Um protocolo para Realização Chuvas Simulação para o Estudo de Escoamento do Solo

Summary

Um simulador de chuva foi usado para aplicar uma taxa consistente da precipitação uniforme para caixas de solos compactados em um estudo sobre o destino eo transporte de uréia, um contaminante ambiental nonpoint. Em condições de solo e pluviosidade uniformes, antecedente umidade do solo exercida forte controle sobre a perda de uréia no escoamento superficial.

Abstract

A chuva é uma força motriz para o transporte de contaminantes ambientais dos solos agrícolas das massas de água superficiais, através do escoamento superficial. O objetivo deste estudo foi caracterizar os efeitos da umidade do solo antecedente sobre o destino eo transporte de superfície aplicada uréia comercial, uma forma comum de nitrogênio (N) de fertilizantes, após um evento de chuva que ocorre dentro de 24 horas após a aplicação do fertilizante. Apesar de uréia é assumido ser facilmente hidrolisada a amônio e, portanto, muitas vezes não é disponível para o transporte, estudos recentes sugerem que a ureia pode ser transportado de solos agrícolas para as águas costeiras onde é implicados na proliferação de algas nocivas. Um simulador de chuva foi usado para aplicar uma taxa consistente da precipitação uniforme em caixas de solo embalado que tinha sido prewetted para diferentes teores de umidade do solo. Ao controlar pluviométricos e solo características físicas, os efeitos da umidade do solo antecedente sobre a perda de uréia foram isolated. Solos mais úmidos exibiram menor tempo de iniciação chuvas do início de escoamento, maior volume total de escoamento superficial, as concentrações de uréia mais elevados no segundo turno, e maiores cargas de massa de uréia no segundo turno. Estes resultados também demonstram a importância de controlar a umidade do solo antecedente em estudos destinados a isolar outras variáveis, como a física do solo ou características químicas, declividade, cobertura do solo, de gestão, ou as características de chuva. Porque simuladores são projetados para oferecer os pingos de chuva de tamanho similar e velocidade como chuva natural, estudos realizados no âmbito de um protocolo padronizado pode produzir dados valiosos que, por sua vez, pode ser usado para desenvolver modelos para prever o destino e transporte de poluentes no segundo turno.

Introduction

Os impactos ambientais da agricultura são uma preocupação global e em rápido crescimento, especialmente à luz das incertezas da mudança global. A chuva é uma força motriz para o transporte de contaminantes ambientais dos solos agrícolas das massas de água superficiais, através do escoamento superficial. Um grande corpo de pesquisa é focada na melhor compreensão das interacções entre chuvas e condições do solo pois determinam as fontes difusas de sedimentos, nutrientes e pesticidas perdas de solos agrícolas. O objetivo deste estudo foi caracterizar os efeitos da umidade do solo antecedente sobre o destino eo transporte de superfície aplicada uréia comercial, uma forma comum de nitrogênio (N) de fertilizantes, após um evento de chuva que ocorre dentro de 24 horas após a aplicação do fertilizante.

Existem poucos estudos sobre o destino eo transporte de uréia no solo, porque a ureia é rapidamente hidrolisado de amônio após a aplicação de fertilizantes e therefore muitas vezes não disponíveis para o transporte. No entanto, estudos de bacias hidrográficas recentes sugerem que a ureia pode ser transportado de solos agrícolas para águas costeiras e provocam mudanças em direção a populações de organismos que produzem toxinas prejudiciais ^1,2. Ambas as experiências laboratoriais e de campo demonstraram que, quando as diatomáceas australis Pseudo-nitzschia produtoras de ácido domóico (P. s Austr) foi cultivado em ureia enriquecido água do mar, a quantidade de ácido domoic produzido foi maior do que quando cultivados no nitrato de amónio ou enriquecido água do mar ^3. Este estudo utilizou chuva simulada para investigar os processos que controlam o potencial de perdas de N-uréia no segundo turno após a aplicação de fertilizantes comerciais.

