Water Flow-gewogen en zwevende deeltjes uit agrarische grachten vastleggen tijdens Drainage gebeurtenissen
7 november 2017
Voedingsstoffen in zwevende vorm aanwezig kunnen aanzienlijk bijdragen tot de algehele ladingen in de wateren van de agrarische drainage. Deze studie beschrijft een nieuwe methode om vast te leggen van water stroom-gewogen en zwevende deeltjes van boerderij kanaal drainage gedurende de gehele looptijd van de drainage-gebeurtenis.
Het algemene doel van deze procedure is om een nieuwe methode te bieden voor het vastleggen van in situ composiet stromingsgewogen afvoerwater uit boerderijkanalen en gesuspendeerde deeltjes tijdens afvoergebeurtenissen voor hun fysische en chemische karakterisering. Deze methode zal helpen om de meest fundamentele stap in het veld van de milieuhydrologie aan te pakken, namelijk het verzamelen van een watermonster dat een afvoergebeurtenis in zijn geheel volledig vertegenwoordigt. De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat deze geautomatiseerd is en dat het een composietmonster oplevert dat zeer representatief is voor typisch afvoermateriaal dat aanwezig is tijdens afvoergebeurtenissen.
Deze methode kan inzicht geven in waterkwaliteitsparameters tijdens routinematige afvoergebeurtenissen, evenals tijdens stormgebeurtenissen wanneer grote volumes water over meerdere dagen worden afgevoerd. Het ontwerpen van monitoringmethoden die stromingsgewogen composiet watermonsters vastleggen, kan fouten helpen voorkomen die geassocieerd zijn met complexe, intensieve regengebeurtenissen. Het demonstreren van de procedure zal worden gedaan door onderzoeksmedewerker, doctor Timothy Lang, samen met veldtechnici, Pablo en Johnny.
Na het identificeren van een boerderij voor studie, installeer een datalogger nabij de pompinstallatie die een automatische monsternemer activeert om composiet stromingsmonsters te verzamelen op basis van stromingsverhoudingen. Gebruik de druktransducers die in de instroom- en uitstroomkanalen zijn geïnstalleerd, naast de pompinstallatie, om de niveaus van het boerderijkanaal te monitoren en gebruik de nabijheidsschakelaars die op de pomphoofden zijn geïnstalleerd om de pompsnelheid te monitoren. Om de afvoer te berekenen, gebruik een datalogger en een pompkalibratie-vergelijking voor elke pomp.
Om de in situ geautomatiseerde monsternemer op de pompinstallatie te programmeren om dagelijkse composiet watermonsters te verzamelen, druk eerst op Enter Program. Druk vervolgens op Program, Flow-based Sampling, Sample every one pulses, 30 composiet monsters en Sample Volume van 130 milliliters. Druk op Enter voor het kalibreren van het monstervolume en voor Enter Start Time.
Druk vervolgens op Program Sequence Complete. Bewaar vervolgens de stromingsgewogen composiet monsters in een koelkast op locatie bij vier graden Celsius tot hun analyse. Om gesuspendeerde deeltjes te verzamelen, plaats twee PVC bezinktanks van 200 liter een paar voet van de datalogger om het afvoerwater van het boerderijkanaal te verzamelen gedurende de duur van de afvoerperiode.
Om de datalogger te programmeren om de deeltjesmonsters te verzamelen, druk op Program, Time-Based Sampling en Sample every two minutes. Voor composiet monsters, selecteer 200 en selecteer No voor het kalibreren van het monstervolume en voer de starttijd in. Druk vervolgens op Sequence Complete en druk op de Sampling knop.
Twee liter stromingsgewogd afvoerwater zal worden verzameld in de bezinktanks, elke twee minuten. Terwijl de deeltjes beginnen te bezinken in de tanks, gebruik een slang om het overtollige water af te zuigen en breng de deeltjes over in vijf-gallon emmers voor transport terug naar het lab voor 24-uurs gelijkmaking bij vier graden Celsius. Wanneer de deeltjes zijn bezonken, zuig het overtollige water af en breng de bezonken deeltjes over in Imhoff bezinkconussen.
