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方法論記事

連続インストリームの栄養素と農業生態系流域における堆積物の監視

10.4K 回視聴

⸱

DOI:

10.3791/56036

⸱

2017年9月26日

 , 
1Oak Ridge Institute of Science and Education (ORISE), 2Delta Water Management Research Unit, United States Department of Agriculture, Agriculture Research Unit USDA-ARS

この記事について

サマリー

技術とエンドユーザーの期待の上昇の伴い必要と汚濁負荷推定のため時間分解能の高いデータの使用が増加しています。このプロトコルでは、その場で連続水質監視リソース管理意思決定情報に基づいた水を高い時間分解能データを取得する方法について説明します。

要約

汚染物質濃度と流域における荷重は、時間と空間のかなり変わる。水資源の汚染物質の大きさに正確かつタイムリーな情報は、リソース管理の情報水の意思、汚濁負荷のドライバーを理解するための前提条件です。一般的に使用される"サンプリングをつかむ"方法 (すなわち、スナップショット濃度) のサンプリング時に汚染物質の濃度を提供しの下で可能性があります- または汚染物質の濃度と負荷を overpredict。栄養素および沈殿物の継続的な監視と、最近、コンピューティング、センシング技術、およびストレージ デバイスの進歩のためのより多くの注意を受信しています。このプロトコルでインストルメンテーションその場で硝酸塩、アンモニウム、濁度、pH、導電率、温度、および溶存酸素量 (DO) を継続的に監視し、2 つのストリーム (溝) から荷重を計算します、ゾンデ、センサーの使用に示します2 つの農業生態系流域。適切な校正、保守、およびセンサーとゾンデの操作を汚れや破片の蓄積など困難な条件を克服して良い水質データを取得できます。メソッドの様々 なサイズの分水界で使用され農業、森林、および/または都市の土地によって特徴付けられるもことができます。

概要

水質モニタリング プロットまたはフィールドから流域の範囲することができます貢献の領域のサイズに応じて、さまざまな空間スケールでの汚染物質の濃度に関する情報を提供します。この監視は 1 つのイベント、日、季節、年などの時間の期間にわたって起こる。主に (例えば窒素とリン) の栄養素と、堆積物に関する水質監視から集めた情報はするために使用することができます: 1) 水文過程とトランスポート ストリームにおける汚染物質の変容を理解します。農業排水溝;2) 養分と堆積物の負荷を減らすため、水の質を向上する流域に適用される経営の効率性を評価します。3) 水を下流の堆積物および栄養素の配信を評価します。・ 4) 栄養素と水を理解し、時間と空間のスケールの範囲にわたって汚染物質輸送とダイナミクスを決定する品質プロセスを水堆積物のモデリングを改善します。

この情報は、水生生態系の回復、持続可能な計画と水資源1の管理に不可欠です。

栄養のため最もよく使用されるメソッド、グラブ サンプリングは、流域における土砂監視します。グラブ サンプリング サンプリング2の時点でスナップショット濃度を正確に表します。頻繁にサンプリングが行われる場合にも時間で汚染物質濃度の変化を描写できます。しかし、頻繁なサンプリングは、集中的に高価な多くの場合ことが非現実的な2時間です。また、グラブ サンプリングはの下で可能性があります- またはサンプリング時間2,3,4外実際汚染物質濃度を過大評価。その結果、このような濃度を算出負荷が正確かもしれません。

また、継続的な監視について説明します正確かつタイムリーな水質、分、時間、または日など、あらかじめ決められた時間間隔で。ユーザーは、彼らのニーズに基づいて適切な時間間隔を選択できます。継続的な監視により、サンプル コレクションを最適化するには、研究者、プランナー、およびマネージャー開発し、合計の最大負荷量 (TMDLs); などの時間統合指標を監視水体のレクリエーション利用を評価します。評価基準のストリーム条件;時空間因果関係を決定し、管理計画5,6への物質の変化を評価します。最近コンピューティングとセンサー技術、ストレージ ・ デバイスの改善された容量およびより複雑なプロセスを勉強するために必要なデータ要件の増加で進歩のための高められた注意を受けている栄養素および沈殿物の継続的な監視1,5,7. 700 以上の水の専門家の世界的な調査、マルチパラ メーター ゾンデの使用は 26% から 2002 年から 2012 年までの 61% に増加し、2022年566% に達するとされます。同じ調査では、回答者の 72% は、自分のデータに合わせて、監視ネットワークの拡大の必要性が必要5示されます。監視ネットワークの局数と 2012 年に駅につき監視する変数の数は、2022年5, 53%、64% 増加する予定です。