Devido à variabilidade da chuva natural, simuladores de chuva têm sido usados ​​para aplicar taxas de precipitação uniforme sobre as superfícies de terra ou caixas de solo embalado para avaliar o escoamento sob condições controladas. Simuladores de chuva foram inicialmente usados ​​para estudar o soloerosão ^4. No entanto, ao longo dos anos eles têm sido usados ​​para medir outros constituintes no escoamento superficial e lixiviado de solos ^5-7. Os estudos de campo, utilizando chuvas naturais também têm sido realizados para avaliar as perdas de constituintes do solo em segundo turno. Tendências entre os dados de precipitação e de simulação de chuva naturais seguem um padrão semelhante, apontando para uma consistência nos processos. Portanto simulação de chuva pode ser utilizado em estudos para prever a ocorrência provável do que acontece sob chuva natural ^8.

Uma variedade de simuladores foram desenvolvidos e, normalmente, eles usam pulverizadores bicos para aplicar água em taxas e durações desejados. Em termos de tamanho, simuladores de chuva variam de um infiltrômetro de simples, pequeno, portátil com um 6 na área chuvas diâmetro ⁹ ao complexo simulador de chuva Kentucky, que abrange uma trama 14,75 pés x 72 pés (4,5 mx 22 m) ^10. Uma lacuna no conjunto de pesquisas que empsimulação de chuva loyed é que não há nenhum projeto padronizado único ou protocolo para a realização de simulações de chuva ^11. Na verdade, no "Internacional Chuvas Simulator Seminário" 2011 na Universidade de Trier, na Alemanha, uma comunidade colaborativa de cientistas de 11 países participantes concluíram que a padronização de simulação de chuva e simuladores é necessária, a fim de assegurar a comparabilidade dos resultados e para promover ainda mais desenvolvimentos técnicos para superar limitações físicas e restrições ^12. Este estudo procura abordar parcialmente essa necessidade, apresentando uma descrição detalhada de um protocolo padronizado para a realização de simulações de precipitação usando um simulador que já é amplamente adotado para uso na América do Norte.

Este experimento é parte de um estudo maior concebido para avaliar a fonte de uréia em águas estuarinas da Baía de Chesapeake, onde são conhecidos por ocorrer anualmente a proliferação de algas tóxicas. A objetividade específica e do experimento foi determinar o efeito da umidade do solo antecedente em perdas de uréia no segundo turno. Caixas de solo duplicar uniformemente embaladas foram prewetted a uma das seis diferentes teores de humidade que representam 50, 60, 70, 80, 90, e 100% de capacidade de campo. A uréia foi aplicada na superfície forma prill a uma taxa de 150 kg N / ha. Dentro de 24 horas, as caixas foram submetidos a chuvas uniforme de 40 min de duração com frequência de 3,17 centímetros / hora, o equivalente a um evento de precipitação natural que comumente ocorre anualmente na costa leste da Baía de Chesapeake, em Maryland. Amostras de escoamento foram recolhidos a intervalos de 2 min, imediatamente filtrada através de um filtro de vidro (0,45 mm), e armazenadas a 4 ° C até serem analisadas no interior 24 horas de recolha. Concentrações de N-uréia foram determinados por análise por injeção em fluxo colorimetria ^13. Os dados foram analisados ​​usando SAS V.9.1 ^14, e os resultados estatísticos foram considerados significativos em P ≤ 0,05.

e_content "> O simulador de chuva portátil que foi utilizado neste estudo atende às especificações do projeto ¹⁵ e protocolo que foi desenvolvido pela Fósforo Projeto Nacional ^16. Em os EUA eo Canadá, este projeto simulador e protocolo tem sido amplamente adotado como o método padrão para usar na determinação tanto dissolvido e perda de fósforo ligado a partículas no escoamento. Embora escoamento amostras foram analisadas para a ureia em vez de fósforo, o método para a aplicação uniforme e consistente para precipitação embalado caixas de solo é o mesmo que aquele que é brevemente descrito na Fósforo Nacional protocolo de simulação de chuva Projeto.

