Непрерывного потока мониторинг питательных веществ и осадков в бассейнах рек сельскохозяйственного

Environment
 

Summary

С развитием технологии и рост ожиданий конечного пользователя возросла и необходимость использования выше временного разрешения данных для оценки нагрузки загрязнителей. Этот протокол описывает метод для непрерывной в situ мониторинга качества воды для получения выше временное разрешение данных для информированного водных ресурсов управленческих решений.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Aryal, N., Reba, M. L. Continuous Instream Monitoring of Nutrients and Sediment in Agricultural Watersheds. J. Vis. Exp. (127), e56036, doi:10.3791/56036 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Концентрации загрязнителей и нагрузок в водосборных бассейнах различаются с времени и пространства. Точной и своевременной информации о масштабах загрязняющих веществ в водных ресурсов является необходимым условием для понимания движущих сил нагрузок загрязнителей и для принятия информированных водных ресурсов управленческих решений. Часто используемый метод «захватить выборки» предоставляет концентрации загрязняющих веществ во время выборки (т.е., снимок концентрации) и может под- или overpredict концентрации загрязнителей и нагрузок. Непрерывный мониторинг питательных веществ и осадков недавно получил больше внимания из-за достижения в вычисления, зондирования технологии и устройств хранения данных. Этот протокол демонстрирует использование датчиков, зонды и приборостроение непрерывно контролировать в situ нитрат, аммония, мутность, pH, проводимость, температуры и растворенного кислорода (ДУ) и для расчета нагрузок от двух потоков (траншей) два сельскохозяйственных водосборов. С правильной калибровки, обслуживанию и эксплуатации датчиков и зонды хорошей воды качества данные могут быть получены путем преодоления сложных условий, таких как накопление обрастания и мусора. Метод может также использоваться в водосборных бассейнах различных размеров и характеризуется сельскохозяйственной, лесной и/или городских земель.

Introduction

Мониторинг качества воды предоставляет информацию о концентрации загрязнителей в различных пространственных масштабах, в зависимости от размера области вклад, который может варьироваться от участка или поле водоразделом. Этот мониторинг происходит в течение определенного периода времени, такие как отдельное событие, день, сезон или год. Полученная от мониторинга качества воды, главным образом касающимся питательных веществ (например, азот и фосфор) и в отложениях, могут быть использованы для: 1) понять гидрологических процессов и транспорта и преобразования загрязнителей в потоки, Например, сельскохозяйственных дренажных рвов; 2) оцените эффективность методов управления применяется к водосборного бассейна для снижения нагрузки питательных веществ и осадков и повышения качества воды; 3) оценить доставки отложений и питательных веществ для воды вниз по течению; и 4) улучшения моделирования питательных веществ и осадков для понимания гидрологического и воды качества процессов, которые определяют переноса загрязнителей и динамика в диапазоне временных и пространственных масштабов.

Эта информация имеет решающее значение для восстановления водных экосистем, устойчивого планирования и управления водных ресурсов1.

Наиболее часто используемый метод для питательных веществ и осадков мониторинг в переломный момент является захватить выборки. Схватить выборки точно представляет снимок концентрации во время выборки2. Он может также изображают вариации концентраций загрязнителей с течением времени, если делается часто выборки. Однако частое выборка является время интенсивных и дорого, часто делает это непрактично2. Кроме того, захватить выборки может под- или переоценить концентрации фактических загрязнителей за пределами выборки время2,3,4. Следовательно нагрузок, рассчитанных с использованием таких концентрациях может оказаться неточным.

