En protokol til Gennemførelsen Rainfall Simulering til Studieinformationen Jord Afstrømning

Summary

En regn simulator blev brugt til at anvende en ensartet sats på ensartet regn til pakkede jord bokse i en undersøgelse af skæbne og transport af urinstof, et nonpoint kilde miljøforurening. Under ensartede jordbundsforhold og nedbørsmønstre betingelser, forgængeren vandindhold jord udøvede stærk kontrol over urea tab i overfladeafstrømning.

Abstract

Nedbøren er en drivende kraft til transport af miljøbelastende stoffer fra landbrugsjorde til surficial vandområder via overfladeafstrømning. Formålet med denne undersøgelse var at karakterisere effekten af ​​forgængeren vandindhold jord på skæbne og transport af overfladeudbragt kommerciel urinstof, en almindelig form for kvælstof (N) gødning, efter en nedbør begivenhed, der finder sted inden 24 timer efter gødskning. Selvom urea antages at være let hydrolyseres til ammonium og derfor ikke ofte tilgængelige for transport, de seneste undersøgelser tyder på, at urinstof kan transporteres fra landbrugsjorde til kystvande, hvor det er impliceret i skadelige algeopblomstringer. En regnfald simulator anvendes til at påføre en ensartet hastighed på ensartet regnfald tværs pakket jord kasser, der var blevet befugtet til forskellige jord fugtindhold. Ved at styre nedbør og jordens fysiske egenskaber, virkningerne af forgængeren jordfugtighed på urea tab var isolaTed. Wetter jorde udstillet kortere tid fra regn initiering til afstrømning indvielse, større samlede volumen af ​​afstrømning, højere koncentrationer af urinstof i afstrømning, og større massebelastninger af urinstof i afstrømning. Disse resultater viser også vigtigheden af ​​at kontrollere for forgængeren jord fugtindhold i studier designet til at isolere andre variabler, såsom jord fysiske eller kemiske egenskaber, hældning, jorddække, ledelse eller nedbørsmængden egenskaber. Fordi spredningseffekt simulatorer er designet til at levere regndråber af samme størrelse og hastighed som naturlig nedbør, kan undersøgelser under en standardiseret protokol give værdifulde data, som til gengæld kan bruges til at udvikle modeller til at forudsige skæbne og transport af forurenende stoffer i afstrømning.

Introduction

De miljømæssige konsekvenser af landbrugets er en global og hastigt voksende bekymring, især i lyset af usikkerheden i den globale forandring. Nedbøren er en drivende kraft til transport af miljøbelastende stoffer fra landbrugsjorde til surficial vandområder via overfladeafstrømning. En stor mængde forskning er fokuseret på en bedre forståelse af samspillet mellem nedbør og jordbundsforhold, da de bestemmer Nonpoint kilder til sediment, næringsstoffer, og tab af pesticider fra landbrugsjord. Formålet med denne undersøgelse var at karakterisere effekten af ​​forgængeren vandindhold jord på skæbne og transport af overfladeudbragt kommerciel urinstof, en almindelig form for kvælstof (N) gødning, efter en nedbør begivenhed, der finder sted inden 24 timer efter gødskning.

Der er få undersøgelser af skæbne og transport af urinstof i jord, fordi urinstof hurtigt hydrolyseres til ammonium efter gødningstilførsel og therefore ikke ofte til rådighed for transport. De seneste skelsættende undersøgelser tyder, at urinstof kan transporteres fra landbrugsjorde til kystvande og forårsage forskydninger mod populationer af organismer, der producerer skadelige giftstoffer ^1,2. Både laboratorie-og markforsøg har vist, at når de domoinsyre-producerende diatoméarter Pseudo-Nitzschia australis (P. Australi r) blev dyrket i urea beriget havvand, mængden af domoinsyre producerede var større, end når der dyrkes på nitrat-eller ammonium-berigede havvand ^3. Denne undersøgelse bruges simuleret nedbør til at undersøge de processer, der styrer potentialet for urea-N-tab i afstrømning efter handelsgødning ansøgning.