Protocol

1. Coleção Solo e Preparação

1. Recolhe-se o solo a partir da superfície horizonte do perfil do solo para representar com precisão as condições físicas e químicas da superfície do solo. Nota: Se possível do solo devem ser coletadas a partir do top 5 cm da superfície. A área de coleta de solo deve ser pequeno o suficiente para limitar a variação física do solo e propriedades químicas.
2. Peneirar o solo através de uma tela grossa (20 mm) para remover pedras. Nota: peneiramento é mais fácil se o solo é um pouco úmido.
3. Espalhe o solo peneirado em uma lona pesada em uma camada fina para facilitar a secagem, de preferência em uma casa verde ou ambiente acolhedor interior.
4. Misture o solo com uma pá, ancinho ou puxando as bordas da lona de um lado para o outro como se dobrar um calzone gigante. Nota: Tenha cuidado para não rasgar ou rasgar a lona com a ponta de uma pá ou rake. Repita este processo várias vezes até que o solo está completamente misturado.
5. Tome 10 amostras delugares diferentes do monte de terra bem misturado e realizar um teste de fósforo Mehlich-3 ¹⁷ para testar a homogeneidade. Nota: A homogeneidade é alcançada quando os resultados de 10 amostras têm um coeficiente de variação (CV) de <0,05. Onde: CV = desvio padrão / média.
6. Se o CV do teste de fósforo Mehlich-3 é> 0,05, continue misturando o solo e repita o teste de homogeneidade.

2. Caixas de embalagem de solo

1. Nota: As caixas de solo deve possuir um volume uniforme, com dimensões idênticas de comprimento, largura e profundidade (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) com nove buracos de 5 mm de drenagem na parte inferior. Caixas devem ter a 5 cm do bordo e uma calha de recolha de um lado (Figura 1).
2. Linha do fundo das caixas com quatro camadas de pano de queijo para manter o solo de lavagem para fora dos furos na caixa, permitindo que a água flua através do solo quando está saturada.
3. Embale a primeira caixa de solo escavando suficiente secos, peneirados, e homocido solo na caixa para preenchê-lo cerca de metade profundo quando suavizadas (cerca de 3,5 cm). Espalhe o solo uniformemente e embalá-lo com um tijolo plana. Nota: O solo deve ser suficientemente seco para que ele não compacta sob a pressão do tijolo.
4. Adicionar mais 2 cm de solo e nivelar-se com uma bitola de nivelamento para uma profundidade embalado de 5 cm, a altura do lábio da caixa que passa para a calha (Figura 2).
5. Pesar a quantidade de solo que foi adicionada à primeira caixa embalada, e adicionar o mesmo peso de solo a todas as caixas restantes. Embale cada caixa para alcançar uma profundidade de 5 cm e densidade uniforme.
6. Aspirar as calhas das caixas do solo para remover qualquer tipo de solo que derramou na sarjeta durante o processo de embalagem.

3. Caixas de montagem do solo na precipitação Simulator

1. Coloque uma moldura construído a partir de 2 em x 6 em pressão madeira tratada no centro do simulador de chuva sobre a qual as caixas de solo wdoente ser colocado. Nota: A estrutura deve ter uma componente transversal no meio para proporcionar rigidez. Colocando caixas de solo sobre uma estrutura de fundo minimiza salpicos que podem ocorrer a partir de uma plataforma sólida imediatamente abaixo das caixas de solo e permite a drenagem livre a partir dos orifícios na parte inferior das caixas.
2. Posicione o quadro em blocos de cimento em uma altura que permite a colocação de garrafas de coleta e funis abaixo dos bicos sobre as calhas de coleta na frente de caixas de solo montadas na plataforma.
3. Além disso elevar a parte traseira da plataforma, utilizando tijolos, madeira e os calços, de tal modo que a parte de trás de uma caixa de solo colocado na plataforma é de 3 cm mais alto do que a parte dianteira da caixa, o que resulta em um declive de 3%. Medir a inclinação, colocando uma placa (> 100 cm de comprimento) na parte de trás de uma caixa de solo montado na plataforma. Usando um nível de carpinteiro, mantenha o nível de placa e levantar a parte de trás da plataforma de modo que a frente da caixa é de 3 cm abaixo da placa de nível (Figura 3 ). Nota: Certifique-se de frente e de trás da plataforma é o nível de um lado para o outro.
4. Localize o ponto diretamente abaixo do bico em cima e evitar a colocação de uma caixa nessa posição para evitar grandes quedas de bico no início ou no final de um evento de chuva de cair em uma caixa de solo, em seguida, coloque cinco ou seis caixas uniformemente espaçados na plataforma . Marcar a posição das caixas e colocar sempre caixas nestas mesmas posições.