ただし、連続的な水の品質と量の農業生態系流域における監視は挑戦にあります。堆積物と植物、センサー ゾンデで高い沈殿物の負荷および残骸蓄積に貢献する大規模な降雨を洗い流します。過剰な窒素とリンを農業分野に応用の流出は、特に夏のインストリーム センサー、ゾンデ、汚、微視的および巨視的生物の成長のための理想的な条件を作成します。汚れと堆積物の蓄積は、失敗し、ドリフト、信頼性の低いデータを生成するセンサーを可能性があります。これらの課題にもかかわらず、細かい (分あたりの低) と時空間解像度のデータに必要な流出過程と非点源汚染研究彼らが影響を受ける流域特性 (サイズなど地盤、斜面、など。) タイミングと降雨7の強さ。注意深い観測, 頻繁に校正し、適切なクリーニングとメンテナンスできますセンサーや細かい時間分解能でも、ゾンデから質の良いデータを確認します。

ここでは、その場で多項目水質品質ゾンデ、面積速度と圧力トランスデューサー センサー、オートサンプラー; を使用して 2 つの農業流域の連続モニタリング手法を検討します。校正データおよびフィールド メンテナンス;およびデータ処理。プロトコルは、継続的な水質監視を実行するのに方法を示します。プロトコルは、一般的に連続的な水の質と量であらゆるタイプやサイズの分岐点の監視に適用されます。

プロトコルは少し溝流域 (フク 080202040803、53.4 km2の領域) の北東アーカンソーと下流聖フランシス (フク 080202030801、23.4 km2の領域) を行った。これらの 2 つの流域は、ミシシッピ川の支流に流出します。ミシシッピ川の支流の監視の必要性はより低いミシシッピー川保全委員会とメキシコ低酸素タスク フォース湾流域管理計画を開発し、管理活動の進捗状況を記録するによって識別されます。8,9しますさらに、これらの流域は、養分と堆積物の汚染を減らすため、ポテンシャルに基づくアメリカ合衆国農務省自然資源保全局 (米国農務省 NRCS)、別にフォーカス流域として特徴づけられる。10水の品質を向上させます。エッジ フィールドの監視が行われてこれらの流域の州全体のミシシッピ川流域健全な流域イニシアチブ (MRBI) ネットワーク11の一部として。分水界 (すなわちサイトの場所、流域特性、等) の詳細については、(2017)6Aryal とレバで提供されます。一言で言えば、主にシルト ローム土を持っている少し溝流域、ワタとダイズ主要作物下流聖フランシスは主に・ シャーキー粘土土壌とが主要な作物の米と大豆に対し。各流域でその場で連続水量及び水質監視 (すなわち、吐出温度、pH、DO、濁度、電気伝導度、硝酸、およびアンモニウム) を行ったこのプロトコルを使用する主流の 3 地点で汚濁負荷と水文過程の時空間変動を理解します。さらに、毎週水のサンプルを収集され、浮遊 co を分析ncentration。

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プロトコル

1 ですサイトの選択

  1. 流域選択
    1. 選択 watershed(s) 汚染問題、流域の優先度、サイトへのアクセス、研究施設への近さの大きさに基づくと。データ目的
      2. 。
  2. ストリーム サンプリング場所
    1. 研究目的に基づくストリーム サンプリング場所を選択します
      。 注: 最適サンプリング位置、断面、安全かつ簡単にアクセスできる、地球物理学的安定性 (すなわち、 一定断面と銀行楽器駅住宅の支持) と代表の内で十分に混合された 12 , , 13 14。局ない直線チャネル セクション、2 つのストリームの合流点から下流ではすぐに収束または発散のチャネル断面がより均質かつ代表的な 14
      2. 。
    2. 水を配置、水の負荷を計算する断面品質測定
      。 注記: 栄養素と流域における堆積物の空間的変化を識別する、流域全体の潜在的なソースをターゲットに複数のステーションを選択します
      3. 。

2。計測器、センサー選択

  1. 選択器、放電を測定し水質と目的の間隔で水サンプルを収集するセンサー。計測器やセンサー データの必要性、流域、および使用可能なリソースに基づいて選択します
    。 注: 理想的なセンサーが信頼性の高い、正確な敏感な正確な低コスト、およびストリーム環境に適した、限られたメンテナンス、フィールド技術者 13 の最小限のトレーニングを必要とします。農業流域汚と残骸の蓄積が懸念の最大の原因です。その結果、セルフ クリーニング、防汚機能装備ゾンデが優先されます。
    1. 使用、オートサンプラ、ゾンデ、面積速度、センサー、圧力トランスデューサー、ポータブル流量計します
      。 注: ゾンデが濁度センサーと pH、アンモニア、硝酸をきれいにするブラシをきれいにワイパーがあるし、センサーを行う
      。 注: このプロトコルで楽器、オートサンプラー、ホース、ストレーナーまたはフロー モジュール、および面積速度センサーから成る水サンプリング ユニットを指します
      2. 。
  2. [水品質パラメーターがデータ目的、センサーのコストと可用性に基づいて。温度、pH、DO、導電率、濁度、アンモニウムおよび硝酸塩 15 分毎の測定
    注: 温度、pH、導電率と最も一般的なパラメーターは選ばれた、硝酸塩、アンモニウムおよび濁度より少なく共通が、人気 1 , を得ているに対し、USGS 局で測定される 14 です。
    注: データ目的流域特性に依存します。たとえば、窒素とリンの監視必要がありますより都市流域におけるリンの監視と比較して農業生態系流域における
    3. 。

