Design og konstruktion af en Urban Afstrømning Research Facility

Summary

Dette papir beskriver design, konstruktion og funktion af en 1.000 m ² anlæg, der indeholder 24 individuelle 33,6 m ² parceller, der er udstyret til måling af den samlede afstrømning mængder med tiden og indsamling af afstrømning delprøver med valgte intervaller til kvantificering af kemiske bestanddele i afstrømningen af vand fra simulerede hjem græsplæner.

Abstract

Som bybefolkningen stiger, så gør området kunstvandes urbane landskab. Sommer vandforbruget i byområder kan være 2-3 x vinter basislinie vandforbrug på grund af øget efterspørgsel efter vanding. Forkert vandingspraksis og store regnskyl kan resultere i afstrømning fra urbane landskaber, der har potentiale til at bære næringsstoffer og sedimenter i lokale vandløb og søer, hvor de kan bidrage til eutrofiering. En 1.000 m ² anlæg blev konstrueret som består af 24 individuelle 33,6 m ² parceller, hver udstyret til måling af den samlede afstrømning mængder med tiden og indsamling af afstrømning delprøver med valgte intervaller til kvantificering af kemiske bestanddele i afstrømningen af vand fra simulerede urbane landskaber. Afstrømning mængder fra den første og anden forsøg havde koefficient på variation (CV) værdier på 38,2 og 28,7%, hhv. CV værdier for afstrømning pH, EF, og Na-koncentrationen for begge forsøg var alle under 10%. Concentrations af DOC, TDN, DON, PO _4-P, K ^+, Mg2 ^+, og Ca2 ⁺ havde CV-værdier mindre end 50% i begge forsøg. Samlet set resultaterne af en undersøgelse udført efter spadestik installation på anlægget angivne god ensartethed mellem grunde til afstrømning mængder og kemiske bestanddele. Den store plot størrelse er tilstrækkelig til at omfatte meget af den naturlige variation, og dermed bedre simulering af Urbane landskab økosystemer.

Introduction

Fire af de hurtigst voksende, meget befolkede storbyområder ligger i det sydlige USA i subtropisk klima ^1. Desuden forekom den største procentvise ændring i urbaniserede land mellem 1982 og 1997 i det sydlige USA ^1. Med øget byområder kommer en samtidig behov for drikkevand, hvoraf meget er brugt til udendørs brug i sommermånederne ^2. Med ny konstruktion, er programmerbare i jorden vandingssystemer ofte installeret. Desværre er disse systemer ofte programmeret til at levere vanding til byerne landskabspleje oftere og / eller i mængder, der overstiger evapotranspiration krav landskabet ^2. Dette resulterer i en betydelig mængde afstrømning fra byområder landskabspleje til recipienterne, hvilket bidrager til, hvad der er blevet betegnet urban stream syndrom ^3. Symptomer på den urbane strøm syndrom omfatter øget hyppighed af overland flow og eroderende flow, øget nitrogen (N), fosfor (P), giftstoffer og temperatur i tillæg til ændringer i kanal morfologi, ferskvand biologi og økosystem processer ^3.

Tab af N og P fra landbruget økosystemer er blevet grundigt undersøgt og fundet at være primært afhængig af fire faktorer: næringskilde, anvendelsen rente ansøgning timing, og næringsstof arbejdsformidling ^4. Mens færre offentliggjorte data i øjeblikket findes på off site flytning af næringsstoffer fra urbane landskaber, kan disse principper anvendes direkte til plænegræs kultur, både i hjemmet græsplæner, spadestik gårde, parker eller andre grønne områder. Derudover kan upassende vandingspraksis der resulterer i afstrømningen fra landskabet forværre disse tab.

Tab af næringsstoffer kan yderligere ændres ved kunstvanding vandkvalitet. Områder i det sydvestlige USA ofte anvender mere saltvand eller sodisk vand til vanding af hjem græsplæner og urbane landskaber ^5,6. Den kemiske sammensætning afvandingsvandet kan i væsentlig grad ændre jordkemi forårsager en frigivelse af kulstof, kvælstof, calcium og andre kationer til overfladevand. Nyligt arbejde viste, at øget natrium absorption ratio (SAR) i udvinding vandet steg mængden af kulstof (C) og kvælstof (N) udvasket fra St. Augustinegrass udklip, rajgræs udklip og andre organiske materialer ⁷ betydeligt. Endvidere blev vandekstraherbare jord C, N og P tab fra rekreative baneforhold jord signifikant korreleret med vandingsvand kemiske bestanddele ^6.

Washbusch et al. studerede urban afstrømning i Madison, WI og fandt, at græsplæner var de største bidragydere af total fosfor ^8. Desuden fandt de også, at 25% af den samlede P i "Street Dirt" stammer fra blade og græs. I en typisk landlige omgivelser, nedfaldne blade falder ned på jorden og derefter nedbrydes langsomt frigiver næringsstoffer tilbage til soliemiljø. Men i bymiljøer, kan betydelige mængder næringsrige blade og græs falder på eller få vasket eller blæst på hardscapes såsom indkørsler, fortove og veje, som senere gør deres vej ind i gaden, hvor de bidrager til "street snavs" , hvoraf meget bliver skyllet direkte ind i modtager vandveje.

Urbane landskab jord er ofte forstyrret og stærkt komprimeret under konstruktion, hvilket også kan øge mængden af afstrømning på grund af reduceret infiltration satser ^9. Kelling og Peterson rapporterede, at både den samlede afstrømning volumen og koncentrationer af næringsstoffer i afstrømningen fra hjemmet græsplæner er steget fra græsplæner, der er komprimeret eller har alvorligt forstyrrede jordprofiler grundet tidligere byggeaktiviteter ^10. Edmondson et al. på den anden side, fandt, at byområder jord var mindre sammenpresset i forhold til omkringliggende landbrugsjord i byer og forstæder region Leicester ¹¹ Storbritannien. De tilskrives dette til de tunge landbrugsmaskiner brugt, men de bemærkede også, at græsplæner havde større jord rumvægt end jord under træer og buske, som blev tilskrevet græsslåning og større menneskelig tramper.

