Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Непрерывного потока мониторинг питательных веществ и осадков в бассейнах рек сельскохозяйственного

10.4K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/56036

⸱

26 сентября 2017 г.

 , 
1Oak Ridge Institute of Science and Education (ORISE), 2Delta Water Management Research Unit, United States Department of Agriculture, Agriculture Research Unit USDA-ARS

В этой статье

Краткое содержание

С развитием технологии и рост ожиданий конечного пользователя возросла и необходимость использования выше временного разрешения данных для оценки нагрузки загрязнителей. Этот протокол описывает метод для непрерывной в situ мониторинга качества воды для получения выше временное разрешение данных для информированного водных ресурсов управленческих решений.

Аннотация

Концентрации загрязнителей и нагрузок в водосборных бассейнах различаются с времени и пространства. Точной и своевременной информации о масштабах загрязняющих веществ в водных ресурсов является необходимым условием для понимания движущих сил нагрузок загрязнителей и для принятия информированных водных ресурсов управленческих решений. Часто используемый метод «захватить выборки» предоставляет концентрации загрязняющих веществ во время выборки (т.е., снимок концентрации) и может под- или overpredict концентрации загрязнителей и нагрузок. Непрерывный мониторинг питательных веществ и осадков недавно получил больше внимания из-за достижения в вычисления, зондирования технологии и устройств хранения данных. Этот протокол демонстрирует использование датчиков, зонды и приборостроение непрерывно контролировать в situ нитрат, аммония, мутность, pH, проводимость, температуры и растворенного кислорода (ДУ) и для расчета нагрузок от двух потоков (траншей) два сельскохозяйственных водосборов. С правильной калибровки, обслуживанию и эксплуатации датчиков и зонды хорошей воды качества данные могут быть получены путем преодоления сложных условий, таких как накопление обрастания и мусора. Метод может также использоваться в водосборных бассейнах различных размеров и характеризуется сельскохозяйственной, лесной и/или городских земель.

Введение

Мониторинг качества воды предоставляет информацию о концентрации загрязнителей в различных пространственных масштабах, в зависимости от размера области вклад, который может варьироваться от участка или поле водоразделом. Этот мониторинг происходит в течение определенного периода времени, такие как отдельное событие, день, сезон или год. Полученная от мониторинга качества воды, главным образом касающимся питательных веществ (например, азот и фосфор) и в отложениях, могут быть использованы для: 1) понять гидрологических процессов и транспорта и преобразования загрязнителей в потоки, Например, сельскохозяйственных дренажных рвов; 2) оцените эффективность методов управления применяется к водосборного бассейна для снижения нагрузки питательных веществ и осадков и повышения качества воды; 3) оценить доставки отложений и питательных веществ для воды вниз по течению; и 4) улучшения моделирования питательных веществ и осадков для понимания гидрологического и воды качества процессов, которые определяют переноса загрязнителей и динамика в диапазоне временных и пространственных масштабов.

Эта информация имеет решающее значение для восстановления водных экосистем, устойчивого планирования и управления водных ресурсов1.

Наиболее часто используемый метод для питательных веществ и осадков мониторинг в переломный момент является захватить выборки. Схватить выборки точно представляет снимок концентрации во время выборки2. Он может также изображают вариации концентраций загрязнителей с течением времени, если делается часто выборки. Однако частое выборка является время интенсивных и дорого, часто делает это непрактично2. Кроме того, захватить выборки может под- или переоценить концентрации фактических загрязнителей за пределами выборки время2,3,4. Следовательно нагрузок, рассчитанных с использованием таких концентрациях может оказаться неточным.

Кроме того непрерывный мониторинг обеспечивает точную и своевременную информацию о качестве воды в заданной временной интервал, например за минуту, час, или в день. Пользователи могут выбрать соответствующие временные интервалы, исходя из их потребностей. Непрерывный мониторинг позволяет исследователи, плановиков и руководителей для оптимизации сбора проб; развивать и контролировать время интегрированных метрик, таких как общее максимальное количество ежедневных нагрузок (TMDLs); оценки рекреационного использования водоемов; оценить поток исходных условий; и пространственном и временном отношении оценки вариации загрязняющих веществ для определения причинно следственных связей и разработать план управления5,6. Непрерывный мониторинг питательных веществ и осадков недавно получил повышенное внимание из-за достижения в технологии вычислений и датчик, улучшение возможностей устройств хранения и возрастающие потребности данных необходимо изучить более сложные процессы 1 , 5 , 7. в глобальном обзоре более 700 специалистов, использование Многопараметрический зонды увеличилась с 26% до 61% от 2002 до 2012 и ожидается, достигнет 66% 20225. В того же обследования 72% респондентов указали, что необходимо для расширения их сети мониторинга для удовлетворения их данных потребностей5. Количество станций мониторинга сети и количество переменных, контроль на станции в 2012 году ожидается увеличение на 53% и 64%, соответственно, 20225.

