Wychwytywanie wody ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych z kanałów rolniczych podczas zdarzeń odwadniających
7 listopada 2017
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.
Ogólnym celem tej procedury jest zapewnienie nowatorskiej metody wychwytywania in situ kompozytowej wody zrzutowej z kanału rolniczego ważonej przepływem i zawieszonych cząstek stałych podczas zdarzeń drenażowych w celu ich charakterystyki fizykochemicznej. Metoda ta pomoże w realizacji najbardziej podstawowego kroku w dziedzinie hydrologii środowiskowej, jakim jest pobranie próbki wody, która w pełni odzwierciedla zdarzenie przepływu w całości. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że jest ona zautomatyzowana i zapewnia próbkę złożoną, która jest wysoce reprezentatywna dla typowego materiału wyładowczego obecnego podczas przepływu.
Metoda ta może zapewnić wgląd w parametry jakości wody podczas rutynowych zdarzeń związanych z odwadnianiem, a także podczas burz, gdy duże ilości wody są odprowadzane przez wiele dni. Opracowanie metod monitorowania, które rejestrują złożone próbki wody ważone przepływem, może pomóc w uniknięciu błędów związanych ze złożonymi opadami deszczu o dużej intensywności. Procedurę zademonstruje współpracownik naukowy, doktor Timothy Lang, wraz z technikami terenowymi, Pablo i Johnnym.
Po zidentyfikowaniu gospodarstwa prowadzącego badania zainstaluj rejestrator danych w pobliżu stacji pomp, który uruchamia automatyczny próbnik w celu pobrania próbek o przepływie złożonym w sposób proporcjonalny do przepływu. Za pomocą przetworników ciśnienia zainstalowanych w kanałach doprowadzających i odpływowych, przylegających do przepompowni, należy monitorować poziomy w kanałach gospodarstwa, a do monitorowania prędkości obrotowej pompy należy używać przełączników zbliżeniowych zainstalowanych na głowicach pomp. Aby obliczyć drenaż, użyj rejestratora danych i równania kalibracji pompy dla każdej pompy.
Aby zaprogramować automatyczny próbnik in situ umieszczony w stacji pomp do codziennego pobierania próbek wody złożonej, należy najpierw nacisnąć przycisk Enter Program. Następnie naciśnij Program, Pobieranie próbek na podstawie przepływu, Próbka co jeden impuls, 30 próbek złożonych i Objętość próbki 130 mililitrów. Naciśnij Enter, aby skalibrować objętość próbki i wprowadzić czas rozpoczęcia.
Następnie naciśnij przycisk Program Sequence Complete (Zakończono sekwencję programów). Następnie przechowuj próbki kompozytowe ważone przepływowo w lodówce na miejscu w temperaturze czterech stopni Celsjusza do czasu ich analizy. Aby wychwycić zawieszone cząstki, umieść dwa osadniki z PVC o pojemności 200 litrów w odległości kilku stóp od rejestratora, aby zbierać wodę odprowadzaną z kanału rolniczego przez cały okres drenażu.
Aby zaprogramować rejestrator danych do zbierania próbek cząstek stałych, naciskaj Program, Pobieranie próbek na podstawie czasu i Próbka co dwie minuty. W przypadku próbek złożonych wybierz wartość 200 i wybierz opcję Nie dla opcji Kalibruj objętość próbki i wprowadź czas rozpoczęcia. Następnie naciśnij Sequence Complete i naciśnij przycisk Sample.
Dwa litry wody drenażowej o dużym przepływie będą zbierane w osadnikach co dwie minuty. Gdy cząstki zaczną osadzać się w zbiornikach, użyj węża, aby odprowadzić nadmiar wody i przenieś cząstki do pięciogalonowych wiader w celu transportu z powrotem do laboratorium w celu zrównoważenia przez 24 godziny w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Gdy cząstki opadną, odsysaj nadmiar wody i przenieś cząstki do stożków osadowych Imhoffa.