Det ser ud til, at det i mange situationer er byer og forstæder stream syndromer væsentligt påvirket af afstrømning og punktkilde udledninger ^3,12. Mens punktkilder kan manipuleres gennem tilladelser og genbrug, er der behov for yderligere forskning for at udvikle og teste de bedste procedurer for hjemmet græsplæne etablering og drift ledelse for at minimere tab af næringsstoffer til afstrømning. Tidligere forskningsindsats på dette område har ofte været centreret langs kystområder, hvor der er høje sandindhold jord, på grund af betænkeligheder med hensyn til virkningerne af udvaskningen tab af næringsstoffer til kystvande. Men når man arbejder med meget sandjord, skal man have stejle skråninger og store regnmængder, så de kunne slægterægte v enhver afstrømning ^13,14. I modsætning hertil mange af jord i det centrale USA er flot struktureret og har lave infiltration satser, der resulterer i betydelige mængder af afstrømningen fra selv små regnskyl. Det blev således ønsket at designe og konstruere en afstrømning facilitet på indfødte jord og hældning typisk for dem, der kan forekomme på boligområder landskaber.

Dette papir beskriver design, konstruktion og funktion af en 1.000 m ² anlæg, der indeholder 24 individuelle 33,6 m ² parceller til måling af den samlede afstrømning mængder ved relativt små tidsmæssige resolutioner og samtidig indsamling af overfladevand delprøver på udvalgte volumetrisk eller tidsmæssige intervaller for måling og kvantificering af kemiske bestanddele af overfladevand.

Protocol

1. Udvælgelse

1. Find en passende størrelse område af uforstyrret jord med en ensartet 3-4% hældning.
2. Gennemføre en topografisk undersøgelse og afgrænse et område cirka 10 mx 100 m med en gennemsnitlig 3,7 ± 0,5% hældning.
3. Del 10 mx 100 m område i tre blokke, hver på ca 10 mx 33,3 m (figur 1).
4. Opdele hver blok i 8 parceller, hver 4,1 m bred og 8,2 m lang.
5. Identificere og dokumentere jorden serie til stede i undersøgelsesområdet. Bemærk: Denne placering havde en Booneville serie fint sandet lerjord, men jord andre serier og teksturer kan anvendes.

2. Fastholdelse Wall Byggeri

1. Skær en 30 cm bred og 30 cm dyb grøft i den lave ende af de parceller.
2. Skær en 20 cm bred og 1,2 m dyb grøft 10 cm fra plottet kant at tilvejebringe en glat lodret kant, der strækker sig ind i ler undergrunden.
3. Konstruere og installere midlertidig træ formulars i renden for at holde den åben.
4. Fjern jord støder op til downhill side af formen til en dybde af 76 cm under jordoverfladen i den lave ende af de parceller. Forsikring et minimum hældning på 0,5% væk fra de marker, for en afstand af ca 30 m til at yde passende afløb.
5. Fjern de midlertidige former og konstruere en stål armeret beton støttemur.
   1. Construct træ former for ydersiden af ​​væggen og bruge uforstyrret jord under arealfastsættelse som den indvendige væg.
   2. Vær sikker på, at muren strækker sig ind uforstyrret undergrund for at forhindre fremtidig bevægelse.
   3. Saml to sektioner af skyttegrav afløb for hver parcel med endestykker i hver ende og en bundtømning afløb i den lave ende. Seal alle samlinger med silikone og derefter skru leddene sammen som pr fabrikantens anvisninger.
   4. Lim og skru en diameter på 10 cm PVC 90 ° ell og 60 cm længde af afgangsrør til stikkontakten. Placer de samlede afløbet ikonkret form og vedhæfte den, så den øverste kant er i niveau i begge retninger og 1,27 cm under jordoverfladen i den lave ende af plottet (Figur 2). Dæk afløbet med en midlertidig plastkappe til at holde ud våd beton.
   5. Hæld £ 4.000 test klar beton ind i formularer ved hjælp af passende mængder af vibrationer til at fjerne hulrum.
      1. Når formularer er fulde, murske den øvre overflade for at danne en glat overflade med afrundede kanter. Midlertidige plast dækker på afløb bør fjernes for at give den endelige forberedelse af overfladen.
      2. Kontroller, at den færdige beton er i niveau med jordoverfladen i bunden af ​​plottet og har en 1,27 cm hældning til afløbet.
      3. Sikre, at der på downhill side af afløbet, betonen har en 1,27 cm hældning væk fra afløbet at forhindre vand i at bakke op i afløb.
6. Form og hæld stål armeret beton pads (1,2 m bred, 1,8 m lang og 15 cm tyk) Below hver afløb afløb. Pads skal have 0,5% hældning væk fra væggen og toppen af ​​puden skal være 30 cm under bunden af ​​afløbet.
7. Giv en vejrbestandig stikkontakt (110/120 V) på den side af skillevæggen over hver pad i forberedelse til instrumentering.