Однако непрерывная воды качество и количество мониторинг сельскохозяйственных водосборных бассейнов является сложной задачей. Больших осадков вымывают отложений и макрофиты, способствует высокой отложений нагрузки и мусора нарастание в датчиков и зонды. Стока избыток азота и фосфора, применяется для сельскохозяйственных полей создает идеальные условия для роста микроскопических и макроскопические организмов и обрастания датчики потока и зонды, особенно в летнее время. Загрязнений и отложений накопления может вызвать датчики неудачу, дрейф, и производят ненадежных данных. Несмотря на эти проблемы тонкие временное разрешение (как низко как минута) данные необходимы для изучения процессов стока и неточечных источников загрязнения, как они страдают от водораздела характеристиками (например, размер, почвы, уклон, и т.д. ) и времени и интенсивности осадков7. Тщательное поле наблюдения частые калибровки и надлежащего обслуживания и очистки может обеспечить качественных данных от датчиков и зонды, даже разрешением точного времени.

Здесь мы рассмотрим метод для в situ непрерывный мониторинг два сельскохозяйственных водосборных бассейнов, с использованием Многопараметрический воды качества зонды, площадь скорости и датчика датчики давления и автосампл; их калибровка и обслуживание области; и обработки данных. Протокол демонстрирует способ, в котором может выполняться мониторинг качества непрерывного воды. Протокол обычно применяется для мониторинга в любой тип или размер водораздел непрерывной воды качества и количества.

Протокол был проведен в северо-восточной Арканзас в маленькой речными канавы (ЮК 080202040803, район 53,4 км2 ) и Нижняя St. Фрэнсис бассейна (ЮК 080202030801, район 23,4 км2 ). Эти два водосборов слейте в притоках реки Миссисипи. Была выявлена необходимость мониторинга притоков реки Миссисипи ниже Комитет по охране реки Миссисипи и залив Мексики гипоксии целевой группой для разработки плана управления водосборами и записать ход деятельности по управлению 8 , 9. Кроме того, эти водосборов характеризуются как фокус водосборов по сохранению службы Соединенных Штатов Департамента сельского хозяйства и природных ресурсов (USDA NRCS), опираясь на потенциал для сокращения загрязнения питательными веществами и отложений и улучшение качества воды10. Края поля мониторинг осуществляется в бассейнах этих рек в рамках штата сети реки Миссисипи инициативы здорового водораздела бассейна (MRBI)11. Более подробная информация о водоразделах (то есть, места, водораздел характеристики и т.д.) предоставляются в Арьял и Реву (2017)6. Короче говоря мало рвы бассейна реки имеет преимущественно ила суглинок почвы, и хлопка и соевых бобов являются основных сельскохозяйственных культур, тогда как нижний St. Фрэнсис бассейна имеет преимущественно Шарки глинистой почве, и основных сельскохозяйственных культур являются риса и сои. На каждом водораздела в месте постоянного количества и качества воды мониторинга (т.е. температура нагнетания, рН, ДУ, мутность, проводимость, нитрата и аммония) было проведено на трех станциях в мейнстрим, используя этот протокол к понимаете пространственной и временнóй вариативности в нагрузок загрязнителей и гидрологических процессов. Кроме того были собраны и проанализированы для взвешенных наносов co загрузок пробы водыncentration.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Выбор сайта

  1. водораздел выбор
    1. Выбор watershed(s), основанный на масштабы проблемы загрязнения, приоритет водораздел, близость к научно-исследовательский центр, доступ к сайту, и данные цели.
  2. Поток выборки места
    1. выберите поток Гео-место(с) выборки на основе этого исследования.
      Примечание: Оптимальный выборки местах перемешанных сечения, безопасно и легко доступной, геофизической стабильными (т.е., постоянное сечение и Банк поддерживает инструмент станции жилья), и представитель 12 , , 13 14. Станции не сразу ниже по течению от места слияния двух потоков и в разделе прямой канал, без поперечного сечения канала сходные и расходящиеся, являются более однородной и представитель 14.
    2. Разместить гидрологических и воды измерения качества при поперечном разрезе для расчета нагрузок.
      Примечание: Если определение пространственной вариации питательных веществ и осадков в переломный момент, выберите несколько станций для потенциальных источников во всем речном бассейне.

2. Инструмент и выбор датчика

  1. выбрать приборы и датчики для измерения разряда и качество воды и сбор проб воды на предполагаемого интервала. Выберите инструмент и датчики, основанные на данных необходимо, водосборов и имеющиеся ресурсы.
    Примечание: Идеальный датчики надежной, точной, чувствительных, точные, лоу кост и подходит для среды потока и требуют ограниченного обслуживания и минимальное обучение техник поле 13. В сельскохозяйственной водоразделом обрастания и мусора накопления являются величайших причины проблем. Следовательно зонды с самоочищающимися и противообрастающих функциями являются предпочтительными.
    1. Использования и автоматический пробоотборник, зонды, площадь скорости датчик, датчик давления и портативный расходомер.
      Примечание: Скважинных приборов должны иметь стеклоочистителя очистить датчик мутность и щетку для очистки рН, аммония, нитрат и делать датчики.
      Примечание: Инструмент в этот Протокол относится к воды единицы выборки, состоящей из Автоматический пробоотборник, шланг, фильтр или потока модуль и области скорости датчик.
  2. Параметры качества выберите воды, основанный на объективных данных, датчик стоимости и доступности. Измерения температуры, рН, ДУ, проводимость, мутность, аммония и нитрата каждые 15 минут
    Примечание: Температуры, рН, ДУ и проводимости являются наиболее распространенными выбранных параметров и измеряются на станциях USGS, тогда как нитрат аммония и мутность являются менее распространенными, но набирают популярность 1 , 14.
    Примечание: цели данных зависят от характеристик водосбора. Например, азота и фосфора мониторинг может быть важнее в сельскохозяйственных водосборных бассейнов, по сравнению с фосфора мониторинга в городах водосборов.

