이 프로토콜은 (1) 실험실 보정 절차와 (2) 저자가 개발한 온라인 도구인 "Weir Flow Equations Coefficients Calculator"를 사용하여 배수 제어 구조 내에서 V-노치 둑에 대한 위어 흐름 방정식 계수를 얻는 방법을 설명합니다. 이러한 방법은 V-노치 및 오버토핑 흐름 내에 포함된 흐름에 적용됩니다.
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방법 논문
Drainage Control Structure의 유량 모니터링을 위한 V-노치 위어 방정식 매개변수화
이 논문에서
요약
초록
배수 배출(단위 시간당 유속 또는 물의 양)의 정확한 추정은 지표수에 전달되는 영양염 부하를 계산하고 피사계 가장자리 보존 관행의 성능을 평가하는 데 필수적입니다. 배수 유량을 결정하려면 배수 제어 구조물에서 수두를 모니터링하고 구조물에 설치된 둑에 적절한 방정식을 적용해야 합니다. 제어 구조의 둑에 대한 보정된 방정식을 개발한 이전 연구에서는 동일한 유형의 둑 및 제어 구조 크기에 대해 다른 방정식(즉, 다른 둑 흐름 방정식 계수)을 생성했습니다. 이 연구는 배수 제어 구조 내에서 실험적인 물의 유량 및 수두 측정을 설정하고 V-노치 둑 내에 포함된 흐름에 대한 둑 방정식을 개발하는 절차를 설명합니다. 또한, 수위가 V-노치 둑의 상단을 초과할 때 범람 흐름에 대한 둑 방정식을 얻는 절차가 요약되어 있습니다. 이 프로세스에는 V-노치 둑을 위해 실험실에서 개발한 둑 방정식과 저자가 개발한 온라인 도구인 "Weir Flow Equation Coefficients Calculator"를 사용하는 것이 포함됩니다. 온라인 도구는 또한 사용자가 현장별 유량 vs. 머리 관계.
서론
지하 배수수(포화 완충액, 생물반응기 및 배수수 관리)에서 영양분 손실을 줄이는 피사계 보존 관행의 성능을 평가할 때 배수 배출 및 영양염 농도를 정확하게 결정하는 것이 중요합니다. 영양염 농도(예: 질산염)를 정확하게 측정하기 위해물 샘플1의 실험실 방법 또는 영양소의 지속적인 모니터링을 위한 센서 2,3과 같은 표준 방법을 쉽게 사용할 수 있습니다. 반면에 field-of-field 보존 관행에서 배수 유량을 결정하는 것은 질산염 농도만큼 간단하지 않으며 일반적으로 배수 수위 제어 구조 4,5의 사용을 포함합니다. 배수 수위 제어 구조는 상류 수두를 제어하고 둑을 사용하여 배출 유량을 모니터링하는 이중 목적으로 필드 가장자리 보존 관행에 사용됩니다. 배수 유량을 결정할 때 고려해야 할 중요한 구성 요소에는 배수 제어 구조의 크기, 구조물에 사용된 둑 유형, 구조 내의 흐름 조건, 헤드의 정확한 측정, 헤드를 토출 유량으로 변환하기 위한 적절한 둑 방정식의 사용이 포함됩니다. 이러한 구조물은 일반적으로 인위적으로 "타일"로 배수된 토지로 제....
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프로토콜
이 연구에 사용된 소모품 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 배수 제어 구조에서 실험실 교정을 통해 V-notch 내에 포함된 흐름에 대한 위어 흐름 방정식 계수 구하기
- 보정 실험을 위한 배수 제어 구조 설정
- 제어 구조의 입구 섹션을 펌프 어셈블리(펌프, 유량계 및 필요한 파이프, 피팅 및 밸브로 구성)에 연결하고 출구 섹션을 배수관에 연결합니다( 그림 1 참조). 제어 구조에서 추가 배출구가 있는 경우 밀봉해야 합니다.
- V-노치 둑의 상단 너비(Wv, 그림 2A)와 깊이(D, 그림 2B)를 측정합니다.
- 배수 제어 구조물에서 정지 로그(제어 구조물의 수위 깊이를 유지하는 데 사용되는 보드, 그림 3B)와 V-노치 둑이 맞는 트랙(그림 3A) 사이의 거리....
