Spildevand kunstvanding virkninger på jorden hydrauliske ledningsevne: kombineret felt prøveudtagning og laboratorieundersøgelser bestemmelse af mættede hydrauliske ledningsevne

Summary

Her præsenterer vi en metode, der svarer til en stikprøve på jord og en hydraulisk ledningsevne måling enhed til at forhindre den såkaldte mur flow langs indersiden af jord container fejlagtigt medtages i vand flow målinger. Dens brug demonstreres med prøver, der opsamlet fra en spildevand kunstvanding site.

Abstract

Siden begyndelsen af 1960 ' erne, en alternativ spildevand decharge praksis på The Pennsylvania State University har været forsket og dens konsekvenser overvåges. I stedet for tømning behandlet spildevand til et vandløb, og derved direkte påvirker stream kvalitet, spildevandet anvendes til skovklædte og beskåret arealer forvaltes af universitetet. Betænkeligheder med hensyn til reduktioner i jorden hydrauliske ledningsevne opstår når man overvejer spildevand genbrug. Den metode, der beskrives i dette manuskript, matchende jord prøvestørrelse med størrelsen af apparatet laboratoriebaserede hydraulisk ledningsevne måling giver fordelene ved en relativt hurtig indsamling af prøver med fordelene ved kontrolleret laboratoriet randbetingelser. Resultaterne tyder på, at der kan have været nogle konsekvenser af spildevand genbrug på jordens evne til at overføre vand på dybere dybder i de depressional områder af webstedet. De fleste af reduktionerne i jorden hydrauliske ledningsevne i depressioner synes at være relateret til dybden, som prøven blev indsamlet, og ved inferens, forbundet med jord strukturelle og stoflige forskelle.

Introduction

Udledning af behandlede spildevand fra kommuner i vandløb har været en almindelig praksis i årtier. Sådanne spildevand behandles primært med henblik på at reducere potentialet for biologiske iltforbrug af mikroorganismer i de modtagende farvande som følge af det udledte spildevand spildevand. Iltforbrug af mikroorganismer nedbryder organiske stoffer i spildevandet reduktion af iltindholdet i vandet kroppen ind som Spildevandet udledes og dermed skade akvatiske organismer, herunder fisk.

I de seneste årtier har bekymringer udviklet relateret til uorganiske næringsstoffer, nogle metaller og andre kemikalier inden for spildevand, der skaber skade. På grund af en offentliggjort undersøgelse fra Kolpin et al. ¹, en større fokus på en række kemikalier ikke tidligere har overvejet har udviklet. Denne undersøgelse, offentliggjort af USA Geological Society, rejste bevidsthed om den brede vifte af produkter til personlig pleje og andre kemikalier i floder og vandløb på tværs af USA grund til udledning af spildevand behandlingsfaciliteter.

Siden begyndelsen af 1960 ' erne, har forskere på Penn State University undersøgt og udviklet en alternativ spildevand decharge praksis noget unikt i et fugtigt område. I stedet for tømning behandlet spildevand til et vandløb, og derved direkte påvirker stream kvalitet, spildevandet er anvendt til den skovklædte og beskåret landet administreres af universitetet. Denne ansøgning område, med tilnavnet "The Living Filter", accepterer i øjeblikket alle spildevand spildevand genereret fra campus plus nogle fra kommunen. Dette reducerer sandsynligheden for overskydende næringsstoffer til at indtaste vandløb, der leverer vand til Chesapeake Bay, beskytter den lokale koldt vand fiskeri fra udslip af varm spildevand, som er skadeligt for fiskene, og forhindrer levering andre kemikalier indeholdt i spildevand fra direkte at kontakte akvatiske økosystemer.

Men der er altid konsekvenser af opførsel forandringer, og denne alternative brug facilitet er ikke immun over for sådanne. Spørgsmål er opstået med hensyn til om anvendelsen af spildevand spildevand har negativt påvirket jordens evne til at tillade vand at infiltrere jord overfladen^2,3,4,5 og forårsaget større afstrømning, der er en mulig forurening af de lokale brønde med kemikalier (næringsstoffer, antibiotika eller andre farmaceutiske stoffer, produkter til personlig pleje) indeholdt i spildevand spildevand, og om disse kemikalier skaber negative miljøvirkninger, som gennem udbredelse af kemikalier i planter⁶ dyrkes på webstedet, eller udviklingen af antibiotikaresistens i Jordens organismer⁷ på webstedet.

Som følge af nogle af disse bekymringer, er denne undersøgelse gennemført for at fastslå virkningerne af vanding af spildevand spildevand på jorden hydrauliske ledningsevne på mætning. Metoden anvendes indebærer indsamling af jord fra udvalgte steder enten inden for eller uden for det vandede areal og matchende container jord stikprøvestørrelse med opsætningen laboratorium. Det er vigtigt for jorden prøvebeholder at passe ind i laboratorieudstyr og det vand, der bevæger sig nedad gennem matrixen jord i stikprøven skal adskilles fra det vand, der bevæger sig nedad mellem jord og jord prøvebeholder. Protokollen beskriver, hvordan laboratorieudstyr er konstrueret for at sikre, at dette skete.