4. Selecionando a Fonte da Água de Rega

1. Seleccionar uma fonte de água de irrigação que é relativamente livre de todos os elementos e os compostos, particularmente os de interesse para o estudo. Analisar a fonte de água antes do estudo para determinar a pureza da água. Nota: Se for necessário, resinas de permuta deve ser usada para atingir a pureza da água desejado.
2. Proporcionar uma fonte principal de água para o simulador de chuva que excede uma pressão de 8 psi e um caudal de 5 gpm. Nota: fontes municipais normais exceder estes requisitos mínimosmentos. Se usar caixas d'água e bombas, certifique-se as bombas são capazes de fornecer uma fonte de água que excede a pressão mínima e vazão.

5. Seleção do Bico Tamanho usar

1. Escolha um dos quatro tamanhos de bicos padrão que são utilizados para simulações de chuva. Nota: Cada bocal tem uma pressão e um óptimo desempenho de fluxo para atingir o tamanho de gota apropriado e intensidade (Tabela 1). Selecção do tamanho do bico para utilização num estudo em particular é determinado em relação à intensidade (cm / h) do evento de chuva natural para ser representada.

6. Chuvas Simulator Operação

1. Posicione (1) a válvula de esfera única alavanca (Figura 4) para a posição fechada, a alavanca em ângulo de 90 graus em toda a tubulação, e ligue a principal fonte de água (municipal ou bomba).
2. Gire o parafuso de ajuste quadrado no topo da (3) válvula reguladora de pressão (Figura 4) anti-horário para rinduzir a pressão e abre a (4) da válvula de controlo de fluxo em linha ao lado in-line completamente.
3. Abra (1) a válvula de esfera única alavanca (Figura 4) completamente e ajuste a (3) válvula reguladora de pressão, girando o parafuso no sentido horário conjunto para atingir cerca de 8 psi no (6) manômetro localizado no topo do simulador de chuva. Nota: Uma vez que o (3) válvula reguladora de pressão foi definido para exceder ligeiramente a pressão do bocal desejado, ele não deveria ter que ser ajustada durante a operação do simulador de chuva, a menos que as principais mudanças de pressão fonte de água.
4. Fechar parcialmente a válvula (4) na linha de controle de fluxo (Figura 4) até que o contador (5) lê o fluxo de taxa de fluxo aproximado em galões por minuto, para o bocal em utilização e a (6) lê o indicador de pressão psi aproximado para o bocal em utilização (Tabela 1).
5. Fechar (1) a válvula de esfera única alavanca (Figura 4) para parar o fluxo, sem alterar otaxa e ajustes de pressão de fluxo.

7. Calibração Bico e precipitação Uniformidade

1. Cubra os buracos nas solas dos 5 ou 6 caixas de solo vazios com fita adesiva para evitar que a água vaze para fora das caixas e colocá-los nas posições marcadas na moldura de madeira (veja o passo 3.4).
2. A posição e manter um comprimento de 10 pés de tubo de PVC de 2 polegadas com um cotovelo de 45 ° ligada à extremidade sobre o bocal e aberto (1) a válvula de esfera única alavanca.
3. Colete a descarga do tubo de PVC em um grande cilindro graduado para 10 seg.
4. Faça pequenos ajustes para a (4) da válvula de controle de fluxo em linha e repetir as 10 coleções seg até que o volume de fluxo de 10 seg coincide com o valor correspondente para o bico em uso (Tabela 1). Uma vez que a taxa de fluxo correcta é conseguido, utilizar o valor do medidor de fluxo em meios de variação da monitorização do fluxo devido à possibilidade de flutuações de pressão. Nota: Para calibrar corretamente o bico, the 10 seg volume de fluxo é uma medida mais precisa do que a leitura do medidor de vazão.
5. Remova o comprimento de 10 pés de tubo de PVC para permitir chuva para molhar a área do caixa e observe a data de início das chuvas.
6. Depois de exatamente 10 min parar abruptamente a precipitação, posicionando o tubo de PVC de 10 pés sobre o bocal para desviar o fluxo e fechar (1) a válvula de esfera única alavanca.
7. Medir o volume de água (ml) recolhido em cada caixa vertendo-a dentro de um cilindro graduado, e calcular a profundidade precipitação pela divisão do volume da área do fundo da caixa (2.000 cm ^2).
8. Calcule o coeficiente de variação para a profundidade de chuvas. Nota: uniformidade de precipitação é obtida quando a profundidade precipitação nos 5 ou 6 caixas tem um coeficiente de variação <0,05. Onde: CV = desvio padrão / média.
9. Se o CV não é inferior a 0,05, virar o bico de ¼ de volta mais forte e repita o processo de calibração. Nota: O bico pode precisar ser girado várias vezespara conseguir um CV de menos do que 0,05.
10. Uma vez que um CV de menos do que 0,05 é conseguido, repetir a calibração várias vezes para assegurar que a intensidade de precipitação entre corridas é consistente.