På grund af variabilitet af naturlige nedbør, er nedbørsmængden simulatorer blevet brugt til at anvende ensartede nedbørsmængder satser over landområder overflader eller pakket jord kasser til at evaluere afstrømning under kontrollerede forhold. Nedbør simulatorer blev oprindeligt brugt til at studere jorderosion ^4. Men i de år, de har været brugt til at måle andre indholdsstoffer i overfladevand og perkolat fra jord ^5-7. Feltundersøgelser ved hjælp af naturlige nedbør er også blevet udført for at vurdere tab af jord bestanddele i afstrømning. Tendenser mellem naturlige nedbør og nedbør simuleringsdata følger et lignende mønster, der peger på en sammenhæng i processer. Derfor nedbør simulation kan bruges i undersøgelser for at forudsige den sandsynlige forekomst af, hvad der sker under naturlige nedbør ^8.

En række af regnmængde simulatorer er blevet udviklet, og typisk de bruger dyse sprøjter til at anvende vand på ønskede satser og varigheder. Størrelsesmæssigt, nedbør simulatorer spænder fra en enkel, lille, transportabel Infiltrometer med en 6 i diameter nedbør område ⁹ til komplekse Kentucky nedbør simulator, der dækker et plot 14,75 ft x 72 ft (4,5 mx 22 m) ^10. En mangel i kroppen af ​​forskning, der employed nedbør simulation er, at der ikke er nogen enkelt standardiseret design eller protokol for udførelse nedbørsmønstre simuleringer ^11.. Faktisk ved 2011 "International Rainfall Simulator Workshop" på Trier Universitet, Tyskland, et samarbejde samfund af videnskabsfolk fra 11 deltagerlande konkluderet, at der er behov for en standardisering af nedbør simulering og simulatorer for at sikre sammenlignelighed af resultater og at fremme yderligere tekniske udvikling for at overvinde fysiske begrænsninger og begrænsninger ^12. Denne undersøgelse søger at delvis løse dette behov ved at præsentere en detaljeret beskrivelse af en standardiseret protokol for udførelse nedbørsmønstre simuleringer ved hjælp af en simulator, der allerede er udbredt til brug i Nordamerika.

Dette eksperiment er en del af en større undersøgelse designet til at vurdere kilden til urinstof i kystvande af Chesapeake Bay, hvor vides giftige alger forekommer årligt. Den specifikke objectiv e med forsøget var at bestemme virkningen af ​​forgængeren fugtindhold jord på urinstof tab i afstrømning. Duplicate ensartet pakket jord Kasserne blev befugtet med en af ​​seks forskellige fugtighedsindhold, der repræsenterer 50, 60, 70, 80, 90 og 100% af feltet kapacitet. Urea var overfladeudbragt i pilleform med en hastighed på 150 kg N / ha. Inden for 24 timer kasserne blev udsat for ensartet nedbør på 40 min varighed med en hastighed på 3,17 cm / time, svarende til en naturlig nedbør begivenhed, der almindeligvis opstår på årsbasis på den østlige bred af Chesapeake Bay i Maryland. Afstrømning prøver blev opsamlet ved 2 min intervaller straks filtreret under anvendelse af et glasfilter (0,45 um) og opbevaret ved 4 ° C indtil de blev analyseret inden for 24 timer efter prøvetagning. Urea-N-koncentrationer blev bestemt ved flow injection analyse kolorimetrisk ^13. Data blev analyseret ved hjælp af SAS V.9.1 ^14, og de ​​statistiske resultater blev anset for signifikante på P ≤ 0,05.

e_content "> Den bærbare nedbør simulator, der blev brugt i denne undersøgelse opfylder design specifikationer ¹⁵ og protokol, der blev udviklet af National Fosfor Project ^16. I USA og Canada, har denne simulator design og protokol blevet bredt vedtaget som standard metode til bruge både ved opgørelsen af ​​opløst og partikulært bundet fosfor tab i afstrømning. Selvom afstrømning prøver blev analyseret for urea snarere end fosfor, metoden til at anvende en ensartet og konsekvent regn til pakket jord kasser er den samme, som er kort beskrevet i National Fosfor Projekt nedbør simulation protokol.

