En protokoll for dirigering Nedbør Simulering å studere Soil Avrenning

Summary

En regnsimulator ble brukt til å søke en konsistent hastighet på uniform nedbør til pakket jord bokser i en studie av skjebnen og transport av urea, en nonpoint kilde miljø forurensningen. Under uniform jord og regnforhold, utøvde forutgående jordfuktighet sterk kontroll over urea tap i overflateavrenning.

Abstract

Nedbør er en pådriver for transport av miljøgifter fra jordbruksjord til surficial vannforekomster via overflateavrenning. Målet med denne studien var å karakterisere virkningene av forutgående jordfuktighetsinnhold på skjebne og transport av overflaten påføres kommersiell urea, en vanlig form for nitrogen (N) gjødsel, etter en regnskyll hendelse som inntreffer innen 24 timer etter at gjødslings. Selv om urea antas å være lett hydrolyseres til ammonium og derfor ikke ofte tilgjengelig for transport, nyere studier tyder på at urea kan transporteres fra jordbruksjord til kystnære farvann hvor det er innblandet i skadelige algeoppblomstringer. En regnsimulator ble brukt til å søke en jevn hastighet av uniform nedbør over pakket jord bokser som hadde blitt prefuktede til forskjellige jordfuktighet innholdet. Ved å kontrollere nedbør og jord fysiske egenskaper, effekter av forutgående jordfuktighet på urea tap var isolated. Våtere jord utstilt kortere tid fra nedbør initiering til avrenning initiering, større totalvolum av avrenning, høyere urea konsentrasjoner i avrenning, og større masse belastninger av urea i avrenning. Disse resultatene viser også viktigheten av å kontrollere for forutgående jordfuktighet i studier designet for å isolere andre variabler, som for eksempel jord fysiske eller kjemiske egenskaper, skråning, jorddekke, ledelse, eller regn egenskaper. Fordi regn simulatorer er designet for å levere regndråper i samme størrelse og hastighet som naturlig nedbør, kan studier gjennomført under en standardisert protokoll gi verdifulle data som i sin tur kan brukes til å utvikle modeller for å forutsi skjebnen og transport av miljøgifter i avrenning.

Introduction

De miljømessige konsekvensene av landbruket er en global og raskt økende bekymring, spesielt i lys av usikkerheten i global endring. Nedbør er en pådriver for transport av miljøgifter fra jordbruksjord til surficial vannforekomster via overflateavrenning. En stor mengde forskning er fokusert på bedre å forstå samspillet mellom nedbør og grunnforhold som de bestemmer nonpoint kilder til sediment, næringsstoff og plantevernmiddel tap fra jordbruksjord. Målet med denne studien var å karakterisere virkningene av forutgående jordfuktighetsinnhold på skjebne og transport av overflaten påføres kommersiell urea, en vanlig form for nitrogen (N) gjødsel, etter en regnskyll hendelse som inntreffer innen 24 timer etter at gjødslings.

Det er få studier av skjebnen og transport av urea i jord, fordi urea er raskt hydrolysert til ammonium følgende gjødsling og therefore ikke ofte tilgjengelig for transport. Men nyere vannskille studier tyder på at urea kan transporteres fra jordbruksjord til kystnære farvann og forårsake forskyves mot bestander av organismer som produserer giftstoffer ^1,2. Både laboratorie-og felteksperimenter har vist at når de domoisyre produserende diatom Pseudo-nitzschia australis (s. Australi s) ble dyrket i urea anriket sjøvann, mengden av domoisyre produsert var større enn når dyrket på nitrat-eller ammonium-anriket sjøvann ^tre. Denne studien benyttet simulert nedbør for å undersøke de prosessene som styrer potensialet for urea-N tap i avrenning følgende kunstgjødsel søknad.

