Name: Wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 26 s
Description: Poznaj metodę automatycznego pobierania ważonych przepływem próbek wody i cząstek stałych z kanałów rolniczych. Technika ta poprawia reprezentatywność badań jakości wody podczas zdarzeń odwadniającich i burzowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Pragniemy podziękować Pablo Vitalowi i Johnny'emu Mosleyowi za pomoc w pobieraniu próbek w terenie, a także Vivianie Nadal i Irinie Ognevich za pomoc w analizach laboratoryjnych.

1. Instalacja i zasada działania rejestratora danych
<ol>
	<li>Wybrać gospodarstwo badawcze i zainstalować rejestrator danych, który uruchamia autopróbnik do pobierania prób zbiorczych przepływu w sposób proporcjonalny do natężenia przepływu, co wymaga monitorowania poziomów w kanale, obrotów głowicy pompy oraz równania kalibracji pompy.</li>
</ol>
<img alt="Urządzenie ISCO 3700 do automatycznego pobierania próbek wody; przedstawiono panel sterowania i klawisze programowania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56088/56088fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Próbnik ISCO wykorzystywany do programowania procedur automatycznego pobierania próbek dla zbiorczych wód drenarskich oraz próbek wody pod kątem zawiesiny cząsteczkowej. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56088/56088fig1large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<ol start="3">
	<li>Monitoruj poziomy w kanałach gospodarstwa za pomocą przetworników ciśnienia zainstalowanych w kanałach dopływowych i odpływowych sąsiadujących ze stacją pompową.</li>
	<li>Monitoruj prędkość pompy za pomocą czujników zbliżeniowych zainstalowanych na głowicach pomp; prędkość jest rejestrowana przez rejestrator danych w obrotach na minutę (rpm). 
	UWAGA: Czujniki zbliżeniowe to elementy metalowe, które podczas przesuwania się względem siebie zliczają liczbę rpm. Są one przyspawane do głowic pomp.</li>
	<li>Mierz opady deszczu za pomocą deszczomierza z przelewającym się koszyczkiem, który jest podłączony do rejestratora danych. 
	UWAGA: Rejestrator danych komunikuje się za pomocą radiotelemetrii ze stacją bazową zlokalizowaną w UF/IFAS Everglades Research and Education Center. Telemetria nie jest niezbędna do sterowania pobieraniem próbek, a jedynie do gromadzenia i przechowywania danych.</li>
</ol>
2. Pobieranie próbek wody z drenażu z uwzględnieniem przepływu
<ol>
	<li>Oblicz przepływ drenażu, korzystając z rejestratora danych i równania kalibracyjnego pompy dla każdej pompy. Pobieranie próbek proporcjonalnych do przepływu drenażu odbywa się za pomocą automatycznego próbnika, który jest uruchamiany przez rejestrator danych po osiągnięciu określonej objętości drenażu. 
	UWAGA: Prędkość pompy i natężenia przepływu zmieniają się w ciągu 24 h. Pobieranie próbek ISCO jest wyzwalane przez objętość odprowadzonej wody, a nie przez natężenie przepływu. Automatyczny próbnik jest zaprogramowany tak, aby pobrać podpróbkę po odprowadzeniu stałej objętości wody. Objętość odprowadzonej wody jest kalibrowana na podstawie liczby obrotów pompy na minutę (rpm).</li>
	<li>Pobierz zbiorczą próbkę wody (minimum 500 mL), korzystając z automatycznego próbnika in situ znajdującego się w stacji pomp, i zaprogramuj go tak, aby pobierać codzienną zbiorczą próbkę wody podczas zdarzeń drenażowych. 
	UWAGA: Próbnik ISCO jest podłączony do zbiorników kolektorskich za pomocą przewodów skierowanych przez rejestrator danych, który pobiera próbkę 2 L co 2 min aż do osiągnięcia 400 L.</li>
