Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Besin ve tortu tarım havza içinde sürekli Instream izleme

10.4K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/56036

⸱

26 Eylül 2017

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

Bu makalede

Özet

Teknoloji ve son kullanıcı beklentileri artış ilerlemesi ile ihtiyaç ve kirletici yükü tahmini için daha yüksek zamansal çözünürlük veri kullanımı artmıştır. Bu iletişim kuralı sürekli situ su kalitesi izleme kaynak yönetim kararları bilinçli su için daha yüksek zamansal çözünürlük verileri elde etmek için bir yöntem açıklanır.

Özet

Kirletici konsantrasyonu ve havza içinde yük önemli ölçüde zaman ve mekan ile değişebilir. Su kaynaklarında kirleticilerin büyüklüğü hakkında doğru ve zamanında bilgi kirletici yükler sürücüleri anlamak için ve bilinçli su kaynak yönetimi kararları için bir önkoşuldur. Yaygın olarak kullanılan "örnekleme yakala" yöntemi (Yani, bir anlık konsantrasyon) örnekleme zamanında kirleticiler konsantrasyonları sağlar ve altında olabilir- veya kirletici konsantrasyonu ve yükleri overpredict. Sürekli besin ve tortu izlemenin son gelişmeler nedeniyle daha fazla dikkat aldı bilgisayar, teknoloji ve depolama aygıtları algılama. Bu iletişim kuralı, sensörler, sondes ve araçları situ içinde nitrat, amonyum, bulanıklık, pH, iletkenlik, sıcaklık ve çözünmüş oksijen () sürekli olarak izlemek ve iki akarsu (hendek) üzerinden yükler hesaplamak için kullanımını gösterir iki tarım havza. Uygun kalibrasyon, bakım ve işletme sensörler ve sondes ile iyi bir su kalitesi veri kirlenme ve enkaz birikmesi gibi zorlu koşullar üstesinden tarafından elde edilebilir. Bu yöntem da irili ufaklı havza içinde kullanılan ve tarım, ormanlık ve/veya kentsel arazi tarafından karakterize.

Giriş

Su kalitesi izleme kirletici bir arsa veya bir alan için bir dönüm noktası arasında olabilir katkıda bulunan alanının boyutuna bağlı olarak farklı ölçeklerde kayma, konsantrasyonları hakkında bilgiler sağlar. Bu izleme, tek bir olay, bir gün, bir mevsim veya bir yıl gibi bir süre içinde yer alır. Su kalitesi, esas olarak besin (Örneğin, azot ve fosfor) ve tortu, ilgili izleme topladı bilgi-ebilmek var olmak kullanılmış-e: 1) hidrolojik süreçler ve taşıma ve dönüştürme akarsu, kirleticilerin anlamak Tarım drenaj hendekleri gibi; 2) bir dönüm noktası için besin ve sediment yükü azaltmak için ve su kalitesini artırmak için uygulanan yönetim uygulamalarını verimliliğini değerlendirmek; 3) su aşağı için tortu ve besin teslim değerlendirmek; ve 4) besin ve hidrolojik anlamak ve kirletici ulaşım ve dinamikleri zamansal ve mekansal ölçekler aralığında belirlemek kalite süreçleri su tortu modellenmesi geliştirmek.

Bu bilgileri sucul ekosistem restorasyon, sürdürülebilir planlama ve yönetimi ile su kaynakları1için önemlidir.

En sık kullanılan yöntem için besin ve tortu bir dönüm noktası izleme kapmak örnektir. Kapmak örnekleme doğru bir şekilde örnekleme2zamanda bir anlık konsantrasyon temsil eder. Sık örnekleme yapılırsa da kirletici konsantrasyonu zamanla bir varyasyon tasvir. Ancak, sık sık örnekleme yoğun ve pahalı, sık sık pratik2yapma zamanı. Ayrıca, altında kapmak örnekleme olabilir- veya örnekleme zaman2,3,4dışında gerçek kirletici konsantrasyonu gözünde çok büyütüyorsun. Sonuç olarak, böyle konsantrasyonları kullanılarak hesaplanan yük doğru olmayabilir.

Alternatif olarak, sürekli izlenmesi doğru ve zamanında bilgi su kalitesi gibi bir dakika, bir saat veya bir gün önceden belirlenen zaman aralığında sağlar. Kullanıcıların gereksinimlerine göre uygun zaman aralıkları seçebilirsiniz. Sürekli izlenmesi araştırmacılar, planlamacıları ve yöneticileri örnek toplama en iyi duruma getirmek sağlar; geliştirmek ve monitör zaman entegre ölçümleri, toplam en fazla günlük gibi yükler (TMDLs); su vücut eğlence kullanımını değerlendirmek; temel akış koşulları değerlendirmek; ve dağınık şekilde ve geçici kirleticiler sebep-sonuç ilişkileri belirlemek ve yönetim planı5,6geliştirmek için varyasyon değerlendirmek. Sürekli besin ve tortu izlemenin son zamanlarda artan ilgi gelişmeler nedeniyle bilgi işlem ve sensör teknolojisi, depolama aygıtları geliştirilmiş kapasitesi ve daha karmaşık işlemlerin çalışmaya artan veri gereksinimleri aldı 1 , 5 , 7. 700'den fazla su uzmanları küresel bir anketin, çok parametreli sondes kullanımı 2012 2002'den %61 %26 arttı ve 20225tarafından % 66'ya ulaşması bekleniyor. Aynı ankete katılanların % 72'verilerine karşılamak için kendi izleme ağ genişlemesi ihtiyacını5ihtiyacı belirtti. Merkezi izleme ağ sayısı ve 2012 yılında istasyonu izlenen değişkenlerin sayısını % 53 ve % 64, sırasıyla, 20225tarafından artırması bekleniyor.