3. Калибровка скважинных приборов и программирование

  1. калибровки датчиков на скважинных приборов в соответствии с рекомендациями производителя. Измените протокол калибровки при необходимости на основе местных экологических условий.
    Примечание: Частота калибровки зависит от среды, в которой подвергаются датчики. Как правило он падает в течение 2-4 недель. Здесь, зонды калибруются каждые 2 недели в течение вегетационного периода и каждые 3 недели в вегетационный сезон (с ноября по апрель).
  2. В лаборатории, очистить зонда перед калибровки. Очистите с помощью мягкой щетки (например, зубные щетки) и soap или универсальный очиститель поверхности датчика. Извлеките термостат стеклоочистителя и кисти с помощью гексагональной шестигранного ключа; Очистите стеклоочистителя и кисть.
  3. Вливают электролит электрод сравнения рН, Залейте раствор свежего электролита и добавление хлорида калия соляную таблетку для поддержания проводимость раствора электролита. Закройте крышку, так что это герметичные; в то время как колпачок ввинчивается в настоящее время на будет проливаться некоторые электролита. Промойте скважинных приборов с дейонизированной водой.
  4. Приостановить скважинных приборов на прочную поддержку так, что в нижней части скважинных приборов лежит приблизительно 20-30 см над верхней таблицы, позволяющие легко работоспособность. Подключите к компьютеру с помощью кабеля связи зонда. Запустите производитель ' s программного обеспечения. Пресс " работают скважинных приборов " вступить в программу зонда.
  5. Установить количество калибровочных стандартов на " Установка параметров " вкладка. Калибровка датчиков в следующем порядке: проводимость, рН, ДУ, мутность, нитрата и аммония.
    Примечание: Порядок калибровки имеет важное значение, как нитрата и аммония датчики используют значения проводимости и рН.
    Примечание: Количество калибровочных стандартов являются 2 для проводимости, 2 или 3 для рН, 1 для ДУ, 2 или 4 для мутность, 2 для нитрата и 2 для аммония.
  6. Промыть выводящую ди водой несколько раз и высушите поверхность выводящую с салфетки до внедрения стандарта на датчик для предотвращения перекрестного загрязнения.
    Примечание: Прежде чем калибровка каждого датчика, запишите значения датчика читает для следующих стандартов: делаете, рН 7, мутность ди и 50 НТУ, нитрата 50 мг/Л, и аммония для 50 мг/л. Эти значения могут использоваться для оценки ли датчики были точны в поле. Они могут также разумно использоваться для исправления значений поля.
  7. После калибровки каждого датчика (шаги 3.8-3.13) для стандартного, " успешной калибровки " появится; Если калибровка не, сброс датчика и повторите попытку. Если датчик по-прежнему не удается, расходных материалов может потребоваться замена или датчик может понадобиться заводской ремонт.
    Примечание: Сброс нитратов или аммония датчик будет сбросить обоих датчиков.
  8. Калибровать датчик проводимости, используя 2-точки калибровки; 0 мкСм/см для сухого датчика и 1412 мкСм/см для стандартного решения. Выберите " SpCond [мкСм/см] " в " калибровка " вкладка. Сухие овальная часть датчика полностью с салфетки. Введите " 0.0 " в мкСм/см и введите " калибровка. "
    1. Вставить стандарта в чехле, чтобы полностью покрыть овальная часть датчика. Подождите, пока датчик, чтение, стабилизирует (~ 2-5 мин), введите " 1412 " в мкСм/см и введите " калибровка. " " калибровка успешно " будет отображаться; Если калибровка не удается, сброс датчика и повторите попытку.
  9. Калибровки датчика рН, с помощью рН 7 и рН 10 стандартов и проверьте линейность калибровки с pH 4. Выберите " pH [единицы] " вкладка в закладке калибровки вставить pH 7 стандарта в чехле, охватывающих перекрестка рН и электрод сравнения. Подождите приблизительно 5 минут для его стабилизации. Введите " 7.0 " как pH значение и введите " калибровка. "
    1. электроды сполосните и высушите их с помощью салфетки. Вставьте рН 10 и следуйте же процедура для рН 7. Вставить pH 4, чтобы проверить, если удовлетворяется линейность калибровочной кривой; Калиброванные датчик следует читать 4 ± 0,2 для рН 4,0 стандарт.
  10. Калибровать датчик ДУ с использованием Температура Стабилизированный, воздух насыщен, деионизированной воды (18 М Ω-cm) как стандарт одной точки.
    1. Выберите " LDO % [Суббота] " tab. заполнить калибровки Кубок ди водой до уровня почти полный и место Кубок на скважинных приборов. Инвертировать скважинных приборов, чтобы убедиться, что датчик температуры и ДУ мембраны полностью покрыты водой.