På grunn av variasjonen av naturlige nedbør, har regn simulatorer blitt brukt til å søke uniform regn priser over land overflater eller pakket jord boksene for å vurdere avrenning under kontrollerte forhold. Nedbør simulatorer ble opprinnelig brukt til å studere jorderosjon ^fire. Men i løpet av årene de har blitt brukt til å måle andre bestanddeler i overflateavrenning og sigevann fra jordsmonn ^5-7. Feltstudier ved hjelp av naturlig nedbør har også blitt utført for å vurdere tap av jord bestanddeler i avrenning. Trender mellom natur nedbør og nedbør simulerte data følger et lignende mønster, peker til en konsistens i prosesser. Derfor regn simulering kan brukes i undersøkelser for å forutsi den sannsynlige forekomst av hva som skjer i henhold til naturlige nedbør ^8..

En rekke regn simulatorer har blitt utviklet, og vanligvis de bruker dyse sprøyter å bruke vann på ønskede kostnader og varighet. Når det gjelder størrelse, regn simulatorer variere fra en enkel, liten, bærbar infiltrometer med en 6 i diameter nedbørsområde ⁹ til komplekset Kentucky nedbøren simulator, som dekker en tomt 14,75 ft x 72 ft (4,5 mx 22 m) ^10. En brist i kroppen av forskning som EMPloyed nedbør simulering er at det er ingen enkel standardisert design eller protokoll for gjennomføring av regn simuleringer ^11. Faktisk, i 2011 "International Nedbør Simulator Workshop" i Trier universitetet i Tyskland, et samarbeids fellesskap av forskere fra 11 deltakerland konkluderte med at en standardisering av nedbør simulering og simulatorer er nødvendig for å sikre sammenlignbarhet av resultater og for å fremme videre tekniske utviklingen for å overvinne fysiske begrensninger og begrensninger ^12. Denne studien søker å delvis løse dette behovet ved å presentere en detaljert beskrivelse av en standardisert protokoll for å gjennomføre regn simuleringer ved hjelp av en simulator som allerede er allment tatt i bruk i Nord-Amerika.

Dette eksperimentet er en del av en større studie designet for å vurdere kilden til urea i estuarine vannet i Chesapeake Bay hvor giftige algeoppblomstringer er kjent for å forekommer årlig. Den spesifikke objectiv e av forsøket var å bestemme effekten av forutgående jordfuktighet på urea tap i avrenning. Duplikat jevnt pakket jord boksene ble prefuktede til en av seks forskjellige fuktighetsinnhold som representerer 50, 60, 70, 80, 90, og 100% av feltkapasiteten. Urea ble anvendt i overflate prill formen med en hastighet på 150 kg N / ha. Innen 24 timers boksene ble utsatt for uniform nedbørsmengde på 40 min varighet med en hastighet på 3,17 cm / time, tilsvarende en naturlig nedbør hendelse som ofte oppstår på årsbasis på den østlige kysten av Chesapeake Bay i Maryland. Avrenning Prøver ble tatt ved 2 min intervaller, umiddelbart filtrert ved hjelp av et glassfilter (0,45 um), og lagret ved 4 ° C inntil de ble analysert i løpet av 24 timer etter innsamling. Urea-N konsentrasjonene ble bestemt av flyt injeksjon analyse kolorimetri ^13. Data ble analysert ved hjelp av SAS v.9.1 ^14, og statistiske resultatene ble vurdert signifikant på P ≤ 0,05.

e_content "> Den bærbare nedbøren simulator som ble benyttet i denne studien oppfyller design spesifikasjoner ¹⁵ og protokoll som ble utviklet av National Fosfor Prosjekt ^16. I USA og Canada, har denne simulatoren design og protokoll blitt mye vedtatt som standard metode for bruk i å bestemme både oppløst og partikkelformet-bundet fosfor tap avrenning. Selv avrenning Prøver ble analysert med hensyn på urea i stedet for fosfor, er metoden for å anvende en enhetlig og konsistent nedbør til pakket jord bokser den samme som den som er kort beskrevet i National Fosfor Prosjekt nedbøren simulering protokollen.