Ancak, sürekli su kalitesi ve miktarı tarım havza izleme zor. Büyük yağış olayları tortu ve macrophytes yüksek tortu yük ve enkaz birikimi sensörler ve sondes katkıda bulunmak, silsin. Aşırı azot ve fosfor tarım alanlarına uygulanan ikinci tur makroskopik ve mikroskopik canlılar büyüme için ve özellikle yaz aylarında instream sensörleri ve sondes, kirlenme için ideal koşulları oluşturur. Kirlenme ve tortu birikimi sensörler başarısız, drift ve güvenilir olmayan veriler üretmek neden olabilir. Havza özelliklere göre (Örneğin, boyut, toprak, yamaç, vb. etkilenmiş gibi bu zorluklara rağmen ince zamansal çözünürlük (dakika başına düşük) olarak veri akış süreçleri ve nokta kaynak kirlenme, eğitim için gereklidir ) ve zamanlama ve yağış7yoğunluğunu. Dikkatli alan gözlem, sık sık kalibrasyon ve uygun temizlik ve bakım iyi kalitede veri sensörleri ve daha hassas zaman çözünürlükte bile sondes emin olabilirsiniz.

Burada, in situ sürekli iki tarım havza çok parametreli su kalite sondes, alan-hız ve basınç detektörler sensörleri ve autosamplers kullanarak izleme için bir yöntem tartışmak; alan bakım ve Kalibrasyon; ve veri işleme. Protokol içinde sürekli su kalitesi izleme yapılabilir bir yol gösterir. Protokol genellikle sürekli su kalitesi ve miktarı herhangi bir türünü veya boyutunu dönüm noktası izleme için geçerlidir.

Protokol kuzeydoğu Arkansas küçük hendek Havzası (HUC 080202040803, 53.4 km2 alan) ve alt St. Francis Havzası (HUC 080202030801, 23.4 km2 alan) gerçekleştirilmiştir. Bu iki havza Mississippi Nehri'nin kolları drenaj. Mississippi Nehri'nin kolları izlemek için bir ihtiyaç daha düşük Mississippi Nehri koruma Komitesi ve Körfez Meksika hipoksi görev gücü tarafından bir dönüm noktası yönetim planı geliştirmeye ve yönetiminden ilerlemesini kaydetmek için tespit edildi 8 , 9. Ayrıca, ABD Tarım Bakanlığı-doğal kaynakları koruma hizmeti (USDA-URM'leri), tarafından odak havzaların potansiyeli ve besin ve sediment kirliliği azaltmak için temel olarak bu havzaların karakterizedir su kalite10iyileştirilmesi. Alan kenar izleme bu havzaların eyalet çapında Mississippi Nehri Havzası sağlıklı bir dönüm noktası girişimi (MRBI) ağ11bir parçası olarak yürütülmektedir. Havza (Yani, site konumları, dönüm noktası özellikleri, vb) daha fazla bilgi Aryal ve Reba (2017)6temin edilmektedir. Kısacası, bırakıp giden küçük nehir havzası ağırlıklı olarak silt bereketli topraklar ve pamuk ve soya büyük bitkileri alt St. Francis Havzası ağırlıklı olarak Sharkey kil toprak ve pirinç ve soya büyük bitkileri vardır Oysa vardır. Her dönüm noktası in situ sürekli su miktarı ve kalitesi (Yani, deşarj sıcaklık, pH,, bulanıklık, iletkenlik, nitrat ve amonyum) izleme gerçekleştirildiği için bu iletişim kuralını kullanan mainstream üç istasyonları kirletici yükler ve hidrolojik süreçler kayma ve temporal değişkenlik anlıyorum. Ayrıca, haftalık su örnekleri toplanmış ve askıya alınan tortu co için analizncentration.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. yer seçimi

  1. dönüm noktası seçimi
    1. kirliliği sorunu, bir dönüm noktası önceliğini, araştırma tesisi, ve siteye erişmek için yakınlık büyüklüğünü temel alan watershed(s) seçin ve veri hedefleri.
  2. Akışı örnekleme Mekanlar
    1. seçin çalışma amacına bağlı akışı örnekleme location(s).
      Not: En iyi örnekleme konumları bir kesit, güvenle ve kolayca erişilebilir, geophysically kararlı (Yani, sabit kesit ve bir banka enstrüman istasyonu muhafazasını destekleyici) ve temsilcisi içinde iyi karışık 12 , 13 , 14. İstasyonları hemen iki akarsu ve düz kanal bölümünde, izdiham üzerinden aşağı bir yakınsak veya kesintisiz kanal kesiti daha homojen ve temsilcisi 14 vardır.
    2. Hidrolojik ortak bulun ve su kalitesi ölçümleri yükleri hesaplamak için bir kesit,.
      Not: besin ve tortu bir dönüm noktası olarak mekansal varyasyon belirlenmesi, havza boyunca potansiyel kaynak hedef için birden çok istasyonları seçin.