Po godzinie po raz ostatni odkręć nadmiar wody i przenieś osiadłe cząstki do wstępnie zważonych 500-mililitrowych słoików z zakrętką. Pamiętaj, aby zebrać wodę pod powierzchnią i z dala od boków stożka, aby zmniejszyć liczbę zasysanych cząstek. W tym reprezentatywnym eksperymencie zebrano zawieszone cząstki stałe z trzech kanałów rolniczych w obszarze rolniczym Everglade, jak wykazano, i określono je jako wysoce organiczne, o niskiej gęstości nasypowej i bogate w składniki odżywcze, takie jak fosfor, właściwości, które są wysoce reprezentatywne dla wody i osadów zwykle występujących dla typów gleb obszaru rolniczego Everglades i otaczających praktyk użytkowania gruntów.
Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby przed usunięciem nadmiaru wody pozwolić cząstkom w pełni się osadzić. Zgodnie z tą procedurą, inne metody, takie jak frakcjonowanie fosforu przy użyciu metody Hedleya i wsp., mogą być stosowane do oceny, ile labilnego i krnąbrnego fosforu jest obecne w cząstkach.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak zbierać kompozytową wodę zrzutową ważoną przepływem, a nie pobierać próbki. Dzięki lodówce na miejscu możliwe jest przechowywanie próbek wody w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Dodatkową zaletą stosowania tej metody do pobierania próbek wody jest to, że jest ona zautomatyzowana i może być używana do wychwytywania zdarzeń związanych z burzami i huraganami, które mogą trwać do kilku dni.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia nową metodę pobierania proporcjonalnych do przepływu próbek wody i zawiesiny z rowów odwadniających w gospodarstwach rolnych podczas zdarzeń drenażowych. Technika ta ma na celu zwiększenie dokładności oceny jakości wody poprzez dostarczenie próbki zbiorczej reprezentującej całe zdarzenie przepływowe.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Hydrologia środowiskowa
- Ocena jakości wody
- Zarządzanie drenażem rolniczym
Wstęp
- Nutrienty w formie cząsteczkowej znacząco wpływają na wody z drenażu rolniczego.
- Dokładne metody pobierania próbek są kluczowe dla zrozumienia jakości wody podczas zdarzeń drenażowych.
- Tradycyjne metody pobierania próbek mogą nie obejmować pełnego zakresu zjawisk przepływu.
- Techniki zautomatyzowane mogą poprawić efektywność i reprezentatywność pobierania próbek.
Cel badania
- Opracowanie metody poboru in situ próbki wody z kanału odwadniającego na farmie, ważonej przepływem w układzie złożonym.
- Zwiększenie reprezentatywności próbek wody podczas zdarzeń drenażowych.
- Pozyskanie danych na temat parametrów jakości wody podczas rutynowych oraz gwałtownych zdarzeń drenażowych.
Zastosowane metody
- Zautomatyzowany pobór próbek wody z uwzględnieniem przepływu.
- Gromadzenie cząstek zawieszonych podczas zdarzeń drenażowych.
- Charakterystyka fizykochemiczna pobranych próbek.
- Prezentacja procedury przeprowadzona przez współpracowników naukowych i techników terenowych.
Główne wyniki
- Metoda ta pozwala na skuteczne pobieranie reprezentatywnych próbek wody drenażowej.
- Automatyczne pobieranie próbek ogranicza błędy związane z manualnym gromadzeniem materiału.
- Uzyskane dane mogą stanowić podstawę do optymalizacji praktyk zarządzania jakością wody.
- Technika ta znajduje zastosowanie zarówno podczas rutynowych, jak i intensywnych opadów deszczu.
Wnioski
- Ta nowatorska metoda rozwiązuje kluczowe problemy w hydrologii środowiskowej.
- Zapewnia ona wiarygodne podejście do oceny jakości wody podczas zdarzeń drenażowych.