Protocol

1.. Jord og forberedelse

1. Saml jorden fra overfladen horisont jordprofilen til præcist at repræsentere fysiske og kemiske forhold i jordens overflade. Bemærk: Hvis det er muligt jord skal indsamles fra de øverste 5 cm af overfladen. Området for indsamling jord skal være lille nok til at begrænse variationen i jord fysiske og kemiske egenskaber.
2. Si jorden gennem et groft (20 mm) for at fjerne sten. Bemærk: Sigtning er lettere, hvis jorden er noget fugtigt.
3. Spred den sigtede jord ud på en tung presenning i et tyndt lag til at lette tørring, helst i et grønt hus eller varmt indeklima.
4. Bland jorden med en skovl, rive eller trække kanterne af Tarp fra den ene side til den anden, som om folde en kæmpe calzone. Bemærk: Vær forsigtig med ikke at rippe eller rive Tarp med kanten af ​​en skovl eller rive. Gentag denne proces flere gange, indtil jorden er grundigt blandet.
5. Tag 10 prøver fraforskellige steder i bunken af grundigt blandet jord og gennemføre en Mehlich-3 fosfor test ¹⁷ ​​til at teste for homogenitet. Bemærk: Homogenitet opnås, når resultaterne af de 10 prøver har en variationskoefficient (CV) på <0,05. Hvor: CV = standardafvigelse / gennemsnit.
6. Hvis CV for Mehlich-3 fosfor test er> 0,05, fortsætte blande jorden og gentag homogenitet testen.

2. Pakning Jord Boxes

1. Bemærk: Jord kasser skal være af ensartet volumen med identiske dimensioner af længde, bredde og dybde (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) med ni 5 mm drænhuller i bunden. Kasser skal have en 5 cm læbe og en samling tagrende den ene ende (figur 1).
2. Line bunden af ​​kasser med fire lag osteklæde for at holde jorden fra at vaske ud af hullerne i kassen, mens tillade vand at strømme igennem, når jorden er mættet.
3. Pak den første jord boksen ved øse nok tørret, sigtet og homogenseret jord ind i feltet for at fylde det omkring halvdelen dyb når glattes ud (ca. 3,5 cm). Spred jorden jævnt og pakke det med en flad mursten. Bemærk: Soil bør være tilstrækkeligt tør, så det ikke kompakt under trykket af mursten.
4. Tilføj yderligere 2 cm jord og niveau det ud med en udjævning sporvidde til en pakket dybde af 5 cm, højden af læbe af boksen, at udslip i rendestenen (Figur 2).
5. Mængden af ​​jord, der blev tilføjet til den første pakkede boks afvejes og føje den samme vægt af jord til alle tilbageværende bokse. Pak hver boks for at opnå en jorddybde af 5 cm og ensartet massefylde.
6. Støvsug tagrender af jord kasserne for at fjerne enhver jord, som spildt i tagrenden i pakkeprocessen.

3. Montering Jord Boxes i Rainfall Simulator

1. Placer en ramme konstrueret ud af 2 i x 6 i trykimprægneret træ i midten af ​​den nedbør simulator, på hvilken jord kasser wsyge skal placeres. Bemærk: Rammen bør have en travers i midten for at give stivhed. Placere jord kasser på en bundløs stel minimerer stænk der ellers ville opstå en solid platform umiddelbart under jord-kasser og tillader fri dræning fra hullerne i bunden af ​​kasserne.
2. Placer rammen på cementblokke i en højde, der giver mulighed for placering af indsamlingssteder flasker og tragte under tude om indsamling tagrender på forsiden af ​​jord bokse monteret på platformen.
3. Yderligere løfte bagsiden af ​​platformen ved hjælp af mursten, tømmer og afstandsstykker, således at bagsiden af ​​en jord kasse placeret på platformen er 3 cm højere end forsiden af ​​kassen, hvilket resulterer i en 3% stigning. Mål skråningen ved at placere en plade (> 100 cm længde) på bagsiden af ​​en jord boks monteret på platformen. Ved hjælp af et vaterpas holde bord plan og øge bagsiden af platformen, således at forsiden af kassen 3 cm under niveauet bord (figur 3
4. Find det punkt direkte under overhead dyse og undgå at placere en boks i denne stilling til at undgå store dråber fra dysen i begyndelsen eller slutningen af ​​en regn begivenhed falder på en jord kasse, og derefter placere fem eller seks kasser jævnt fordelt på platformen . Marker positionen af ​​kasserne og altid placere kasser i de samme positioner.