Jordprøver indsamles ved hjælp af en hydraulisk core sampler knyttet til en traktor. Jord kerner er indsamlet fra udvalgte områder i det kuperede landskab og bevaret i en plastik ærme monteret i Jordens kerne sampler. Disse kerner er indsamlet fra en Hagerstown silt ler, beliggende i et topmøde landskab holdning eller i et depressional område. Seks repræsentativt topmøder og seks depressional websteder er samplet fra det vandede areal (i alt 12 vandede område prøveudtagning sites). Derudover er tre topmøder og tre depressional websteder samplet fra et tilstødende, ikke-vandede areal (i alt seks ikke-vandede websteder). Højst seks kerner er indsamlet på hver lokalitet til en maksimal dybde på ca. 1.200 mm, med hver kerne prøve at være ca. 150 mm lang (100 mm i eksemplet er indeholdt i plast ærme og 50 mm er indeholdt i skærehovedet af metal sampler ). Efter fjernelse fra den metal sampler, de plast ærmer, der indeholder den indsamlede jord kerner er udstyret med endestykker, transporteres opretstående til laboratoriet og opbevares oprejst, indtil de anvendes til at bestemme den mættede hydrauliske ledningsevne. Samtidigt, indsamles jordprøver på hver dybde til bestemmelse af jord og jord løsning koncentrationer af Calcium (Ca) og Magnesium (Mg) natrium (Na) ved hjælp af en Mehlich 3 udvinding for skøn over jord koncentrationer⁸ og deioniseret vand ekstrakter i forholdet 1:2 jord masse: vand masse. De kemiske analyser af vand uddrag stammer fra Induktivt koblet Plasma atomiske Emission spektroskopi (ICP-AES) og blev brugt til at beregne natrium Adsorption Ratio (SAR).

Bestemmelse af de mættede hydrauliske ledningsevne er foretaget primært ved hjælp af en konstant hoved metode⁹. En opløsning indeholdende Ca og Na salte for at efterligne den spildevand elektrisk ledningsevne (EF) og SAR i overløbet, der er lavet så jorden vil være udsat for vand kvalitet variabler svarende til spildevand anvendes i feltet. I dette tilfælde EF er 1,3 dS/m og SAR er 3, afspejler EF og SAR af spildevandet i de seneste år forud for prøvetagningsperiode. [Teknisk, for SAR enheder er (milliækvivalenter/liter)^½ og identificeres ikke normalt i litteraturen.]

Ændring til metoden konstant hoved af Klute og Dirksen⁹ er udviklingen af et flow separator af Walker⁸ til at forhindre flow gennem kolonnen, som opstod uden for matrixen jord fra at indgå i beregning af jorden hydrauliske ledningsevne. Flow separator er bygget ved hjælp af polyvinylchlorid (PVC) slanger udvalgt og bearbejdet til at matche jord stikprøvestørrelsen. En skærm understøtter jordprøven og giver mulighed for det vand, der har flyttet gennem matrixen jord til at flyde ud i bunden af prøven. En anden stikkontakt udsender det vand, der er strømmet ned på indersiden af den plast ærme, dermed fjerne såkaldte "væg flow" forkert medtages i beregning af mængden vand, der bevæger sig gennem matrixen jord.

Protocol

1. at vælge jord prøveudtagning steder

1. Identificere gennem luftfotografering og site visit(s) steder, der har modtaget kunstvanding af spildevand og dem, der ikke har.
2. Vælg flere repræsentative steder hvorfra du kan prøve, meget opmærksomme på mulige landskab forskelle (især landskab placering, som topmødet, side skråning, tå hældning og depression) som vand, jord og planter kan interagere forskelligt.
3. Identificere dele af landskabet som topmødet, side skråning, tå hældning, eller depression. Kategorisere de repræsentative websteder baseret på deres vigtigste karakteristika.
   Bemærk: I dette eksperiment, websteder blev identificeret som en ikke-vandede topmødet, vandede topmødet, ikke-vandede depression, eller vandede depression.
4. Bestem antallet af steder og site for hver lokation, hvorfra prøver udtages hver karakteristisk repræsentative site.
   Bemærk: Ofte diskussioner med en statistiker fortrolig med miljøstatistikker vil være meget nyttigt på dette punkt og forhindre senere bekymringer med hensyn til statistiske analyser.
5. Placer en mærkning flag på hver enkelt planlagte prøve placering og registrere placeringen af de planlagte prøve steder på et kort, ved hjælp af GPS-koordinater.

2. indsamling af jordprøver

1. Bestemme det udstyr, der skal bruges til at indsamle Jordprøverne.
   Bemærk: For overfladisk (f.eks.mindre end 300 mm dyb) jordprøver, en cylindrisk jord sampler (tillægs figur 1) størrelse anvendt til dette eksperiment kan ofte være drevet ned i jorden med en dråbe hammer, hvis jorden er bløde nok. For eksperimentet beskrevet her, en hydraulisk boreriggen blev brugt til at tillade prøver skal indsamles fra dybder op til 1.200 mm.

Supplerende figur 1: Boreriggen anvendes til prøveudtagning.

