנדרטיזציה קפדנית בין צוותים לצורך השוואת נתונים.
- ניתן להתאמה לסוגי קרקע שונים, תוספים ומחלקות של מזהמים באמצעות התאמות בפרוטוקול.
- המגבלות כוללות אקסטרפולציה מהמעבדה לשטח ובקרת כל המשתנים הסביבתיים.
שאלות נפוצות בנושאי ביו-פארמה
Chapters in this video
0:05
Title
1:44
Packing Soil in Boxes
3:18
Rainfall Simulator Operation
4:34
Nozzle Calibration and Rainfall Uniformity
6:27
Mounting Soil Boxes in the Rainfall Simulator
7:27
Conducting a Rainfall Simulation
8:36
Results: Effect of Initial Moisture Conditions on Runoff
10:09
Conclusion