4.. Valg af kilde af vand til kunstvanding

1. Vælg en vandingsvand kilde, som er relativt fri for alle elementer og forbindelser, især af interesse for undersøgelsen. Analyser vandkilde forud for undersøgelse for at bestemme vandets renhed. Bemærk: Hvis det er nødvendigt, bør ionbytterharpikser anvendes til at opnå den ønskede vandets renhed.
2. Giv en vigtigste vand kilde til nedbør simulator, der overstiger et tryk på 8 psi og et flow på 5 gpm. Bemærk: Normale kommunale kilder overstiger disse minimum krævermenter. Hvis du bruger vandtanke og pumper, skal du sørge for pumperne er i stand til at levere en vandforsyning, der overstiger den minimale tryk og flow.

5.. Valg af dysestørrelse at bruge

1. Vælg en af ​​fire standard dysestørrelser, der bruges til spredningseffekt simuleringer. Bemærk: Hver dyse har en optimal ydeevne tryk og flow for at opnå ordentlig dråbestørrelse og intensitet (tabel 1). Valg af dyse størrelse til brug i en bestemt undersøgelse bestemmes i forhold til den intensitet (cm / time) af den naturlige nedbør begivenhed for at blive repræsenteret.

6.. Nedbøren Simulator Operation

1. Placer (1) enkelt håndtag kuglehanen (figur 4) til den lukkede position, løftestang ved 90 graders vinkel på tværs af røret, og tænd den vigtigste vandkilde (kommunal eller pumpe).
2. Drej offentlig sætskrue på toppen af (3) trykregulator (fig. 4) mod uret til reduce trykket og åbne den næste-in-line (4) in-line flow kontrol ventil helt.
3. Åbn (1) enkelt håndtag kuglehanen (Figur 4) helt og juster (3) trykregulator ventilen ved at dreje stilleskruen med uret for at opnå ca 8 psi i (6) trykmåler placeret nær toppen af nedbør simulator. Bemærk: Når den (3) trykregulator ventilen er indstillet til at blive lidt højere end det ønskede dysetryk, bør det ikke skal justeres under driften af ​​den nedbør simulator, medmindre de vigtigste vandkilde trykændringer.
4. Nogen lukke (4) in-line strømstyreventilen (figur 4) til (5) flowmåler læser den omtrentlige strømningshastighed i gallon per min for dysen i brug, og (6) manometer læser omtrentlige psi for dyse i brug (tabel 1).
5. Luk (1) enkelt håndtag kuglehane (figur 4) for at stoppe flow uden at ændreflow og tryk indstillinger.

7.. Dyse Kalibrering og Rainfall Ensartethed

1. Dæk hullerne i bunden af ​​5 eller 6 tomme jord kasser med gaffatape til at forhindre vand i at lække ud af kasserne og placere dem i de markerede positioner på træramme (se trin 3.4).
2. Position og holde en 10 ft længde på 2 tommer PVC rør med en 45 ° vinkel fastgjort til enden på dysen og åbn (1) enkelt håndtag kugleventil.
3. Opsaml udledning fra PVC-rør i en stor gradueret cylinder til 10 sek.
4. Foretage mindre justeringer af (4) in-line flow kontrol ventil og gentag 10 sec kollektioner frem 10 sek flow volumen matcher den tilsvarende værdi for dysen i brug (tabel 1). Når den korrekte flow er opnået, bruge værdien på flowmåleren som et middel til overvågning af variation i flow på grund af mulig tryksvingninger. Bemærk: korrekt kalibreret dyse, the 10 sek flow volumen er en mere præcis målestok end aflæsningen på flowmåleren.
5. Fjern 10 fods længde PVC-rør til at tillade regn til våd kassen område og bemærk tidspunktet for nedbør indvielse.
6. Efter nøjagtig 10 minutter brat stopper nedbøren ved at placere 10 fods PVC rør over dysen for at aflede strømmen og lukke (1) enkelt håndtag kugleventil.
7. Måle mængden af vand (ml) opsamles i hver kasse ved at hælde det i et måleglas, og beregne nedbør dybde ved at dividere volumen med det område af bunden af kassen (2.000 cm ^2).
8. Beregn variationskoefficienten for nedbør dybde. Bemærk: Nedbøren ensartethed opnås, når nedbør dybde i de 5 eller 6 kasser har en variationskoefficient <0,05. Hvor: CV = standardafvigelse / gennemsnit.
9. Hvis CV er ikke mindre end 0,05, drej dysen ¼ omgang strammere og gentag kalibreringen. Bemærk: Dysen skal muligvis drejes flere gangeat opnå en CV på mindre end 0,05.
10. Når et CV på mindre end 0,05 er opnået, gentage kalibreringen flere gange for at sikre, at nedbør intensitet på tværs af kørsler er konsistent.