Кроме того непрерывный мониторинг обеспечивает точную и своевременную информацию о качестве воды в заданной временной интервал, например за минуту, час, или в день. Пользователи могут выбрать соответствующие временные интервалы, исходя из их потребностей. Непрерывный мониторинг позволяет исследователи, плановиков и руководителей для оптимизации сбора проб; развивать и контролировать время интегрированных метрик, таких как общее максимальное количество ежедневных нагрузок (TMDLs); оценки рекреационного использования водоемов; оценить поток исходных условий; и пространственном и временном отношении оценки вариации загрязняющих веществ для определения причинно следственных связей и разработать план управления5,6. Непрерывный мониторинг питательных веществ и осадков недавно получил повышенное внимание из-за достижения в технологии вычислений и датчик, улучшение возможностей устройств хранения и возрастающие потребности данных необходимо изучить более сложные процессы 1 , 5 , 7. в глобальном обзоре более 700 специалистов, использование Многопараметрический зонды увеличилась с 26% до 61% от 2002 до 2012 и ожидается, достигнет 66% 20225. В того же обследования 72% респондентов указали, что необходимо для расширения их сети мониторинга для удовлетворения их данных потребностей5. Количество станций мониторинга сети и количество переменных, контроль на станции в 2012 году ожидается увеличение на 53% и 64%, соответственно, 20225.

Однако непрерывная воды качество и количество мониторинг сельскохозяйственных водосборных бассейнов является сложной задачей. Больших осадков вымывают отложений и макрофиты, способствует высокой отложений нагрузки и мусора нарастание в датчиков и зонды. Стока избыток азота и фосфора, применяется для сельскохозяйственных полей создает идеальные условия для роста микроскопических и макроскопические организмов и обрастания датчики потока и зонды, особенно в летнее время. Загрязнений и отложений накопления может вызвать датчики неудачу, дрейф, и производят ненадежных данных. Несмотря на эти проблемы тонкие временное разрешение (как низко как минута) данные необходимы для изучения процессов стока и неточечных источников загрязнения, как они страдают от водораздела характеристиками (например, размер, почвы, уклон, и т.д. ) и времени и интенсивности осадков7. Тщательное поле наблюдения частые калибровки и надлежащего обслуживания и очистки может обеспечить качественных данных от датчиков и зонды, даже разрешением точного времени.

Здесь мы рассмотрим метод для в situ непрерывный мониторинг два сельскохозяйственных водосборных бассейнов, с использованием Многопараметрический воды качества зонды, площадь скорости и датчика датчики давления и автосампл; их калибровка и обслуживание области; и обработки данных. Протокол демонстрирует способ, в котором может выполняться мониторинг качества непрерывного воды. Протокол обычно применяется для мониторинга в любой тип или размер водораздел непрерывной воды качества и количества.

Протокол был проведен в северо-восточной Арканзас в маленькой речными канавы (ЮК 080202040803, район 53,4 км2 ) и Нижняя St. Фрэнсис бассейна (ЮК 080202030801, район 23,4 км2 ). Эти два водосборов слейте в притоках реки Миссисипи. Была выявлена необходимость мониторинга притоков реки Миссисипи ниже Комитет по охране реки Миссисипи и залив Мексики гипоксии целевой группой для разработки плана управления водосборами и записать ход деятельности по управлению 8 , 9. Кроме того, эти водосборов характеризуются как фокус водосборов по сохранению службы Соединенных Штатов Департамента сельского хозяйства и природных ресурсов (USDA NRCS), опираясь на потенциал для сокращения загрязнения питательными веществами и отложений и улучшение качества воды10. Края поля мониторинг осуществляется в бассейнах этих рек в рамках штата сети реки Миссисипи инициативы здорового водораздела бассейна (MRBI)11. Более подробная информация о водоразделах (то есть, места, водораздел характеристики и т.д.) предоставляются в Арьял и Реву (2017)6. Короче говоря мало рвы бассейна реки имеет преимущественно ила суглинок почвы, и хлопка и соевых бобов являются основных сельскохозяйственных культур, тогда как нижний St. Фрэнсис бассейна имеет преимущественно Шарки глинистой почве, и основных сельскохозяйственных культур являются риса и сои. На каждом водораздела в месте постоянного количества и качества воды мониторинга (т.е. температура нагнетания, рН, ДУ, мутность, проводимость, нитрата и аммония) было проведено на трех станциях в мейнстрим, используя этот протокол к понимаете пространственной и временнóй вариативности в нагрузок загрязнителей и гидрологических процессов. Кроме того были собраны и проанализированы для взвешенных наносов co загрузок пробы водыncentration.