2. Alet takımları ve sensör seçimi

  1. Seç aletleri ve sensörler deşarj ölçmek ve kaliteli su ve hedeflenen aralıkta su örnekleri toplamak için. Enstrüman ve veri gerek, havza ve kaynaklara dayalı sensörler seçin.
    Not: Ideal sensörler güvenilir, doğru duyarlı, hassas, düşük maliyetli ve akış ortamı için uygun ve sınırlı bakım ve alan teknisyen 13 asgari eğitim gerektirir. Bir tarım havza, kirlenme ve enkaz birikimi endişeleri en büyük nedeni vardır. Sonuç olarak, kendi kendini temizleme ve anti-fouling özelliklerle donatılmış sondes tercih edilir.
    1. Kullanımı otomatik örnekleyici, sondes, bir alanı hızlı bir sensör, bir basınç detektörler ve taşınabilir bir akış ölçer.
      Not: Sonde bulanıklık sensör ve pH, amonyum nitrat temizlemek için fırça temizlemek için bir silecek var ve sensörler yapın.
      Not: Bu protokol araç bir Otomatik Örnekleyici, hortum, süzgeç veya akışı modülü ve alan-hız sensörü oluşan su örnekleme birimi anlamına gelir.
  2. Select su kalite parametreleri temel veri amaç, sensör maliyet ve kullanılabilirlik. Sıcaklık, pH,, iletkenlik, bulanıklık, amonyum ve nitrat her 15 dk. ölçmek
    Not: Sıcaklık, pH, ve iletkenlik en yaygın parametreleri seçilmiş ve ise nitrat, amonyum ve bulanıklık daha az yaygındır ama popülerlik 1 , kazanmaktadır USGS istasyonlarında ölçülür 14.
    Not: veri hedefleri dönüm noktası özelliklerine bağlıdır. Örneğin, azot ve fosfor izlemek tarım havza içinde kentsel havzaların fosfor izleme için karşılaştırıldığında daha önemli olabilir.