Protocol

En. Jord Innsamling og klargjøring

1. Samle jord fra overflaten horisonten av jordsmonnet for å nøyaktig representerer fysiske og kjemiske forhold til jordoverflaten. Merk: Hvis mulig jord skal samles fra de beste 5 cm av overflaten. Området for jord samling bør være liten nok til å begrense variasjoner i jord fysiske og kjemiske egenskaper.
2. Sil jorda gjennom en grov (20 mm) skjermen for å fjerne steiner. Merk: Sikting er lettere hvis jorda er litt fuktig.
3. Spre siktet jord ut på en tung presenning i et tynt lag forenkler tørking, fortrinnsvis i et grønt hus eller varm innemiljø.
4. Bland i jorden med en spade, rake eller ved å trekke kantene av presenningen fra den ene side til den annen som om brette en gigantisk calzone. Merk: Vær forsiktig med å rippe eller rive presenning med kanten av en spade eller rake. Gjenta denne prosessen flere ganger før jordsmonnet er godt blandet.
5. Ta 10 prøver fraforskjellige steder i bunken av grundig blandet jord og gjennomføre en Mehlich-3 fosfor test ¹⁷ ​​for å teste for homogenitet. Merk: Homogenitet oppnås når resultatene av de 10 prøvene har en variasjonskoeffisient (CV) på <0,05. Hvor: CV = standardavvik / mener.
6. Dersom CV av Mehlich-3-fosfor-testen er> 0,05, fortsette å blande jorden og gjenta homogenitet test.

2. Pakking Jord Bokser

1. Merk: Jord boksene skal være av enhetlig volum med identiske dimensjoner av lengde, bredde og dybde (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) med ni 5-mm dreneringshull i bunnen. Bokser bør ha en 5-cm leppe og en samling takrenne på den ene enden (Figur 1).
2. Linje i bunnen av boksene med fire lag osteklede for å holde jord fra å vaske ut av hullene i boksen samtidig som vann kan strømme gjennom når jorden er mettet.
3. Pakk den første jord boksen ved scooping nok tørket, siktet, og homoføres jord inn i boksen for å fylle den omtrent halvparten dypt når glattet ut (ca 3,5 cm). Spre jord jevnt og pakke det med en flat murstein. Merk: Jord bør være tilstrekkelig tørr slik at det ikke kompakt under trykket av murstein.
4. Legg til ytterligere 2 cm jord og nivået den ut med en utjevning måler til en fullpakket dybde på 5 cm, høyden på kanten av boksen som søl i rennesteinen (Figur 2).
5. Vei hvor mye jord som ble lagt til den første pakket boksen, og legge den samme vekten av jord til alle gjenværende boksene. Pakk hver boks for å oppnå en jorddybde på 5 cm og jevn volumtetthet.
6. Støvsug rennene i jorda boksene for å fjerne jord som sølt ned i rennesteinen i pakkeprosessen.

Tre. Montering Jord Bokser i Nedbør Simulator

1. Plasser en ramme konstruert av to i x 6 i trykkimpregnert trevirke i sentrum av nedbøren simulator hvorpå boksene jord wsyk plasseres. Merk: Rammen bør ha et tverrelement i midten for å gi stivhet. Plassere jord bokser på et bunnramme minimerer sprut som ellers ville oppstå fra en solid plattform rett under jord bokser og tillater fri drenering fra hullene i bunnen av boksene.
2. Plasser rammen på sementblokker i en høyde som tillater plassering av oppsamlingsflasker og trakter under tutene på oppsamlings takrenner på forsiden av grunnbokser som er montert på plattformen.
3. Ytterligere heve baksiden av plattformen, ved hjelp av klosser, tømmer og mellomlegg, slik at baksiden av en jordboks plassert på plattformen er 3 cm høyere enn forsiden av boksen, noe som resulterer i en 3% skråning. Mål hellingen ved å plassere et brett (> 100 cm lengde) på baksiden av en jord boksen montert på plattformen. Ved hjelp av et vater, holder styrenivå og øke bak på plattformen, slik at fronten av boksen er 3 cm under nivået kortet (Figur 3
4. Finn det punktet rett under overhead dyse og unngå å plassere en boks i den posisjonen for å unngå store dråper fra munnstykket på begynnelsen eller slutten av regn hendelse fra å falle på en jord-boksen, og deretter plassere fem eller seks bokser jevnt fordelt på plattformen . Markere posisjonen til boksene og alltid plassere bokser i de samme posisjonene.