8. A realização de uma simulação de chuva

1. Após a calibração, colocar caixas de solo acondicionadas em posições marcadas na moldura de madeira (veja o passo 3.4).
2. Frascos de coleta de Posição de escoamento e funis abaixo dos bicos de drenagem e impedir a chuva de cair diretamente na sarjeta usando um clipe de papel para anexar um escudo sobre a sarjeta (Figura 5).
3. Repita os passos de 7,2-7,5 para recalibrar vazão do bico imediatamente antes de um evento de simulação de chuva e iniciar chuvas.
4. Registre a data de início de escoamento para cada caixa quando o escoamento da água da calha de drenagem passa de um gotejamento lento para um fluxo contínuo.
5. Coletar amostras de escoamento em intervalos de tempo prescritos durante o evento trocando garrafas de coleção ou peloNo final de um evento de duração pré-determinada.
6. Para terminar um evento de chuva, pare a chuva, posicionando o tubo de PVC de 10 pés sobre o bocal para desviar abruptamente o fluxo e fechar (1) a válvula de esfera única alavanca.
7. Coletar as amostras de escoamento e volume recorde utilizando uma proveta graduada ou em massa assumindo que a água pesa 1 g / cm ^2.
8. Misture as amostras cuidadosamente para que todos os sedimentos é em suspensão e, em seguida, tomar uma subamostra para análise laboratorial.

Results

Uma das razões para a realização do experimento atual foi explorar fatores que podem ter contribuído para os maus resultados de um experimento anterior, onde a perda de uréia em segundo turno estava sendo comparados entre diversas formas de fertilizantes e adubos que continham uréia. Todos os tratamentos foram aplicados ao solo que tinha sido saturado e deixou-se escorrer a capacidade do campo. Resultados para cinco repetições do tratamento com uréia prill variou de concentrações de 1-12 mg / L N-uréia no segundo turno. Essa ordem de magnitude variação entre repetições era inaceitável sob condições controladas e confundia os resultados do experimento. A forte relação positiva entre o volume total de escoamento superficial ea concentração de uréia-N em escoamento sugeriu que as condições físicas, tais como embalagem ou condições de umidade antecedente variáveis ​​em virtude das diferentes condições de drenagem e secagem, foram fatores causadores.

A fim de investigar a causa de tal variação extrema no urconcentrações de EA em segundo turno, todas as caixas no experimento atual foram cuidadosamente embalados com pesos iguais de barro misturado uniformemente solo silte, conforme ilustrado nas Figuras 1 e 2 a minimizar a variação em condições físicas. Para atingir 50, 60, 70, 80, 90, e 100% de capacidade de campo aproximado como determinado por molhagem, em seguida, secagem em forno a uma pequena quantidade de solo peneirado, o peso de água necessária para molhar o solo à correspondente humidade do solo 14 de antecedentes , 17, 19, 22, 25, e 27% foram calculados, adicionado às caixas, e deixou-se equilibrar S / N. A simulação de precipitação seguido o protocolo exacto descrito acima e ilustrado nas figuras 3-5. A 17 WSQ Jet completa 3/8 HH bico (Tabela 1) foi usado para entregar uma intensidade de precipitação de 3,2 cm / h durante um período de 40 min, o que equivale a um evento de precipitação natural que comumente ocorre anualmente na costa leste da Baía de Chesapeake, em Maryland.