Na één uur, zuig het overtollige water nog een laatste keer af en breng de bezonken deeltjes over in vooraf gewogen 500 milliliter schroefblikjes. Zorg ervoor dat het water onder het oppervlak en weg van de zijden van de kegel wordt verzameld om het aantal aangezogen deeltjes te verminderen. In dit representatieve experiment werden gesuspendeerde deeltjes uit drie boerderijkanalen binnen het Everglade Agricultural Area verzameld zoals gedemonstreerd, en werden bepaald om hoog organisch te zijn, een lage bulkdichtheid te hebben en rijk te zijn aan voedingsstoffen zoals fosfor, eigenschappen die zeer representatief zijn voor de water- en sedimenten die typisch worden gevonden voor de Everglades Agricultural Area bodemtypen en omliggende landgebruikspraktijken.
Terwijl deze procedure wordt uitgevoerd, is het belangrijk om te onthouden de deeltjes volledig te laten bezinken voordat overtollig water wordt verwijderd. Na deze procedure te hebben gevolgd, kunnen andere methoden zoals fosforfractionering met behulp van de Hedley et al. methode, worden gebruikt om te evalueren hoeveel labiele versus moeilijk afbreekbare fosfor aanwezig is in de deeltjes.
Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een composiet stromingsgewogd afvoerwater kunt verzamelen in tegenstelling tot grab sampling. Door een koelkast op locatie te hebben, is het mogelijk om de watermonsters te bewaren bij vier graden Celsius. Een extra voordeel van het gebruik van deze methode voor het verzamelen van watermonsters is dat deze geautomatiseerd is en het kan worden gebruikt om afvoergebeurtenissen te vastleggen die geassocieerd zijn met stormen en orkanen die tot enkele dagen kunnen duren.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuwe methode voor het opvangen van debietgewogen water en zwevende deeltjes uit drainagekanalen op boerderijen tijdens drainagegebeurtenissen. De techniek is erop gericht de nauwkeurigheid van waterkwaliteitsbeoordelingen te verbeteren door een samengesteld monster te leveren dat de gehele stroomgebeurtenis representeert.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Milieuhydrologie
- Beoordeling van de waterkwaliteit
- Beheer van landbouwdrainage
Achtergrond
- Deeltjesgebonden nutriënten hebben een aanzienlijke impact op landbouwdrainagewateren.
- Nauwkeurige bemonsteringsmethoden zijn cruciaal voor het begrijpen van de waterkwaliteit tijdens drainagegebeurtenissen.
- Traditionele bemonsteringsmethoden leggen mogelijk niet het volledige bereik van stromingsgebeurtenissen vast.
- Geautomatiseerde technieken kunnen de efficiëntie en representativiteit van de bemonstering verbeteren.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een methode voor het in situ vangen van debietgewogen samengestelde afvoerwater uit landbouwkanalen.
- Het verbeteren van de representativiteit van watermonsters tijdens drainagegebeurtenissen.
- Het verkrijgen van inzicht in waterkwaliteitsparameters tijdens routinematige en stormgerelateerde drainagegebeurtenissen.
Gebruikte methoden
- Geautomatiseerde bemonstering van debietgewogen water.
- Inzameling van gesuspendeerde deeltjes tijdens afwateringsgebeurtenissen.
- Fysische en chemische karakterisering van de verzamelde monsters.
- Demonstratie van de procedure door onderzoeksmedewerkers en veldtechnici.
Belangrijkste resultaten
- De methode verzamelt met succes representatieve monsters van drainagewater.
- Geautomatiseerde bemonstering vermindert fouten die gepaard gaan met handmatige collectie.
- De verkregen inzichten kunnen bijdragen aan praktijken voor waterkwaliteitsbeheer.
- De techniek is toepasbaar tijdens zowel routinematige als intensieve regenvalgebeurtenissen.
Conclusies
- Deze innovatieve methode pakt belangrijke uitdagingen in de milieu-hydrologie aan.