	<li>Zaprogramuj objętości wyzwalające próbkowanie tak, aby umożliwić pobranie maksymalnie 30 próbek w ciągu 24-godzinnego okresu odprowadzania wody.
	<ol>
		<li>Zaprogramuj rejestrator danych do pobierania zbiorczych próbek przepływu, wykonując następujące kroki: Enter Program → Program → Flow Based Sampling → Sample every 1 Pulses → 30 Composite Samples → Sample Volume of 130 mL → Calibrate Sample Volume [NO] → Enter Start Time [NO] → Program Sequence Complete.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przechowuj zbiorcze próbki proporcjonalne do przepływu w lodówce na miejscu w temperaturze 4 °C do czasu ich zebrania i transportu do laboratorium w celu przeprowadzenia analiz w chłodziarce wypełnionej lodem.</li>
	<li>Przeanalizuj próbki wody pod kątem rozpuszczalnego reaktywnego P w ciągu 24 h od momentu pobrania próbek. Próbki przeznaczone do analizy fosforu całkowitego (TP) mogą zostać zakwaszone i przechowywane w temperaturze 4 °C do 28 dni15.</li>
</ol>
3. Pobieranie cząstek zawieszonych
<ol>
	<li>Ustaw serię dwóch osadników z PVC o pojemności 200 L, aby zbierać wodę odpływową z kanałów polowych w okresie drenażu w celu wychwycenia i scharakteryzowania zawiesiny cząstek stałych.
	<ol>
		<li>Zaprogramuj rejestrator danych do pobierania próbek zawiesiny cząstek stałych zgodnie z poniższymi krokami: Program → Time Based Sampling → Sample every 2 min → Composite Samples [200] → Calibrate Sample Volume [NO] → Enter Start Time [NO] → Sequence Complete → Push Sampling Button.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zbierz wodę drenażową z uwzględnieniem przepływu w osadnikach (2 L co 2 min) na podstawie objętości wody w okresie poboru trwającym 24 h.</li>
</ol>
<img alt="Układ filtracji wody do zarządzania składnikami odżywczymi; trwa badanie spływu rolniczego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56088/56088fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Dwa zbiorniki o pojemności 200 L wykorzystywane do zbierania wody drenażowej. Zawiesina cząsteczkowa osiada na dnie zbiornika, a następnie jest przenoszona w pięciogalonowych wiadrach. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56088/56088fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<ol start="3">
	<li>Odssać nadmiar wody za pomocą węży w miarę jak cząstki zaczynają osiadać w zbiornikach.</li>
	<li>Przenieść cząstki do pięciogalonowych wiader, przetransportować je z powrotem do laboratorium i umieścić w lodówce w temperaturze 4 °C.</li>
	<li>Odssać nadmiar wody po 24 h sedymentacji i przenieść cząstki do stożków Imhoffa.</li>
	<li>Po sedymentacji trwającej co najmniej 1 h odessać nadmiar wody po raz ostatni, a następnie przenieść osadzone cząstki do wcześniej zważonych słoików z nakrętką o pojemności 500 mL w celu przechowywania w temperaturze 4 °C.</li>
	<li>Zważyć słoiki z próbkami cząstek.</li>
	<li>Przeprowadzić analizy frakcjonowania fosforu zgodnie z opisem Hedleya i Stewarta14.</li>
</ol>
<img alt="Rozdzielanie ciecz-ciecz w eksperymencie chromatograficznym; wizualizacja procesu sedymentacji i warstwowania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56088/56088fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Stożki Imhoffa użyte do zbierania zawieszonych cząstek uwięzionych w zbiorniku osadniku. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56088/56088fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>