Tabela 2. Houve uma relação positiva e significativa entre o volume de escoamento total e condição de umidade antecedente (Figura 6). Solos mais úmidos tinham menos capacidade de armazenamento de água e taxas de infiltração mais baixas, resultando em maiores volumes de escoamento. Houve uma relação negativa significativa entre o tempo de escoamento em condição de umidade antecedente (Figura 7). Água infiltrada em solos mais secos por um longo período de tempo antes de se tornarem molhada perto da superfície, fazendo com que o escoamento ocorra. Não surpreendentemente, houve uma relação positiva entre a carga total de N-uréia no escoamento superficial e volume total de escoamento (Figura 8). É bem conhecido em estudos hidrológicos que fluem volume é geralmente um forte preditor de carga total. Como a concentração irá comportar-se em resposta a um evento de escoamento é menos previsível. Fluxo concentratio ponderadan foi calculada pela soma das cargas para cada coleção escoamento 2 min e dividindo pelo volume total de escoamento. Isso é equivalente à concentração de um único conjunto de escoamento, no final do período de precipitação de 40 minutos. Neste estudo, verificou-se uma relação positiva significativa entre o fluxo de concentração ponderada no escoamento em condição de umidade antecedente (Figura 9). Dadas as relações lineares positivas entre volume de enxurrada e antecedente de umidade do solo e fluxo concentração ponderada e condição de umidade antecedente, uma relação positiva significativa entre a carga total de N-uréia e condição de umidade antecedente era esperado. No entanto, essa relação significativa foi melhor descrita por uma equação exponencial (Figura 10).

Para visualizar a perda de N-uréia no escoamento ao longo do tempo, 2 min concentrações individuais e cargas acumuladas em uma réplica de uma caixa de solo representando cada Condit umidade antecedenteião foi representada graficamente ao longo do intervalo de tempo de precipitação de 40 minutos (Figura 11). Embora as concentrações de escoamento pode variar um pouco, de forma irregular ao longo do tempo (por exemplo, no caso de a humidade de 90%), as concentrações começam geralmente elevada e diminui ao longo do tempo. Cargas acumuladas ao longo do tempo são funções muito mais suave, e ilustram as relações significativas previamente discutidas. Tempo de escoamento é maior, as concentrações N-uréia no segundo turno são mais baixos, e as cargas acumuladas são menos para os solos mais secos. Apesar de uréia hidrolisa rapidamente no solo, quando a precipitação ocorre dentro de horas de aplicação superficial, grande parte do N ainda está presente na forma de uréia e está sujeito a perda de segundo turno. A ureia é uma molécula neutra e não é fortemente adsorvido às superfícies das partículas do solo. Como a água se infiltra nos solos mais secos durante a primeira parte de um evento de chuva carrega uréia Dissolvido para baixo no solo e longe da zona de escoamento superficial. Quando o escoamento for iniciada, há menos pr uréiaESENT e concentrações no segundo turno são mais baixos. A partir de um sentido prático, uréia quase sempre ser aplicada sob condições mais secas como equipamentos agrícolas não podiam atravessar solos que estão na capacidade de campo.

Figura 1. Esquema de caixa embalada do escoamento do solo. Uma caixa de metal (100 cm x 20 cm x 7,5 cm), com 5 cm de lábio na extremidade da frente é embalado com o solo a uma profundidade de 5 cm. Escoamento que transborda de 5 cm do bordo é coletado em uma sarjeta anexado que é protegido contra chuvas caindo diretamente na sarjeta. Nove buracos 5 mm de diâmetro permitir que a água que se infiltra no solo para drenar a partir das caixas e impedir a formação de lagoas. Um mamilo ligado perto da borda dianteira da parte inferior da calha permite que a água de escoamento para drenar em funis e garrafas de coleta positioned abaixo do mamilo.

Figura 2. Materiais de embalagem caixa. Cerca de 4 camadas de gaze na parte inferior da caixa de evitar a perda de solo, mas permitem que a água escorra livremente. Um medidor de nivelamento que consiste em vidro acrílico ensanduichado entre duas placas de madeira é tão larga como a caixa (20 cm) e uma profundidade (2,5 cm) como a diferença entre os lados da caixa (7,5 cm) e a parte superior da calha (5 cm). Colocando o bordo do lábio da caixa de vidro acrílico é usada para o solo de grau para a profundidade da calha.