- Het biedt een betrouwbare benadering voor het beoordelen van de waterkwaliteit tijdens drainagegebeurtenissen.
- Toekomstige toepassingen kunnen de strategieën voor agrarisch waterbeheer verbeteren.
Veelgestelde Vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Deze methode vult een kritisch hiaat in de milieumonitoring op door geautomatiseerde, debietgewogen mengsteekproefname van landbouwdrainagewater en zwevende deeltjes mogelijk te maken. Het ondersteunt een nauwkeurige beoordeling van de waterkwaliteit tijdens variabele afvoergebeurtenissen, wat essentieel is voor het evalueren van risico's met betrekking tot nutriëntentransport in agro-ecosystemen. Deze aanpak verbetert de betrouwbaarheid van gegevens voor het informeren van het landbouwwaterbeheer en milieurisicomodellering.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om de dynamiek van aan partikels gebonden nutriënten in complexe milieumatrices te onderzoeken.
- Operationele waarde: Biedt gestandaardiseerde, representatieve bemonstering om variabiliteit in downstream analytische workflows te verminderen.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert samengestelde monsters die geschikt zijn voor high-throughput fysisch-chemische analyse van zwevende stoffen.
- Operationele waarde: Ondersteunt de analysebereidheid door consistente monstername over temporele en op gebeurtenissen gebaseerde lozingsprofielen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert de koppeling tussen afvoerevenementen op veldschaal en laboratoriumgebaseerde assays voor nutriëntenfractionering.
- Operationele waarde: Maakt longitudinale monitoring van partikelgebonden nutriënten mogelijk ter ondersteuning van voorspellende modellering van de milieu-impact.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode wordt geïntegreerd in workflows voor milieumonitoring door de monstername tijdens drainagegebeurtenissen te automatiseren, waardoor representativiteit onder variabele stroomomstandigheden wordt gewaarborgd.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing met betrekking tot de bijdrage van particuliere nutriënten aan de totale fosforbelasting in agrarische afvloeiing.
- Screening: Levert debietproportionele mengmonsters die de reproduceerbaarheid verbeteren in screeningscampagnes voor waterkwaliteitsparameters.
- Analytiek: Maakt kwantitatieve meting van de massa en samenstelling van gesuspendeerde deeltjes mogelijk voor vergelijkende conditieanalyse.
- Translationeel onderzoek: Verbindt in situ bemonstering met downstream fysisch-chemische karakterisering, wat de continuïteit ondersteunt van collectie tot mechanistische evaluatie.
- Bedrijfsmatige hergebruik: Vestigt een herbruikbaar, geautomatiseerd bemonsteringsplatform dat toepasbaar is op meerdere locaties en gebeurtenistypen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen in waterkwaliteitsbeoordelingen door bemonsteringsbias tijdens dynamische stromingsgebeurtenissen te verminderen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie en schaalbaarheid van monstername binnen gedistribueerde monitoringsnetwerken.
- Strategische waarde: Ondersteunt risico-geïnformeerde besluitvorming in het agrarisch waterbeheer door de data-getrouwheid te verbeteren.
- Impact op portfolio: Maakt een betere prioritering van mitigatiestrategieën mogelijk door een nauwkeurige karakterisering van aan deeltjes gebonden nutriëntenfluxen.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in omgevingsbemonstering, hydrologische monitoring en het programmeren van automatische bemonstersystemen.
- Is afhankelijk van instrumentatie, waaronder dataloggers, druktransducers, nabijheidsschakelaars en automatische bemonstersystemen.
- Vereist coördinatie tussen verschillende teams, waaronder veldtechnici, datamanagers en analytisch chemici.
- Omvat overwegingen voor aanpassingen aan variërende kanaalgeometrieën, stroomsnelheden en bezinkingskenmerken van deeltjes.
- Omvat praktische beperkingen met betrekking tot de beschikbaarheid van stroom, beveiliging van apparatuur en onderhoud in afgelegen veldomstandigheden.