    2. Ждать около 5 минут для стабилизации процент насыщения чтения. После стабилизации, введите " 100 " для процент насыщения. Введите барометрическое давление в мм рт.ст, проверяя местные Погодные станции и " калибровка. "
      Примечание: DI воды температура стабилизированный и воздуха насыщенный, оставляя открытым в атмосферу по крайней мере на ночь в лаборатории для газообмена, насыщенность и стабилизации температуры. Барометрическое давление должна быть представлена, поскольку ду насыщенность зависит от атмосферного давления помимо температуры (измеряется скважинных приборов, сама).
    3. Проверить коэффициент масштабирования, которая должна быть 0,5 - 1,5, для приемлемой калибровки. Выход из программы калибровки, введите режим терминала, используйте стрелки, чтобы подчеркнуть " Log In, " и нажмите " введите. " голы " уровень 3 " и нажмите " введите. " выделить " установки " и нажмите " введите. " голы " датчики " и нажмите " введите. " выделить " делать " и нажмите " введите. " выделить " ду % сел " и нажмите " введите. " внимание масштаб.
    4. Пресс " Esc " выйти и войти " работают скважинных приборов " снова. Выберите " калибровки вкладка " продолжать калибровки.
    5. Инвертировать зонда обратно и приостановить его так, что датчики сталкиваются земли.
  11. Калибровки датчика мутность, с использованием 4 стандартов: ди, 50 НТУ, НТУ 100 и 200 НТУ. Выберите " мутность [NTUs] " вкладка. В калибровки чашку Положите достаточно ди воды, чтобы покрыть по меньшей мере в нижней части датчика мутность. Пусть чтение мутность стабилизации. Введите точку " 1 " ди стандарта, " 0,6 " НТУ мутность значение, и " калибровка. "
    1. аналогично, калибровки датчика мутности для других стандартов. Предотвратить образование пузыря, гомогенизации стандартов, поворачивая бутылку вверх и вниз (не трясите) и лить стандартов вдоль Кубок.
    2. После калибровки всех стандартов, проверить показаниях датчиков для ди и 50 НТУ, чтобы увидеть, если калибровка был приемлемым (т.е. в пределах ±1%).
  12. Калибровки Нитратомер с использованием двух стандартов: высокая (50 мг/Л не 3 –-N) и низкого (5 мг/Л не 3 –-N). Выберите " – № 3 [мг/Л-N] " вкладка.
    1. Pour стандарт для заполнения калибровки Кубок до трех четвертей 50 мг/Л полный и место Кубок на скважинных приборов, герметичность соединения. Инвертируйте скважинных приборов, так что нитрата и температуры датчики полностью покрыты. Ждать 15 минут (или до чтения стабильного). После стабилизации, ввести стандартный уровень " 1 " и значение " 46,2. " запись температуры и mV чтений в записной книжке. Введите " калибровка. "
      Примечание: Нитратомер использует датчик температуры помимо датчики проводимости и рН.
    2. Датчиков с ди воды промойте несколько раз и высушите их с салфетки. Повторите ту же процедуру для низкого стандарта. Разница между двумя Напряжение чтениях должно быть 50-65 mV, и разница между показания температуры не должен превышать 5 ° F для калибровки приемлемым.
  13. Калибровки датчика аммония аналогично Нитратомер.
  14. Переустановить и калибровки стеклоочистителя и кисти. Выберите " Автовыкл [Rev] " tab. Выберите " 1 " вращения и введите " калибровка. "
    Примечание: щетки и щетки будет вращаться один раз.
  15. После того, как все датчики калибруются, программа скважинных приборов. Введите " Установка часов для pc время " в " системы " вкладка для синхронизации. Удалить старый файл журнала, если имеются 4 существующие файлы журнала и создания нового файла журнала. После создания файла журнала, выберите мониторинга параметров и параметров для входа. Выберите контролирующую продолжительность (т.е. до следующей калибровки, обычно 2-3 недели в сельскохозяйственных водосборных бассейнов) и интервал (15 мин), выбрав начала и конец времени файла журнала и журнала интервала. Сохранить файл протокола.
    Примечание: В любое время, скважинных приборов можно хранить до 4 журнала файлы.
  16. Проверить напряжение внутренней батареи и при необходимости замените внутренние батареи.
    1. Выберите " онлайн мониторинг " вкладке и начать онлайн мониторинг.
    2. Проверить напряжение чтения внутренней батареи. Если оно ниже 10,5 V, заменить его с восьми новых батарей C.
      Примечание: Скважинных приборов прекращает запись данных, если напряжение внутренней батареи падает ниже ~9.0 V.
    3. Использовать кремния герметик для герметизации крышку батарейного отсека для водонепроницаемых подключения.
  17. Прикрепите датчик охраны и положил его в ведро воды наполовину.
    Примечание: Зонды в ведро готовы для транспорта и (ре) установки на объектах. Зонды должны быть погружены в воду для рН электрод для правильной.