4. Velge kilde om vannings

1. Velg en vannings vannkilde som er relativt fri for alle elementer og forbindelser, spesielt de som er av interesse for undersøkelsen. Analyser vannkilden før undersøkelsen for å bestemme vannets renhet. Merk: Om nødvendig, bør exchange harpiks brukes for å oppnå ønsket vannets renhet.
2. Gi en hoved vannkilde til nedbøren simulator som overskrider et trykk på 8 psi og en strømningshastighet på 5 gpm. Merk: Normal kommunale kilder overstiger disse minimumskravmenter. Hvis du bruker vanntanker og pumper, være sikker på at pumpene er i stand til å levere en vannforsyning som overstiger minste trykk og strømningshastighet.

5. Velge dysestørrelsen å bruke

1. Velg ett av fire standard dysestørrelser som brukes for regn simuleringer. Merk: Hver dyse har en optimal ytelse trykk og strømning for å oppnå riktig dråpestørrelse og intensitet (tabell 1). Valg av dysestørrelse for anvendelse i en spesiell undersøkelse bestemmes i forhold til intensiteten (cm / time) av den naturlige nedbør arrangement for å bli representert.

6. Nedbør Simulator Operation

1. Plasser (1) ettgreps kuleventil (Figur 4) til lukket posisjon, spaken i 90 graders vinkel på tvers av røret, og slå på hoved vannkilde (kommunalt eller pumpe).
2. Slå den firkantede skruen på toppen av (3) trykkregulator ventil (figur 4) mot klokken for å reduce trykket og åpne neste-in-line (4) in-line strømningskontrollventilen helt.
3. Åpne (1) ettgreps kuleventil (Figur 4) helt og juster (3) trykkregulator ventil ved å skru justeringsskruen med klokken for å oppnå ca 8 psi i (6) manometer plassert nær toppen av nedbøren simulator. Merk: Når (3) trykkregulatorventil er satt til svakt overskride den ønskede dysetrykk, bør den ikke trenger å bli justert under bruk av nedbøren simulator med mindre hoved vannkilde trykkendringer.
4. Delvis lukke (4) in-line strømningskontrollventil (fig. 4) til (5) strømningsmåleravles den omtrentlige strømningshastighet i liter per min for munnstykket er i bruk, og (6) trykkmåleren viser den omtrentlige psi for Munnstykket er i bruk (tabell 1).
5. Lukke (1) enkelt spak kuleventil (fig. 4) for å stoppe strømmen uten å endrestrømningshastighet og trykkinnstillinger.

7. Dyse Kalibrering og regn Uniformity

1. Dekk hullene i bunnen av fem eller seks tomme bokser jord med duct tape for å hindre at vann lekker ut av boksene og legg dem i de merkede posisjoner på treramme (se trinn 3.4).
2. Posisjon og holder en 10 ft lengde på 2 cm PVC-rør med en 45 ° albue festet til enden over munnstykket og åpne (1) enkelt spak kuleventil.
3. Samle utslippet fra det PVC-rør i en stor målesylinder i 10 sek.
4. Foreta mindre justeringer av (4) in-line strømningskontrollventil og gjenta de 10 sek samlinger inntil 10 sek flyt volumet tilsvarer tilsvarende verdi for dysen i bruk (tabell 1). Når den riktige strømningshastighet er oppnådd, bruk verdi på strømningsmåler som et middel for overvåkning variasjon i strømning på grunn av eventuelle trykksvingninger. Merk: For riktig kalibrert dyse, the 10 sek strømningsvolumet er en mer nøyaktig måling enn avlesningen på strømningsmåler.
5. Fjern 10 fots lengde på PVC-rør for å tillate nedbøren våt boksen området og merk tidspunktet for nedbør innvielse.
6. Etter nøyaktig 10 min brått stoppe nedbøren ved å plassere den 10 fot PVC-rør over munnstykket for å avlede strømmen og lukk (1) ettgreps kuleventil.
7. Måle volumet av vann (ml) oppsamlet i hver boks ved å helle den inn i en gradert sylinder, og beregne nedbøren dybde ved å dividere volumet av det område av bunnen av boksen (2000 cm ^2).
8. Beregn variasjonskoeffisienten for nedbør dybde. Merk: Regn ensartethet oppnås når nedbøren dybde i fem eller seks bokser har en variasjonskoeffisient <0,05. Hvor: CV = standardavvik / mener.
9. Dersom CV er ikke mindre enn 0,05, snu munnstykket ¼ snu strammere og gjenta kalibreringsprosessen. Merk: Munnstykket må kanskje slått flere gangerfor å oppnå en CV på mindre enn 0,05.
10. Når en CV på mindre enn 0,05 er oppnådd, gjentas kalibrerings flere ganger for å sikre at regnintensiteten på tvers av kjøringer er konsekvent.