3. Installation af instrumenter

1. Skær afgangsrør flugter med den betonmur.
2. Installer en 1,2 m lang H flume umiddelbart under afløbet udstrømning.
   1. Forankre renden til væggen med passende betonankre og skruer være sikker på, at renden er niveauet fra side til side.
   2. Støt den forreste del af renden med en justerbar rustfrit stål stativ og bruge de tilpasninger at nivellere apparatet både side til side og frem og tilbage. Forsegl samlingerne mellem render og beton med kar og fliser fugemasse.
3. Installer en flowmåler på hver pad. Find flowmåleren nær enden af ​​renden for at minimerelængde slange nødvendig.
4. Installer en bærbar sampler på hver pad. Find sampler efter behov for at minimere den nødvendige mængde af slangen for at nå prøveudtagningsrøret. Bemærk: Det kan være nødvendigt at sætte sampler på et stativ for at forhindre, depressioner, der kan opretholde vand i prøvetagning slangen.
5. Design, fremstille og installere rustfrit stål dækker over muren og render for at forhindre indgangen for nedbør i tunnelrendens afløb eller render.

4. Grundareal Forberedelse

1. Fyld og tamp eventuelle mindre hulrum på toppens forside side af væggen ved hjælp af indfødte muldjord fra tilstødende felt områder.
2. Brug en lille gåtur bag rendegraver til at skære en 10 cm bred, 30 cm dyb grøft på de resterende 3 sider af alle parceller.
   1. Indsæt 40 ​​cm brede strimler af 0,10 mm tyk klar plast lodret i skyttegravene for at forhindre lateral bevægelse af vand mellem plots.
   2. Installer kunstvanding rør og hoveder. Installer seks hoveder på 4,1 m ²afstand til hver parcel.
   3. Efterfylde og let tamp alle skyttegrave i hånden. Højen jorden i en 5 cm høj med 30 cm bred volden over renden område for at forhindre lateral bevægelse af overfladevand mellem plots.
   4. Juster kunstvanding hoveder til toppen af ​​højden jorden i Berme områder.
3. Konstruer en afledningsmanøvre grøft til at forhindre toppens forside vand fra at komme på markerne
   1. Brug en kasse kniv til at skære en V-formet kanal ca. 20 cm dyb i midten og 2 m over. Bemærk: I midten af ​​kanalen skal være ca 1,25 m over den høje side af plot-området og bør strække sig over oversiden af ​​alle parceller.
   2. Skær en skrånende rende i bunden af ​​kanalen. Bemærk: For at sikre god dræning, bør renden bunden være 30 cm under kanal bund på højdepunktet i midtpunktet over hver blok og har en hældning på minimum 0,5% til hver ende af hver blok. Trench bund, skal hånd glattes og overvåget som nødvendigtat sikre ensartet hældning.
   3. Tilsæt 5 cm vasket 6-9 mm grus til bunden af ​​de render.
   4. Placer en 15 cm i diameter med kærv afløbsrør på grus overflade og fylde renden med mere 6-9 mm grus.
   5. Cut skyttegrave som er nødvendige ved enderne og mellem blokkene af grunde til rute drænvand at aflade steder under skillevæggen. Brug 15 cm i diameter almindeligt bølgepap afløbsrør og efterfylde disse skyttegrave med den udgravede jord. Dæk renden og kanal med et lag af store 5-15 cm i diameter tyr rock.

5. Plantning og Initial Afstrømning Begivenhed

1. Hånd rake plottene at sikre en gnidningsløs såbed med ensartet hældning i forberedelse til spadestik installation.
2. Måle og dokumentere hældningen af ​​hver parcel hjælp af standard opmålingsudstyr ved at tage højdemålinger ved afstande på 0, 1,5, 3,0, 4,6, 6,1 og 7,6 m fra væggen langs midterlinjen af ​​hvert plot.
3. Mål depth af muldjord på 4 steder i hver parcel ved at indsætte en 2,54 cm i diameter jord sonde i jorden indtil ler tekstureret undergrund er stødt på.
4. Plant spadestik dyrket på et lignende tekstur jord. Bemærk: I denne facilitet blev modne 'Raleigh' St. Augustinegrass (Stenotaphrum secundatum [. Walt] Kuntze), der anvendes. Dog kan andre græsser kan anvendes baseret på placering, vejr, og eksperimentelle design overvejelser. Alle diagrammer kan sodded på én gang eller som i den foreliggende sag, blev 12 parceller (4 grunde i hver blok) er plantet på 08 August 2012, med de resterende 12 parceller plantet den 12. september 2012.
5. Opret en Afstrømning begivenhed
   1. Tage de første aflæsninger af vandmålere og måle indholdet af alle parceller jordens fugtighed.
      1. Fjern lågene fra ventil kasser placeret i spidsen for hver parcel og registrere den indledende vand måleraflæsning for hver af de 24 parceller.
      2. Ved hjælp af en håndholdt fugt sonde, måle og registrere jorden moisture indhold af hver parcel. Bemærk: For første karakterisering blev 4 målinger pr grunden (1 måling i hver kvadrant af hver parcel) ved hjælp af 7,5 cm lange prober. Dog kan antallet af målinger, længde af sonder, og typen af ​​instrument, der anvendes varieres på grundlag af de specifikke målsætninger undersøgelse.
   2. Program flowmålere og samplere til at måle flow og indsamle prøver som ønsket. Bemærk: 750 ml prøver blev opsamlet efter hver 20 l flow, men andre prøvevolumener og intervaller kan anvendes som passende.
   3. Anvend vandingssystem til en forudbestemt tid til at anvende tilstrækkeligt vand til at forårsage afstrømning. Bemærk: 20-21 mm nedbør påført med en hastighed på 4,04 cm / time var tilstrækkeligt for denne facilitet, kan dog dette beløb variere baseret på anlæggets særlige forhold.
   4. Optag slutter vand måleraflæsninger for hver af de 24 parceller. Saml kunstvandingsanlæg prøver fra sprøjtehovederne under drift. Label og transport afstrømningprøver til laboratoriet til analyse.