4. Инструмент и установка датчика

  1. район скорости датчик и потока модуль
    1. горы площадь скорости датчик надежно на стальной пластине на выбранного сечения. Смонтировать стальные пластины на " Л " кронштейн ( рис. 1), который установлен в Telspar, пост инициативе на Талвег потока (т.е., самой глубокой части канала) ( рис. 1); расширение " Л " кронштейн вверх по течению Telspar поста должна быть достаточно долго, чтобы поток не зависит от присутствия Telspar пост в потоке. Поместите датчик в " L " кронштейн на русло ручья, таким образом, чтобы кончик датчика стоят вверх по течению вдоль линии потока.
      Примечание: Эффект Telspar пост можно визуально оценивается, если введение поста создает поток помеха на датчик позиции вверх по течению или количественно с помощью датчиков с и без Telspar пост. В этом протоколе поперечных колебаний было сочтено незначительным. Если это быть оцененным, несколько зонды или датчики могут размещаться на сечение. Площадь скорости датчик измеряет средняя скорость с помощью метода ультразвуковая допплерография. Он не требует коэффициент пересчета, основанных на глубину потока или скорость профилирования и на месте калибровки. Потока модуль измеряет скорость от -1,5 до 6,1 м/с и глубиной от 0,01 м до 9,15 м. Таким образом, он применим к различным водосборов.
    2. Для вычисления разряда, измерить площадь поперечного сечения.
      Примечание: Программное обеспечение непосредственно можно вычислить площадь, если форма канала или уравнение.
      Примечание: Данные от датчика записываются непосредственно в модуле потока и может быть загружен на компьютер с помощью производитель ' s программного обеспечения и коммуникационный кабель.

< img alt = «Рисунок 1» class = «xfigimg» src = «/ файлы/ftp_upLoad/56036/56036fig1.jpg» / >
Рисунок 1. Структура типичного потока мониторинга станции (не в масштабе).
Станция содержит Telspar пост, на котором скважинных приборов приостанавливается с помощью стального кабеля, карабин и втулки. Наконечники, не отображаются. L-скобка, на которой установлен датчик области скорости помещается в русло ручья и плотно крепится к сообщению с помощью гайки и болты. Автоматический пробоотборник, (не показано на рисунке) тянет пробы воды из шланга, содержащий фильтр на кончике. Кабель от района скорости датчик подключен к модулю потока (не показан). пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. датчик давления (датчик PT)
    1. всякий раз, когда датчик области скорость недоступна, измерения глубины с помощью датчика давления.
    2. Датчик PT внутри поста Telspar и закрепите его с стальной проволоки и наконечники; наконечник датчика необходимо просто коснуться русло ручья. Программа PT датчик для измерения глубины воды каждые 15 мин.
  2. Руководство выполнять измерения
    1. для станций с датчиком PT как разряд устройство измерения кривой этап разряда измеряя вручную разряда в диапазоне потоков, охватывающий, по меньшей мере низкой, средней и высокой потоки. Разделите несколько сегментов (шириной 30-60 см), площадь поперечного сечения в зависимости от ширины потока. Измерьте средняя скорость в центре линии сегмента, используя портативный расходомер. Если глубина < 10 см, измерить максимальную скорость и умножить на 0,9 для получения средней скорости. Если глубина 10-75 см, Измерьте скорость на 0,6 глубины для определения средней скорости 15. Для более чем 75 см глубины, измерения скорости на три глубинах (0,2 0,6 и 0,8 глубина от поверхности воды) и в среднем их 15.
    2. Расчета разряда сегмента с помощью средняя скорость, ширина и глубина сегмента и суммой сбросов от всех сегментов для получения полного разряда.
    3. Процедура для диапазонов потоков, охватывающих низкий, средний и высокий потоков.
    4. Определить связь между стадии (т.е., глубина потока измеряется датчика давления во время ручного сброса измерения) и измеренных сбросов.
      Примечание: Если разряд является слишком высокой, чтобы измерить скорость вручную, временной области скорости датчик может использоваться сделать отношения между разряда, измеренная датчиком области скорость и глубина, измеренная датчиком PT.
  3. Воды качества Многопараметрический зонда
    1. смонтировать скважинных приборов на Telspar пост с стальной провод, наконечники и карабин для скважинных приборов безопасности и простота установки и удаления ( рис. 1). Место зонда на стороне вниз по течению Telspar пост для предотвращения ущерба от мусора или древесины журналы, которые могут прийти плавающей с потоком воды, особенно во время наводнения. Место в нижней части зонда по крайней мере 1-10 см выше поток кровати, чтобы уменьшить вероятность накопления отложений на зонда.
      Примечание: Скважинных приборов всегда должен быть погружен в воду. Таким образом в потоке с различными потоками, скважинных приборов должно быть достаточно высоким, чтобы уменьшить накопление отложений скважинных приборов и достаточно низкой, чтобы предотвратить скважинных приборов от получения воздействию воздуха. Однако, для канала с менее переменный поток, скважинных приборов могут быть размещены таким образом, чтобы датчики являются примерно на 10 см ниже поверхности воды.
      Примечание: Если скважинных приборов имеет датчик глубины, высоты датчика глубину от кровати канала следует измерять с учетом глубины установки датчика глубину над кроватью канала.
    2. Мощность скважинных приборов с внутренней батареи и/или внешние батареи. Используйте поле портативный аккумулятор для размещения внешнего аккумулятора и кабель для подключения к скважинных приборов. Программа скважинных приборов для сбора данных каждые 15 мин и загрузить данные непосредственно к компьютеру с помощью кабеля связи.
  4. Автоматический пробоотборник
    1. установить автоматический пробоотборник в Погода защитный корпус в верхней части потока банка на устойчивом основании. Мощность Автоматический пробоотборник с свинцово-кислотных аккумуляторов. Установить 20-Вт панели солнечных батарей для зарядки батареи месте.
    2. Безопасный сетчатый фильтр трубы под водой с Telspar должности или L-образные и подключите его к автоматический пробоотборник с шлангом.
      Примечание: Автоматический пробоотборник вытягивает воду из потока через ситечко и шланг.
      Примечание: Позиционирования трубы сетчатый фильтр имеет важное значение для получения репрезентативных данных. В этом протоколе, был позиционирован, предполагая не поперечных колебаний.
    3. Программа Автоматический пробоотборник для образца воды неделю или по необходимости. Обратитесь к руководству Автоматический пробоотборник, предоставляемой производителем.
      Примечание: Автоматический пробоотборник может быть запрограммирован для образца воды на основе осадков, поток, время или комбинации. Пробоотборник может быть запрограммирован для образца одного образца в много бутылок, многие образцы в одну бутылку (композитный), или комбинацию.
      Примечание: Автоматический пробоотборник собирает объем воды (2000 мл) необходимые для анализа дополнительных параметров в лаборатории. В дополнение к непрерывный контроль за качеством воды с помощью зонда, анализируются образцы на еженедельной основе для концентрации взвешенных наносов.