8. Gjennomføre en Regn Simulering

1. Etter kalibrering, plasserer pakket jord bokser i de merkede posisjoner på treramme (se trinn 3.4).
2. Posisjon avrenning samling flasker og trakter under drenerings tuter og hindre nedbør fra direkte faller ned i rennesteinen ved hjelp av en binders til å feste et skjold over takrennen (figur 5).
3. Gjenta trinn 07.02 til 07.05 for å rekalibrere dyse strømningshastighet umiddelbart før regn simulering hendelsen og initiere nedbør.
4. Spill tidspunktet for avrenning start for hver boks når vann drenering fra dreneringsutløpet svinger fra en langsom drypp til en kontinuerlig strøm.
5. Samle avrenning prøver i de anbefalte tidsintervaller under arrangementet ved å bytte samling flasker eller påenden av en hendelse av forutbestemt varighet.
6. For å avslutte en nedbør hendelsen, stoppe nedbøren ved å plassere den 10 fot PVC-rør over munnstykket å brått avlede strømmen og lukk (1) ettgreps kuleventil.
7. Samle avrenning prøver og ta opp volumet med en gradert sylinder eller ved masseforutsatt at vann veier 1 g / cm ^2.
8. Bland prøvene grundig slik at alle sediment er i suspensjon, og deretter ta en subsample for laboratorieanalyse.

Representative Results

En grunn for å gjennomføre dagens eksperimentet var å undersøke faktorer som kan ha bidratt til dårlige resultater fra et tidligere eksperiment hvor urea tap i avrenning ble sammenlignet på tvers av flere former for kunstgjødsel og husdyrgjødsel som inneholdt urea. Alle behandlinger ble anvendt på jord som var blitt mettet og lov til å renne til feltkapasiteten. Resultater for fem replikater av urea prill behandling varierte fra konsentrasjoner av 1-12 mg / L urea-N i avrenning. Denne størrelsesorden variasjon mellom replikater var uakseptabelt under kontrollerte forhold og skam resultatene av eksperimentet. En sterk positiv sammenheng mellom totalt volum på avrenning og urea-N-konsentrasjon i avrenning antydet at fysiske forhold, for eksempel pakking eller variable antecedent fuktighetsforholdene på grunn av ulike drenering og tørkeforhold, var utløsende faktorer.

For å undersøke årsaken til en slik ekstrem variasjon i urea konsentrasjoner i avrenning ble alle boksene i det aktuelle eksperimentet omhyggelig fylt med like vekter av jevnt blandet slam-leirjord som er avbildet i figur 1 og 2 for å minimere variasjoner i fysiske tilstander. For å oppnå 50, 60, 70, 80, 90, og 100% av omtrentlig felt kapasitet som bestemt ved fukting, og deretter tørking av ovnen en liten mengde av siktet jord, vekten av vann som er nødvendig til våt jord til tilsvarantecedent jord-fuktighet av 14 , 17, 19, 22, 25, og 27% ble beregnet, tilsatt til boksene, og tillatt å ekvilibrere O / N. Den regn simulering fulgt nøyaktig protokoll som er beskrevet ovenfor og vist i figurene 3-5. Den 17 WSQ Full Jet 3/8 HH dyse (Tabell 1) ble brukt til å levere en regnintensitet på 3,2 cm / t over en 40 min periode som tilsvarer en naturlig nedbør hendelse som ofte oppstår på årsbasis på Eastern Shore av Chesapeake Bay i Maryland.