6. Prøveanalyse

1. Mål den elektriske ledningsevne og pH i vandprøverne ved dypning prober direkte i prøverne. Derefter filtreres 50 ml delprøve af hver vandprøve gennem en 0,7 um glas mikrofiber filter i forberedelse til kemisk analyse.
2. Måle opløst organisk kulstof (DOC) og total opløst kvælstof (TDN) ved hjælp af USEPA metode 415,1 ^15.
   1. Lav en 1.000 mg / l standardopløsning ved tilsætning af 2,125 g tørret kalium syre phthalat (1-KOCOC ₆ H ₄ -2-COOH) til en 1 L målekolbe. Tilføj ca. 500 ml destilleret vand, at hvirvel opløse kemiske og bringe til mærket med destilleret vand. Butiksløsning under nedkøling i en brun flaske.
   2. Lav en 1.000 mg / l standardopløsning ved tilsætning af 6,0677 g tørret natriumnitrat til en 1 L målekolbe. Tilføj ca. 500 ml destilleret vand, swIRL for at opløse de kemiske, og bringe til mærket med destilleret vand.
   3. Gør mellemliggende C og N-standarder, som omfatter den forventede koncentrationsområde i prøver, der skal køres ved at fortynde delprøver af standardløsninger fra trin 6.3.1-6.3.2.
   4. Hæld cirka 16 ml af vandprøver, der skal analyseres i en 24 ml prøvehætteglas og dækker hver med en septa og hætte.
   5. Sted fyldt hætteglas i autosampleren bakken holde et referat af, hvad prøven er i hvilken position. Bemærk: For kvalitetssikring en tom, to standarder og to certificerede referencematerialer standarder bør køres efter hver ^12. ukendt.
   6. Placer autosampleren magasinet i maskinen og betjene den automatiske analysator efter producentens anvisninger.
3. Måle fosfor, nitrat og ammoniak ved hjælp af USEPA metoder 365,1, 353,2 og 350,1 under henholdsvis 48 timer for prøvetagning ^16-18.
   1. GørFølgende reagenser og standarder for fosfor analyse:
      1. Lav en 5 N svovlsyre stamopløsning ved langsomt at tilsætte 70 ml koncentreret svovlsyre til 400 ml destilleret vand i en 500 ml målekolbe. Opløsningen afkøles til stuetemperatur og fortyndes til volumen med destilleret vand.
      2. Lav en 0,3% kalium antimonyltartrate stamopløsning. 0,5 g antimonkaliumtartrat, trihydrat C ₈ H ₄ K ₂ O ₁₂ Sb ₂ • 3H ₂ O afvejes og opløses det i omkring 50 ml destilleret vand i 100 ml målekolbe. Når det er opløst, fyldes op til mærket med destilleret vand og opbevares ved 4 ° C i en brun, glasprop flaske.
      3. Lav en 4% opløsning af ammoniummolybdat ved at opløse 4 g ammoniummolybdat tetrahydrat, (NH _{4) 6} Mo ₇ O ₂₄ • 4H ₂ O, i 100 ml reagens vand. Opbevares i en syrevasket plastflaske ved 4 ° C.
      4. Lav en 15% vægt / vægt stamopløsning af natriumdodecylsulfat (SDS). 15 g SDS _{CH3 (CH2) 11 OSO3H} Na opløses i 85 ml destilleret vand. Bemærk: Dette kan kræve forsigtig omrøring og opvarmes til opløses fuldstændigt.
      5. Lav en fortynding SDS-opløsning (reagens 1) ved tilsætning af 2 ml 15% SDS-stamopløsning til 98 ml destilleret vand. Cap kolbe og blandes ved at vende doseret med 5-6 gange.
      6. Lav 100 ml farve (reagens 2) ved at blande de ovenanførte reagenser som følger: Til 20 ml destilleret vand tilsættes 50 ml af 5 NH ₂ SO ₄ og blandes. Der tilsættes 5 ml 0,3% antimonkaliumtartrat løsning og blandes. Der tilsættes 15 ml 4% ammoniummolybdat løsning og blandes. Der tilsættes 10 ml 15% w / w SDS-opløsning og mix. Bemærk: Denne opløsning kan opbevares i en syrevasket flaske ved stuetemperatur i mere end en uge.
      7. Lav en ascorbinsyreopløsning (reagens 3) ved at opløse 0,88 g ascorbinsyre C ₆ H ₈ O₆ i 50 ml destilleret vand. Tilsæt 0,5 ml 15% SDS og bland forsigtigt. Bemærk: Denne opløsning skal fremstilles frisk hver dag.
      8. Lav en 100 mg P / l standardopløsning ved tilsætning af 0,4393 g tørret KH ₂ PO ₄ til en 1 L målekolbe. Tilføj ca. 500 ml destilleret vand, at hvirvel opløse kemiske og bringe til mærket med destilleret vand.
   2. Foretag følgende reagenser og standarder for nitrat analyse
      1. 25 ml koncentreret phosphorsyre (H ₃ PO ₄₎ til 150 ml destilleret vand i en 250 ml målekolbe. Afkøl til stuetemperatur og tilsæt 10,0 g sulfanilamid _{(4-NH2C 6} H _{4 SO2NH 2)} og opløses. Tilføj 0,5 g N-(1-napthyl) ethylendiamin dihydrochlorid (C ₁₀ H _{7 NHCH2 CH2NH 2} • 2HCl) og opløses. Derefter tilsættes 2 ml koncentreret skylleopløsning (fra instrument manufacturer) og fortyndes til mærket med destilleret vand. Bemærk: opløsning kan opbevares i en brun flaske i op til flere uger.