3. Sonde kalibrasyon ve programlama

  1. göre üretici öneriler sonde sensörlerde kalibre. Kalibrasyon Protokolü yerel çevresel koşullara göre gerektiği gibi değiştirin.
    Not: Kalibrasyon sıklığı hangi sensörleri maruz kalan çevre üzerinde bağlıdır. Genellikle, 2-4 hafta içinde aittir. Burada, sondes 2 haftada büyüyen sezon sırasında kalibre edilmiş ve her 3 haftada sigara büyüyen sezon (Kasım Nisan).
  2. Sonde iyice önce kalibrasyon Laboratuvarı, temiz. Yumuşak fırçalar (Örneğin, diş fırçaları) ve sabun veya çok amaçlı süpürge kullanarak sensör yüzeyler temiz. Sirkülatörün silecek ve altıgen bir Allen anahtar kullanarak fırça çıkarın; temiz silecek ve fırça.
  3. Elektrolit pH referans elektrot dökün, taze elektrolit çözüm ile dolum ve elektrolit çözeltinin iletkenliği sağlamak için bir Potasyum klorür tuz Pelet ekleyin. Böylece hava geçirmez kapağı kapatın; kapağı üzerinde vidalı iken bazı elektrolit dışarı dökülecek. Sonde deiyonize suyla durulayõn.
    4. Böylece yaklaşık 20-30 cm yukarıda kolay işlenebilirlik için izin masa üstü sonde dibinde duruyor
  4. üzerinde sağlam bir destek sonde askıya alma. Sonde iletişim kablo kullanarak bilgisayara bağlayın. Üretici başlatmak ' s yazılım. Basın " sonde faaliyet " sonde programa girmek için.
  5. Ayarla kalibrasyon standartları dizi " parametre ayarlarının " sekme. Aşağıdaki sırada sensörler kalibre: iletkenlik, pH,, bulanıklık, nitrat ve amonyum.
    Not: Kalibrasyon sırası önemlidir, nitrat ve amonyum sensörler iletkenlik ve pH değerleri kullanın.
    Not: Kalibrasyon standartları iletkenlik için 2, 2 veya 3 pH için DO için 1, 2 veya 4 bulanıklık için nitrat için 2 ve 2 için amonyum vardır.
  6. Birden çok kez sensör DI su ile durulayın ve kuru bir standart çapraz kontaminasyonu önlemek için sensör tanıtımı önce mendil ile sensör surface(s).
    Not: her sensör kalibrasyonu önce sensör okur aşağıdaki standartları değerlerini Not: yapmak pH 7, bulanıklık DI ve 50: NTU, nitrat 50 mg/L ve amonyum için 50 mg/l Bu değerler sensörleri alanında doğru olup olmadığını değerlendirmek için kullanılabilir. Onlar da ihtiyatlı alan değerleri düzeltmek için kullanılabilir.
  7. Her sensör (Adım 3.8-3.13) bir standart için kalibrasyon sonra " kalibrasyon başarılı " görünür; kalibrasyon başarısız olursa, sensör sıfırlamak ve yeniden deneyin. Yine de sensör başarısız, sarf malzemeleri yedek gerekebilir veya sensör fabrika onarım gerekebilir.
    Not: nitrat veya amonyum sensör her iki sensörler sıfırlama sıfırlayacak.
  8. 2 nokta kalibrasyon; 0 µs/cm kuru bir sensör için ve 1,412 µs/cm için standart çözüm kullanarak iletkenlik sensör kalibre. Seçin " SpCond [µs/cm] " içinde " kalibrasyon " sekme. Mendil tamamen sensörlü oval kısmını kuru. Girin " 0.0 " µs/cm ve girin " kalibre. "
    1. tamamen oval kısmını sensör kapsayacak şekilde bir kese standardında ekle. Sensör (~ 2-5 dk) stabilize okuma kadar bekle, girin " 1412 " µs/cm ve girmek " kalibre. " " kalibrasyon başarılı " görünür; kalibrasyon başarısız olursa, sensör sıfırlamak ve yeniden deneyin.
  9. PH 7 ve pH 10 standartları kullanarak pH sensör kalibre ve Kalibrasyon pH 4 ile doğrusallık kontrol edin. Seçin " pH [Birim] " kalibrasyon sekmesini sekmesinde Ekle pH 7 Standart pH Kavşağı ve referans elektrot kapsayan bir kese. Yaklaşık 5 dakika için o stabilize etmek için bekleyin. Girin " 7.0 " olarak pH değeri ve girin " kalibre. "
    1. elektrotlar durulayın ve kuru onları mendil kullanarak. PH 10 takın ve izleyin aynı yordamı pH 7 gelince. PH kalibrasyon eğrisi doğrusallık tanışmış, kontrol etmek için 4 Ekle; kalibre edilmiş sensör okumalısınız 4 ± 0.2 pH 4.0 Standart için.
  10. Sıcaklık-sağlamlık, hava doymuş, deiyonize su kullanarak sensör kalibre (18 M Ω-cm) tek noktadan standart olarak.
    1. Seçin " LDO % [Sat] " sekmesini kalibrasyon Kupası neredeyse tam seviyesine DI su ile doldurun ve Kupası sonde yerleştirin. Sıcaklık sensörü ve membranlar tamamen su tarafından tutulduğundan emin ol sonde Invert.
    2. Yüzde doygunluk okuma stabilize etmek için yaklaşık 5 dakika bekleyin. Bir kez stabilize, girmek " 100 " yüzde doygunluk için. Barometrik basınç mmHg yerel hava durumu istasyonunun kontrol ederek girin ve girin " kalibre. "
      Not: DI su sıcaklığı-sağlamlık ve hava doymuş bu açık laboratuvar gaz değişimi için en az bir gecede atmosferde için terk ederek doygunluk ve sıcaklığı sabitleme. Barometrik basınç atmosferik basınç (sonde tarafından ölçülen) sıcaklık yanı sıra doygunluk bağlıdır beri sağlanması gerekiyor.
    3. Kontrol 0,5 - olmalıdır ölçek çarpanı 1.5, kabul edilebilir kalibrasyon için. Kalibrasyon programdan, terminal mod girin, vurgulamak için ok tuşlarını kullanın " kütük içinde " ve basın " girin. " vurgulamak " seviye 3 " ve tuşuna basın " girin. " vurgulamak " kurulum " ve basın " girin. " vurgulamak " sensörler " ve basın " girin. " vurgulamak " yapmak " ve basın " girin. " vurgulamak " % oturdu " ve basın " girin. " ölçek faktörü unutmayın.
    4. Basın " Esc " çıkıp girmek için " sonde faaliyet " tekrar. Seçin " kalibrasyon sekmesini " kalibrasyon devam.
    5. Geri sonde ters çevir ve böylece sensörler yere yüz askıya alma.
  11. 4 Standartlar kullanılarak bulanıklık sensör kalibre: DI, 50 NTU, 100 NTU ve 200 NTU. Seçin " bulanıklık [NTUs] " sekme. Kalibrasyon kap içinde en az bulanıklık sensör alt kapak için yeterli DI su koyun. Stabilize bulanıklık okuma izin. Nokta girmek " 1 " DI standart bir " 0,6 " NTU bulanıklık değer, ve " kalibre. "
    1. benzer şekilde, diğer standartlar için bulanıklık sensör kalibre. Şişe yukarı ve aşağı dönüm standartları, homojenizasyon tarafından kabarcık oluşumunu önlemek (değil sallamak) ve standartları Kupası dökülen.
    2. Tüm standartları ayarlama sonra sensör değerleri DI ve 50 NTU kalibrasyon kabul edilebilir (Yani, ±1% içinde) olup olmadığını görmek için kontrol edin.
  12. İki standardı kullanarak nitrat sensör kalibre: yüksek (50 mg/L yok 3 --N) ve düşük (5 mg/L yok 3 --N). Seçin " yok 3 - [mg/L-N] " sekme.
    1. Pour 50 mg/L kalibrasyon Kupası dörtte üçü kadar doldurmak için standart tam ve fincan su geçirmez bağlanırken sonde üzerinde yerleştirin. Böylece nitrat ve sıcaklık sensörleri tamamen kapsadığı sonde tersine çevirin. 15 dakika (ya da okuma stabil olana kadar) bekleyin. Bir kez stabilize, standart düzeyini girin " 1 " değeri ve " 46.2. " sıcaklık ve mV okuma bir not defterinde kayıt. Girin " kalibre. "
      Not: nitrat sensör sıcaklık sensörü ek olarak iletkenlik ve pH sensörleri kullanır.
    2. Sensörleri DI su ile birkaç defa durulayın ve onları mendil ile kurulayın. Düşük standart için aynı işlemi tekrarlayın. İki gerilim değerleri arasındaki farkı 50-65 mV olmalı ve sıcaklık ölçümleri arasındaki fark 5 ° F kalibrasyonunun kabul edilebilir geçmemelidir.
  13. Benzer şekilde nitrat sensör amonyum sensör kalibre.
  14. Eski mevkiini geri vermek ve silecek ve fırça kalibre. Seç " SelfClean [Rev] " sekmesini seçin " 1 " döndürme ve girin " kalibre. "
    Not: silecek ve fırça bir kez döndürür.
    15. Bir kez tüm sensörler kalibre,
  15. program sonde. Girin " pc zaman küme saat " içinde " sistem " Eşitleme sekmesini. 4 varolan günlük dosyalarından en eski günlük dosyasını silin ve yeni bir günlük dosyası oluşturulur. Günlük dosyası oluşturulduktan sonra izleme parametreleri ve oturum için parametreleri seçin. Ve saat günlük dosyasının ve günlüğe kaydetme aralığı bitiş başlangıç seçerek izleme süresi (Yani, sonraki kalibrasyon, genellikle 2-3 hafta içinde tarım havza kadar) ve aralığı (15 dk) seçin. Günlük dosyasını kaydetmek.
    Not: herhangi bir zamanda bir sonde 4 günlük dosyaları saklayabilirsiniz.
  16. İç Pil voltajı kontrol edin ve gerekirse iç pilleri değiştirin.
    1. Seçin " online izleme " tab ve online izleme başlatın.
    2. Dahili pil voltajı okuma kontrol. 10,5 V altında değilse, bu sekiz yeni C pil ile değiştirin.
      Not: dahili pil voltajı ~9.0 V. düşerse sonde kayıt veri durur
    3. Su geçirmez bir bağlantı yapmak için pil yuvası kapağı mühür için silikon dolgu macunu kullanın.
  17. Sensör guard eklemek ve bir kovaya koy su yarısı dolu.
    Not: Kova sondes (yeniden) yükleme alanında ve taşıma için hazır. Sondes düzgün çalışması pH elektrodu için ve sular altında olmalıdır.