- Przyszłe zastosowania mogą usprawnić strategie zarządzania wodą w rolnictwie.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Metoda ta wypełnia krytyczną lukę w monitoringu środowiska, umożliwiając zautomatyzowany, proporcjonalny do przepływu pobór prób złożonych wody z drenażu rolniczego oraz zawiesin. Wspiera ona dokładną ocenę jakości wody podczas zdarzeń o zmiennym odpływie, co jest niezbędne do oceny ryzyka transportu biogenów w agroekosystemach. Podejście to zwiększa wiarygodność danych służących do zarządzania gospodarką wodną w rolnictwie oraz modelowania ryzyka środowiskowego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie dynamiki składników odżywczych związanych z cząstkami w złożonych matrycach środowiskowych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowane, reprezentatywne pobieranie próbek w celu zmniejszenia zmienności w późniejszych etapach analizy.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Pozwala na przygotowanie prób zbiorczych odpowiednich do wysokoprzepustowej analizy fizykochemicznej zawiesin.
- Wartość operacyjna: Wspiera gotowość do analizy poprzez spójne pobieranie próbek w ramach profilów zrzutów opartych na czasie i zdarzeniach.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Ułatwia powiązanie zdarzeń odpływu w skali terenowej z laboratoryjnymi analizami frakcjonowania składników odżywczych.
- Wartość operacyjna: Umożliwia długoterminowy monitoring składników odżywczych związanych z cząstkami w celu wsparcia modelowania predykcyjnego wpływu na środowisko.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z procesami monitoringu środowiska poprzez automatyzację pobierania próbek podczas zdarzeń drenażowych, co zapewnia reprezentatywność w zmiennych warunkach przepływu.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących udziału składników odżywczych w postaci cząsteczkowej w całkowitym ładunku fosforu w spływach rolniczych.
- Przesiewanie: Dostarcza proporcjonalnych do przepływu próbek zbiorczych, co poprawia powtarzalność w kampaniach przesiewowych parametrów jakości wody.
- Analityka: Umożliwia ilościowy pomiar masy i składu zawiesiny cząsteczkowej w celu porównawczej analizy warunków.
- Badania translacyjne: Łączy pobieranie próbek in situ z późniejszą charakterystyką fizykochemiczną, zapewniając ciągłość od momentu pobrania do oceny mechanistycznej.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku, zautomatyzowaną platformę pobierania próbek, którą można zastosować w wielu lokalizacjach i dla różnych rodzajów zdarzeń.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną ocen jakości wody poprzez redukcję błędu próbkowania podczas zdarzeń o dynamicznym przepływie.
- Wartość operacyjna: Poprawia standaryzację i skalowalność pobierania próbek w rozproszonych sieciach monitoringu.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji w oparciu o analizę ryzyka w gospodarce wodnej w rolnictwie poprzez poprawę wiarygodności danych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia lepsze ustalanie priorytetów strategii łagodzenia skutków dzięki dokładnej charakterystyce strumieni biogenów związanych z cząstkami.
Wskazówki dotyczące implementacji
- Wymaga doświadczenia w zakresie pobierania prób środowiskowych, monitoringu hydrologicznego oraz programowania automatycznych próbników.
- Zależy od instrumentacji, w tym od rejestratorów danych, przetworników ciśnienia, przełączników zbliżeniowych i automatycznych próbników.
- Wymaga koordynacji międzyzespołowej z udziałem techników terenowych, menedżerów danych oraz chemików analityków.
- Uwzględnia kwestie adaptacyjne związane ze zmienną geometrią kanałów, natężeniem przepływu i charakterystyką osadzania się cząstek.
- Wiąże się z ograniczeniami praktycznymi dotyczącymi dostępności zasilania, zabezpieczenia sprzętu oraz konserwacji w zdalnych lokalizacjach terenowych.