      2. 85 g ammoniumchlorid _(NH4Cl) og 0,1 g dinatriumethylendiamintetraacetat (C ₁₀ H ₁₄ N ₂ Na ₂ O ₈ • 2H ₂ O) i ca 900 ml destilleret vand i en 1 L målekolbe opløses. PH justeres til 8,5 ved tilsætning af koncentreret ammoniumhydroxid _(NH4OH) og fortyndes med destilleret vand.
      3. Put 200 ml af opløsningen fra 6.4.2.2 i en 1 L volumetrisk og fortyndes til mærket med destilleret vand. PH justeres til 8,5 ved tilsætning af koncentreret ammoniumhydroxid _(NH4OH).
      4. 7,218 g kaliumnitrat (KNO ₃₎ oploeses i destilleret vand og fortyndes til 1 L. Tilsæt 1 ml kloroform _(CHCl3) som konserveringsmiddel.
   3. Foretag følgende reagenser og standarder for ammoniak Analyser:
      1. 8 g natriumhydroxid (NaOH) i 125 ml destilleret vand i en 250 ml målekolbe. Afkøl til stuetemperatur, tilsættes 20,75 g phenol (C ₆ H ₅ OH) og opløses. Der fyldes op til mærket med destilleret vand og gemme op til 2 uger i en brun flaske i mørke.
      2. 25 ml blegemiddel opløsning indeholdende 5,25% NaOCI plus 0,5 ml koncentreret Probe Rinse Solution til en 50 ml målekolbe. Der fyldes op til mærket med destilleret vand og blandes.
      3. 25 g EDTA dinatriumsaltdihydrat (C ₁₀ H ₁₄ N ₂ Na ₂ O ₈ • 2H ₂ O) og 2,75 g natriumhydroxid (NaOH) opløses i ca 450 ml destilleret vand i en 500 ml målekolbe. Tilsæt 3 ml koncentreret Probe Rinse Solution, mikse og bringe til mærket med destilleret vand.
      4. Opløs 0,075 g natriumnitroprussid dihydrat (Na ₂ Fe (CN) 5NO • 2H ₂ O) i 100 ml destilleret vand. Endd 0,5 ml koncentreret Probe Rinse Solution, blande og opbevare i en brun flaske i op til 1 uge.
      5. Lav en 1.000 mg / l ammoniak stamopløsning ved at opløse 3,819 g tørret vandfrit ammoniumchlorid _(NH4Cl) i 500 ml destilleret vand og fortynde til 1 L.
   4. Anbring prøverne i 4 ml prøvehætteglas og dækker hver med en septa og hætte.
   5. Sted fyldt hætteglas i analysatoren holde et referat af, hvad prøven er i hvilken position. Bemærk: For kvalitetssikring en certificeret referencestandard skal køres efter hver 12 ^th ukendt.
   6. Betjen analysatoren efter fabrikantens anvisninger for analyt valg.
4. Mål kationer (natrium, calcium, magnesium og kalium) ved hjælp af ionkromatografi.
   1. Forbered en 1.000 mg / l stamopløsning af Na ved tilsætning af 2.542 g NaCl til en 1 L målekolbe og bringe til stregen med destilleret vand.
   2. Forbered en 1.000 mg / l stamopløsningK ved tilsætning af 1,9070 g KCI til en 1 L målekolbe og bringe til stregen med destilleret vand.
   3. Forbered en 1.000 mg / l stamopløsning af Mg ved tilsætning af 8,3608 g _MgCl2 • 6H ₂ O til en 1 L målekolbe og bringe til stregen med destilleret vand.
   4. Forbered en 1.000 mg / l stamopløsning af Ca ved tilsætning af 3,6674 g CaCl • 2H ₂ O til en 1 L målekolbe og bringe til stregen med destilleret vand.
   5. Forbered en 350 mg / L arbejder opløsning af Na ved at tilsætte 35 ml af stamopløsningen til en 100 ml målekolbe og bringe til stregen med destilleret vand.
   6. Forbered en 25 mg / l brugsopløsning af K ved at tilsætte 2,5 ml stamopløsning til en 100 ml målekolbe, og bringe til stregen med destilleret vand.
   7. Forbered en 25 mg / l brugsopløsning Mg ved at tilsætte 2,5 ml stamopløsning til en 100 ml målekolbe, og bringe til stregen med destilleret vand.
   8. Forbered en 75 mg / l brugsopløsning af Ca vedtilsætning af 7,5 ml stamopløsning til en 100 ml målekolbe, og bringe til stregen med destilleret vand.
   9. Filtreres igen afstrømning vandprøver gennem et 0,2 um glas microfiber filter.
   10. Fyld prøvehætteglas at fylde linje med prøve eller standard og forsegle med septa og hætte.
   11. Placer prøvehætteglas i analysatoren holde styr på prøvesteder. Bemærk: For kvalitetssikring en blank og certificeret referencestandard skal køres efter hver 12 ^th ukendt.
   12. Betjen auto analysator efter producentens anvisninger.