4. Alet takımları ve sensör yükleme

  1. alan-hız sensörü ve akışı modülü
    1. Mount seçili bir kesit, çelik bir plaka üzerinde güvenli bir şekilde alan-hız sensörü. Üzerinde çelik levha monte " L " sonrası akışı (Yani, kanal en derin parçası) thalweg tahrik Telspar monte köşeli ayraç ( şekil 1) ( Resim 1); uzantısı " L " Telspar yazının akıntıya karşı köşeli ayraç-meli var olmak yeterince uzun böylece akış akış Telspar sonrası varlığı etkilenmez. Sensör yerleştirin " L " sensör ucu yukarı akış doğrultuda yüzler öyle ki akışı yatakta köşeli parantezi.
      Not: Telspar yazı etkisini yazının giriş akışı rahatsızlık akıntıya karşı veya kantitatif sensör değerleri ile ve ezelî belgili tanımlık Telspar posta kullanarak sensör konumundaki oluşturursa görsel olarak değerlendirilebilir. Bu protokol için kesitsel değişkenlik önemsiz olarak kabul edildi. Değerlendirilecek olursa, birden çok sondes veya sensörleri bir kesit yerleştirilebilir. Alan-hız sensör tedbirler ultrasonik Doppler yöntemi kullanarak hız ortalama. Bu akış derinliği veya hız profil oluşturma ve yerinde kalibrasyon dayalı bir dönüştürme faktörü gerektirmez. Akışı modülü üzerinden-1.5 6.1 m/s hız ve 9.15 m 0.01 m Derinlik ölçer. Bu nedenle, farklı havza için geçerlidir.
    2. Akıntı, hesaplamak için kesit alanı ölçmek.
      Not: Kanal ya da bir denklem varsa yazılım doğrudan alan hesaplayabilirsiniz.
      Not: Sensör verileri doğrudan akış modülünde kaydedilir ve üretici kullanarak bir bilgisayara indirilebilir ' s yazılım ve iletişim kablosu.