5. Датчик и обслуживание скважинных приборов

  1. датчик чистый уголок скорости на каждом посещении по уменьшению засорения на или вблизи поверхности датчика.
  2. Часто калибровки датчиков на зонда.
    Примечание: Частота зависит от сезона, гидрология, водосборных бассейнов, тип датчика и темпов обрастания. В водосборных бассейнах, выбрали здесь, калибровки необходимо каждые 2 недели для сбора качественных данных.
  3. Заменить расходные детали как рекомендованный производителем.
    Примечание: Это включает электрода ссылка рН/Кап, Кап (мембрана) датчик ДУ, Ион наконечник датчики (нитрата и аммония) и циркулирующих стеклоочистителя и щетки.
  4. Отправить скважинных приборов для заводской ремонт при необходимости (т.е., если датчик не читали приемлемые значения для стандартов, даже после сброса и повторная калибровка, или если датчики не калибровки).

6. Области выборки и лабораторный анализ

  1. подготовить заранее для ознакомительной поездке для поддержания датчиков и сбора воды автоматически собранные образцы или пробы воды вручную образец и собирать, если автоматический пробоотборник не доступен на сайте. Не забудьте включить пункты, перечисленные в разделе Контрольный список (Таблица 1).
  2. Сбор проб воды в чистой (то есть, кислоты промывают и промыть) и сухой сосуд (10 Л), маркировать их и транспортировать их на льду в лабораторию, как можно скорее для анализа.
    Примечание: Образец собранной воды является репрезентативной выборки в реальных условиях, в то время выборки и в конкретном месте; следует сохранить целостность собранных образцов против загрязнения и физические, химические и биологические изменения 12.
    Примечание: Контейнер материала, необходимого может отличаться для некоторых аналитов интерес, тогда как подкисления и/или фильтрации могут потребоваться на сайте.
  3. Анализ colли воды образцов в лаборатории с использованием стандартных методов до проведения утвержденных раз 16.
    Примечание: Пробы воды могут быть проанализированы с использованием EPA 353.2; 4500-NO3 для нитрата, EPA 353.2; 4500-NO2 для нитрит, EPA 365.1; 4500-PI для фосфат, EPA 350.1; 4500-PJ для общего азота, EPA 365.4; 4500-PJ для общего фосфора, 2540-D для общего взвешенных веществ, 2540-C для всего растворенных твердых веществ и D 3977-97 для 16 , концентрация взвешенных наносов 17.
  4. Следовать надлежащего контроля качества и проверки, такие как пробелы, стандартов, репликация, и т.д., во время анализа. Следуйте плану проекта гарантии качества (QAPP).
  5. Заполнить цепи стражей листы для образца коллектора и лабораторного персонала и сохранить копию каждого из них. Обратите внимание любые необычные или заметные события, наблюдается в поле, по цепочке стражей листов.