3。ゾンデ校正とプログラミング

  1. キャリブレーション センサーの製造元の推奨事項に従ってゾンデ。必要に応じて、ローカルの環境条件に基づいて校正プロトコルを変更します
    。 注: 校正の頻度は、センサーがさらされている環境によって異なります。一般的に、それは 2-4 週間以内に落ちる。ここで、ゾンデは生育期の間に 2 週間ごとに校正されて、非成長で 3 週間毎シーズン (4 月への 11 月).
  2. 研究所、校正前に徹底的にゾンデをきれい。万能クリーナーや石鹸柔らかいブラシ (歯ブラシ など) を用いたセンサー表面をクリーニングします。サーキュレータ ワイパーと六角形の六角キーを使用してブラシを削除します。ワイパーとブラシをきれいします
    3. 。
  3. PH 電極で電解液を注ぐ新鮮な電解液の補充、塩化カリウム電解質溶液の電気伝導度を維持するために餌の塩を追加します。キャップを閉じて、それは密閉。いくつかの電解質は、キャップはねじ込みされている中が流出されます。脱イオン水でゾンデをすすいでください
    4. 。
  4. は、ツールの下平ら加工が容易にできるように、テーブルの上の上約 20-30 cm になるように頑丈なサポートに、ゾンデを中断します。通信ケーブルを使用してコンピューターにツールを接続します。製造元を開始 ' s ソフトウェア。プレス " ゾンデを動作 " ゾンデ プログラムに入力します
    5. 。
  5. 設定で校正標準器の数、" パラメーターの設定 "] タブ。次の順序でセンサーのキャリブレーション: 伝導率、pH、DO、濁度、硝酸、アンモニウム
    。 注: 校正の順序は重要、硝酸塩とアンモニウムとしてセンサーは電気伝導度と pH の値を使用します
    。 注: 校正標準器の数が伝導率の 2、2 または pH の 3 の 1、2 や濁度の 4、硝酸イオン、2 およびアンモニウムの 2.
  6. ・ ディ ・水センサー複数回すすいで乾燥センサー加工するサーフェス交差汚染を防ぐためにセンサーに標準を導入する前にワイプで
    。 注意: 各センサーを校正する前に次の規格のセンサー読み取り値に注意: 50 mg/L と 50 mg/l. のアンモニウムのための行うには、DI と 50 NTU の濁度、pH 7 硝酸これらの値は、フィールドにセンサーが正確かどうかを評価する使用できます。慎重はフィールドの値を修正する使用もすることがあります
    7. 。
  7. (ステップ 3.8 3.13) 標準では、各センサーの校正後 " キャリブレーション成功 " 表示、キャリブレーションが失敗した場合、センサーをリセットし、再度実行してください。かどうかセンサーがまだ失敗した場合、消耗品は交換必要がありますまたはセンサーは工場での修理を必要があります
    。 注: 硝酸態およびアンモニア態両センサーをリセットする両方のセンサーがリセットされます
    8. 。
  8. は、2 点校正; 乾燥センサー 0 μ s/cm 1,412 μ s/cm を用いた標準液導電率センサーをキャリブレーションします。選択 " SpCond [μ s/cm] " で、" 校正 "] タブ。ワイプで完全にセンサーの楕円形の部分を乾燥します。入力 " 0.0 " μ s/cm で入力と " 調整。 "
    1. センサーの楕円形の部分を完全カバーする袋の標準挿入。安定の読み取りセンサー (2 ~ 5 分) まで待つ、入力 " 1412 " μ s/cm で入力と " 調整。 " " キャリブレーション成功 " が表示されます。キャリブレーションが失敗した場合は、センサーをリセットし、再度実行してください
      2. 。
  9. PH 7 および pH 10 規格を使用して pH センサーをキャリブレーションし、pH 4 と校正の直線性を確認してください。選択、" pH [単位] "] タブ、[校正] タブ [挿入 pH 7 標準的な pH ジャンクションと参照電極カバー ポーチ。それを安定させるために約 5 分を待ちます。入力 " 7.0 " ph 値し、入力 " キャリブレーションします。 "
    1. 電極を洗浄して乾燥させるワイプを使用して。PH が 10 を挿入し、に従って、pH 7 と同じ手順。PH かどうかは、較正曲線の直線性が満たされているを確認する 4 を挿入します。キャリブレーション センサー 4 ± 0.2 pH 4.0 標準を読む必要があります
      2. 。
  10. 温度安定化、空気飽和、脱イオン水を使用して行うセンサーをキャリブレーション (18 M Ω-cm) シングル ポイント標準装備。
    1. 選択、" LDO % [土] " タブほぼ全レベルに純水を校正カップ一杯し、ゾンデにカップを置きます。温度センサーとは膜は水によって完全に覆われていることを確認してくださいにゾンデを反転します
      2. 。
    2. % 飽和読書を安定させるために約 5 分を待ちます。安定したら入力 " 100 " % の飽和状態。現地の気象ステーションをチェックして mmHg で気圧を入力し、入力 " キャリブレーションします "