< img alt = "Şekil 1" class = "xfigimg" src = "/ dosya/ftp_up =Load/56036/56036fig1.jpg"/ >
şekil 1. Tipik bir Instream izleme istasyonu (değil için bir ölçek) yerleşimini.
İstasyon üzerinde çelik kablo, bir kemer ve halkalar kullanarak sonde askıya alınmış bir Telspar yazı içerir. Halkalar gösterilmez. Belgili tanımlık L-destek alan-hız sensörü monte akışı yatağa yerleştirilir ve somun ve civata kullanarak mesaj sıkıca sabitlenir. (Resimde gösterilmemiştir) otomatik örnekleyici ucundaki bir süzgeç içeren su örnek bir hortum dan çeker. Alan-hız sensörü kablosunu (gösterilmez) akışı modülü bağlıdır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. basınç detektörler (PT sensör)
    1. alan-hız sensörü kullanılamaz olduğunda, bir basınç detektörler kullanarak derinlik ölçmek.
    2. İç Telspar posta PT sensör yüklemek ve çelik tel ve halkalar ile güvenli; sensör ucu sadece dere yatağı dokunmatik gerekir. Su derinliği 15 dk aralıklarla ölçmek için PT sensör programı.
  2. Manuel ölçüm deşarj
    1. istasyonları PT sensör olarak ölçüm cihazı, bir akıntı ile yapmak için bir seviye-Debi eğrisi deşarj akımları bir dizi üzerinde el ile ölçerek, en az, orta, düşük ve yüksek kapsayan akar. Kesit alanı birkaç parça (30-60 cm genişliğinde), akış genişliğine bağlı olarak bölün. Ortalama hız ile taşınabilir bir akış ölçer kullanarak segmente Merkezi doğrultusunda ölçmek. Derinliği ise < 10 cm, maksimum hız ölçmek ve ortalama hız almak için 0,9 tarafından çarpın. Derinliği 10-75 cm ise, ortalama hız 15 belirlemek için derinlik 0,6 hızda ölçmek. Derinlikleri 75 cm'den büyük, ölçmek hızları üç derinliklerde (0,2, 0.6 ve su yüzeyinden derinliği 0.8) ve onları 15 ortalama.
    2. Akıntı, ortalama hız, genişlik ve derinlik segmentin kullanarak bir kesim hesaplamak ve deşarj toplam deşarj elde etmek için tüm kesimlerini gelen toplamı.
    3. Kat düşük, orta ve yüksek akar akar aralıkları için şu yordamı izleyin.
    4. Sahne (Yani, basınç detektörler tarafından elle boşaltma ölçüm anda ölçülen akış derinliği) ve ölçülen deşarj arasındaki ilişkiyi belirlemek.
      Not: akıntı hızı el ile ölçmek için çok yüksekse, bir geçici alan-hız sensörü kullanılabilir alan-hız algılayıcı ile ölçülmüş deşarj ve PT algılayıcı ile ölçülmüş derinlik ilişkisi olun.
  3. Su kalitesi çok parametreli sonde
    1. Telspar posta ile çelik tel, halkalar ve çantanıza ve kolay kurulum ve kaldırma ( şekil 1) sonde güvenliği sonde sağlayamazsınız. Özellikle su baskını sırasında akış su ile yüzen gelebilir enkaz veya ahşap günlüğündeki zarar önlemek için Telspar yazının aşağı akım tarafında sonde yerleştirin. Sonde dibine yerleştirin tortu birikimi sonde üzerinde olasılığını azaltmak için akış yatağın üzerinde en az 1-10 cm.
      Not: Sonde her zaman suda ve sular altında. Bu nedenle, farklı akımları ile stream, sonde sonde üzerinde tortu oluşumunu azaltmak için yeterince yüksek ve havaya maruz sonde önlemek için düşük olmalıdır. Öyle ki yaklaşık 10 cm su yüzeyinin altında algılayıcılar ancak, daha az değişken akış ile bir kanal için sonde yerleştirilebilir.
      Not: sonde derinlik sensörü varsa, kanal yatağın derinliği sensöründen yüksekliğini hesabına kanal yatağın üstünde derinlik sensörünün kurulumu derinliği için ölçülmelidir.
    2. Güç sonde iç pil ve/veya harici pil ile. Harici pil ve sonde için bağlanmak için iletişim kablosu ev için bir taşınabilir pil kutusunu kullanın. Verileri her 15dk toplamak ve veri iletişim kablo kullanarak bilgisayara doğrudan indirme sonde programı.
  4. Otomatik Örnekleyici
    1. hava-koruyucu konut akışı banka sağlam zeminde üstündeki bir Otomatik Örnekleyici yükleyin. Otomatik Örnekleyici ile kurşun asit batarya güç. Pil yerinde şarj etmek için bir 20-W güneş paneli yükleme.
    2. Su ile Telspar posta ya da L Anten Ayağı altında bir süzgeç boru güvenli ve bir hortum ile otomatik örnekleyici takın.
      Not: Otomatik Örnekleyici gelen akış süzgeç ve hortum ile su çeker.
      Not: Süzgeç yöneltme'sini konumlandırma temsilcisi verileri elde etmek önemlidir. Bu protokol için hiçbir kesitsel değişkenlik varsayarak yerleştirilmiş.
    3. Örnek su haftalık veya temel alınarak ihtiyaç için Otomatik Örnekleyici program. Üretici tarafından sağlanan Otomatik Örnekleyici el kitabına bakın.
      Not: Otomatik Örnekleyici yağış, akışı, zaman veya bir arada temel örnek su için programlanabilir. Sampler-ebilmek var olmak program birçok şişe içine bir örnek, bir çok örnekleri örnek için şişe (kompozit) veya bir arada.
      Not: Otomatik Örnekleyici su (2000 mL) ek parametreler laboratuvarda analiz için gerekli bir hacim toplar. Sürekli su kalite sonde kullanarak izleme özelliğine ek olarak, örnekleri haftalık olarak askıya alınan tortu konsantrasyon için analiz edilir.

5. Sensör ve Sonde bakım

  1. temiz alan-hız sensörü enkaz üzerinde veya yakınında sensör yüzeyi azaltmak için her ziyaret.
  2. Sık sık kalibre sonde sensörlerde.
    Not: Frekans sezon, hidroloji, havza, algılayıcı türü ve kirlenme oranı bağlıdır. Burada seçilen havza içinde kalibrasyon, 2 haftada iyi kalitede veri toplamak için gerekli oldu.
  3. Yerine sarf parçaları üretici tarafından önerilen gibi.
    Not: Bu bir pH referans elektrot/kapak, sensörü, iyon-tip sensörler (nitrat ve amonyum sensörleri) ve dolaşımdaki silecek ve fırçalar için bir kap (membran) içerir.
  4. Fabrika onarım için sonde göndermek (Yani, sensör en standartları için kabul edilebilir değerler sıfırlama ve yeniden ayarlamayı sonra bile okumaz yoksa sensörleri kalibrasyon başarısız).