2. Transportere boreriggen til stedet for at foretage prøveudtagning.
3. Sætte på hårde hatte, handsker og beskyttelsesbriller før du starter boreriggen.
4. Power op boreriggen og sænke den roterende hoved tilstrækkeligt til at tillade installation af Kelly bar.
   Bemærk: Baren Kelly er metalstang, der tilsluttes sampler drev overhoved boreriggen.
5. Indsæt Kelly bar i den roterende hoved.
6. Indsæt en plastik liner/prøveglas i metal prøveglas med et hoved fastgjort til bunden af metal prøveglas. For programmet beskrevet her, brug en 150 cm lang og 90 mm uden for diameter (OD) plastik liner monteret i en 200 mm lange og 100 mm OD/90 mm i diameter (ID) metal prøveglas.
7. Vedhæfte metal prøveglas Kelly bar ved hjælp af en kørsel hoved monteret på begge.
8. Betjene boreriggen for at flytte prøveglas ca 150 mm i jorden.
   Bemærk: Dette vil give en 100 mm prøve i den plastik liner og giver mulighed for en 50 mm plads i toppen af prøven til at holde vand ponded på prøve, når de mættede hydrauliske ledningsevne målinger er fremstillet i laboratoriet. Dette vil også bidrage til at undgå komprimering jordprøven under sin samling.
9. Fjerne metal prøveglas fra jorden med det hydrauliske system af boreriggen.
10. Fjerne metal prøveglas fra drev hoved. Derefter fjerne plastik prøve tube holder jordprøve fra metal prøveglas, ved hjælp af sørge for ikke at miste jord fra inde i plast prøveglas, og ikke at komprimere jorden eller squeeze sider af plast prøveglas.
11. Placer endestykker på hver ende af den plast prøveglas, ved hjælp af røde til slutningen på toppen af jordprøve og sort i bunden af jordprøven. Tape endestykker til ærme til at undgå forurening eller tabet af vand fra prøven.
12. Anbring prøven står oprejst for transport tilbage til laboratoriet.
13. Fortsætte prøveudtagning til den dybeste dybde af interesse, gentage trin 2.6-2.12.

3. opbygning af en konstant hoved, flere kolonne, opsætning af jordens hydrauliske ledningsevne

Bemærk: Hydraulisk ledningsevne laboratorieudstyr er baseret på arbejde af Walker¹⁰. Det indebærer brug af en permeameter, som er konstrueret til at adskille flow i mellem den yderste kant af prøven og cylinder som indeholder ring fra flow gennem matrixen jord. ID'ET for enhver PVC rør omtales nedenfor er ikke en streng tolerance. Nogle kan passe godt, og andre kan kræve nogle arbejde (lys slibning).

1. Få en 100-mm lang, 96 mm ID/114 mm-OD tidsplan 40 PVC-rør.
2. Få en 100-mm lang, 73 mm ID/89 mm-OD tidsplan 40 PVC rør og maskine det at have en 5 mm koniske forkant. Give dette en 89 mm plastik liner til at passe over den ydre diameter.
3. Skær bunden 20 mm tidsplan 40 PVC rør i trin 3.2 nævnte og beholde den til senere brug.
4. Fra en 6 mm tyk plade af grå PVC, skære en 155 x 155 mm². Maskine pladsen til at indeholde en rund åbning af 60-70 mm i midten af pladsen.
5. Skære en 6 mm tyk skive af en 73 mm OD/63 mm ID tidsplan 40 PVC-rør.
   Bemærk: En 73 mm brusebad afløb, som passer ind i en 73 mm ID tidsplan 40 PVC rør kan udskæres og fungerer godt, hvis en 73 mm OD planlægge 40 PVC rør er ikke tilgængelige.
6. Med PVC cement, vedhæfte 6 mm tyk skive af 73 mm OD PVC (fra trin 3.5) 20 mm under toppen af 89 mm OD PVC (fra trin 3.2).
7. Efter den PVC cement, der anvendes i trin 3.6 har tørret, center de to PVC cylindre på 6 mm plader og vedhæfte dem til ark ved hjælp af PVC cement.
8. Bor et hul i den ydre PVC cylinder, centreret omkring 15 mm over den grå PVC-pladsen til at rumme en 14 mm PVC adapter med en pigtråd ende.
9. Cement adapteren på plads ved hjælp af PVC cement.
10. Vedhæfte en 19 mm OD/13 mm ID plastslanger i pigtråd slutningen af adapteren.
11. Cement tidsplan 40 PVC 20 mm stykke, der er omhandlet i trin 3.4 til bunden af grå PVC pladsen, centreret om åbning.
12. Skære en 80-85 mm diameter cirkulære stykke 6 mm x 18 G trådnet (en galvaniseret stål rendestenen vagt fungerer godt for dette) for at indsætte i 89 mm OD PVC fra toppen, således at det hviler på 6 mm tyk skive af 73 mm OD PVC.
13. Vælg en 19 x 184 x 2,438 mm³ bord, og skæres i halve, trimning hver længde til 1.180 mm.
14. Klip 6-125 mm huller afstand 70 mm fra hinanden i bestyrelsen.
15. Placere et trådnet under huller i bestyrelsen og vedhæfte det (fx., ved hjælp af en korte pistol).
16. Placer en 140 mm (top åbning) x 19 mm (tud OD) tragt under trådnet og tillægger bord; placere lim caulk på kanten af tragt til at fjerne forskellene mellem toppen af tragten og træ.
17. Opbygge en 750 mm høje træ ramme for at holde bord med 6 huller (Se trin 3.13 og 3.14) ca 350 mm over bunden af rammen.
    1. Forberede komponenter af denne ramme til at omfatte en base, to rammen ender, to stabiliserende ben, en lavere styrke base, en stabiliserende base, en center-stabiliserende tilbage bord og en top tilbage bord.
    2. Skær et bord til 19 x 184 x 1.180 mm³ som base.
    3. Skåret to brædder 19 x 184 x 750 mm³ hver som rammen ender.
    4. Cut to boards til at oprette et 19 x 184 x 600 mm³ stabiliserende ben i hver ende.
    5. Skær et bord til 19 x 184 x 1.180 mm³ til at tjene som en lavere styrke base direkte under bestyrelsen med 125 mm huller boret i det (Se trin 3.14).
    6. Klip et bord til 19 x 184 x 1219 mm stabiliserende³ som en stabiliserende base fastgjort til den forreste eller bageste af de to ben.
    7. Skær et bord til 19 x 184 x 1219 mm³ som en center stabiliserende tilbage bord.
    8. Skær et bord til 19 x 184 x 1219 mm³ som en top tilbage om bord for at tilføje yderligere stabilitet, som vedhæftes en tagrende.
       Bemærk: Top tilbage bord og vedlagte gutter skal være i en højde, så bunden af tagrenden er ca i den samme højde som toppen af jord i jord prøve ærme når prøven er på plads.