tabell 2. Det var en signifikant positiv sammenheng mellom total avrenning volum og forutgående fuktighet tilstand (figur 6). Våtere jord hadde mindre kapasitet til å lagre vann og lavere infiltrasjons priser resulterer i større avrenning volumer. Det var en signifikant negativ sammenheng mellom tid til avrenning og forutgående fuktighet tilstand (figur 7). Vann infiltrert i tørrere jord for en lengre tidsperiode før de ble våte nær overflaten, forårsaker avrenning kan utføres. Ikke overraskende var det en positiv sammenheng mellom total belastning urea-N i avrenning og total avrenning volum (Figur 8). Det er vel kjent i hydrologiske studier som strømmer volum er som regel en sterk prediktor for total belastning. Hvor konsentrasjonen vil oppføre seg som reaksjon på en avrenning arrangement er mindre forutsigbare. Flow vektet-konsentrasjonenn ble beregnet ved å summere belastningene for hver 2 min avrenning innsamling og dividere med totalt avrenning volum. Den er ekvivalent med konsentrasjonen i en enkelt samling av avrenning ved slutten av den 40 min nedbørsperiode. I denne studien var det en signifikant positiv sammenheng mellom flyt vektet konsentrasjon i avrenning og forutgående fuktighet tilstand (Figur 9). Gitt de positive lineære sammenhenger mellom avrenning volum og forutgående jordfuktighet og flyte vektet konsentrasjon og forutgående fuktighet tilstand, en signifikant positiv sammenheng mellom total belastning urea-N og forutgående fuktighet tilstand var forventet. Men dette signifikant forhold best beskrives ved en eksponensiell ligning (figur 10).

For å visualisere urea-N tap i avrenning over tid, individuelle 2 min konsentrasjoner og kumulative belastninger i ett replikat av en jord-boksen som representerer hver antecedenter fuktighet Condition ble plottet over 40 min nedbøren tidsintervall (figur 11). Selv om konsentrasjonene i avrenning kan variere noe uberegnelig over tid (for eksempel i tilfellet med 90% fuktighet), konsentrasjoner generelt begynner med høy og avta over tid. Kumulative belastninger over tid er mye jevnere funksjoner, og de illustrerer signifikante sammenhenger tidligere diskutert. Tid til avrenning er lengre, urea-N konsentrasjoner i avrenning er lavere, og kumulative belastninger er mindre for tørrere jord. Selv om urea hydrolyzes raskt i jord, når nedbøren oppstår i løpet av timer av overflaten søknad, er mye av N fortsatt til stede i urea form og er underlagt tap i avrenning. Urea er et nøytralt molekyl, og er ikke sterkt sorbert til overflatene av jordpartikler. Som vann infiltrerer de tørrere jord under den tidlige delen av regn hendelse det bærer Oppløst urea ned i jorden og vekk fra surficial avrenning sonen. Når avrenning begynner, er det mindre urea prESENT og konsentrasjoner i avrenning er lavere. Fra et praktisk sans, ville urea nesten alltid bli anvendt under tørrere forhold som bygg og anlegg ikke kunne krysse jordsmonn som er på feltkapasitet.

Figur 1. Skjematisk av pakket jord avrenning boksen. En metallboks (100 cm x 20 cm x 7,5 cm) med en 5 cm leppe på den fremre ende er pakket med jord til en dybde av 5 cm. Avrenning som smitter over på 5 cm leppe er samlet i en vedlagt gutter som er skjermet mot nedbør som faller direkte ned i rennesteinen. Ni 5 mm diameter hull la vann som infiltrerer jorda å renne fra boksene og hindre rende. En brystvorte festet i nærheten av fremre kant av bunnen av rennesteinen gjør avrenning vann til å renne inn i trakter og samling flasker posioned under brystvorten.