6. Alan örnekleme ve Laboratuvar analiz

  1. gezi için şimdiden hazırla ve sensörler korumak için bir Otomatik Örnekleyici sitesinde kullanılabilir değilse otomatik olarak toplanan su örnekleri veya el ile örnek ve toplamak su örnekleri toplamak için. Kontrol listesi (Tablo 1) listelenen öğeleri eklemeyi unutmayın.
  2. Temiz bir su örneklerinde toplamak (yıkanmış ve durulanır Yani, asit) ve kuru kavanoz (10 M), onları etiket ve onları en kısa zamanda analiz için laboratuvara buzda taşıma.
    Not: Toplanan su örneği belirli konum ve örnekleme anında gerçek koşullar altında temsil edici bir örnek olduğunu; toplanan örnek bütünlüğünü kirlenme karşı korunmalıdır ve fiziksel, kimyasal ve biyolojik değiştirir 12.
    Not: asitleştirme ve/veya filtrasyon sitesinde gerekli olabilir, ancak gerekli Konteyner Malzeme faiz, bazı analitler için farklı olabilir.
    3. Col
  3. analizSeçilen su örnekleri onaylı holding 16 kere önce standart yöntemleri kullanarak laboratuvarda.
    Not: Su örnekleri EPA 353.2 kullanılarak analiz edilebilir; 4500-NO3 nitrat, EPA 353.2 için; 4500-NO2 nitrit, EPA 365.1 için; 4500-PI fosfat, EPA 350.1 için; Toplam azot, EPA 365.4 için 4500-PJ; 4500-PJ toplam fosfor, 2540-D toplam askıda katı madde, 2540-C için için için toplam çözünmüş katılar ve askıya alınan tortu konsantrasyon 16 , 17 D 3977 taşınabilir iki yanı-97.
  4. Uygun kalite kontrol ve denetimleri, boşluklar, standartları, çoğaltır, vb, gibi Çözümleme sırasında izleyin. Kalite güvence proje planı (QAPP) izleyin.
  5. Örnek toplayıcı ve laboratuar personeli için velayet sayfaları zinciri doldurmak ve her bir kopyasını tutmak. Velayet sayfaları zinciri alanında gözlenen herhangi bir olağandışı veya önemli olayları Not.

7. Veri toplama ve analiz

  1. sondes, akımı modülü ve laboratuvar ödemeli su kalitesi ve miktarı veri.
  2. Veri düzeltme ve analizi ile çalışmaya başlamadan önce tüm ham verilerin bir kopyasını kaydedin.
  3. Özenle toplanan veriler üzerinde bulanıklık incelemek ve herhangi bir sıfır kaldırmak (örn., 0.0 NTU), NAN veya mantıksız değerleri (Örneğin, 3.000 NTU; sensörün algılama üst sınırı) daha ayrıntılı bir çözümleme önce.
    Not: Herhangi bir veri çıkartırken dikkat edilmelidir. Sadece alan notları siteye özgü koşulları tanımlamak ve veri makul olmadığını belirlemek zaman bunlar kaldırılır.
  4. Akıntı PT algılayıcı hesaplamak için seviye-Debi ilişkisi kullanın.
    Not: PT algılayıcı ile ölçülmüş derinlik telafi basınç olması gerekir.
    1. Kullanım üretici (In situ Inc.) yazılım, " Baromerge, " sonrası PT sensör bilgileri düzeltmek.
      Not: Veri sabit barometrik basınç değerine göre birçok barometrik basınç değerlerini el ile girerek ve otomatik olarak bir baroTroll günlük dosyası ile düzeltilebilir. Yakın bir yerde konuşlandırılmış bir baroTroll günlük dosyası PT sensör verileri otomatik olarak düzeltmek için bu iletişim kuralını kullanır.
  5. Alan-hız sensör verileri için sensör artifakı olabilir herhangi bir negatif akışı kaldırmak.
    Dikkat: Bazen aslında olabilir bağlı olarak site negatif akışı. Bu durumda, negatif hız göz ardı etmeyin.
  6. Eksik deşarj veri akış yukarı veya aşağı akım deşarj ve akıntı arasındaki doğrusal regresyon istasyonda kullanarak hesaplamak.
    Not: İlişki genellikle arasında herhangi bir akış yukarı ve aşağı akım istasyonları için deşarj kaldırılır istatistiksel olarak anlamlı olmalıdır. Burada test havza içinde ilişki önemli (p < 0,01) ve korelasyon katsayısı % 93'den büyük. Ancak, eksik deşarj verileri yalnızca siteler arasındaki mesafe kısa ve dönüm noktası özellikleri benzer kalırsa bu yöntemi kullanarak doldurulabilir.
  7. Eksik su kalitesi verileri doldurmak değil.
    Not: Su kalitesi veri fazla değişken (Yani, zamanlama ve uygulama gübre, akıntı olup artan veya azalan, site belirli koşullar, vb) tarafından etkilenir.
  8. Askıya alınan tortu konsantrasyonu laboratuvar sonuçlarından (SSC) ve akış ölçülen bulanıklık (NTU) arasındaki regresyon çözümlemesi gerçekleştirin.
    Not: kum SSC önemli ama değişken bir kısmını oluşturan, regresyon fakir olacak böyle böyle bir gerileme tortu boyutu dağıtım için hassas olduğunu. Ancak, kum ve para cezaları örnek Çözümleme sırasında ayrılır ve para cezaları için SSC correlated geliştirilebilir. Regresyon sürekli SSC değerleri hesaplamak için kullanın.
    9. Kirletici konsantrasyonu akıntı ile değişken olduğundan
  9. Denklem 1 6 kullanarak akış ağırlıklı konsantrasyonu hesaplayın. Akış ağırlıklı ortalama konsantrasyonları (FWMC) saatlik verileri kullanarak günlük olarak hesaplayın. Alternatif olarak, 15dk verileri kullanarak bir saatlik bazda hesaplamak; FWMCs de zaman entegre.
    figure-protocol-1
    nerede
    FWMC akışı ağırlıklı ortalama konsantrasyon günlük olarak =
    c ben ben konsantrasyon th örnek =
    t ben zaman, 1 h =
    q ben deşarj ı inci örnek =
    ben 1-24 =
  10. veri hedeflerini karşılamak için uygun istatistiksel teknikleri uygulamak. Veri olmayan-normal olduğunda, onları normal yapmak veya medyan ± interquartile aralığı kullanmak için veri dönüşümü. Normal olmayan veriler için parametrik olmayan testler gerçekleştirme.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Aryal ve Reba (2017) yayında taşıma ve dönüştürme besin ve tortu iki küçük tarım havza6çalışmaya bu protokolün kullanılmış olduğunu. Bu iletişim kuralı gelen ek sonuçlar aşağıda açıklanmıştır.