Representative Results

Plot karakteristika
Den gennemsnitlige hældning for alle 24 parceller var 3,7% og varierede fra et lavpunkt på 3,2% for plot 17 til en høj på 4,1% for plot 2 (tabel 1). Gennemsnitlig muld tykkelse var 36 cm og varierede fra et lavpunkt på 25,0 cm for plot 24 til en høj på 51,5 cm med plot 10 (tabel 1).

Afstrømning mængder
Afstrømning mængderne fra den første retssag på 9 August 2012 havde et gennemsnit på 213,5 L og varierede fra et lavpunkt på 95,6 L til en høj på 391 L med en koefficient på variation (CV) på 38,2% (tabel 2). Det bør bemærkes, at forud for skide disse grunde var blevet godt vandede at sikre en god funktion af kunstvanding og afstrømning indsamlingssystemer, måle kunstvanding distribution og lignende aktiviteter. Således meget af den anvendte vanding blev opsamlet som afstrømning.

I modsætning hertil var jorden meget tørrere før 13 September 2012 afstrømning begivenhed som resulterede i laveregennemsnitlig afstrømning volumen på 52,6 L. varierede fra et lavpunkt på 27,5 L til en høj på 70,8 L med en CV på 28,7%. I dette tilfælde, meget af det anvendte vand infiltreret i jorden under SOD resulterer i lavere mængder af total afstrømning.

Kemiske koncentrationer
Kunstvanding blev udført ved hjælp af den lokale drikkevand. En blandingsprøve af vandingsvandet blev indsamlet oplysninger fra kunstvanding hovederne under kunstvanding begivenhed og blev analyseret for dets kemiske sammensætning. Vandet havde en pH på 8,5, en elektrisk ledningsevne (EF) i 1.030 dS / cm og indeholdt 0,19 mg / l NO _3-N, 0 mg / l NH4-N, 3,26 mg / L DOC, 0,38 mg / L TDN, 0,19 mg / l opløst organisk kvælstof (DON), 0,14 mg / L orthophosphat-P, 220,9 mg / l Na, 2,0 mg / LK, 0,87 mg / L Mg og 4,27 mg / L Ca.

De pH-værdier for alle 49 vandprøver indsamlet efter den første afstrømning begivenhed morgenen af ​​09 August de 2012 efter lægning spadestik den foregående dag i gennemsnit 8,4 standardenhedermed et minimum på 8,1 og højst 8,9 enheder (Tabel 3), hvilket resulterer i en meget lav CV på 1,5%. EF og Na ⁺ koncentration af afstrømningen prøver havde ret store midler og CV-værdier under 10% (tabel 3). Koncentrationer af DOC, TDN DON, _PO4-P, K ^+, Mg2 ⁺ og Ca2 ⁺ havde CV-værdier i intervallet fra 10,3 til 32,9%. Koncentrationerne af NO ₃ N og _NH4-N havde hjælp af 0,58 mg / l og 0,12 mg / l. Men disse to parametre var den mest variable og havde de højeste CV værdier 85,0% og 63,5%, henholdsvis.

PH-værdierne for de 40 vandprøver indsamlet den 13. september 2012 Fra den anden gruppe af parceller i gennemsnit 8,5 standard enheder med en CV på 2,9% (tabel 4). Som med den første retssag, pH, elektrisk ledningsevne (EF) og Na ^+-målinger for første afstrømning begivenhed efter om spadestik på 12 September 2013 havde highest midler og laveste CV-værdier på 2,9, 4,9 og 6,5%. Koncentrationerne af NO _3-N, DOC, TDN DON, _PO4-P, K ^+, Mg2 ⁺ og Ca2 ⁺ havde CV-værdier i intervallet fra 33,0 til 49,7%. Ammonium-kvælstof havde den laveste middelværdi på 0,39 mg / L, men var den mest variable med den højeste CV på 107,5%.

Ovenstående data for den første afstrømning begivenhed fra nyligt sodded parceller vil tjene som et grundlag for fremtidige målinger. Vi forventer, at CV-værdier mellem parceller at falde som plænegræsset bliver bedre etableret, og der er mindre mulighed for kanal strøm af vand mellem græstørv blokke og mere ensartet land vandstrøm gennem græsset baldakin. Grund størrelse er tilstrækkelig til at give mulighed for jord-vand-kemiske vekselvirkninger at forekomme før afstrømning når enhederne indsamling og dermed bør kemiske koncentrationer i afstrømningen være repræsentativ for, hvad der ville blive fundet i en lignende bylandskab. Vi forventer at anlægget kunne bruges i udviklingen af ​​videnskab baseret bedste procedurer for gødskning og vanding af urbane landskaber forvaltningsforanstaltninger.

Figur 1. Kontur kort over bjergsiden viser placeringen for de tre blokke af afstrømning jordlodder. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2. Skematisk diagram af støttemur viser placering af trug indsamling og puder for måleudstyr.rget = "_blank"> Klik her for at se en større version af dette tal.

Plot Number	Muldlag Dybde (cm)	Overflade hældning (%)	pH (Std. enheder)	NO 3-N (mg / kg)	P (mg / kg)	K (mg / kg)
1	34.8	4.0	4.7	43	215	334
2	35.3	4.1	5.0	40	204	273
3	39.5	4.0	5.1	44	190	302
4	35.3	3.8	5.0	59	184	300
5 30.5	3.7	4.9	56	205	325
6	31.5	3.6	5.0	26	223	271
7	33.5	3.8	5.1	30	224	243
8	40.5	3.9	4.8	13	218	208
9	36,0	3.4	5.1	26	263	343
10	51,5	3.6	5.4	49	229	348
11	32.5	3,5	5.6	34	262	352
12	50.5	3.6	5.4	32	235	339
13	48,5	4.0	5.0	54	261	318
14	26,0	3.3	5.6	23	252	322
15	36.5	3.4	5.1	37	247	292
16	28,0	3.6	5.4	20	279	291
17	38.1	3.2	5.5	13	319	256
18	36.4	3.3	5.3	15	316	220
19	40.8	3.9	5.3	31	329	223
20	33.5	4.0	5.1	40	321	271
21	39,0	3.6	5.0	24	283	269
22	31,0	3.3	5.0	30	311	314
23	31,0	3.4	5.0	30	287	259
24	25,0	3.8	5.2	13	301	292

Tabel 1. Gennemsnitlig dybde af muldjord, overflade hældning, jordens pH, nitrat-N, P og K for 24 afstrømning grunde Værdier for pH, NO _3-N, P og K rapporteret af Texas AgriLife Extension -. Jord, Vand og foder Testing Laboratory. Jordens pH blev målt på en 2: 1 jord: vand-ekstrakt, NO _3-N fra CD reduktion, P og K ved Mehlich 3 ekstraktion efterfulgt af ICP analyse.