Figur 2. Box emballasjen. Omtrent 4 lag osteklede i bunnen av boksen hindre jordtapet, men tillater vann å renne fritt. En utjevning måler som består av akrylglass inneklemt mellom to treplater er like bred som den boks (20 cm), og så dyp (2,5 cm) som forskjellen mellom de sider av boksen (7,5 cm) og på toppen av rennen (5 cm). Ved hvile brettet på kanten av boksen akrylglass brukes til klasse jord til dybden av rennesteinen.

Figur 3. Poposisjonerings plattformen. Plasser plattformen, slik at når de pakket jord boksene er på plass, de har alle den samme skråningen. For denne studien ble den ønskede helling var 3%. Mens du holder en styrenivå, posisjonere plattformen slik at den ned skråningen, takrenne ende av boksen er 3 cm under upslope slutten. Plattformen skal ligge på høyde i tverretningen skråningen.

Figur 4. Nedbør simulator kontroller begynner fra vannkilden og utvikler seg gjennom rørsystemet til munnstykket (1) Ettgreps ball ventil:. Dette er en rask avstengningsventil. Spaken i tråd med rør er på; spaken på 90 graders vinkel over røret er av. Bruk denne ventil for å slå strømmen på og av uten å forstyrre ventiler som styrer trykket og strømningshastigheten. Åpne fullt og lukke helt. Do ikke prøve å bruke denne ventilen å styre strømningshastighet. (2) Sediment filter: Sjekk filter med jevne mellomrom og erstatte element som nødvendig for å forhindre tilstopping med sediment. (3) Trykkreguleringsventil: Denne ventil styrer trykket i ledningen fra dette tidspunktet. For mye press kan brekke rør, slanger eller tilkoblinger. (4) In-line-strømningsstyreventilen (Skyvespjeld): Denne ventilen blir brukt til å fininnstille strømmen til munnstykket for å oppnå den ønskede strømningshastighet og dysetrykk. (5) Flow Meter: Tiltak omtrentlig strømningshastighet. (6) Manometer: Tiltak omtrentlig trykket på dysen.

Figur 5. Bokser plassert på plattformen for nedbør simulering. Plasser 5 eller 6 bokser i merkede posisjoner for hver nedbøren simulering hendelsen. Unngå å plassere en boksdirekte under dysen for å forhindre dryppe direkte på en boks overflate.

Figur 6. Total avrenning volum er positivt korrelert med forutgående jordfuktighet (R ² = 0,64).

Figur 7. Tid til avrenning er negativt korrelert med forutgående jordfuktighet (R ² = 0,48). Overflaten av en våt jord mettet raskt. Regn som overstiger den hydrauliske ledningsevnen til den mettede jord genererer avrenning.

FO: content-width = "5in" fo: src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8.jpg" />
Figur 8. Total belastning urea-N er positivt korrelert med avrenning volum (R ² = 0,81). Forskjeller i avrenning volum velde forskjeller i konsentrasjonen av urea-N i avrenning.

Figur 9. Flow vektet konsentrasjon av urea-N er positivt korrelert med forutgående jordfuktighet (R ² = 0,66). Drier jordsmonn tillate infiltrering som leaches urea-N ned i jorden og bort fra jordoverflaten. Ved avrenning forekommer, er mindre urea-N tilgjengelig ved overflaten for bevegelse i avrenning.

5in "fo: src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10.jpg "/>
Figur 10. Total belastning urea-N er positivt korrelert med forutgående jordfuktighet (R ² = 0,74). De positive relasjoner mellom total avrenning volum og forutgående jordfuktighet og mellom flyt vektet konsentrasjon av urea-N og forutgående fuktinnhold kombineres for å resultere i en eksponentiell sammenheng (y = 0,2043 e ^0.0405x).

Figur 11. Urea-N konsentrasjon og kumulative last relasjoner over tid for ett replikat av hvert forutgående jordfuktighet conten t. Selv om urea-N konsentrasjonen er ikke alltid en jevn funksjon gjennom tiden, de signifikante sammenhenger tidligere ly diskutert kan visualiseres.