Figura 3. Poreposicionamento da plataforma. posicionar a plataforma de modo a que, quando as caixas de solo são embalados em posição, todos eles têm o mesmo declive. Para este estudo, a inclinação desejada foi de 3%. Enquanto mantém um nível de diretoria, posicione a plataforma para que a inclinação para baixo, fim sarjeta da caixa é de 3 cm abaixo da extremidade curva ascendente. A plataforma deve ser de nível na direção inclinação transversal.

Figura 4. Controles simulador de chuva começam a partir da fonte de água e progredir através do sistema de encanamento para o bico (1) válvula de esfera de alavanca única:. Esta é uma válvula de fechamento rápido. Lever em linha com tubo está ligado; alavanca em ângulo de 90 graus em toda a tubulação está desligado. Use esta válvula para ligar e desligar o fluxo, sem perturbar as válvulas que controlam a pressão e vazão. Abra totalmente e fechar totalmente. Do Não tente usar esta válvula para controlar a vazão. (2) filtro de sedimentos: Verifique o filtro periodicamente e substitua o elemento conforme necessário para evitar o entupimento com sedimentos. (3) válvula reguladora de pressão: Esta válvula controla a pressão na linha a partir deste ponto em diante. Demasiada pressão pode quebrar tubos, mangueiras ou conexões. (4) da válvula de controlo de fluxo em linha (a válvula de porta): Esta válvula é utilizado para afinar o fluxo para o bocal de modo a alcançar a taxa de fluxo desejada e pressão do bocal. (5) Medidor de fluxo: Medidas vazão aproximada. (6) Medidor de pressão: Medidas pressão aproximada no bico.

Figura 5. Caixas posicionados sobre a plataforma para simulação de chuva. Coloque 5 ou 6 caixas em posições marcadas para cada evento de simulação de chuva. Evite posicionar uma caixa dediretamente sob o bico para evitar gotejamento diretamente sobre uma superfície de caixa.

Figura 6. O volume total de escoamento é positivamente correlacionada com a umidade do solo antecedente (R ² = 0,64).

Figura 7. Tempo de escoamento está negativamente correlacionada com antecedente de umidade do solo (R ² = 0,48). A superfície de um solo húmido satura rapidamente. Chuvas que excede a condutividade hidráulica do solo saturado gera escoamento.

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Figura 8. Carga total N-uréia é positivamente correlacionada com o volume de escoamento superficial (R ² = 0,81). Diferenças no volume de escoamento superficial oprimir diferenças na concentração de N-uréia no segundo turno.

Figura 9. Concentração de fluxo ponderada do N-uréia é positivamente correlacionada com a umidade do solo antecedente (R ² = 0,66). Solos secos permitir a infiltração que lixivia de ureia-N no solo e para longe da superfície do solo. Quando o escoamento ocorre, menos uréia-N está disponível na superfície para o movimento no segundo turno.

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Figura 10. Carga total N-uréia é positivamente correlacionada com a umidade do solo antecedente (R ² = 0,74). As relações positivas entre volume total do escoamento em antecedente teor de umidade do solo e entre fluxo ponderada concentração de N-uréia e teor de umidade antecedente se combinam para resultar em uma relação exponencial (y = 0,2043 e ^0.0405x).

Figura 11. A concentração de uréia-N e as relações de carga acumuladas ao longo do tempo para uma réplica de cada antecedente do solo umidade conten t. Embora a concentração de ureia-N nem sempre é uma função suave ao longo do tempo, as relações significativas anterior ly discutido pode ser visualizado.

Bico Tamanho	Intensidade	Pressão Optimum	Fluxo	10 seg Fluxo
	cm / hr	psi	gpm	ml
17 WSQ Jet completa 3/8 HH	3.2	6	1.5	940
3.3	6	1.8	1140
30 w Jet completa 1/2 HH	6	5	2.2	1250
50 w Jet completa 1/2 HH	7	4.1	3.7	2300

: 173px; "> 24 WSQ Jet completa 3/8 HH

Tabela 1. Tamanho do bico gráfico. Tamanhos de bicos que foram identificados para uso com este simulador de chuva e sua intensidade de precipitação associada, pressão e parâmetros de fluxo são apresentados. Selecção do tamanho do bico depende da desejadachuvas de intensidade. Intensidade de precipitação ea duração correspondem a um evento de precipitação de um determinado período de retorno para um local de estudo específico. Tamanho do bico 17 WSQ foi utilizada para este estudo. Chuvas de 40 min de duração com uma intensidade de 3,2 cm / h é equivalente a um evento de precipitação natural que comumente ocorre anualmente na costa leste da Baía de Chesapeake, em Maryland.