Supplerende figur 2: Front visning af mættede hydrauliske ledningsevne apparater. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

18. Forberede og afløb tagrender.
    Bemærk: Hver plastik tagrende er ca 120 mm på tværs og 1219 mm lange og er udstyret med endestykker.
    1. Bore huller i ene ende cap af dræning rendestenen og i den ene ende af udbuddet rendestenen til at rumme en 13 mm HB x MGHT nylon pigtråd ende adapter i hvert hul.
    2. Bore huller i de andre endedæksel af udbuddet rendestenen til at rumme en 25 mm ID PVC-rør til dræning tilbage til objektbeholderen levering.
    3. Cement de vinklede PVC-forbindelser, som skulle give til bortledning af vand tilbage til objektbeholderen levering.
    4. Skære en 40 mm høj rendestenen endedæksel til at passe inde levering tagrende ca 10 cm fra den PVC-tilsluttet stikkontakt.
    5. Skære en trapezformet notch øverst for at ende cap, som er ca 20 mm dyb, 30 mm bred i bunden og 50 mm bred i toppen af hakket.
       Bemærk: Dette vil handle for at opretholde en konstant hoved i udbuddet rendestenen.
    6. Placer dræning rendestenen nedenunder kanaler, så det hviler på den lavere styrke base af træramme.
    7. Tillægge top tilbage bestyrelsen ved hjælp af vinyl rendestenen bøjler levering rendestenen.

Supplerende figur 3: ende visning af vandforsyning rendestenen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

19. Forberede vandkilden.
    1. Tilslut den plastslanger til nylon pigtråd ende adaptere i både udbuddet rendestenen og dræning rendestenen.
    2. Placer en stor balje på gulvet ved siden af ledningsevne enheden sat op til at tjene som objektbeholderen levering.
       Bemærk: Karret bør vælges til at holde vand nok til mindst 24 t målinger.
    3. Læg en lille dykpumpe i karret og tilslutte den via plastslanger til indløb slutningen af udbuddet rendestenen.
    4. Tilslut det lille plastslanger til pigtråd ende adaptere af flow stikkontakt (omhandlet i 3.9) og den ikke-tilsluttede ende af slangen i dræning rendestenen.
    5. Fyld objektbeholderen forsyning med vand.
    6. Tilslutte pumpen og køre det til at fylde levering rendestenen. Sikre vand pumpes ind levering tagrenden er tilstrækkelig til at holde levering rendestenen næsten fuld uden overløb.
20. Forberede en "praksis jordprøve" til at identificere ændringer nødvendige.
    1. Placere en "praksis" jordprøve i en plastik prøveudtagning ærme, forlader omkring 50 mm plads mellem toppen af jorden og toppen af den plast ærme.
    2. Dække den nederste ende af prøven og ærme med et dobbelt lag af ostelærred. Hold ostelærred på prøvetagning ærme med en tilstrækkelig størrelse elastik.
    3. Placere praksis jordprøve og ærme i en balje med vand fyldt til ca 1/3 af højden af ærmet, med ostelærred ende i vandet.
    4. Efter flere timer, hæve vand i karret til ca 2/3 af højden af prøven. Efter at prøve at indstille natten, fyld karret til lige under toppen af jordprøve (ikke toppen af ærmet).
21. Placer jordprøve oven på 89-mm OD PVC rør og tryk det forsigtigt op på røret, så skærpet kanten af PVC-rør til tryk i jorden et par millimeter til at tillade bunden af jord til at hvile på skærmen.
    Bemærk: Ostelærred skal have elastikken løsnes for at tillade dette. Bemærk også, at toppen af jord i stikprøven ærme bør være ca niveau med bunden af udbuddet rendestenen og toppen af prøven ærme bør være ca niveau med toppen af udbuddet rendestenen.
22. Give vand til toppen af jordprøven.
    1. Drej på pumpen og fyld levering rendestenen.
    2. Sikre udgangen af dræning rør er placeret i dræning rendestenen og afgangen fra dræning tagrenden er tæt forbundet til plastslanger, som er placeret i et dræn eller beholder ved en lavere højde.
    3. Bruger 6-mm slanger, oprette en sifon fra forsyning rendestenen til toppen af jorden.
23. Indsamle vandprøver fra jord-kernen, der dræner fra tragten.
    Bemærk: Prøver skal indsamles til længden af tid til at opnå tilstrækkelig vand for at få den præcision, der kræves for eksperimentet, baseret på forskning kriterier.
24. Check for utætheder eller uventede problemer.
25. Bestemme den omtrentlige varighed af tid til at samle en passende mængde vand baseret på tid til at fylde ca halv et 100 mL bægerglas med vand (eller andre volumen bestemmes af forskerholdet).
26. Opret en simuleret "væg flow" ved at indsætte en lille skruetrækker eller et andet lignende gennemføre langs indersiden af plast jord prøvebeholder at bekræfte, at den overskydende strøm lavet af denne passage flyde til afløb rendestenen gennem dræning rør.
27. Ændre opsætningen af baseret på problemer fundet i kørslen praksis.