<ol><li>Sims, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=US1997091812">Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research.</a> J. Environ. Qual. 27, 277-293 (1997).</li>
<li>Van Esbroeck, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.jswconline.org/content/72/1/65.refs">Surface and subsurface phosphorus export from agricultural fields during peak flow events over the non-growing season in regions with cool, temperate climates.</a> J. Soil Water Conserv. 72, 65-76 (2017).</li>
<li>Bhadha, J. H., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11270-010-0673-9">Phosphorus mass balance and internal load in an impacted subtropical isolated wetland.</a> Water Air Soil Pollut. 218, 619-632 (2011).</li>
<li>Eyre, B. D., McConchie, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/003707389390086K">The implications of sedimentological studies for environmental pollution assessment and management: Examples from fluvial system in north Queensland and western Australia.</a> Sediment. Geol. 85, 235-252 (1993).</li>
<li>Bhadha, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=US201301900676">Soil phosphorus release and storage capacity from an impacted subtropical wetland.</a> Soil Sci. Soc. Amer. J. , 74(2010).</li>
<li>Kenney, W. F., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10933-014-9771-9">Whole-basin, mass-balance approach for identifying critical phosphorus-loading thresholds in shallow lakes.</a> Journal of Paleolim. 51, 515-528 (2014).</li>
<li>Freebairn, D. N., Wockner, G. H. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/240505980_A_study_of_soil_erosion_on_vertisols_of_the_eastern_Darling_Downs_Queensland_I_Effects_of_surface_conditions_on_soil_movement_within_Contour_Bay_catchments">A study of soil erosion on vertisols of the Eastern Darling Downs, Queensland. Effects of surface conditions on soil movement within contour bay catchments.</a> Aust. J.Soil Res. 24, 135-158 (1986).</li>
<li>Erickson, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aErickson%2C+AJ+%22Optimizing+stormwater+treatment+practices%3A+a+handbook+of+assessment+and+maintenance%22">Optimizing stormwater treatment practices: a handbook of assessment and maintenance</a>. , Springer. New York. (2013).</li>
<li>Abtew, W., Obeysekera, J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1752-1688.1996.tb03485.x/full">Drainage Generation and Water Use in the Everglades Agricultural Area Basin.</a> J. Amer. Water Res. Asso. 32, 1147-1158 (1996).</li>
<li>Daroub, S. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10643389.2010.530905">Best management practices and long-term water quality trends in the Everglades Agricultural Area.</a> Cri. Rev. Environ. Sci. Technol. 41, 608-632 (2011).</li>
<li>Bhadha, J. H., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-016-1548-5">Influence of suspended particulates on phosphorus loading exported from farm drainage during a storm event in the Everglades Agricultural Area.</a> J. Soil Sed. 17, 240-252 (2017).</li>
<li>Diaz, O. A., et al. <a target="_blank" href="http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=US201300748184">Sediment inventory and phosphorus fractions for water conservation area canals in the Everglades.</a> Soil Sci. Soc. Amer. J. 70, 863-871 (2006).</li>
<li>Reddy, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://agris.fao.org/agris-search/search.do?recordID=US1999001169">Forms of soil phosphorus in selected hydrologic units of Florida Everglades.</a> Soil Sci. Soc. Amer. J. 62, 1134-1147 (1998).</li>
<li>Hedley, M. J., Stewart, J. W. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0038071782900098">Method to measure microbial phosphate in soils.</a> Soil Biol. Biochem. 14, 377-385 (1982).</li>
<li>EPA. <a target="_blank" href="https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-08/documents/method_365-1_1993.pdf">Method 365.1, Revision 2.0: Determination of Phosphorus by Semi-Automated Colorimetry</a>. O'Dell, J. W. , (1993).</li>
<li>Bhadha, J. H., et al. Effect of aquatic vegetation on phosphorus loads in the Everglades Agricultural Area. J. Aqu. Pla. Man. 53, 44-53 (2015).</li>
</ol>