Dato	Enheder	Mean	Minimum	Maksimal	CV (%)
9-Aug	L	213,5	95.6	391,6	38.2
13 Sep	L	52,6	27.5	70,8	28.7

Tabel 2. Gennemsnit, minimum, maksimum og variationskoefficient (CV) for de indsamlede den 09 august de 2012 og den 13. september 2012 Fra 12 afstrømning plots én dag efter om græstørv afstrømning mængder.

Parameter	Enheder	Mean	Minimum	Maksimal	CV (%)
pH	Std. Enheder	8.4	8.1	8.9	1.5
EF	μ, S / cm	1.137	1.080	1.220	3.7
NO 3 N	mg / L	0,58	0.08	2,93	85
NH4-N	mg / L	0.12	0.04	0,37	63,5
DOC	mg / L	22	16.3	30.1	13.4
TDN	mg / L	1,89	1.16	4.42	32.9
DON	mg / L	1.2	0.8	2.26	23.3
PO4 -P	mg / L	1.05	0,59	1.76	31,9
Na	mg / L	213	201	222	2.3
K	mg / L	11.9	6.4	19.1	29.3
Mg	mg / L	4.65	2,64	5.69	13.2
Ca	mg / L	18.4	13	22.1	10.3

Tabel 3. Gennemsnit, minimum, maksimum og variationskoefficient (CV) for 49 målinger af hver af 12 parametre af vandprøver indsamlet på 09 August de 2012 fra 12 afstrømning plots én dag efter om spadestik uden gødning tilføjelser.

Parameter	Enheder	Mean	Minimum	Maksimal	CV (%)
pH	Std. Enheder	8.5	8.1	9	2.9
EF	uS / cm	1.514	1.310	1.630 4.9
NO 3 N	mg / L	1.68	0,28	3.95	49,7
NH4-N	mg / L	0,39	0.08	2.59	107,5
DOC	mg / L	27,6	7.08	54.6	33,7
TDN	mg / L	3.73	0,81	6.6	33,0
DON	mg / L	1,67	0	4.97	48,0
PO4 -P	mg / L	1.34	0,33	2,32	40.5
Na	mg / L	206	188	241	6.5
K	mg / L	10.4	3.58	21.8	35,9
Mg	mg / L	3.17	1.02	5.02	41.3
Ca	mg / L	12.7	3.72	21	40.1

Tabel 4. Gennemsnit, minimum, maksimum og variationskoefficient (CV) for 40 målinger af hver af 12 parametre af vandprøver indsamlet den 13. september 2012 Fra 12 afstrømning plots én dag efter om spadestik uden gødning tilføjelser.

Discussion

Vand flyde over, ind i og gennem jord er stærkt påvirket af topografien, vegetative dække, og jordens fysiske egenskaber. Udpræget sammenpressede jord og jord med et højt indhold af ler vil udvise reduceret infiltration satser og øgede mængder af afstrømning. Derfor, når bygge et anlæg af denne art, bør der gøres en indsats for at bruge indfødte jord med ensartede skråninger og minimere komprimering fra alle typer af trafik på de eksperimentelle områder under opførelsen. Desuden bør komprimering fra postkonstruktionsrisici vedligeholdelsesaktiviteter minimeres. Disse faktorer skal også tages i betragtning ved fortolkningen af ​​data fra et givet eksperiment og sammenligner dem med data fra andre steder, hvor voksestedsbetingelser kan være meget forskellig.

Alle fysiske jord har en høj mængde af iboende rumlig variation. Dette kan være et resultat af biologisk aktivitet såsom ormehuller, insekt aktiviteter osv eller basal jord korrektbånd, såsom tekstur og krympe-svulme potentiale lerarterne. Den store plot størrelse, der anvendes i denne facilitet blev valgt til at indeholde så mange af denne rumlig variation som muligt og derved minimere den samlede variation mellem plots.

De kunstvanding sprøjtedyser i denne facilitet blev udvalgt til brug for at give en høj nedbør sats med forbedret afdriftsreduktion. En kunstvanding revision resulterede i en gennemsnitlig nedbør på 4,04 cm / time og en ensartethed på 79,5%. Andre dyser kan anvendes, hvis der ønskes nedbøren mindre satser, men dette kan resultere i mindre ensartet vandfordeling og øget afdrift på grund af vinden. Tvungen afstrømning begivenheder, hvor det vandingssystem blev anvendt som vandkilde blev gennemført mellem 7-9 am at minimere vindpåvirkninger.

Brug og drift af anlægget hidtil har vist et behov for omhyggelig observation af dyserne og udskiftning af beskadigede dem. Beskadigede dyser ændrer enmount og distribution af vand, som kan partiskhed data. Selvom det ikke er et problem i denne indledende arbejde, er det indlysende, at regelmæssig rengøring af kanal afløb og H render vil være forpligtet til at fjerne akkumulerede organiske og uorganiske sedimenter. Sådanne sedimenter kan påvirke målinger af strømhastigheden især ved lave strømme samt bidrage kemiske bestanddele til afstrømning vandprøver.

De gennemsnitlige NO _{3-N-koncentrationer} på 0,58 og 1,68 mg / L for august og september forsøg er højt sammenlignet med 0,0-0,4 mg / L rapporteret af Kelling og Peterson til ubefrugtede kontrol græsplæner, der tjente som checkplots i deres WI studie ¹⁰ . En stor del af denne stigning kan skyldes det faktum, at vores undersøgelse blev udført på frisk plantet spadestik. Dette tillod vand til at komme i direkte kontakt med jorden i sømmene mellem spadestik blokke og sandsynligvis øget både jorderosion og N fjernelse fra den frugtbare jord. Effekter af strømning langs sømme vil blive formindsket i fremtiden experiments som turf modnes og strik sammen i en stram, tæt græstørv baldakin. Desuden forstyrrelse af jorden under opførelsen og sammenrivning før spadestik installation gjorde effektivt lufte jorden som gav optimale betingelser for nitrifikation i jorden. De målte NO _{3-N-koncentrationer} svarer til gennemsnittet på 1,54 mg / L rapporteret af Gobel for regn afstrømning fra haver, grønne områder og dyrkede arealer ^19.