Protocol

1. Выбор сайта

  1. водораздел выбор
    1. Выбор watershed(s), основанный на масштабы проблемы загрязнения, приоритет водораздел, близость к научно-исследовательский центр, доступ к сайту, и данные цели.
  2. Поток выборки места
    1. выберите поток Гео-место(с) выборки на основе этого исследования.
      Примечание: Оптимальный выборки местах перемешанных сечения, безопасно и легко доступной, геофизической стабильными (т.е., постоянное сечение и Банк поддерживает инструмент станции жилья), и представитель 12 , , 13 14. Станции не сразу ниже по течению от места слияния двух потоков и в разделе прямой канал, без поперечного сечения канала сходные и расходящиеся, являются более однородной и представитель 14.
    2. Разместить гидрологических и воды измерения качества при поперечном разрезе для расчета нагрузок.
      Примечание: Если определение пространственной вариации питательных веществ и осадков в переломный момент, выберите несколько станций для потенциальных источников во всем речном бассейне.

2. Инструмент и выбор датчика

  1. выбрать приборы и датчики для измерения разряда и качество воды и сбор проб воды на предполагаемого интервала. Выберите инструмент и датчики, основанные на данных необходимо, водосборов и имеющиеся ресурсы.
    Примечание: Идеальный датчики надежной, точной, чувствительных, точные, лоу кост и подходит для среды потока и требуют ограниченного обслуживания и минимальное обучение техник поле 13. В сельскохозяйственной водоразделом обрастания и мусора накопления являются величайших причины проблем. Следовательно зонды с самоочищающимися и противообрастающих функциями являются предпочтительными.
    1. Использования и автоматический пробоотборник, зонды, площадь скорости датчик, датчик давления и портативный расходомер.
      Примечание: Скважинных приборов должны иметь стеклоочистителя очистить датчик мутность и щетку для очистки рН, аммония, нитрат и делать датчики.
      Примечание: Инструмент в этот Протокол относится к воды единицы выборки, состоящей из Автоматический пробоотборник, шланг, фильтр или потока модуль и области скорости датчик.
  2. Параметры качества выберите воды, основанный на объективных данных, датчик стоимости и доступности. Измерения температуры, рН, ДУ, проводимость, мутность, аммония и нитрата каждые 15 минут
    Примечание: Температуры, рН, ДУ и проводимости являются наиболее распространенными выбранных параметров и измеряются на станциях USGS, тогда как нитрат аммония и мутность являются менее распространенными, но набирают популярность 1 , 14.
    Примечание: цели данных зависят от характеристик водосбора. Например, азота и фосфора мониторинг может быть важнее в сельскохозяйственных водосборных бассейнов, по сравнению с фосфора мониторинга в городах водосборов.