Nie ma żadnych ujawnień związanych z tym badaniem.

Automatyczne podajniki próbek do zbierania cząstek stałych w wodzie drenażowej zostały umieszczone w pobliżu rejestratorów danych opuszczającej stację pomp. Zasilanie było dostarczane przez akumulatory 12 V, które ładowane są przez panele słoneczne. Automatyczne podajniki próbek były kontrolowane przez rejestratory danych na miejscu, które włączały automatyczne podajniki próbek po pracy pomp wyjściowych i wyłączały je po zatrzymaniu pompowania. Otwory przewodów doborowych próbnika umieszczono 0,5 m nad dnem kanału i odpł...

Losy i transport zawieszonych cząstek stałych były przedmiotem licznych badań ze względu na ich rolę w eutrofizacji, szczególnie w systemach rolniczych1,2. Kompleksowa ocena składników odżywczych zawartych w pyłach zawieszonych w systemie wodnym jest niezbędna do zbadania wielu kwestii środowiskowych, takich jak wewnętrzny obieg składników odżywczych i uwalnianie do leżącego nad nimi słupa wody3, stabilność podłoża, dostępność światła w słupie wody i ostatecznie problemy z jakością wody dla ekosystemów w dolnym biegu rzeki4. Ilość fosforu (P) zmagazynowanego w postaci cząstek stałych (materii organicznej lub osadów) jest zazwyczaj większa niż w słupie wody5. Badanie przeprowadzone przez Kenneya i wsp. 6 pokazało, że niedawne osady, które zostały zdeponowane w jeziorze Lochloosa na Florydzie, były w wieku od 1900 do 2006 roku. Te młodsze osady zawierały prawie 55 razy więcej P niż to, które było obecne w słupie wody. Jednym z podejść do scharakteryzowania potencjalnego wpływu, jaki cząstki stałe mogą mieć na konkretny system, jest przeprowadzenie ilościowej inwentaryzacji fosforu zmagazynowanego w osadzie odprowadzanym podczas zdarzeń drenażowych. Gromadzenie i analiza tych uwolnionych cząstek stałych może pomóc w oszacowaniu wpływu wzbogacania w składniki odżywcze na wrażliwe ekosystemy.
Zdarzenia sztormowe zazwyczaj reprezentują niewielki ułamek czasu, ale mogą przyczyniać się do większości zrzutów ładunku P w melioracji gospodarstw. Dzieje się tak, ponieważ aby zapobiec zalaniu pól, w krótkich okresach czasu odprowadzana jest duża ilość wody. Intensywność opadów i natężenie przepływu są istotnymi czynnikami napędzającymi, które mogą kontrolować stężenie zawieszonych osadów w spływach lądowych7. Opracowanie metod monitorowania, które rejestrują próbki wody kompozytowej ważonej przepływem, pomogłoby uniknąć błędów związanych ze złożonymi opadami deszczu o dużej intensywności. Podczas dużych zrzutów, takich jak burze, szybkie i drastyczne zmiany stężeń mogą nie być reprezentatywne dla średniego stężenia zanieczyszczeń dla objętości przyrostowej. W związku z tym próbki wody ważone przepływem znacznie dokładniej reprezentują stężenie zdarzenia zrzutu, ponieważ jest to suma ładunków w danym okresie czasu8. Najczęściej pobieranymi próbkami ważonymi przepływowo są automatycznie pobierane próbki dyskretne lub złożone. Przechwytywanie eksportowanych zawieszonych cząstek stałych z drenażu gospodarstw rolnych podczas zrzutu pozwala nam określić ilościowo dotkliwość zdarzenia przy obciążeniu P. Metoda opisana w tym badaniu pomaga wychwytywać cząstki stałe, które można później scharakteryzować pod kątem różnych właściwości fizycznych i chemicznych. Nowość polegająca na pobieraniu próbek odpływu drenażowego przy użyciu metody ciągłego przepływu złożonego w porównaniu z próbkowaniem chwytakowym polega na tym, że jest to lepsze odwzorowanie warunków terenowych przez cały czas trwania zdarzenia drenażowego. Natomiast próbkowanie chwytania jest "migawką" w czasie i może nie reprezentować w pełni efektu całego zdarzenia.
Obszar rolniczy Everglades (EAA) w południowej Florydzie, USA to duży obszar pierwotnego Everglades, który został skanalizowany i osuszony pod uprawę, handel i rozwój mieszkaniowy. Prawie 1 100 milionówm3 wody jest odprowadzane rocznie z i przez EAA na południe i południowy wschód9. Gleby w EAA to histosole, które zwykle zawierają ponad 85% masy materii organicznej i mają mniej niż 35% zawartości minerałów10. Osady kanałowe mają zazwyczaj niską gęstość nasypową (od 0,14 g cm-3 do 0,35 g cm-3), wysoką zawartość materii organicznej (między 31 - 35%) i wartości całkowitego P (TP) w zakresie od 726 do 1,089 mg kg-1 11.
Na potrzeby tej demonstracji wybrano farmę w obrębie EAA. Hydrokrajobraz przepływu wody w EAA zależy od pomp i grawitacji. Każde gospodarstwo w EAA składa się z co najmniej jednego głównego kanału i wielu rowów polnych. Rowy polne biegną prostopadle do głównego kanału. Pompy zazwyczaj służą dwóm celom; Dostarczają wodę do nawadniania gospodarstwa, a także odprowadzają wodę drenażową poza teren zakładu. Gdy pola wymagają osuszenia, woda w głównym kanale jest opuszczana, a woda z pola spływa do rowów, napędzana przez gradient hydrauliczny. Ze względu na niewielkie nachylenie powierzchni, większość opadów, które występują na polach, przepływa przez profil glebowy w drodze do rowów polowych. Podczas nawadniania system jest odwrócony. Na terenie EAA nie ma sieci drenażów dachówek. Zwierciadło wody jest utrzymywane na określonej wysokości dzięki ograniczającej warstwie wapiennego podłoża skalnego leżącego pod glebą. Woda jest doprowadzana głównymi kanałami; Rowy polne są zasypywane, a woda może przesiąkać do profilu glebowego w celu podniesienia poziomu zwierciadła wody na polach. Zazwyczaj zapotrzebowanie na wodę do nawadniania w EAA występuje w marcu, kwietniu i maju (pora sucha), przy bardzo niewielkim odpływie drenażu. Natomiast objętość wody odprowadzanej między czerwcem a październikiem (pora deszczowa) jest znacznie wyższa. Obecność nasypów i rowów na brzegach kanałów pozwala na minimalny spływ powierzchniowy jako potencjalne źródło ładowania P do kanałów rolniczych12.
W tym eksperymencie wizualnym prezentujemy nowatorską metodę wychwytywania zawieszonych cząstek zawieszonych ważonych przepływem podczas drenażu, które mogą być później wykorzystane do charakterystyki fizykochemicznej, takiej jak gęstość nasypowa, zawartość materii organicznej i frakcjonowanie P13,14.