Fosfortab fra ubefrugtede plænegræs typisk spænder fra 0,5 til 5,5 mg / L ^10,17,18. Mean tab af fosfor var 1,05 og 1,34 mg / L for august og september forsøg henholdsvis og var inden for intervallet 0,5-1,7 mg / L rapporteret af Kelling og Peterson ¹⁰ og inden for intervallet 0,5-5,5 mg / L rapporteret af Vietor ^20. Større tab P fra ubefrugtede parceller rapporteret af Vietor skyldtes sandsynligvis den højere hældning på 8,5%, og forskellige græsarter, der anvendes i deres undersøgelse ²⁰ 19. En stor del af P-tab fra den aktuelle undersøgelse var sandsynligvis på grund af erosion fra den første afstrømning begivenhed på en nyligt plantede webstedet. Det er også sandsynligt, at det høje indhold af vandingsvand anvendt i den foreliggende undersøgelse natrium kan have påvirket koncentrationer af P i overfladevand ^7.

I forhold til den første retssag, de målte koncentrationer af parametre i det andet forsøg var mere variabel. Denne forøgede variabilitet blev tilskrevet tørreren startjord fugtindhold før plantning, hvilket resulterede i færre prøver. De ekstra 30 dage varmt og tørt vejr tillod mere nitrifikation at forekomme. Derudover var der mere støv ved plantning tid, som kan have været på vegetationen og efterfølgende vaskes i afstrømningen begivenhed. Det erogså muligt, at nogle af de øgede variation kan skyldes forskelle i indholdet af den købte sod næringsstof, selvom blev gjort enhver indsats for at minimere denne fejlkilde.

Samlet set afstrømningen facilitet har mange fordele for fremtidig forskning vedrørende afstrømning fra græs dækkede områder såsom hjem græsplæner, sportspladser, parker og lignende grønne områder. Primært blandt disse er, at anlægget er stor nok til at blive opretholdt på længere basis sigt ved hjælp af fuld størrelse udstyr til fælles græstørv industrien. Slåning kan gøres ved hjælp af enten gå bag eller plæneklippere. Befrugtning kan gøres ved hjælp af kommercielt tilgængelige drop spredere. Den store størrelse af de enkelte parceller skal hjælpe indeholde tilsvarende mængder af naturlig variabilitet og mikroklima effekter i hver. Anlægget blev bygget på relativt uforstyrret indfødte jord, så resultaterne ikke er påvirket af menneskeskabte effekter. Anlægget har individuelle plot kontrol over kunstvanding bruger udstyr,er typisk for husejeren vandingssystemer. Således, behovet for en regn simulator elimineret hvorved op til alle 24 grunde skal køres samtidigt, hvis det ønskes. Afstrømning måling og prøvetagning er automatiseret, hvor data og prøvetagning fra uplanlagte storme.

Fremtidige studier, der undersøger effekten af ​​kunstvanding mængder, bunddække, næringsstofkilder, doseringer og anvendelse timingen er planlagt. Som byområder greenscape areal fortsætter med at stige, faciliteter af denne art giver mulighed for intensive studier af kunstvanding og bevægelse næringsstoffer fra urbane landskaber. Data for disse typer kan anvendes til udvikling af videnskabeligt baserede bedste forvaltningspraksis, der minimerer off-site flytning af vand og næringsstoffer under forskellige klimatiske regimer.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Flow Meter	Teledyne Isco	Model 4230	Bubbling flow meter that measures and records water flow through flume
Portable Sampler	Teledyne Isco	Model 6712	Works in conjunction with the flow meter to collect water samples at predetermined intervals.
Flow Link Software to collect data	Teledyne Isco	Ver 5.0	Allows communication between flow meter and computer
Presloped trench drain	Zurn Industries, LLC	Z-886
Irrigation Controller	Toro Company	VP Satellite	Controls irrigation to each plot individually
Electric Valves	Hunter	2.5 cm PGV	Opens or closes water flow to individual plots based on signal from irrigation controller
Irrigation heads	Hunter	Pro Spray 4	4 in pop up spray heads
6 in Slotted Drain Pipe	Advanced Drainage Systems	6410100	Single wall corrugated HDPE - slotted
6 in Plain Drain Pipe	Advanced Drainage Systems	6400100	Single wall corrugated HDPE - plain
Filter Paper	Whatman GF/F	1825-047	47 mm diameter, binder-free, glass microfiber filter
pH Meter	Fisher	Accumet XL20
Combination pH Probe	Fisher	13-620-130
Automatic Temperature Compensating Probe	Fisher	13-602-19
Electrical Conductivity Probe	Fisher	13-620-100	Cell constant of 1.0
TOC-VCSH with total nitrogen unit TMN-1	Shimadzu Corp	TOC-VCSH with TMN-1	Dissolved C and N analyzer
Smartchem 200	Unity Scientific	200	Discrete Analyzer for P measurement
ICS 1000	Dionex	ICS 1000	Ion Chromatography for Ca, Mg, K, and Na measurement
Portable Soil Moisture Meter	Spectrum	FieldScout TDR 300	7.5 cm long probes
Totallizing Water Meters	Badger	3/4 inch water meters	Standard homeowner water meters