3. Калибровка скважинных приборов и программирование

  1. калибровки датчиков на скважинных приборов в соответствии с рекомендациями производителя. Измените протокол калибровки при необходимости на основе местных экологических условий.
    Примечание: Частота калибровки зависит от среды, в которой подвергаются датчики. Как правило он падает в течение 2-4 недель. Здесь, зонды калибруются каждые 2 недели в течение вегетационного периода и каждые 3 недели в вегетационный сезон (с ноября по апрель).
  2. В лаборатории, очистить зонда перед калибровки. Очистите с помощью мягкой щетки (например, зубные щетки) и soap или универсальный очиститель поверхности датчика. Извлеките термостат стеклоочистителя и кисти с помощью гексагональной шестигранного ключа; Очистите стеклоочистителя и кисть.
  3. Вливают электролит электрод сравнения рН, Залейте раствор свежего электролита и добавление хлорида калия соляную таблетку для поддержания проводимость раствора электролита. Закройте крышку, так что это герметичные; в то время как колпачок ввинчивается в настоящее время на будет проливаться некоторые электролита. Промойте скважинных приборов с дейонизированной водой.
  4. Приостановить скважинных приборов на прочную поддержку так, что в нижней части скважинных приборов лежит приблизительно 20-30 см над верхней таблицы, позволяющие легко работоспособность. Подключите к компьютеру с помощью кабеля связи зонда. Запустите производитель ' s программного обеспечения. Пресс " работают скважинных приборов " вступить в программу зонда.
  5. Установить количество калибровочных стандартов на " Установка параметров " вкладка. Калибровка датчиков в следующем порядке: проводимость, рН, ДУ, мутность, нитрата и аммония.
    Примечание: Порядок калибровки имеет важное значение, как нитрата и аммония датчики используют значения проводимости и рН.
    Примечание: Количество калибровочных стандартов являются 2 для проводимости, 2 или 3 для рН, 1 для ДУ, 2 или 4 для мутность, 2 для нитрата и 2 для аммония.
  6. Промыть выводящую ди водой несколько раз и высушите поверхность выводящую с салфетки до внедрения стандарта на датчик для предотвращения перекрестного загрязнения.
    Примечание: Прежде чем калибровка каждого датчика, запишите значения датчика читает для следующих стандартов: делаете, рН 7, мутность ди и 50 НТУ, нитрата 50 мг/Л, и аммония для 50 мг/л. Эти значения могут использоваться для оценки ли датчики были точны в поле. Они могут также разумно использоваться для исправления значений поля.
  7. После калибровки каждого датчика (шаги 3.8-3.13) для стандартного, " успешной калибровки " появится; Если калибровка не, сброс датчика и повторите попытку. Если датчик по-прежнему не удается, расходных материалов может потребоваться замена или датчик может понадобиться заводской ремонт.
    Примечание: Сброс нитратов или аммония датчик будет сбросить обоих датчиков.
  8. Калибровать датчик проводимости, используя 2-точки калибровки; 0 мкСм/см для сухого датчика и 1412 мкСм/см для стандартного решения. Выберите " SpCond [мкСм/см] " в " калибровка " вкладка. Сухие овальная часть датчика полностью с салфетки. Введите " 0.0 " в мкСм/см и введите " калибровка. "
    1. Вставить стандарта в чехле, чтобы полностью покрыть овальная часть датчика. Подождите, пока датчик, чтение, стабилизирует (~ 2-5 мин), введите " 1412 " в мкСм/см и введите " калибровка. " " калибровка успешно " будет отображаться; Если калибровка не удается, сброс датчика и повторите попытку.
  9. Калибровки датчика рН, с помощью рН 7 и рН 10 стандартов и проверьте линейность калибровки с pH 4. Выберите " pH [единицы] " вкладка в закладке калибровки вставить pH 7 стандарта в чехле, охватывающих перекрестка рН и электрод сравнения. Подождите приблизительно 5 минут для его стабилизации. Введите " 7.0 " как pH значение и введите " калибровка. "
    1. электроды сполосните и высушите их с помощью салфетки. Вставьте рН 10 и следуйте же процедура для рН 7. Вставить pH 4, чтобы проверить, если удовлетворяется линейность калибровочной кривой; Калиброванные датчик следует читать 4 ± 0,2 для рН 4,0 стандарт.
  10. Калибровать датчик ДУ с использованием Температура Стабилизированный, воздух насыщен, деионизированной воды (18 М Ω-cm) как стандарт одной точки.
    1. Выберите " LDO % [Суббота] " tab. заполнить калибровки Кубок ди водой до уровня почти полный и место Кубок на скважинных приборов. Инвертировать скважинных приборов, чтобы убедиться, что датчик температуры и ДУ мембраны полностью покрыты водой.