<table><tbody><tr><td>Rejestrator danych</td><td>Campbell Model naukowy</td><td></td><td>CR1000</td></tr><tr><td>Automatyczny próbnik</td><td>ISCO</td><td></td><td>model 3700</td></tr><tr><td>Przetwornik ciśnienia</td><td>KPSI</td><td></td><td>model 700</td></tr><tr><td>Uchylny łyżka deszczowa miernik Texas</td><td>Electronics</td><td></td><td>model TR-525</td></tr><tr><td>Chlorek potasu</td><td>Fisher</td><td>7447-40-7</td><td></td></tr><tr><td>Wodorotlenek sodu</td><td>Fisher</td><td>1310-73-2</td><td></td></tr><tr><td>Kwas solny</td><td>Fisher</td><td>7647-01-0</td><td></td></tr><tr><td>Kwas siarkowy</td><td>Fisher</td><td>7664-93-9</td><td></td></tr><tr><td>Nadsiarczan potasu</td><td>Fisher</td><td>7727-21-1</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrat molibdenianu amonu</td><td>Fisher</td><td>12054-85-2</td><td></td></tr><tr><td>Kwas L-askorbinowy</td><td>Fisher</td><td>50-81-7</td><td></td></tr><tr><td>100 mg/L Bezwodny fosforan Standard</td><td>ERA</td><td>061</td><td></td></tr><tr><td>Trójwodzian winianu antymonu potasu</td><td>Fisher</td><td>28300-74-5</td><td></td></tr><tr><td>Filtry membranowe Durapore</td><td>Millipore</td><td>HVLP04700</td><td></td></tr><tr><td>Bibuła filtracyjna Whatman #41</td><td>Whatman</td><td>1441-150</td><td></td></tr><tr><td>Wytrząsarka posuwisto-zwrotna o stałej prędkości E6010</td><td>Eberbach Corporation</td><td>E6010.00</td><td></td></tr><tr><td>Jednorazowe probówki hodowlane</td><td>Fisher</td><td>14-961-29</td><td></td></tr><tr><td>Wirówka Allegra 25R</td><td>Becker Coulter</td><td>U.S. 605168-AC</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>Bemis Company Inc PM 999</td><td>13-374-12</td><td></td></tr><tr><td>Probówki wirówkowe Oak Ridge</td><td>Nalgene</td><td>3119-0050</td><td></td></tr><tr><td>Fiolki scyntylacyjne Fisherbrand 20 ml HDPE z nasadką mocznikową</td><td>Fisher</td><td>03-337-23C</td><td></td></tr><tr><td>Marka rybacka&nbsp; Słoiki z naturalnego polipropylenu z białą polipropylenową nakrętką bez podszewki</td><td>Fisher</td><td>02-912-024A</td> 0,45 filtry <td></td></tr><tr><td>membranowe</td><td>Cole-Parmer</td><td>Pozycja # UX-15945-25</td><td></td></tr><tr><td>Rurki do trawienia 100 ml</td><td>Fisher&nbsp;</td><td>TC1000-0735</td><td></td></tr><tr><td>Lejki szklane</td><td>Fisher</td><td>03-865</td><td></td></tr><tr><td>Spectronic 20 Genesys</td><td>Thermo-Fisher</td><td>4001-000</td><td></td></tr><tr><td>QuikChem</td><td>Latchat</td><td>8500</td><td></td></tr></tbody></table>

wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających

Capturing Flow-weighted Water and Suspended Particulates from Agricultural Canals During Drainage Events