A umidade do solo	Escoamento total	Fluxo ponderada	Carga total
%	de volume (L)	concentração	(Mg de ureia -N)
		(Mg L-1 N-uréia)
27 †	2.96	4.99	13.66
27	2.87	4.37	12.55
25	2.52	3,57	8,62
25	1.81	4.21
22	2.52	2.18	5.50
22	2.47	1.54	3.81
19	1.99	1.72	3.41
19	2.35	3.70	8,68
17	1.91	3.22
17	1,66	0,90	1,50
14	1.51	0,78	1.18
			† números duplicados representam duas repetições para cada nível de umidade

px; "> 2,33 h: 129px; "> 1,69

Números Tabela 2. Antecedente teor de umidade do solo, volume total de escoamento, o fluxo ponderados concentração de ureia-N e carga total de N-uréia após simulação de chuva. Duplicar representam duas repetições para cada nível de umidade

Discussion

O escoamento é gerado principalmente por dois mecanismos, a infiltração excesso de escoamento e saturação de excesso de escoamento ¹⁸ e é influenciado por propriedades do solo, umidade do solo antecedente, topografia e intensidade da chuva. Simulação de chuva pode ser usado para corrigir a variável intensidade da chuva e estudar uma ou mais das variáveis ​​restantes. A intensidade de precipitação e duração também pode ser controlado ao longo de uma gama limitada de estudo, alterando o tamanho do bocal. Os passos mais críticos para a realização de estudos de simulação de chuva em caixas de solos compactados são: 1) Assegurar embalagem uniforme de caixas do solo; 2) o controle antecedente umidade do solo; 3) taxa de fluxo para calibrar o bico seleccionado de modo a que o tamanho da gota e velocidade de aproxima-chuva natural; e 4) ajustar a posição do bico para garantir chuvas uniforme em todas as caixas de solo.

No fim do processo de calibração, uma vez que um CV de menos do que 0,05 é obtido por precipitação a uniformidade em todos os soloscaixas, a 10 min de calibração deve ser repetido várias vezes para garantir que a intensidade de precipitação entre corridas é consistente. A CV também pode ser calculado para a uniformidade entre corridas. Se o CV para a uniformidade entre corridas é menor do que para a uniformidade de chuvas em todas as caixas, considere agrupar tratamentos replicar dentro corridas individuais para minimizar a variação entre os tratamentos. Caso contrário, para reduzir o erro associado a posição da caixa e entre corridas, aleatoriamente dois tratamentos e repetições de acordo com a posição da caixa, a tomar medidas para limitar a colocação de um tratamento em uma posição mais de uma vez.

Usando este projeto simulador de chuva e um protocolo padrão para calibrar corretamente o simulador irá melhorar as comparações de resultados entre os estudos realizados por diferentes pesquisadores. Os dados obtidos desta forma pode ser usado para prever o que acontece sob chuva natural e entender melhor os processos e fatores que controlam perdas para o ambiente de nãoNpoint fontes de contaminantes. Tais estudos podem produzir dados valiosos para uso em modelos de desenvolvimento para prever o destino eo transporte de sedimentos e poluentes químicos em escoamento sob condições de chuva natural.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Simulador	de Chuva Joern's Inc.	TLALOC 3000	Tamanho 1,5 m x 2,0 m (tamanho opcional)
Simulador	de chuva Joern's Inc.	TLALOC 4000	Tamanho 2,0 m x 2,0 m (tamanho opcional)
Sistemas	de pulverização de bicos de chuva Inc.	3/8HH-SS17WSQ	Tamanho 17 bico
Bico de Chuva	Pulverização Systems Inc.	3/8HH-SS24WSQ	Tamanho 24 bico
Rainfall Nozzle Spraying	Systems Inc.	1 / 2HH-SS30WSQ	Tamanho 30 bico
Rainfall Nozzle	Spraying Systems Inc.	3 / 8HH-SS50WSQ	Bico tamanho 50