4. at opnå jorden hydrauliske ledningsevne værdier

1. Wet op de jordprøver, som blev indsamlet fra webstedet felt ved at dække bunden enderne af prøverne med ostelærred holdes på plads med en elastik, følge anvisningerne leveres i trin 3.20 for praksis kører.
2. Start pumpen og tillade levering rendestenen at fylde. Check for utætheder.
3. Placer prøver på den hydrauliske ledningsevne enhed, som gjort i praksis kører. Vær omhyggelig med ikke at kompakt prøverne under håndteringen.
4. Oprettet sifon rør til at flytte vand fra forsyning rendestenen på overfladen af jorden i den plast ærme.
5. I første omgang, Begynd at indsamle vand fra tragten hver 10 – 20 min for at få en idé om hvor længe at tage prøver og hvor ofte der skal tage prøver. Optag gange og masserne/vandmængder på hver prøve tid for hver jordprøve.
6. Ser for sekventielle prøver skal indeholde lige store mængder af vand. Efter 3-5 prøver indeholder den samme mængde vand, har prøven sandsynligvis nået et steady state.
   Bemærk: For at sikre stabil tilstand er opnået, kan det være ønskeligt at tage et par ekstra prøver planlagt 1 h fra hinanden.
7. Bruge Darcys lov til at beregne den mættede hydrauliske ledningsevne;
   
   hvor
   K_sad = mættet hydraulisk ledningsevne (L/T)
   V = steady state mængden af vand, der flyder gennem kernen (L³)
   L = prøve længde (L)
   A = tværsnit eksempelområde kerne (L²) gennem hvilke vandet strømmer. For denne opsætning
   
   T = tiden (T)
   (Hansen2 – H1) = hydraulisk hoved forskellen (L); til denne installation er det afstanden mellem toppen af vandet ponded på jordoverfladen og i bunden af jordprøven.

Representative Results

For at undersøge spørgsmålet om, hvorvidt anvendelsen af spildevand spildevand på webstedet lever Filter har påvirket jorden evne til at overføre vand, vi har udført eksperimenter for at måle den mættede hydrauliske ledningsevne af jordtyper. Vi sammenlignede hydraulisk ledningsevne af jord fra overrislede områder af webstedet med dem i ikke-vandede områder af webstedet. Virkningen af spildevand spildevand på jorden hydrauliske ledningsevne er et spørgsmål om bekymring, som der har været nogle rapporter i mindre fugtige regioner af reduktioner i evnen af jord til at overføre vand som følge af (for eksempel) en oprustning af natrium i jorden eller fra udvikling af en overflade biologiske skorpe. For hver af de prøver, der opsamlet for hydrauliske ledningsevne målinger, blev prøverne fra tilstødende steder inden for en meter af de hydrauliske ledningsevne prøver indsamlet en måling af de store kationer af Ca, Mg og Na i jordvæsken. Værdier af Ca, Mg og Na i jordvæsken blev anslået fra 1:2 jord masse: vand-masse forholdet deioniseret vand ekstrakter af jordtyper, med værdier tilbage-beregnes baseret på jordens vandindhold på tidspunktet for prøveudtagningen. Disse jord løsning koncentrationer blev brugt til at beregne natrium adsorption forholdet mellem jordvæsken, som defineret af:

hvor værdier for Na, Ca og Mg er givet i milliækvivalenter (meq) / liter. (For Na, antallet af meq/l = mg/l opdelt i 23; for Ca, meq/l = mg/l opdelt af 20; for Mg, meq/l = mg/l divideret med 12.)