8.. Gennemførelse af en Rainfall Simulation

1. Efter kalibrering pakket jord kasser i de markerede positioner på træramme (se trin 3.4).
2. Position afstrømning indsamling flasker og tragte under dræn tude og forhindre nedbør fra direkte falder ned i rendestenen ved hjælp af en papirclips til at vedhæfte et skjold over rendestenen (figur 5).
3. Gentag trin 7,2-7,5 at kalibrere dyse flow umiddelbart forud for en nedbør simulation begivenhed og indlede nedbør.
4. Optag tidspunktet for afstrømning indledning for hver kasse, når vandet dræning fra afløbet tud vender sig fra en langsom drop til en kontinuerlig strøm.
5. Saml afstrømning prøver ved foreskrevne tidsintervaller i løbet af begivenheden ved at skifte indsamling flasker eller påudgangen af ​​en begivenhed af forudbestemt varighed.
6. For at afslutte en nedbør begivenhed, stop nedbøren ved at placere 10 fods PVC rør over dysen til brat aflede strømmen og lukke (1) enkelt håndtag kugleventil.
7. Saml afstrømningen prøver og optage volumen ved hjælp af et måleglas eller masse at antage, at vand vejer 1 g / cm ^2.
8. Bland prøverne grundigt, så al sediment i suspension og derefter tage en delprøve til laboratorieanalyse.

Representative Results

En grund til at gennemføre det aktuelle forsøg var at undersøge faktorer, der kan have bidraget til dårlige resultater fra en tidligere eksperiment, hvor urea tab i afstrømningen blev sammenlignes på tværs af flere former for gødning og gødning, der indeholdt urea. Alle behandlinger blev anvendt på jord, der var blevet mættede og lov til at dræne til felt kapacitet. Resultater for fem gentagelser af urinstof prill behandling varierede fra koncentrationer på 1-12 mg / L urea-N i afstrømning. Denne størrelsesorden variation blandt replikater var uacceptabelt under kontrollerede forhold og forvirrede resultaterne af forsøget. Et stærkt positivt forhold mellem samlede volumen af ​​afstrømning og urea-N-koncentration i afstrømningen foreslog, at de fysiske forhold, såsom pakning eller variable forhenværende fugtforhold på grund af forskellige dræning og tørring betingelser, var årsagsfaktorer.

For at undersøge årsagen til sådanne ekstreme variation i urea koncentrationer i afstrømningen blev alle kasser i den aktuelle eksperiment omhyggeligt fyldt med lige store vægtmængder af ensartet blandet silt lerjord, som vist i figur 1 og 2, for at minimere variation i fysiske forhold. For at opnå 50, 60, 70, 80, 90 og 100% af omtrentlige markkapaciteten som bestemt ved befugtning derefter ovntørring en lille mængde sigtet jord, vægten af ​​vand, der kræves til at væde jorden til tilsvarende forhenværende jord moistures af 14 blev 17, 19, 22, 25, og 27% er beregnet, lægges til kasserne, og lov til at komme i ligevægt O / N. Nedbør simulation fulgt nøjagtige protokollen beskrevet ovenfor og afbildet i figur 3-5. Den 17 WSQ Fuld Jet 3/8 HH dyse (tabel 1) blev anvendt til at levere en nedbør intensitet på 3,2 cm / time i løbet af en 40 min periode, hvilket svarer til en naturlig nedbør begivenhed, der almindeligvis opstår på årsbasis på den østlige bred af Chesapeake Bay i Maryland.