      注: ・ ディ ・水は温度安定化、空気飽和ガス交換のための研究室で一晩、少なくとも雰囲気が開いたままで。彩度、および温度の安定化。気圧が DO 飽和温度 (ゾンデ自体によって測定される) に加えて大気圧によって決まるので、提供する必要があります
      3. 。
    3. チェック 0.5 - あるべき尺度係数 1.5、許容可能な校正用。校正プログラムを終了、ターミナル モードを入力して、矢印を使用して強調表示 " ログで、" キーを押します " 入力します " ハイライト " レベル 3 " 押し " 入力。 " ハイライト " セットアップ " 押し " 入力。 " ハイライト " センサー。" 押し " 入力します " 強調表示 " は " 押し " 入力。 " ハイライト " DO % 土 " 押し " 入力。 " 尺度係数に注意してください。
      4. 。
    4. プレス " Esc " を終了して " ゾンデを動作 " 再び。選択、" 校正タブ " 校正を続けます
      5. 。
    5. バック ゾンデを反転し、センサーが地面に直面してそれを中断します
      6. 。
  11. 4 標準を使用して濁度センサーのキャリブレーション: 200 NTU 100 NTU、50 NTU ・ ディ ・。選択、" 濁度 [ココやし] "] タブ。校正カップで少なくとも濁度センサーの下部をカバーするために十分な DI 水を置きます。安定濁度読書をしましょう。点を入力 " 1 " ・ ディ ・規格、" 0.6 " NTU 濁度値と " 調整。 "
    1. は同様に、他の規格の濁度センサーをキャリブレーション。ボトルを上下に回して、基準の均質化によるバブル形成を防止 (振らないで) カップに沿って基準を注ぐと
      2. 。
    2. すべての基準を調整した後はディと 50 NTU キャリブレーションが許容される (すなわち、 ± 1% 以内) だったかどうかセンサー測定値を確認します
      3. 。
  12. 2 つの規格を用いた硝酸イオン センサーのキャリブレーション: 高 (50 mg/L 3 --N) と低 (5 mg/L 3 --N)。選択、" 3 - [mg/L-N] "] タブ。
    1. 注ぐ 50 mg/L の 4 分の 3 まで校正カップに合わせて標準的な完全なし防水接続、ゾンデにカップを配置します。硝酸と温度センサーが完全に覆われているように、ゾンデを反転します。15 分間 (または読み取りが安定するまで) 待ちます。安定化、標準レベルを入力 " 1 " との値 " 46.2。 " ノートで温度と mV の測定値を記録します。入力 " 調整します "
      注: 硝酸センサーは電気伝導度と pH センサーに加えて温度センサーを使用して。
      2. 。
    2. は数回の DI 水でセンサーを洗浄し、ワイプで乾かします。低水準のためには、同じ手順を繰り返します。50-65 mV をする必要があります 2 つの電圧の測定値の違いと温度の測定値の違いが受け入れられる校正用 5 ° F を超えない
      3. 。
  13. 硝酸センサーと同様にアンモニア センサーをキャリブレーションします
    14. 。
  14. 再インストールとワイパーとブラシの調整。選択、" SelfClean [Rev] "] タブをクリック " 1 " 回転し、入力 " キャリブレーションします "
    注: ワイパーとブラシが回転 1 回。
    15. 。
  15. すべてのセンサーは、校正されて一度はプログラム、ゾンデです。入力 " pc の時間に設定されたクロック " で、" システム " 同期のタブ。4 の既存のログ ファイルがある場合は、最も古いログ ファイルを削除し、新しいログ ファイルを作成します。ログ ファイルが作成されると、監視パラメーターとログ パラメーターを選択します。開始を選択することによって監視期間 (すなわち、 次の校正、農業生態系流域における通常 2-3 週間まで) と間隔 (15 分) を選択し、ログ ファイルおよびログ間隔の時間を終了します。ログ ファイルを保存します
    。 注: いつでも、ゾンデが最大 4 ログ ファイルを格納します
    16. 。
  16. 内部バッテリー電圧を確認し、必要に応じて、内部の電池を交換します。
    1. を選択、" オンライン監視 " タブ、オンライン監視を開始します
      2. 。
    2. は、内蔵バッテリーの電圧の読み取り値を確認します。10.5 V を下回る場合は、新しい C 電池 8 個それ置き換えます
      。 注: ゾンデを停止録音データ内部バッテリー電圧を下回った (動) ~9.0 場合
    3. 防水接続するバッテリ コンパートメントのふたを密封するシリコン シール剤を使用します
      4. 。
  17. センサー ガードを添付し、バケツに入れて水の半分は満ちて
    。 注: バケツにゾンデは輸送のため、(再) サイトでインストール準備ができています。正常に機能する pH 電極用、ゾンデは冠水する必要があります
    18. 。