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

Dysestørrelsen	Intensitet	Optimal Press	Flow	10 sek Flow
	cm / t	psi	gpm	ml
17 WSQ Full Jet 3/8 HH	3.2	6,0	1,5	940
3.3	6,0	1,8	1140
30 w Full Jet 1/2 HH	6,0	5,0	2.2	1250
50 w Full Jet 1/2 HH	7.0	4.1	3.7	2300

Tabell 1. Dyse størrelse diagrammet. Dysestørrelser som er identifisert for bruk med denne nedbøren simulator og deres tilhørende nedbørsintensitet, trykk og strømningsparametere presenteres. Valg av dysen størrelsen avhenger av den ønskederegnintensitet. Regn intensitet og varighet tilsvarer en ventet ved en viss returperiode for en gitt studie sted. Dyse størrelse 17 WSQ ble brukt i denne studien. Nedbør av 40 min varighet med en intensitet på 3,2 cm / t tilsvarer en naturlig nedbør hendelse som ofte oppstår på årsbasis på den østlige kysten av Chesapeake Bay i Maryland.

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

Jord fuktighet	Total avrenning	Flow vektet	Total belastning
%	volum (L)	konsentrasjonen	(Mg urea -N)
		(Mg L -1 urea-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 tallene representerer to gjennomkjøringer for hver fuktighetsnivå

Tabell 2. Forfedre jord fuktighetsinnhold, total avrenning volum, flyt vektet urea-N konsentrasjon og total urea-N belastning etter nedbør simulering. Duplicate tallene representerer to gjennomkjøringer for hver fuktighetsnivå

Discussion

Avrenning er i hovedsak generert av to mekanismer, infiltrasjon skytende avrenning og metning skytende avrenning ¹⁸ og er påvirket av jordegenskaper, forutgående jordfuktighet, topografi, og nedbørsmengdene. Regn-simulering kan anvendes for å løse regnintensitet variable og studere et eller flere av de gjenværende variabler. Regn intensitet og varighet kan også reguleres over et begrenset område for undersøkelse ved å endre størrelsen av dysen. De mest viktige skritt for å gjennomføre nedbøren simuleringsstudier på pakket jord boksene er: 1) å sikre ensartet pakking av jord bokser; 2) kontrollerende forutgående jordfuktighetsinnhold; 3) kalibrering strømningshastighet for den valgte dyse slik at dråpestørrelse og hastighet tilnærmet naturlige nedbør; og 4) justere dyse posisjon for å sikre ensartet nedbør på tvers av alle jord bokser.

Ved slutten av kalibreringsprosessen, blir en gang en CV på mindre enn 0,05 oppnådd for nedbøren ensartethet over hele jordbokser, bør 10 min kalibreringen gjentas flere ganger for å sikre at regnintensiteten på tvers av kjøringer er konsekvent. En CV kan også beregnes for enhetlig runs. Dersom CV for enhetlig kjører er mindre enn for ensartethet av nedbør på tvers av alle bokser, vurdere å gruppere replikere behandlinger innenfor enkelte går for å minimere variasjon over behandlinger. Ellers, for å redusere feil i forbindelse med boks-posisjonen og på tvers løper, randomize begge behandlingene og replikerer i henhold til boksen stilling, idet fremgangsmåten for å begrense plassere en behandling i en posisjon mer enn en gang.

Ved hjelp av denne nedbøren simulator design og en standard protokoll for skikkelig kalibrering simulatoren vil bedre sammenligninger av resultater på tvers av studier utført av ulike forskere. De data som er utledet på denne måten kan brukes til å forutsi hva som skjer i henhold til naturlige nedbør, og en bedre forståelse av de prosesser og faktorer som styrer tap til omgivelsene fra noennpoint kilder til miljøgifter. Slike studier kan gi verdifulle data til bruk i utviklingsmodeller for å forutsi skjebnen og transport av sediment og kjemiske forurensninger i avrenning under naturlige nedbørsforhold.

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