Yağış-akış su kalite ilişkileri:

Sürekli izlenmesi gücü 15dk veri (şekil 2A) kullanarak kullanıcıların yağış, ikinci tur ve bul...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Genel olarak, besin ve tortu sürekli izleme kapmak örnekleme yöntemi kullanılarak izleme üzerinde çeşitli avantajları vardır. Hidroloji ve su kalite süreçleri çok kısa bir sürede üzerinde yağış tarafından etkilenir. Kullanıcılar besin ve karmaşık sorunları çalışmaya tortu yüksek zamansal çözünürlük verileri elde edebilirsiniz. İletkenlik, pH, sıcaklık ve, gibi diğer su kalite parametreleri aynı anda ve nitrat, amonyum ve bulanıklık izleme gelince aynı maliyetle elde edilebilir. Dahası, klorofil, tuzluluk ve besin ve tort...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Araştırma koruma etkileri değerlendirme Projesi (CEAP) üzerinden finansman nedeniyle mümkün. Biz özellikle üreticilerden site erişim izni üyeleri USDA-ARS-Delta su yönetimi araştırma birimi ve örnek analysis Ecotoxicology araştırma tesisi, Arkansas State Üniversitesi personeli tarafından araştırma yardım için müteşekkir olan. Bu araştırmanın bir parçası ARS Participation Program, bilim ve eğitim (ORISE) için ABD Enerji Bakanlığı ve ABD Tarım Bakanlığı arasında bir kurumlararası anlaşma ile Oak Ridge Enstitüsü tarafından yönetilen bir randevuya tarafından desteklenmiştir. ORISE DOE sözleşme numarası DE-AC05-06OR23100 altında ORAU tarafından yönetilir. Bu yazıda ifade tüm görüş ve yazarın bulunmaktadır ilkeleri ve USDA, ARS, DOE veya ORAU/ORISE yansıtmak değildir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Çok parametreli sondeHach HydrolabDS5Xsıcaklık, pH, iletkenlik, çözünmüş oksijen, nitrat, amonyum, bulanıklık
ölçümü yapar Alan hızı akış modülü ve sensörüTeledyne Isco2150, ortalama akış hızını ve akış derinliğini ölçer ve hendeğin sağlanan kesit alanına dayalı olarak akış hızını ve toplam akışı hesaplar. Depolanan veriler doğrudan bilgisayara indirilebilir.
Otomatik taşınabilir su örnekleyiciTeledyne IscoISCO 6712ayarlanan aralıkta veya akış modülü ve sensör ile birlikte suyu otomatik olarak örnekler
Basınç DönüştürücüYerindeSağlam Troll 100sudaki basıncı, seviyeyi ve sıcaklığı ölçer. Depolanan veriler doğrudan bilgisayara indirilebilir
Portatif akış ölçerFlo-mate (Hach)Marsh-McBirney 2000Manuel deşarj ölçümü için
Pil, 12 v, şarj edilebilirUPGUB 1270Sonda güç sağlamak için
Pil, 12 v, şarj edilebilirEyaletler Arası PillerSRM 27Otomatik örnekleyiciye güç sağlamak için kurşun asit pil
Güneş paneliAlt EALT20-12PPili sahada şarj etmek için
C-8 piller
Kalibrasyon standartlarıHach veya Fisher ScientificçoklupH (4,7,10), iletkenlik (1412 uS/cm), nitrat (5 ve 50 mg/L), amonyum (5 ve 50 mg/L) ve bulanıklık (50,100,200 NTU)
Yüksek nitrat standardıHach013810HY50 mg/L
Düşük nitrat standardıHach013800HY5 mg/L
Yüksek amonyum standardıHach002588HY50 mg/L
Düşük amonyum standardıHach002587HY5 mg/L
Bulanıklık standardıFisher scientificR8819050-500G50 NTU
Bulanıklık standardıFisher scientific88-061-6100 NTU
Bulanıklık standardıFisher scientificR8819200500 C200 pH
elektrodu için elektroliti korumak içinPotasyum klorür tuzu peletleriHach005376HY
Potasyum klorür standardıFisher scientific5890-161412 us/cm
Tampon çözelti, pH 4pH sensörü kalibrasyonu içinFisher scientificSB99-1
Tampon çözeltisi, pH 7sensörü kalibrasyonu içinFisher scientificSB108-1
Tampon çözelti, pH 10pH sensörü kalibrasyonu içinFisher scientificSB116-1
Silikon dolgu macunuHach00298HYSensör pil kapağını sızdırmaz hale getirmek için su geçirmez
Çok amaçlı temizleyiciSunshine Makers IncBasit yeşil
MendilKimberly-Clark
L-braket
Telsbar direğiUnistrut Servis ŞirketiAkışta güvenli sensörler ve sondalar Çelik
telsonda ve PT sensörü
Karabinasonda ve PT sensörü
Alyan anahtarı
Bakır tel örgüKuş B GittiKemirgen ve kuş kontrolü bakır örgü rulo
Yapışkan Bant TarımDrenaj ŞirketiFayans bandı, ıslak ve soğuk havalarda çalışır
, NTU pH

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

Sürekli İzlemeSu KalitesiBesin AnaliziSediman ÖlçümüSensör KalibrasyonuSond Probu YerleştirmeIn Situ AlgılamaKirletici YükleriVeri Toplama
Besin ve tortu tarım havza içinde sürekli Instream izleme
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.