Det blev observeret at den hydrauliske ledningsevne faldt med dybde i de depressional områder (figur 1), med det stærkeste forholdet mellem Kristensen_sad ved dybde i de ikke-vandede arealer.

Når man overvejer forholdet mellem K_sad med SAR, for jordprøver under 20 cm, var der en stærk positiv sammenhæng mellem K_sad og SAR i jordvæsken for ikke-vandede depressioner (figur 2), men en stærk negativ forholdet mellem K_sad og SAR for de vandede depressioner. Det skal bemærkes, at værdierne for SAR i området ikke-vandede var betydeligt lavere end i det vandede areal og var i et område, hvor det ikke forventes at den hydrauliske ledningsevne for jorden vil blive påvirket. SAR-værdier i det vandede areal var meget højere, og selv om de var i et udvalg, ikke forventes at skabe eventuelle nedsættelser i den hydrauliske ledningsevne, det bemærkes, at der var en stærk negativ sammenhæng mellem K_sad og SAR (figur 2) .

Ser man på fordelingen af SAR af dybde for ikke-vandede depressioner (figur 3), var der lidt sammenhæng mellem jordvæsken SAR og jord dybde. Derfor er det sandsynligt, at forholdet mellem de faldende Kristensen_sad værdier af dybde er domineret af ændringer i jordbundens beskaffenhed (struktur, konsistens), som har tendens til at ændre med dybde. Figur 4 viser derimod, at der er en stærk sammenhæng mellem jordens dybde og jordvæsken SAR for vandede depressional områder. Stærk forholdet mellem K_sad og SAR for det vandede areal skyldes sandsynligvis både en stærk korrelation mellem jordens dybde og jord løsning SAR og til dels til et fald i K_sad med en stigning i dybden. Det synes dog, at der kan være nogle nedgang i K_sad simpelthen på grund af den øgede SAR.

Figur 1: Forholdet mellem mættede hydrauliske ledningsevne og jord dybde for både vandede og ikke-vandede depressioner.

Figur 2: Forholdet mellem mættede hydrauliske ledningsevne og natrium adsorption ratio (SAR) i jordvæsken for både vandede og ikke-vandede depressioner.

Figur 3: Værdien af den gennemsnitlige SAR i jordvæsken stikprøvekontrol dybde til steder i ikke-vandede depressioner.

Figur 4: Værdien af jordvæsken SAR af dybde til steder i vandede depressioner.

Discussion

Mulighed for at indsamle feltbaserede, uforstyrret jordprøver og få deres hydrauliske ledningsevne værdier er vigtige for at opnå data repræsentant for et websted. Bedst repræsentere markforhold, er det vigtigt at bruge jordprøver, der forbliver i en fysisk tilstand repræsentant for deres miljø i feltet. Jordprøver indsamles fra et felt-websted, som er så forstyrret af undersampling eller håndtering induceret jordpakning, for eksempel, vil opleve strukturelle ændringer, som påvirker den mættede hydrauliske ledningsevne.

Det er også vigtigt at have en metode til at måle jorden hydrauliske ledningsevne i en kontrolleret laboratorium indstilling. Men, ved hjælp af en laboratoriemetode for den mættede hydrauliske ledningsevne, som undlader at tage højde for en flow langs indersiden af prøvebeholder (såkaldte "væg flow") vil resultere i en dårlig gengivelse af resultater og høj variation på grund af metode snarere end på grund af naturlige variabilitet.

Da udviklingen af Disc Permeameter i 1982 af Perroux¹¹, baseret på arbejde af Klædehandleren og hvid¹², har meget indsats blevet brugt for at få mere tilfredsstillende feltbaserede jorden hydrauliske ledningsevne målinger¹³. At have felt-baserede målinger er meget ønskeligt, prøver (for eksempel, tørret og formalet prøver ompakket i en kolonne) afspejler ikke de naturlige jordbundsforhold som "forstyrret" jord.

Der er dog også ulemper til felt-baserede metoder til at få jorden hydrauliske ledningsevne. En antagelse lavet med felt-baserede metoder er jord ligger til grund for det udstyr, der anvendes til at måle hastigheden af vandindtaget i jorden ensartet¹³. Men de fleste jord er ikke ensartet men består af lag af jord materialer, som er forskellige i deres grænseledningsevner.

En anden ulempe er, at en omfattende prøvetagning kampagne kan kræve fra 1 – 4 h (eller flere) måling tid pr. sample, ud over webstedet forberedelsestid. Tidligere arbejde på denne site¹⁴ kræves flere uger at gennemføre ved hjælp af metoden for Ankeny al.¹³. Konsekvensen er, at indsamling af et stort antal prøver vil kræve sådanne en betydelig periode at markforhold vil ændre (f.eks., plantevækst, vandindhold, etc.), og prøveudtagning kan også forstyrre felt operationer (f.eks.i dette tilfælde spildevand kunstvanding applikationer og høst). Forskelle i miljøforhold (f.eks., nedbør) kan medføre ændringer i Jordens kemiske egenskaber. For dette eksperiment, jord Ca, Mg og Na koncentrationer ændret på grund af udvaskning af Ca, Mg og Na gennem jorden på grund af nedbøren infiltration og nedadgående vandbevægelse.