4。計測器・ センサーのインストール

  1. 面積速度センサーと流量モジュール
    1. マウント選択した断面の鋼板にしっかりと面積速度センサー。スチール プレートをマウント、" L " Telspar ストリーム (すなわち チャネルの最も深い部分) のパネルラインで駆動されるポストに取付けられるブラケット ( 図 1) ( 図 1)。延長、" L " Telspar ポストの上流にブラケットが流れ、ストリームの Telspar ポストの存在の影響を受けませんのででする必要があります十分な長さ。センサーを設置、" L " センサーの先端の流れに沿って上流に直面している、ストリームのベッドにブラケットします
      。 注: Telspar 記事の効果が評価されるもの視覚的にポストの導入は Telspar ポストとにセンサーの測定値を使用して、上流または定量的センサー位置にフロー障害を作成します。このプロトコルでは断面の変動は無視できると考えられました。評価する場合、複数のゾンデやセンサーが断面図で配置できます。面積速度センサー対策超音波ドプラ法による速度の平均値します。流れの深さまたは速度プロファイルとキャリブレーションに基づく変換係数は必要ありません。フロー モジュールは、6.1 m/s に-1.5 から速度および 9.15 m 0.01 m からの深さを測定します。など、それは異なる流域に適用します
      2. 。
    2. 放電の計算には断面の面積を測定します
      。 注: ソフトウェア直接面積を計算できますチャネルまたは方程式の形が指定されて場合
      。 注: センサーからデータ フロー モジュールに直接記録され、製造元を使用してコンピューターにダウンロードすることができます ' s ソフトウェアと通信ケーブルします
      3. 。

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図 1。(スケール) に駅を監視する典型的なインストリーム広告のレイアウト
。 駅には、スチール ケーブル、カラビナ、フェルールを使用して、ツールを一時停止は Telspar 記事が含まれています。フェルールは表示されません。面積速度センサーがマウントされている l 字型ブラケットは、ストリームのベッドに配置され、ナットとボルトを使用してポストにしっかりと固定されています。(図には表示されていません) オートサンプラーは、先端にストレーナーが含まれているホースからの水のサンプルを取得します。面積速度センサーからのケーブルが (図示せず) フロー モジュールに接続されています。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください

。
  1. 圧力トランスデューサー (PT センサー)
    1. 面積速度センサーがない場合、圧力トランスデューサーを使用して深さを測定します
      2. 。
    2. Telspar ポストの内側 PT センサーをインストールし、鋼線とフェルール保護; センサーの先端がストリームのベッドに触れるだけ。15 分間隔で水深を測定する PT センサーをプログラムします
      3. 。
  2. マニュアル放電測定
    1. の測定装置、放電と PT センサー付いている所は、フローの範囲で放電を手動で測定することにより段階放電曲線を作る、少なくとも低、中、および高をカバー流れています。流れの幅に応じて、いくつかのセグメント (30-60 センチ幅) に断面積を分割します。ポータブル流量計を使用してセグメントの中心線の平均速度を測定します。深さがある場合 < 10 cm、最大速度を測定し、平均速度を得るに 0.9 を掛けます。深さは 10-75 cm、平均速度 15 を決定する深さの 0.6 で速度を測定します。75 cm 以上の深さの (0.2、0.6、0.8、水面から深さの) 3 つの深さで速度を測定し、それらが平均 15
      2. 。
    2. 平均速度、幅、およびセグメントの深さを使用してセグメントの排出量を計算し、総排出量を取得するすべてのセグメントから放電を合計します
      3. 。
    3. 低、中、および高の流れをカバー フローの範囲のための手順に従います
      4. 。
    4. ステージ (すなわち、 手動流量測定の時に圧力トランスデューサーによる測定の流れの深さ) と測定放電の間の関係を決定します
      。 注: 放電が手動で速度を測定するには高すぎる場合、一時的な面積速度センサー使用できます面積速度センサーによって測定放電と PT センサーによって測定深さの関係を確認します
      5. 。
  3. 水品質マルチパラ メーター ゾンデ
    1. スチール ワイヤ、フェルール、ゾンデ安全と簡単なインストールと削除 ( 図 1) カラビナと Telspar の記事に、ゾンデをマウントします。特に洪水時に川の水とフローティングを来ることができる破片や木のログから損傷を防ぐために Telspar 記事の下流側に、ゾンデを配置します。ツールの下に配置、ゾンデに堆積物の蓄積の可能性の軽減、ストリームのベッドの上、少なくとも 1 10 cm
      。 注: ゾンデは、水に沈めて常にする必要があります。したがって、一様流とストリームで、ゾンデをゾンデ、湖底の堆積物の蓄積を減らすために十分に高いと、ゾンデが空気に露出を得るを防ぐために十分に低くする必要があります。ただし、少ない可変流量チャネルのため、ゾンデ配置できますセンサーが水面下約 10 cm になるようです
      。 注: ゾンデに深度センサーがある場合チャネルのベッドから深さセンサーの高さべきである測定するチャネルのベッドの上の深さセンサーのインストールの深さのためのアカウントに
      2. 。
    2. 電源内部電池または外部電池とゾンデ。外部バッテリーと、ゾンデに接続するのに通信ケーブルを収容するのに携帯用の電池ボックスを使用します。15 分毎のデータを収集し、通信ケーブルを使用してコンピューターに直接データをダウンロードするゾンデをプログラムします
      3. 。
  4. オートサンプラ
    1. ストリーム銀行安定した地盤の上部に天候保護ハウジングに、オートサンプラーをインストールします。鉛酸バッテリーとオートサンプラーを電源します。充電バッテリー オンサイトに 20 W の太陽電池パネルをインストールします
      2. 。
    2. Telspar ポストまたは l 字型ブラケットで水の下のストレーナー パイプを確保し、オートサンプラーのホースで接続します
      。 注: オートサンプラーは、ストレーナーとホース経由でのストリームから水を引っ張る
      。 注: ストレーナー パイプの位置は代表的なデータを得ることが重要です。このプロトコルには、断面の変動がないと仮定して置かれていた
      3. 。
    3. プログラム サンプル水を毎週、または必要性に基づくオートサンプラーです。製造元によって提供されるオートサンプラーのマニュアルを参照しています
      。 注: オートサンプラーは、降雨量、流れ、時間、または組み合わせに基づいてサンプル水をプログラミングできます。サンプラーは、多くのボトルにサンプルを 1 つ、1 つに多くのサンプルをサンプル プログラムことができますボトル (コンポジット)、または組み合わせ
      。 注: オートサンプラーの水 (2,000 mL) 研究室内の追加パラメーターの解析に必要なボリュームを収集します。浮遊砂濃度の毎週連続水質モニタリング ツールを使用して、に加えてサンプルを分析します
      4. 。

5。センサーやゾンデ メンテナンス

  1. クリーン エリア ・速度センサーやセンサーの表面の近くの残骸を減らすために訪問するたびにします
    2. 。
  2. はよく、ゾンデでセンサーをキャリブレーションします
    。 注: 頻度はシーズン、水文学、流域、センサーの種類、および汚れの割合に依存します。ここで選択した流域で校正良い品質データを収集するために 2 週間毎が必要でした
    3. 。
  3. 消耗部品を交換して、製造元の推奨どおりします
    。 メモ: これは pH 参照電極/キャップ、DO センサー、イオン先端センサー (硝酸塩とアンモニウム センサー) および循環のワイパーとブラシのキャップ (膜) を含まれます
    4. 。
  4. 必要に応じて、工場での修理のゾンデを送信 (すなわち センサーがリセットして、再調整の後でさえも、基準の許容値を読み取らない場合、またはセンサーのキャリブレーションが失敗した場合).

6。フィールド サンプリングおよび実験室分析

  1. センサーを維持し、サイトで、オートサンプラーを使用できない場合、自動的に収集される水サンプルまたはサンプルを手動で収集し水のサンプルを収集するフィールドト リップを事前に準備します。チェックリスト (表 1) に表示される項目を含めるようにしてください
    2. 。
  2. は、きれいな水のサンプルを収集 (すなわち、 酸洗浄し、すすぎ) jar (10 L) を乾燥、それらにラベルを付けるし、分析のために、できるだけ早く研究室に氷の上にそれらを輸送します
    。 注: 収集した水サンプルは、実際の条件下での代表的なサンプルのサンプリング時に、特定の場所に汚染に対して収集されたサンプルの整合性を保持必要があり、物理的、化学的および生物学的変更 12
    。 注: 必要な容器材料異なる場合があります、興味のいくつかの検体の酸性化および/またはろ過必要がありますサイトに対しします
    3. 。
  3. 分析、コル 16 回で承認された固定前に標準的な方法を使用して実験室でサンプルの行水
    。 注: 水試料を用いて解析できる EPA 353.2;硝酸イオン、EPA 353.2; 4500 NO34500-NO2 亜硝酸、EPA 365.1;4500-PI のリン酸、EPA 350.1;総窒素、EPA 365.4; 4500 PJ全りん、2540-D 総懸濁物質、2540-C のための 4500 PJ 全溶存固形物と浮遊砂濃度 16 , 17 3977 97 D.
  4. は、分析中に適切な品質管理、空白、標準、レプリケート など、チェックを従ってください。品質保証プロジェクト計画 (書 QAPP) に従う
    5. 。
  5. は、サンプル コレクター、研究者親権シートのチェーンを入力し、それぞれのコピーを保持します。親権シートのチェーンに野外で観察された、異常なまたは顕著なイベントに注意してください
    6. 。