    2. Ждать около 5 минут для стабилизации процент насыщения чтения. После стабилизации, введите " 100 " для процент насыщения. Введите барометрическое давление в мм рт.ст, проверяя местные Погодные станции и " калибровка. "
      Примечание: DI воды температура стабилизированный и воздуха насыщенный, оставляя открытым в атмосферу по крайней мере на ночь в лаборатории для газообмена, насыщенность и стабилизации температуры. Барометрическое давление должна быть представлена, поскольку ду насыщенность зависит от атмосферного давления помимо температуры (измеряется скважинных приборов, сама).
    3. Проверить коэффициент масштабирования, которая должна быть 0,5 - 1,5, для приемлемой калибровки. Выход из программы калибровки, введите режим терминала, используйте стрелки, чтобы подчеркнуть " Log In, " и нажмите " введите. " голы " уровень 3 " и нажмите " введите. " выделить " установки " и нажмите " введите. " голы " датчики " и нажмите " введите. " выделить " делать " и нажмите " введите. " выделить " ду % сел " и нажмите " введите. " внимание масштаб.
    4. Пресс " Esc " выйти и войти " работают скважинных приборов " снова. Выберите " калибровки вкладка " продолжать калибровки.
    5. Инвертировать зонда обратно и приостановить его так, что датчики сталкиваются земли.
  11. Калибровки датчика мутность, с использованием 4 стандартов: ди, 50 НТУ, НТУ 100 и 200 НТУ. Выберите " мутность [NTUs] " вкладка. В калибровки чашку Положите достаточно ди воды, чтобы покрыть по меньшей мере в нижней части датчика мутность. Пусть чтение мутность стабилизации. Введите точку " 1 " ди стандарта, " 0,6 " НТУ мутность значение, и " калибровка. "
    1. аналогично, калибровки датчика мутности для других стандартов. Предотвратить образование пузыря, гомогенизации стандартов, поворачивая бутылку вверх и вниз (не трясите) и лить стандартов вдоль Кубок.
    2. После калибровки всех стандартов, проверить показаниях датчиков для ди и 50 НТУ, чтобы увидеть, если калибровка был приемлемым (т.е. в пределах ±1%).
  12. Калибровки Нитратомер с использованием двух стандартов: высокая (50 мг/Л не 3 -N) и низкого (5 мг/Л не 3 -N). Выберите " 3 [мг/Л-N] " вкладка.
    1. Pour стандарт для заполнения калибровки Кубок до трех четвертей 50 мг/Л полный и место Кубок на скважинных приборов, герметичность соединения. Инвертируйте скважинных приборов, так что нитрата и температуры датчики полностью покрыты. Ждать 15 минут (или до чтения стабильного). После стабилизации, ввести стандартный уровень " 1 " и значение " 46,2. " запись температуры и mV чтений в записной книжке. Введите " калибровка. "
      Примечание: Нитратомер использует датчик температуры помимо датчики проводимости и рН.
    2. Датчиков с ди воды промойте несколько раз и высушите их с салфетки. Повторите ту же процедуру для низкого стандарта. Разница между двумя Напряжение чтениях должно быть 50-65 mV, и разница между показания температуры не должен превышать 5 ° F для калибровки приемлемым.
  13. Калибровки датчика аммония аналогично Нитратомер.
  14. Переустановить и калибровки стеклоочистителя и кисти. Выберите " Автовыкл [Rev] " tab. Выберите " 1 " вращения и введите " калибровка. "
    Примечание: щетки и щетки будет вращаться один раз.
  15. После того, как все датчики калибруются, программа скважинных приборов. Введите " Установка часов для pc время " в " системы " вкладка для синхронизации. Удалить старый файл журнала, если имеются 4 существующие файлы журнала и создания нового файла журнала. После создания файла журнала, выберите мониторинга параметров и параметров для входа. Выберите контролирующую продолжительность (т.е. до следующей калибровки, обычно 2-3 недели в сельскохозяйственных водосборных бассейнов) и интервал (15 мин), выбрав начала и конец времени файла журнала и журнала интервала. Сохранить файл протокола.
    Примечание: В любое время, скважинных приборов можно хранить до 4 журнала файлы.
  16. Проверить напряжение внутренней батареи и при необходимости замените внутренние батареи.
    1. Выберите " онлайн мониторинг " вкладке и начать онлайн мониторинг.
    2. Проверить напряжение чтения внутренней батареи. Если оно ниже 10,5 V, заменить его с восьми новых батарей C.
      Примечание: Скважинных приборов прекращает запись данных, если напряжение внутренней батареи падает ниже ~9.0 V.
    3. Использовать кремния герметик для герметизации крышку батарейного отсека для водонепроницаемых подключения.
  17. Прикрепите датчик охраны и положил его в ведро воды наполовину.
    Примечание: Зонды в ведро готовы для транспорта и (ре) установки на объектах. Зонды должны быть погружены в воду для рН электрод для правильной.