Celem tego badania jest opisanie metod używanych do wychwytywania wody o dużym natężeniu przepływu i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zrzutów drenażowych. Kanały hodowlane mogą być wzbogacone w składniki odżywcze, takie jak fosfor (P), które są podatne na transport. Fosfor w postaci zawieszonych cząstek stałych może znacząco przyczyniać się do całkowitego obciążenia P w wodzie drenażowej. Przeprowadzono eksperyment w osadniku w celu wychwytywania zawieszonych cząstek stałych podczas dyskretnego drenażu. Woda odprowadzana z kanału rolniczego była zbierana w szeregu dwóch osadników o pojemności 200 litrów przez cały czas trwania odwadniania, tak aby stanowiła złożoną podpróbkę odprowadzanej wody. Stożki osadowe Imhoffa są ostatecznie wykorzystywane do osadzania zawieszonych cząstek. Osiąga się to poprzez odprowadzanie wody z osadników przez stożki. Cząstki stałe są następnie zbierane do analiz fizykochemicznych.

Metoda opisana w niniejszym badaniu pozwala na wychwytywanie wody i zawiesiny wydzielanej podczas pompowania w kanałach gospodarstw rolnych. Pobierana woda i cząstki stałe są ważone przepływem, co oznacza, że są reprezentatywne dla całego czasu trwania procesu pompowania, a nie stanowią jedynie jednorazowego pomiaru, co czyni je wysoce reprezentatywnymi dla rodzaju odprowadzanych materiałów. Woda i zawiesiny mogą być przechowywane w celu analizy różnych parametrów fizycznych i chemicznych...

Składniki odżywcze obecne w postaci cząstek stałych mogą znacząco przyczynić się do ogólnego obciążenia wód drenażowych w rolnictwie. W badaniu tym opisano nowatorską metodę wychwytywania wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z drenażu kanału rolniczego przez cały czas trwania zdarzenia drenażowego.

Wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających

The purpose of this study is to describe the methods used to capture flow-weighted water and suspended particulates from farm canals during drainage ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest przedstawienie nowej metody pobierania in situ próbki złożonej wody oraz zawiesiny z kanału drenarskiego, ważonej przepływem, podczas zdarzeń drenażowych w celu ich fizykochemicznej charakterystyki. Metoda ta pomoże rozwiązać najbardziej podstawowy problem w dziedzinie hydrologii środowiskowej, jakim jest pobranie próbki wody, która w pełni reprezentuje zdarzenie przepływowe w jego całości. Głównymi zaletami tej techniki są jej automatyzacja oraz dostarczenie próbki złożonej, która jest wysoce reprezentatywna dla typowego materiału odpływowego obecnego podczas zdarzeń przepływowych.Metoda ta pozwala na uzyskanie informacji o parametrach jakości wody podczas rutynowych zdarzeń drenażowych, a także podczas gwałtownych opadów, kiedy duże objętości wody są odprowadzane przez wiele dni. Opracowanie metod monitoringu, które umożliwiają pobieranie zbiorczych próbek wody ważonych przepływem, może pomóc uniknąć błędów związanych ze złożonymi, intensywnymi opadami deszczu. Procedurę zaprezentuje asystent badawczy, dr Timothy Lang, wraz z technikami terenowymi, Pablo i Johnnym.Po wyborze gospodarstwa badawczego należy zainstalować rejestrator danych w pobliżu stacji pomp, który uruchamia automatyczny próbnik do pobierania prób przepływu zbiorczych w sposób proporcjonalny do przepływu. Do monitorowania poziomu wody w kanałach gospodarstwa należy wykorzystać przetworniki ciśnienia zainstalowane w kanałach dopływowych i odpływowych, sąsiadujących ze stacją pomp, a do monitorowania prędkości pomp – przełączniki zbliżeniowe zamontowane na głowicach pomp. W celu obliczenia drenażu należy wykorzystać rejestrator danych oraz równanie kalibracyjne pompy dla każdej pompy.Aby zaprogramować automatyczny próbnik in situ znajdujący się w stacji pompowej do pobierania codziennych próbek złożonych wody, należy najpierw nacisnąć Enter Program. Następnie wybrać Program, Flow-based Sampling, Sample every one pulses, 30 composite samples oraz Sample Volume wynoszące 130 milliliters. Nacisnąć Enter w celu kalibracji objętości próbki (calibrate sample volume) oraz ustawienia czasu rozpoczęcia (Enter Start Time).Następnie naciśnij Program Sequence Complete. Próbki zbiorcze ważone przepływem należy przechowywać w lodówce w miejscu poboru w temperaturze 4 °C do czasu przeprowadzenia analizy. Aby wychwycić zawiesinę, należy ustawić dwa 200 litrowe osadniki z PVC w odległości kilku stóp od rejestratora danych, aby zbierać wodę odpływową z kanału gospodarstwa przez cały okres drenażu.Aby zaprogramować rejestrator danych do pobierania próbek cząstek, naciśnij Program, Time-Based Sampling, a następnie Sample every two minutes. W przypadku próbek zbiorczych wybierz 200, wybierz No dla opcji calibrate sample volume i wprowadź godzinę rozpoczęcia. Następnie naciśnij Sequence Complete i przycisk Sampling.Co dwie minuty do zbiorników sedymentacyjnych będzie pobierane dwa litry wody drenażowej, ważonej przepływem. Gdy cząstki zaczną osiadać w zbiornikach, należy za pomocą węża odssać nadmiar wody i przenieść osad do pięciogalonowych wiader w celu transportu do laboratorium na 24-godzinną ekwilibrację w temperaturze czterech stopni Celsius. Po całkowitym osadzeniu cząstek, należy odssać nadmiar wody i przenieść osad do stożków sedymentacyjnych Imhoffa.Po godzinie należy po raz ostatni odessać nadmiar wody i przenieść osadzone cząstki do wcześniej zważonych słoików z zakrętką o pojemności 500 mililitrów. Należy upewnić się, że woda jest pobierana poniżej powierzchni i z dala od ścianek stożka, aby zmniejszyć liczbę aspirowanych cząstek. W tym reprezentatywnym doświadczeniu, w sposób przedstawiony na filmie, pobrano zawieszone cząstki z trzech kanałów rolniczych na obszarze Everglade Agricultural Area; ustalono, że są one silnie organiczne, charakteryzują się niską gęstością nasypową i są bogate w składniki odżywcze, takie jak fosfor, co jest wysoce reprezentatywne dla wód i osadów typowych dla typów gleb Everglade Agricultural Area oraz praktyk użytkowania gruntów w tym regionie.Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, aby pozwolić cząstkom w pełni osiąść przed usunięciem nadmiaru wody. Po zastosowaniu tej procedury można wykorzystać inne metody, takie jak frakcjonowanie fosforu metodą Hedleya i wsp., aby ocenić zawartość fosforu labilnego w stosunku do fosforu opornego w cząstkach.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak pobierać próbki złożone odpływu wody ważone przepływem, w przeciwieństwie do pobierania próbek jednorazowych. Dzięki obecności lodówki na miejscu możliwe jest przechowywanie próbek wody w temperaturze 4 °C. Dodatkową zaletą stosowania tej metody pobierania próbek wody jest jej automatyzacja oraz możliwość rejestrowania zdarzeń odpływowych związanych z burzami i huraganami, które mogą trwać do kilku dni.

capturing-flow-weighted-water-suspended-particulates-from

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Ten artykuł opisuje projekt, budowę i funkcję obiektu o powierzchni 1 000m2 zawierającego 24 indywidualne działki polowe o powierzchni 33,6m2 wyposażone do pomiaru całkowitej objętości spływu z czasem i pobierania podpróbek spływu w wybranych odstępach czasu w celu ilościowego określenia składników chemicznych w wodzie spływającej z symulowanych trawników domowych.

Projekt i budowa Zakładu Badań Spływów Miejskich

Symulator opadów deszczu został użyty do zastosowania stałego wskaźnika równomiernych opadów do upakowanych skrzynek z ziemią w badaniu losu i transportu mocznika, niepunktowego źródła zanieczyszczenia środowiska. W jednolitych warunkach glebowych i opadowych poprzednia wilgotność gleby wywierała silną kontrolę nad utratą mocznika w spływie powierzchniowym.