7。データの収集と分析

  1. ゾンデ、フロー モジュール、および研究所からの水を収集品質と数量データ
    2. 。
  2. データの補正と解析作業する前にすべての生データのコピーを保存します
    3. 。
  3. は慎重に濁度に収集したデータを点検し、任意の 0 を削除 (例えば、 0.0 NTU)、ナン、または不当な値 (例えば、 3,000 NTU; センサーの検出の上限) さらに解析の前に
    。 注: すべてのデータを削除するとき、注意を行使する必要があります。フィールド ノートのサイト固有の条件が識別し、データが合理的ではないことを決定している場合にのみ削除されます
    4. 。
  4. は PT センサーから放電を計算する段階放電関係を使用します
    。 注: PT センサーによって測定深度は、圧力補償をする必要があります。
    1. メーカーの使用 (その場で 株式会社) ソフトウェア、" Baromerge、" 後 PT センサー データを修正する
      。 注: 多くの気圧値を手動で入力して、自動的に baroTroll のログ ファイルと、データは固定気圧値によって修正できます。このプロトコルは、自動的に PT センサー データを修正する近くの場所で配置される baroTroll ログ ファイルを使用しています
      2. 。
  5. 面積速度センサー データ、センサーのアーティファクトをことができる負のフローを削除します
    。 注意: 時が実際にありますサイトによって、否定的な流れ。その場合は、負の速度を無視しないでください
    6. 。
  6. 駅で上流または下流の放電と放電の間線形回帰を使用して不足している放電データを計算します
    。 注意: 関係する必要があります統計的に有意な通常場合は、放電の上流と下流のステーションの間であります。ここでテストの分水界、関係は有意 (p < 0.01) 相関係数は 93% 以上とします。しかし、行方不明の放電データ記入されるしかサイト間の距離が短いと流域特性残るような場合にこのメソッドを使用します
    7. 。
  7. が不足している水質データを入力しないでください
    。 注: 水質データを多くの変数 (すなわち タイミング、肥料、排出を増加または減少するかどうか、特定のサイトの条件 など のアプリケーション) によって受けます
    8. 。
  8. 浮遊砂濃度検査結果から (SSC) とストリームで測定した濁度 (NTU) 間の回帰分析を実行します
    。 注: 砂は、SSC の重要なしかし、変数の一部を構成する場合、回帰が悪くなるようなことは、このような回帰を堆積物のサイズ分布に敏感です。ただし、砂や罰金のサンプル分析中に区切られている場合、罰金が、SSC に関連づけられた場合改善できます。回帰を使用して連続 SSC の値を計算します
    9. 。
  9. 放電の汚染物質濃度が異なりますので計算式 1 6 を使用してフロー加重濃度です。流れ加重平均濃度 (FWMC) 時間のデータを使用して日常的に計算します。また、15 分のデータを使用して時間単位で計算します。FWMCs は同様に統合します
    。 figure-protocol-1
    、
    FWMC = 日常的に流れ加重平均濃度
    c の 私 = i の濃度 th サンプル
    t は 私 時間、1 時間 =
    q 私 = 私の放電 th サンプル
    私 = 1 に 24
  10. データ目的に合わせて適切な統計的手法を適用します。データは非正規である場合は、それらは通常または中央値 ± 四分位範囲を使用してデータを変換します。非正規データの非パラメトリック テストを実行します
    11. 。

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結果

Aryal とレバ (2017) 文書にこのプロトコルを使用してトランスポートおよび栄養素と 2 つの小さな農業流域6の堆積物の変形を研究します。このプロトコルからの追加の結果は次のとおりです。

降雨流出水の品質の関係:

継続的な監視の強度は 15 分のデータ (図 2 a) を使用してユーザーが降雨、流出、濁度との関係などの因果関係を調べるための罰金の時間解像度に選択できます。降雨データは、気象観測所 (www.weather.astate.edu)、少し溝流域と聖フランシス下流から他の 6.3 マイル内の 1 つからダウンロードされました。00:00 ~ 9:00 7 月 22 日、25.4 mm の降雨量の合計が発生しました。...