7. Сбор и анализ данных

  1. сбор воды качества и количества данных зонды, потока модуль, лаборатории и.
  2. Сохранить копию всех необработанных данных перед началом работы с коррекция данных и анализа.
  3. Тщательно проверить собранные данные на мутность и удалите любые нуля (например, 0.0 НТУ), NAN или необоснованным значения (например, 3000 НТУ; верхний предел обнаружения датчика) до дальнейшего анализа.
    Примечание: Следует проявлять осторожность при снятии любых данных. Они удаляются, только когда сайт-специфические условия в поле заметки выявить и определить, что данные не являются разумными.
  4. Этап разряд связь использовать для вычисления выписки из датчика PT.
    Примечание: Измеренная датчиком PT глубина должна быть с компенсацией давления.
    1. Использования производителя (в situ Inc.) программного обеспечения, " Baromerge, " после исправить данные датчика PT.
      Примечание: Данные могут быть исправлены путем значение фиксированной барометрическое давление, введя многих барометрического давления значения вручную и автоматически с помощью файла журнала baroTroll. Этот протокол использует файл журнала baroTroll, развернутых в поблизости автоматически исправить данные датчика PT.
  5. Для области скорости датчик данных, удалите любые негативные поток, который может быть датчик артефакт.
    Предупреждение: Иногда может фактически быть отрицательный поток, в зависимости от сайта. В этом случае не игнорировать негативные скорости.
  6. Расчета отсутствующих данных разряда, с использованием линейной регрессии между вверх или вниз по течению разряда и разряда на станции.
    Примечание: Отношения должны быть статистически значимым, который обычно происходит между сбросов для любых вышестоящих и нижестоящих станций. В водосборных бассейнах, тестирование здесь, отношения было значительным (p < 0,01) и коэффициент корреляции составил более чем 93%. Однако, отсутствующих данных разгрузки могут только быть заполнены с помощью этого метода, если расстояние между сайтами короткий и водораздел характеристики остаются аналогичными.
  7. Не заполнить недостающие данные о качестве воды.
    Примечание: Данные о качестве воды зависят от многих переменных (например, сроки и применение удобрений, ли разряда увеличивается или уменьшается, сайт конкретных условий и т.д.).
  8. Выполнить регрессионный анализ концентрации взвешенных наносов (SSC) от лабораторных результатов и мутность (НТУ) измеряется в поток.
    Примечание: Такой регресс чувствителен к размер распределения, таким образом, что если песок представляет собой значительный, но переменная часть ГКС, регрессии будет бедным. Однако можно улучшить, если пески и штрафы разделены во время анализа проб и если штрафы связаны с ГКС. Используйте регрессии для вычисления значений непрерывного SSC.
  9. , Так как концентрация загрязнителей различаются с разрядкой, вычислить поток взвешенный концентрации с использованием уравнения 1 6. Расчет потока взвешенные средние концентрации (FWMC) на ежедневной основе с использованием данных Почасовая. Кроме того Рассчитайте его на почасовой основе с использованием данных 15-мин; FWMCs время интегрированные а.
    figure-protocol-1
    где
    FWMC = поток взвешенный средняя концентрация на ежедневной основе
    c, я = концентрация я й образец
    t, я = время, 1 h
    q я = разряда для я й образец
    я = 1 до 24
  10. применять соответствующие статистические методы для достижения данных целей. Когда данные не обычным, преобразования данных, чтобы сделать их нормальной или использовать средний ± межквартильный диапазон. Выполнение непараметрические тесты для не обычным данных.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

В издании Арьял и Реву (2017) этот протокол был использован для изучения транспорта и превращение питательных веществ и осадков в два небольших сельскохозяйственных водосборов6. Ниже описаны дополнительные исходы из этого протокола.

Осадки сток воды качества отношений:

Сила непрерывного мониторинга состоит в том, что пользователи могут выбрать резо...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В целом непрерывный мониторинг питательных веществ и осадков имеет ряд преимуществ над мониторинга с использованием метода выборки схватить. Гидрологии и водных ресурсов качество процессов влияет осадков за очень короткий промежуток времени. Пользователи могут получить высокого временного разрешения данных о питательных веществ и осадков для изучения сложных проблем. Других параметров качества воды, например проводимости, рН, температуры и ДУ, могут быть получены одновременно и на той же стоимости что касается мониторинг...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

Исследование стало возможным благодаря финансированию от сохранения проекта оценки воздействия (СЕАР). Мы особенно благодарны за доступ к сайту разрешение от производителей, исследовательской помощи от членов USDA-ARS-Delta воды управления исследовательской группы и анализа проб сотрудниками на объекте исследований экотоксикология, Арканзас государственный университет. Часть этого исследования была поддержана на прием к программе участия ARS, ведении Окриджская институт науки и образования (ORISE) через межведомственного соглашения между Департаментом энергетики США и USDA. ORISE находится в ведении ORAU под номером договора Доу де-AC05-06OR23100. Все мнения, выраженные в настоящем документе являются автора и не обязательно отражают политику и взгляды USDA, ARS, DOE, или ORAU/ORISE.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Многопараметрический зондHach HydrolabDS5Xизмеряет температуру, pH, проводимость, растворенный кислород, нитраты, аммоний, мутность
Модуль скорости потока и датчикTeledyne Isco2150измеряет среднюю скорость потока и глубину потока, а также рассчитывает расход и общий расход на основе предоставленной площади поперечного сечения канавы. Сохраненные данные могут быть загружены непосредственно на компьютер.
Автоматический портативный пробоотборникводы Teledyne IscoISCO 6712автоматически отбирает пробы воды с заданным интервалом или совместно с модулем расхода и датчиком
давленияIn-situRugged Troll 100измеряет предусмотрительность, уровень и температуру в воде. Сохраненные данные могут быть непосредственно загружены на компьютер
Портативный расходомерFlo-mate (Hach)Marsh-McBirney 2000Для ручного измерения разряда
Аккумулятор, 12 В, перезаряжаемыйUPGUB 1270Для питания зонда
Аккумулятор, 12 В, перезаряжаемыеМежштатные батареиSRM 27Свинцово-кислотный аккумулятор для питания автосамплера
Солнечная панельAlt EALT20-12PДля подзарядки аккумуляторных батарей
С-8
используются калибровочные стандартыHach или Fisher ScientificmultimpleStandards по рН (4,7,10), проводимости (1412 мкСм/см), нитратам (5 и 50 мг/л), аммонию (5 и 50 мг/л) и мутности (50,100,200 NTU)Норма
высокой нитратностиHach013810HY50 мг/л
Норма низкой нитратностиHach013800HY5 мг/л
Стандарт с высоким содержанием аммонияHach002588HY50 мг/л
Стандарт с низким содержанием аммонияHach002587HY5 мг/л
Стандарт мутностиFisher scientificR8819050-500G50 NTU
Стандарт мутностиFisher Scientific88-061-6100 NTU
Стандарт мутностиFisher ScientificR8819200500 C200 NTU
Гранулы соли хлорида калияHach005376HYдля поддержания электролита для pH-электрода
Хлорид калия стандартFisher scientific5890-161412 мкс/см
Буферный раствор, pH 4Fisher scientificSB99-1для калибровки датчика pH
Буферный раствор, pH 7Fisher scientificSB108-1для калибровки датчика pH
Буферный раствор, pH 10Fisher scientificSB116-1для калибровки датчика pH
Силиконовый герметикHach00298HYДля герметизации датчика крышка аккумулятора водонепроницаемый
Универсальный очистительSunshine Makers IncПростые зеленые
салфеткиKimberly-Clark
L-образный кронштейн
Telsbar PostUnistrut Service CompanySecure датчики и зонды в потоке
Стальная проволочная проволочнаязонда и PT датчик
Carabinerupend sonde и PT датчик
шестигранный
Медная проволочная сеткаBird B Gone Rodentand bird control медная сетка рулон Клейкая
лентаAgri Drain CorporationПлиточная лента, работает во влажную и холодную погоду
на участкеключ