tabel 2.. Der var en signifikant positiv sammenhæng mellem den samlede afstrømning volumen og forhistorie fugt tilstand (figur 6). Wetter jorde havde mindre kapacitet til at lagre vand og lavere infiltration satser resulterer i større afstrømning mængder. Der var en signifikant negativ sammenhæng mellem tid til afstrømning og forhistorie fugt tilstand (figur 7). Vand infiltreret i tørre jord til en længere periode, før de blev våde nær overfladen, hvilket afstrømning at forekomme. Ikke overraskende var der en positiv sammenhæng mellem den samlede belastning urinstof-N i afstrømning og samlede afstrømning volumen (figur 8). Det er velkendt i hydrologiske undersøgelser, volumenstrømmen er normalt en stærk indikator af den samlede belastning. Hvordan koncentration vil opføre sig som svar på en afstrømning begivenhed er mindre forudsigelig. Flow vægtede concentration blev beregnet som summen af ​​belastninger for hver 2 min afstrømning indsamling og dividere med den samlede afstrømning volumen. Det svarer til koncentrationen i en enkelt samling af afstrømning i slutningen af ​​40 min regnfald periode. I denne undersøgelse var der en signifikant positiv sammenhæng mellem flow vægtede koncentration i afstrømning og forhistorie fugt tilstand (figur 9). I betragtning af de positive lineære relationer mellem afstrømning volumen og forhistorie jordfugtighed og flow vægtet koncentration og forgænger fugt tilstand, en signifikant positiv sammenhæng mellem den samlede belastning urea-N og forventedes forgænger fugt tilstand. Imidlertid blev dette signifikant sammenhæng bedst beskrives ved en eksponentiel ligning (Figur 10).

For at visualisere urea-N tab i afstrømningen over tid, individuelle 2 min koncentration og kumulative belastninger i en gentagelse af en jord kasse repræsenterer hvert antecedent fugt conditionion blev afbildet over 40 min regnfald tidsinterval (figur 11). Selv koncentrationer i afstrømningen kan variere noget uregelmæssigt over tid (fx i tilfælde af 90% vand), koncentrationer generelt starte højt og falde over tid. Kumulative belastninger over tid er meget glattere funktioner, og de illustrerer de betydelige relationer tidligere drøftet. Tid til afstrømning er længere, urea-N-koncentrationer i afstrømning er lavere, og kumulative belastninger er mindre for de mere tørre jorde. Selvom urea hydrolyserer hurtigt i jord, hvor nedbøren sker inden for få timer overflade ansøgning, meget af N er stadig til stede i urea form og er genstand for tab i afstrømning. Urea er et neutralt molekyle og er ikke stærkt bundet til overfladen af ​​jordpartikler. Da vand infiltrerer de tørre jord under den tidlige del af en nedbørsvejr det bærer Opløst urinstof ned i jorden og væk fra surficial afstrømning zone. Når afstrømning ikke begynder, er der mindre urea PRESENT og koncentrationerne i afstrømningen er lavere. Fra et praktisk sans, ville urinstof næsten altid anvendes under tørre betingelser som landbrugsudstyr ikke kunne krydse jord, der er på marken kapacitet.

Figur 1. Skematisk emballerede jord afstrømning kassen. En metalkasse (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) med en 5 cm læbe på den forreste ende er fyldt med jord til en dybde på 5 cm. Afstrømning der spilder over 5 cm læbe opsamles i en vedhæftet tagrende, der er beskyttet mod regn falder direkte ned i rendestenen. Ni huller med en diameter på 5 mm tillade vand, der infiltrerer jorden til at dræne fra kasserne og forebygge vandansamlinger. En brystvorte fastgjort nær den forreste kant af bunden af ​​renden tillader afstrømning vandet løber ned i skorstene og indsamling flasker posioned under brystvorten.

Figur 2. Box emballage. Ca. 4 lag ostelærred i bunden af kassen forhindre tab af jordbund, men tillader vandet løbe frit. En udjævning gauge bestående af akrylglas klemt mellem to træplader er så bred som boksen (20 cm) og som dyb (2,5 cm) som forskellen mellem siderne af kassen (7,5 cm) og toppen af ​​renden (5 cm). Ved at hvile i bestyrelsen på læben af ​​boksen akryl glas anvendes til lønklasse jord til dybden af ​​rendestenen.