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ディスカッション

全体的にみて、栄養素および沈殿物の連続的な監視には、グラブ サンプリング メソッドを使用して監視をいくつかの利点があります。水と水の品質プロセスは、時間の非常に短いスパンで降雨に影響されます。ユーザーは、栄養素と複雑な問題を研究する堆積物の高時間分解能データを取得できます。同時に、硝酸塩、アンモニウム、および濁度監視と同じコストで、伝導率、pH、温度、DO などその他の水の品質パラメーターを取得できます。また、さらに多く水の品質パラメーターのクロロフィル、塩分、栄養素および沈殿物の酸化還元電位などの測定を可能にする製造業者から他のセンサーがあります。

試験の選択した期間にわたって、汚染物質の時間変化を識別するためにこのプロトコルを使用することができます。流域、監視、複数局で実施する場合における汚染物質の空間的変化や汚染物質、監視している場合の断面変化、断面図でいくつかのポイントで実施します。このプロトコルのように、pH、導電率の変動は、硝酸塩、アンモニウム、濁度、温度が原因結果の関係を示すし、汚濁負荷のドライバーのよりよい理解に貢献。

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開示事項

著者が明らかに何もありません。

謝辞

研究は、保全効果評価プロジェクト (CEAP) からの資金調達のために可能だった。生産者は、米国農務省-アルス-デルタ水管理研究部と生態毒性研究施設、アーカンソー州立大学のスタッフによるサンプル分析のメンバーの研究支援サイト アクセス許可を特に感謝しております。本研究の一部は、米国エネルギー省と米国農務省の省庁間の契約を通じて科学と教育 (ORISE) のオークリッジ国立研究所によって管理アルス参加プログラムに予定によって支えられました。ORISE は、DOE の契約数・ デ ・ AC05 06OR23100 下 ORAU によって管理されます。本稿で表明したすべての意見は、著者のポリシーおよび米国農務省、アルス、DOE、または ORAU/ORISE の景色を必ずしも反映していません。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
マルチパラメータゾンデHach HydrolabDS5Xは、温度、pH、導電率、溶存酸素、硝酸塩、アンモニア、濁度を測定し
エリア速度フローモジュールとセンサーTeledyne Isco2150、平均ストリーム速度とフロー深度を測定し、溝の提供された断面積に基づいて流量と総流量を計算します。保存されたデータは、コンピューターに直接ダウンロードできます。
自動ポータブルウォーターサンプラーTeledyne IscoISCO 6712設定された間隔で、またはフローモジュールとセンサーと組み合わせて自動的に水をサンプリング
圧力トランスデューサーIn-situRugged Troll 100、水中の圧力、レベル、温度を測定します。保存されたデータは、コンピュータに直接ダウンロードすることができます
ポータブル流量計Flo-mate (Hach)Marsh-McBirney 2000手動放電測定用
バッテリー、12 v、充電式UPG UB 1270ゾンデバッテリー
、12 v、充電式州間バッテリーSRM 27オートサンプラーに電力を供給する鉛蓄電池
ソーラーパネルAlt EALT20-12Pサイトでバッテリーを充電するには
C-8 バッテリー
校正基準Hach または Fisher Scientific複数のpH (4,7,10)、導電率 (1412 uS/cm)、硝酸塩 (5 および 50 mg/L)、アンモニウム (5 および 50 mg/L)、および濁度 (50,100,200 NTU)
高硝酸塩標準Hach013810HY50 mg/L
硝酸塩標準Hach013800HY5mg/L
高アンモニウム標準Hach002588HY50 mg/L
低アンモニウム標準Hach002587HY5 mg/L
濁度基準フィッシャー科学R8819050-500G50 NTU
濁度基準フィッシャー科学88-061-6100 NTU
濁度基準フィッシャー科学R8819200500 C200NTU
塩化カリウム塩ペレットHach005376HYは、pH電極の電解質を維持するため
塩化カリウム標準フィッシャー科学5890-161412 us / cm
緩衝液、pH 4ッシャー科学SB99-1pHセンサー校正用
緩衝液、pH 7ッシャー科学SB108-1pHセンサー校正用
緩衝液、pH 10フィッシャー科学SB116-1pHセンサー校正用
シリコンシーラントHach00298HYシーリングセンサーバッテリーカバー用 防水
万能クリーナーサンシャインメーカーズ株式会社シンプルグリーン
ワイプキンバリークラーク
Lブラケット
テルスバーポストUnistrutサービス会社ストリーム内のセンサーとゾンデを固定
鋼線スペンドゾンデとPTセンサー
カラビナスペンドゾンデとPTセンサー
アレンレンチ
銅線メッシュバードB ゴーンげっ歯類と鳥制御 銅メッシュロール
粘着テープアグリドレインコーポレーションタイルテープ、雨天時や寒冷地でも使用可能
ます はは、します は 低、フィ、フィ、

参考文献

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