På grund af den fysiske arbejdskraft involveret i og hvor lang tid kræves for at klargøre webstedet, når det er dækket med vegetation¹⁴, og længden af tid forpligtet til at indsamle feltbaserede mættede hydrauliske ledningsevne værdier, evnen til at opnå repræsentative værdier over en række jord dybder og feltet placeringer kan kræve op til en halv dag per prøve pr. dybde. Nødvendige anlæg produktion felt operationer, herunder til kunstig vanding, kan begrænse længden af tid for prøvetagning.

Desuden, selv om den tid, der skal gennemføre feltmålinger af mættede hydrauliske ledningsevne på mange websteder er tilgængelige, vil længde af tid til at få prøver på tværs af et felt websted og på flere dybder nødvendigvis resultere i mange prøver under forskellige miljøforhold, som disse ændringer fra dag til dag (eller hyppigere).

Prøver, der opsamlet fra feltet med en hydraulisk jord sampler kan afhentes i en meget kortere tid, hvorved de ændringer, som kan finde sted på et websted for felt over tid. Laboratorieprocedurer at få jorden hydrauliske ledningsevne fra sådanne prøver har imidlertid den klar ulempe for at være genstand for såkaldte "væg flow"¹⁰. Væg flow er strømmen af vand langs indre af prøvebeholder når prøven er placeret på en konstant hoved enhed, som bruges typisk til at få jorden hydrauliske ledningsevne skøn. Sådanne flow, resulterer hvis det er inkluderet i opgørelsen over antallet af vandbevægelse gennem jorden, i et fejlagtigt høje skøn af hydrauliske ledningsevne. Dette manuskript beskriver brugen af et laboratorium, der er sat op til at fjerne væggen flow fra estimater af jordens hydrauliske ledningsevne og en prøve indsamlingsmetode, som matcher jord stikprøvestørrelse til størrelsen af laboratorieudstyr.

Et kritisk trin er at indsamle jordprøver, som ikke er blevet komprimeret. Selv om jord fugt status vil påvirke modstand til indsættelse af sampler og dermed foreneligheden af jorden, er anbefalingen, at længden af den prøve, der opsamlet bør være lidt kortere end den prøve liner, som er indsat i metal prøveglas.

Transport af prøver fra feltet til laboratoriet bør ske på en måde, der minimerer forstyrrelser for dem. At holde dem oprejst og sikre, at de ikke er tætpakket imod hver andre vil medvirke til at reducere håndtering forstyrrelser.

Den mest kritiske trin i protokollen er at opbygge laboratorieudstyr til at matche den stikprøvestørrelse, indsamlet fra marken, således at væg flow ikke er inkluderet i vand indsamlet fra jord matrix¹⁰. Selv om beskrivelsen af laboratorieudstyr præsenteres heri er for en bestemt størrelse på prøvebeholder, kan andre mellemstore containere anvendes, hvis prøven indehavere i laboratorieudstyr er ligeledes matchede i størrelse.

Når en prototype er samlet, bør testprøver, der forsætligt skabte til at resultere i muren flow udnyttes til at konstatere, at opførelsen af apparatet virkelig skille væg flow fra jord matrix flow. En anden vigtig observation er, om det endelige design tillader oprettelsen af en konstant hoved vand oven på jordprøven uden overtopping objektbeholderen plast jord. Toppen af jord beholderen skal være over vandstanden i udbuddet rendestenen. Dette er kritisk. Hvis vandet overtops plast jord container, så var dimensionerne sandsynligvis ikke korrekt målt. Dette kan løses ved at montere en gummiring til toppen af plast jord container, være omhyggelig med ikke at forstyrre jordprøven.

Stikprøven samling tid vil være afhængig af både kriterierne for det eksperiment præcision samt antallet af vandbevægelse gennem jorden. For eksempel kan prøver skal være indsamlet i 10 – 20 min hver time i en periode på 12 timer indtil en relativt konstant mængde vand bevæger sig gennem jordens kerne og i objektbeholderen prøveudtagning hver gang en prøve er taget. I andre tilfælde kan prøverne kun skal indsamles for 8-10 min i en periode på 3 eller 4 h før en konstant mængde vand bevæger sig gennem jorden for en given prøvetagningsperiode. Konstante mængder af vand over den samme periode stikprøve tyder på, havde nået et "steady state" tilstand.

Jord kerner var forberedt på en mættet hydraulisk ledningsevne analyse ved at placere ostelærred i bunden af hver kerne og derefter placere kernen i en balje med vand til langsomt mætte prøver fra bunden op, for en periode på mindst 24 timer.

Efter presaturation, kernerne blev fjernet fra karret og bunden af hver af kernerne blev sat på en flow separator designet til at adskille enhver flow langs siderne af plast ærmet indeholdende jord fra flow gennem jorden selv. Seks jord kerner på et tidspunkt var placeret på denne enhed, som omfattede en bænk med en tagrende system¹⁰ indeholder en dæmning for levering af vand til toppen af jordprøver på en konstant hoved gennem sifon rør. Vand blev pumpet i rendestenen systemet fra et reservoir med en dykpumpe.