Figur 3. Positioning platformen. Placer platformen, så at når de pakkede jord bokse er på plads, de alle har den samme hældning. For denne undersøgelse, den ønskede hældning var 3%. Mens du holder et bestyrelsesniveau, placere platformen, så den ned skråning, tagrende ende af boksen er 3 cm under toppens forside ende. Platformen skal være plan i tværhældningen retning.

Figur 4.. Nedbør simulator kontrol begynder fra vandet kilden og forløber gennem VVS system til dysen (1) grebs kugleventil:. Dette er en hurtig lukkeventil. Lever på linje med røret er på; løftestang ved 90 graders vinkel på tværs af røret er slukket. Brug denne ventil til at slå strømmen til og fra uden at forstyrre ventiler, der styrer tryk og flow. Åbne fuldt ud og lukker helt. Do ikke forsøge at bruge denne ventil til at styre flow. (2) Sediment filter: Kontroller filter med jævne mellemrum og udskift element efter behov for at undgå tilstopning med sediment. (3) Trykreguleringsventil: Denne ventil styrer trykket i ledningen fra dette punkt og fremad. For meget tryk kan bryde rør, slanger eller tilslutninger. (4) In-line strømstyreventilen (Skydeventil): Denne ventil bruges til at finindstille strømmen til dysen med henblik på at opnå den ønskede strømningshastighed og dysetryk. (5) Flowmåler: Foranstaltninger omtrentlig flow. (6) Manometer: Foranstaltninger omtrentlig tryk ved dysen.

Figur 5. Bokse placeret på platformen for nedbør simulering. Placer 5 eller 6 kasser i markerede positioner for hvert regn simulering begivenhed. Undgå at placere en boksdirekte under dysen for at hindre dryp direkte på en kasse overflade.

Figur 6. Samlet afstrømning volumen er positivt korreleret med forgængeren jord vandindhold ^(R2 = 0,64).

Figur 7. Tid til afstrømningen er negativt korreleret med forgængeren jord vandindhold ^(R2 = 0,48). Overfladen af ​​en våd jord mætter hurtigt. Nedbør, der overstiger den hydrauliske ledningsevne af vandmættet jord genererer afstrømning.

fo: content-width = "5in" fo: src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8.jpg" />
Figur 8. Samlet belastning urea-N er positivt korreleret med afstrømning volumen (R ² = 0,81). Forskelle i afstrømning volumen overvælde forskelle i koncentrationen af ​​urea-N i afstrømning.

Figur 9. Flow vægtet koncentration af urinstof-N er positivt korreleret med forgængeren jordfugtigheden ^(R2 = 0,66). Tørre jord tillade infiltration der udvasker urinstof-N i jorden og væk fra jordoverfladen. Når afstrømning sker, mindre urea-N er tilgængelig på overfladen bevægelse i afstrømning.

5in "fo: src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10.jpg "/>
Figur 10. Samlet belastning urea-N er positivt korreleret med forgængeren jordens vandindhold ^(R2 = 0,74). De positive relationer mellem total afstrømning volumen og forhistorie vandindhold jord og mellem flow vægtet koncentration af urea-N og forhistorie fugtindhold kombinere til at resultere i en eksponentiel sammenhæng (y = 0,2043 e ^0.0405x).

Figur 11. Urea-N-koncentration og kumulative belastning relationer over tid for en gentagelse af hver forgængeren jordfugtighed indholdssideside t. Selvom urea-N-koncentration er ikke altid en jævn funktion gennem tiden, de betydelige relationer tidligere ly diskuteret kan visualiseres.