Protokół przeprowadzania symulacji opadów deszczu w celu zbadania spływu gleby

Istnieje krytyczne zapotrzebowanie na narzędzia i metodologie zdolne do zarządzania systemami wodnymi w obliczu niepewnych przyszłych warunków. Zapewniamy metody przeprowadzania ukierunkowanej oceny zlewni, które umożliwiają zarządzającym zasobami tworzenie modeli skumulowanych skutków opartych na krajobrazie do wykorzystania w ramach zarządzania analizą scenariuszy.

Planowanie działu wodnego w ramach ilościowej analizy scenariuszy

Przedstawiono solidny i elastyczny przepływowy system ekspozycji, zaprojektowany do utrzymywania osadu w zawiesinie. System służy do badania wpływu zawieszonego osadu na różne gatunki wodne i etapy życia w laboratorium.

Przepływowy system ekspozycji do oceny wpływu zawieszonych osadów na organizmy wodne

Ten artykuł podsumowuje cechy projektu i skuteczność systemów uzdatniania, które oczyszczają wodę deszczową z miast i spływy irygacyjne z rolnictwa w celu usunięcia pestycydów i innych zanieczyszczeń związanych z toksycznością dla środowiska wodnego.

Roślinne systemy uzdatniania do usuwania zanieczyszczeń związanych z toksycznością wód powierzchniowych w rolnictwie i spływach miejskich

Wraz z postępem technologicznym i wzrostem oczekiwań użytkowników końcowych, wzrosło zapotrzebowanie i wykorzystanie danych o wyższej rozdzielczości czasowej do szacowania ładunku zanieczyszczeń. Protokół ten opisuje metodę ciągłego monitorowania jakości wody in situ w celu uzyskania danych o wyższej rozdzielczości czasowej w celu podejmowania świadomych decyzji dotyczących zarządzania zasobami wodnymi.

Ciągły monitoring dopływu składników pokarmowych i osadów w rolniczych zlewniach

Zrozumienie usług i procesów ekosystemowych dostarczanych przez stawy wiosenne oraz wpływu działalności antropogenicznej na ich zdolność do świadczenia tych usług wymaga intensywnego monitorowania hydrologicznego. Protokół pobierania próbek z wykorzystaniem sprzętu do monitorowania in situ został opracowany w celu zrozumienia wpływu działalności antropogenicznej na poziom i jakość wody.

Ciągły monitoring hydrologiczny i jakości wody w stawach wiosennych

Tutaj prezentujemy metodologię, która dopasowuje wielkość próbki gleby i urządzenie do pomiaru przewodności hydraulicznej, aby zapobiec błędnemu uwzględnieniu w pomiarach przepływu wody tzw. przepływu ścian wzdłuż wnętrza pojemnika z glebą. Jego zastosowanie demonstruje się za pomocą próbek pobranych z oczyszczalni ścieków.

Wpływ nawadniania ścieków na przewodność hydrauliczną gleby: sprzężone pobieranie próbek w terenie i laboratoryjne oznaczanie nasyconej przewodności hydraulicznej

Dokładna kwantyfikacja potencjału desorpcyjnego fosforu (P) w nasyconych glebach i osadach jest ważna dla modelowania P i działań łagodzących transport. Aby lepiej wyjaśnić dynamikę redoks gleba-woda in situ i mobilizację fosforu przy przedłużonym nasyceniu, opracowano proste podejście oparte na wielokrotnym pobieraniu próbek z laboratoryjnych mikrokosmosów.

Pomiar uwalniania fosforu w mikrokosmosach laboratoryjnych do oceny jakości wody

Ten protokół opisuje metody uzyskiwania współczynników równania przepływu jazu dla jazu z wcięciem w kształcie litery V w strukturze kontroli drenażu przy użyciu (1) laboratoryjnej procedury kalibracji i (2) narzędzia online, "Kalkulatora Współczynników Równania Przepływu Jazu", opracowanego przez autorów. Metody te mają zastosowanie do przepływów zawartych w przepływach z wycięciem w kształcie litery V i przepływów przelewowych.

Parametryzacja równań jaza z wcięciem w kształcie litery V do monitorowania przepływu w strukturze sterowania drenażem

Poznaj metodę automatycznego pobierania ważonych przepływem próbek wody i cząstek stałych z kanałów rolniczych. Technika ta poprawia reprezentatywność badań jakości wody podczas zdarzeń odwadniającich i burzowych.

Wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających

Przeglądaj więcej filmów