Flow separator er hovedsagelig en 100 mm lang og 100 mm diameter PVC rør, der tjener som en indehaver, hvor plast ærmet holder jordprøven sidder. En anden PVC rør (ca 75 mm i diameter og 75 mm lang) er skærpet saa jordprøven kontakter den skarpe kant af denne PVC rør, og passer ind i den PVC rør, med plast ærmet holder jordprøven montering uden for de mindre PVC rør. En skærm i den mindre PVC rør understøtter jordprøven og giver mulighed for det vand, der har flyttet gennem jorden til at flyde ud i bunden af prøven. En anden stikkontakt udsender det vand, der er strømmet ned på indersiden af den plast ærme, dermed fjerne såkaldte "omgå flow" forkert medtages i beregning af mængden af vand, der bevægede sig gennem matrixen jord.

Én vigtig begrænsning for teknikken, der opstår med jord, som dem med et højt lerindhold, der har en lav mættede hydrauliske ledningsevne. Jord med meget lav mættede hydrauliske ledningsevne typisk skal have deres ledningsevne bestemmes med en "faldende hoved" tilgang⁷ i stedet for den konstante hovedet tilgang anvendes her. Apparatet beskrevet her ville skal ændres betydeligt for at muliggøre en faldende hovedet tilgang til at blive udnyttet.

Design har vist sig for at give mere ensartede resultater af jordens mættede hydrauliske ledningsevne¹⁰ end traditionelle laboratorium metoder⁹. Brug af design bør medvirke til at reducere hyppigheden af optagelse fejlagtigt høje skøn over mættede jorden hydrauliske ledningsevne på grund af fejlagtigt herunder væg flow i skøn over mængden af vand, der flyder gennem jorden over en periode.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sampling equipment:
Soil Sampler Drill Rig	Giddings Machine Co. Inc	#25-TS / Model HDGSRTS	* NOTE: This model is comparable to the model we utilized but which is no longer produced
Kelly Bar	Giddings Machine Co. Inc	#KB-208 8 Ft. Kelly Bar
Soil Sample Collection Tube	Giddings Machine Co. Inc	#ZC-180 4-3/4” X 7-1/4”
Soil Collection Tube Bit	Giddings Machine Co. Inc	#ZC-190 4-3/4” Standard Relief
Plastic Liner for Soil Sample	Giddings Machine Co. Inc	#ZC-208 3-5/8” x 6”	Enough for the number of samples being collected
Black end caps a for bottom of sample liners	Giddings Machine Co. Inc		To retain samples in liners
Red end caps a for top of sample liners	Giddings Machine Co. Inc		To retain samples in liners
Cooler Chest			Store & maintain samples upright in sample liners during transport from field to lab
Protective gear:
Hardhats, googles, and gloves			other items as needed for personal protection
Saw
Drill and bits
PVC Cement
6 to 8, 19 mm x 184 mm x 2,438 mm boards
2 – barbed fittings; 13 mm HB x MGHT			to connect plastic tubing to supply gutter and to drainage gutter
6 – barbed fitting			to connect plastic tubing to outer PVC cylinder to allow for water drainage
3,000 mm long, 19 mm OD / 13 mm ID plastic tubing
6 – 85 mm diameter circular mesh pieces			Can be cut from (e.g.) a 600 mm long, 6 mm x 18 gauge wire mesh (e.g. galvanized steel gutter guard)
Schedule 40 PVC pipe – 96 mm ID / 114 mm OD
Schedule 40 PVC pipe – 73 mm ID / 89 mm OD
Schedule 40 PVC pipe – 63 mm ID / 73 mm OD, OR 6 - 73 mm plastic shower drains
Schedule 40 PVC pipe – 25 mm ID
6, 6 mm thick x 155 mm square sheets of PVC			Can purchase 2 – 6 mm x 300 mm (appx) sheets for about $20 each from: https://www.interstateplastics.com/Pvc-Gray-Sheet-PVCGE~~SH.php?vid=20180212222911-7p
6 – 140 mm by 19 mm plastic funnels			To direct water flowing from soil sample into collection beaker
Adhesive caulk
1 – length of 150 mm x 1,200 mm wire mesh cloth			4 Mesh works well
2 – 120 mm x 1,219 mm plastic gutter with end caps
4 – gutter hangers
1 - additional gutter end cap			To be cut as described in procedures to create a constant head in the supply gutter
1 – large plastic tub			Appx 65 L in volume, for example, to serve as water source for the hydraulic conductivity procedure
1 – large plastic tub			To serve for wetting up soil samples
1 – Submersible pump			e.g. Beckett M400 AUL or M400 AS
Plastic tubing			Various sized drainage tubes, water supply tube, and drain from drainage gutter
Container of Cheese Cloth			To place at bottom of soil sample help retain soil in plastic sample container during hydraulic conductivity and wetting up
Rubber bands			Large enough to fit around plastic sample liners tightly
Scale which measures to at least 0.1 g
Beaker or other container to collect water from each sample
Sodium Chloride			For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil
Calcium Chloride			For creating a water quality similar to that which is typically applied to the soil