Ссылки

  1. Pellerin, B. A., et al. Emerging Tools for Continuous Nutrient Monitoring Networks: Sensors Advancing Science and Water Resources Protection. J Am Water Resour Assoc. 52 (4), 993-1008 (2016).
  2. Rozemeijer, J., et al. Application and Evaluation of a New Passive Sampler for Measuring Average Solute Concentrations in a Catchment Scale Water Quality Monitoring Study. Environ Sci Tech. 44 (4), 1353-1359 (2010).
  3. Cassidy, R., Jordan, P. Limitations of instantaneous water quality sampling in surface-water catchments: Comparison with near-continuous phosphorus time-series data. J. Hydrol. 405 (1-2), 182-193 (2011).
  4. Facchi, A., Gandolfi, C., Whelan, M. J. A comparison of river water quality sampling methodologies under highly variable load conditions. Chemosphere. 66 (4), 746-756 (2007).
  5. Hamilton, S. Global hydrological monitoring industry trends. , Aquatic Informatics. Vancouver, B.C. (2012).
  6. Aryal, N., Reba, M. L. Transport and transformation of nutrients and sediment in two agricultural watersheds in Northeast Arkansas. Agric Ecosyst Environ. 236, 30-42 (2017).
  7. National Research Council (U.S.). Confronting the nation's water problems: The role of research. , National Academies Press. (2004).
  8. LMRRA (Lower Mississippi River Resource Assessment). Final Assessment in Response to Section 402 of WRDA 2000 Public Review Draft. , (2015).
  9. MWNTF (Mississippi River/Gulf of Mexico Watershed Nutrient Task Force). New Goal Framework. , Washington, DC. (2008).
  10. USDA-NRCS (The United States Department of Agriculture-Natural Resources Conservation Service). Mississippi River Basin Healthy Watersheds Initiative Maps and List of Watershed. , Available from: http://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/national/programs/initiatives/?cid=nrcsdev11_023896 (2016).
  11. Reba, M. L., et al. A statewide network for monitoring agricultural water quality and water quantity in Arkansas. J. Soil Water Conserv. 68 (2), 45a-49a (2013).
  12. Duncan, D., Harvey, F., Walker, M. Australian Water Quality Centre. , Environment Protection Authority. Australia. (2007).
  13. Hamilton, S. The 5 essential elements of a hydrological monitoring program. , Aquatic Informatics. (2012).
  14. Wagner, R. J., Boulger, R. W. Jr, Oblinger, C. J., Smith, B. A. Guidelines and standard procedures for continuous water-quaity monitors-Station operation, record computation, and data reporting: U.S. Geological Survey Techniques and Methods 1-D3. , Virginia. (2006).
  15. World Metorological Organization. Manual on Stream Gauging Volume I-Fieldwork. , (2010).
  16. American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. Standard methods for the examination of water & wastewater. , 21st ed, American Public Health Association. (2005).
  17. ASTM (American Society of Testing and Materials) D3977-97. Standard test methods for determining sediment concentration in water samples. , ASTM International. West Conshohocken, PA. (1997).
  18. O'Connor, D. J. The temporal and spatial distribution of dissolved oxygen in streams. Water Resour Res. 3 (1), 65-79 (1967).
  19. Dabney, S. M. Cover crop impacts on watershed hydrology. J Soil Water Conserv. 53 (3), 207-213 (1998).
  20. Udawatta, R. P., Motavalli, P. P., Garrett, H. E., Krstansky, J. J. Nitrogen losses in runoff from three adjacent agricultural watersheds with claypan soils. Agric Ecosyst Environ. 117 (1), 39-48 (2006).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Непрерывный мониторингкачество водыанализ биогенных веществизмерение параметров осадкакалибровка датчиковразвертывание зондасенсорика in situнагрузка загрязняющими веществамисбор данных
Непрерывного потока мониторинг питательных веществ и осадков в бассейнах рек сельскохозяйственного
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.