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

Dysestørrelse	Intensitet	Optimal Pressure	Flow	10 sek Flow
	cm / time	psi	gpm	ml
17 WSQ Fuld Jet 3/8 HH	3.2	6,0	1.5	940
3.3	6,0	1.8	1.140
30 W Fuld Jet 1/2 HH	6,0	5,0	2.2	1.250
50 W Fuld Jet 1/2 HH	7.0	4.1	3.7	2.300

Tabel 1. Dyse størrelsesskema. Løbsstørrelser der er blevet identificeret til brug med denne nedbør simulator og tilhørende regn intensitet, tryk og flow parametre præsenteres. Udvælgelse af dysestørrelse afhænger af den ønskedenedbør intensitet. Nedbøren intensitet og varighed svarer til en udfældning tilfælde af en vis periode for at studere et bestemt sted afkast. Dysestørrelse 17 WSQ blev brugt til denne undersøgelse. Nedbøren af ​​40 min varighed med en intensitet på 3,2 cm / time svarer til en naturlig nedbør begivenhed, der almindeligvis opstår på årsbasis på den østlige bred af Chesapeake Bay i Maryland.

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

Jordfugtighed	Samlet afstrømning	Flow vægtet	Samlet belastning
%	volumen (L)	koncentration	(Mg urinstof -N)
		(Mg L -1 urinstof-N)
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
			† Duplicate tal repræsenterer to gentagelser for hvert fugt niveau

Tabel 2.. Antecedent jordens vandindhold, samlede afstrømning volumen, flow vægtede urea-N og total urea-N belastning efter regn simulering. Duplicate tal repræsenterer to gentagelser for hvert fugt niveau

Discussion

Afstrømning er primært genereret af to mekanismer, infiltration overskydende afstrømning og mætning overskydende afstrømning ¹⁸ og er påvirket af jordens egenskaber, antecedent jordens fugtighed, topografi, og regn intensitet. Nedbøren simulering kan anvendes til at fastsætte den regn intensitet variable og studere et eller flere af de resterende variable. Regnfald intensitet og varighed kan også styres over et begrænset område for undersøgelsen ved at ændre dysestørrelse. De mest kritiske trin for udførelse nedbør simulation undersøgelser af pakket jord bokse er: 1) at sikre en ensartet pakning af jord kasser; 2) kontrollerer forgænger fugtindhold jord; 3) kalibrering flow for den valgte dyse, så drop størrelse og hastighed tilnærmer naturlige nedbør; og 4) at justere dyse position til at sikre ensartet regn på tværs af alle jord bokse.

Ved slutningen af ​​kalibreringsprocessen er en gang et CV på mindre end 0,05 opnået for nedbør ensartethed på tværs af alle jordkasser bør 10 min kalibrering gentages flere gange for at sikre, at regn-intensiteten på tværs kørsler er konsistent. Et CV kan også beregnes for ensartethed på tværs af kørsler. Hvis CV for ensartethed på tværs af kørsler er mindre end for ensartethed af nedbør på tværs af alle bokse, overveje at gruppere replikate behandlinger inden for de enkelte kørsler for at minimere variation på tværs af behandlinger. Ellers, for at mindske fejl i forbindelse med box position og på tværs af kørsler, randomisere begge behandlinger og replikater efter kasse position, tage skridt til at begrænse placere en behandling i en position mere end én gang.

Ved hjælp af denne nedbør simulator design og en standardprotokol for korrekt kalibrering simulatoren vil forbedre sammenligninger af resultater på tværs af undersøgelser foretaget af forskellige forskere. De data, der stammer denne måde kan bruges til at forudsige, hvad der sker under naturlige nedbør og bedre forstå de processer og faktorer, der styrer tab til miljøet fra nogennpoint forureningskilder. Sådanne undersøgelser kan give værdifulde data til brug i udviklingslandene modeller til at forudsige skæbne og transport af forurenende stoffer sediment og kemiske i afstrømningen under naturlige nedbør forhold.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Rainfall Simulator	Joern's Inc.	TLALOC 3000	Size 1.5 m x 2.0 m (size optional)
Rainfall Simulator	Joern's Inc.	TLALOC 4000	Size 2.0 m x 2.0 m (size optional)
Rainfall Nozzle	Spraying Systems Inc.	3/8HH-SS17WSQ	Size 17 nozzle
Rainfall Nozzle	Spraying Systems Inc.	3/8HH-SS24WSQ	Size 24 nozzle
Rainfall Nozzle	Spraying Systems Inc.	1/2HH-SS30WSQ	Size 30 nozzle
Rainfall Nozzle	Spraying Systems Inc.	3/8HH-SS50WSQ	Size 50 nozzle