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결과
스테인리스강 45° V-노치 둑의 교정은 V-노치11 내에 포함된 흐름에 대해 15cm(6인치), 20cm(8인치) 및 30cm(12인치) 농업 배수구 제어 구조에서 수행되었습니다. 프로토콜에 설명된 바와 같이 V-노치 내에 포함된 유량에 대한 측정된 데이터에 전력 함수(방정식 1)를 피팅하여 얻은 유량 및 양정의 측정값과 위어 방정식은 그림 9A-C에 나와 있습니다. V-노치 내에 포함된 흐름에 대한 이러한 위어 흐름 방정식 계수는 "위어 흐름 방정식 계수 계산기" 도구에 포함되어 있습니다. 그림 9A-C에 제시된 오버토핑 흐름에 대한 위어 방정식은 "Weir Flow Equation Coefficient Calculator" 도.......
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토론
프로토콜(1단계)은 Agri Drain 배수 제어 구조에서 45° V-노치 둑에 대한 교정 방정식을 개발하는 방법을 설명합니다. 그러나이 방법은 직사각형 둑, 사다리꼴 둑 또는 배수 제어 구조에서 다양한 각도를 가진 V-노치 둑과 같은 다양한 유형의 둑에 대한 교정 방정식을 개발하기 위해 조정할 수 있습니다. 교정 절차 중에는 특히 제어 구조 내부의 수위가 더 난류가 되는 경향이 있을 때 더 큰 유속에서 정확한 수두를 얻는 것이 특히 중요합니다. 수위는 정지 우물 또는 압력계 튜브 내에서 측정해야 합니다. 압력계 튜브/증류 우물 가까이에 측정 테이프를 부착하면 수위를 확인하고 수위 높이를 동시에 측정할 수 있으므로 수두 측정 오류를 줄일 수 있습니다. 배수 제어 구조에 이미 존재하지 않는 경우, 둑 마루에서 가장 먼 위치에 위치한 압력계 또는 정지 우물을 추가하여 제어 구조를 수정해야 할 수 있습니다. 수위 측정 장치/센서를 사용하여 수위 높이를 측정하는 경우 장치에서.......
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공개 사항
이 논문에 표현된 모든 의견은 저자의 의견이며 USDA, DOE 또는 ORAU/ORISE의 정책 및 견해를 반드시 반영하는 것은 아닙니다. 이 문서에 언급된 상표, 회사 또는 제품 이름의 사용은 설명 목적으로만 사용되며 미국 농무부의 권장 사항이나 보증을 의미하지 않습니다. USDA는 기회 균등 제공자이자 고용주입니다.
감사의 글
저자는 이 기사에 사용된 사진을 촬영하는 데 Shane Svoboda의 도움을 인정합니다. 이 작업은 미국 에너지부(DOE)와 미국 농무부(USDA) 간의 기관 간 협약을 통해 오크리지 과학 및 교육 연구소(ORISE)가 관리하는 농업 연구 서비스(ARS) 연구 참여 프로그램에 대한 임명으로 부분적으로 지원되었습니다. ORISE는 DOE 계약 번호 DE-SC0014664에 따라 ORAU에서 관리합니다. 이 연구는 LTAR(Long-Term Agroecosystem Research) 네트워크의 기여로 이루어졌습니다. LTAR은 미국 농무부(United States Department of Agriculture), 농업 연구 서비스(Agricultural Research Service)의 지원을 받습니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 플로우 미터 | Banjo Corp | MFM300 | 전자기 유량계, 정확도는 ± 0.88에서 42.3 L.s-1 (14에서 670 gpm) 사이의 유량에 대해, 그리고 작동 온도 범위는 -12에서 54 ° C |
| 파이프 및 피팅 | N/A | N/A | 파이프 길이와 피팅은 필요에 따라 해야 하지만 제조업체의 권장 사항에 따라 유량계의 상류 및 하류에 대한 최소 가선 파이프 요구 사항을 충족해야 합니다. |
| 펌프 | US Motors | 15706017-100 | 모델 15411 60 HP 3 단계 VFD 구동 |
| 정지 로그 | Agri Drain | 700320 (5 in. stoplog), 700321 (7 in. stoplog), 700333 (7 in. 하단 스톱로그와 하단 개스킷) | 높이 5 인치, 7 인치, 7 인치 하단 스톱로그의 세 가지 유형의 PVC 스톱로그와 하단 개스킷 |
| 줄자 | Stanley PowerLock | 33-158 | 5m/16' 줄자 |
| V-노치 위어 | Agri Drain | 701132 | 스테인레스 스틸 45°C; (3mm 두께, 17.145cm의 V-노치 깊이) PVC 캐리어가 있는 노치 둑(13mm 두께) |
| 수위 배수 제어 구조 | 농업 배수 | 3CINLINE06X08PVC | 공칭 크기가 20.32cm(8인치)이고 첫 번째 게이트에 있는 V-노치 둑을 가진 3챔버 인라인 수위 제어 구조(구매 시 스톱로그 포함) |
참고문헌
- 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....
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재인쇄 및 허가