4. Инструмент и установка датчика

  1. район скорости датчик и потока модуль
    1. горы площадь скорости датчик надежно на стальной пластине на выбранного сечения. Смонтировать стальные пластины на " Л " кронштейн ( рис. 1), который установлен в Telspar, пост инициативе на Талвег потока (т.е., самой глубокой части канала) ( рис. 1); расширение " Л " кронштейн вверх по течению Telspar поста должна быть достаточно долго, чтобы поток не зависит от присутствия Telspar пост в потоке. Поместите датчик в " L " кронштейн на русло ручья, таким образом, чтобы кончик датчика стоят вверх по течению вдоль линии потока.
      Примечание: Эффект Telspar пост можно визуально оценивается, если введение поста создает поток помеха на датчик позиции вверх по течению или количественно с помощью датчиков с и без Telspar пост. В этом протоколе поперечных колебаний было сочтено незначительным. Если это быть оцененным, несколько зонды или датчики могут размещаться на сечение. Площадь скорости датчик измеряет средняя скорость с помощью метода ультразвуковая допплерография. Он не требует коэффициент пересчета, основанных на глубину потока или скорость профилирования и на месте калибровки. Потока модуль измеряет скорость от -1,5 до 6,1 м/с и глубиной от 0,01 м до 9,15 м. Таким образом, он применим к различным водосборов.
    2. Для вычисления разряда, измерить площадь поперечного сечения.
      Примечание: Программное обеспечение непосредственно можно вычислить площадь, если форма канала или уравнение.
      Примечание: Данные от датчика записываются непосредственно в модуле потока и может быть загружен на компьютер с помощью производитель ' s программного обеспечения и коммуникационный кабель.

< img alt = «Рисунок 1» class = «xfigimg» src = «/ файлы/ftp_upLoad/56036/56036fig1.jpg» / >
Рисунок 1. Структура типичного потока мониторинга станции (не в масштабе).
Станция содержит Telspar пост, на котором скважинных приборов приостанавливается с помощью стального кабеля, карабин и втулки. Наконечники, не отображаются. L-скобка, на которой установлен датчик области скорости помещается в русло ручья и плотно крепится к сообщению с помощью гайки и болты. Автоматический пробоотборник, (не показано на рисунке) тянет пробы воды из шланга, содержащий фильтр на кончике. Кабель от района скорости датчик подключен к модулю потока (не показан). пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. датчик давления (датчик PT)
    1. всякий раз, когда датчик области скорость недоступна, измерения глубины с помощью датчика давления.
    2. Датчик PT внутри поста Telspar и закрепите его с стальной проволоки и наконечники; наконечник датчика необходимо просто коснуться русло ручья. Программа PT датчик для измерения глубины воды каждые 15 мин.
  2. Руководство выполнять измерения
    1. для станций с датчиком PT как разряд устройство измерения кривой этап разряда измеряя вручную разряда в диапазоне потоков, охватывающий, по меньшей мере низкой, средней и высокой потоки. Разделите несколько сегментов (шириной 30-60 см), площадь поперечного сечения в зависимости от ширины потока. Измерьте средняя скорость в центре линии сегмента, используя портативный расходомер. Если глубина < 10 см, измерить максимальную скорость и умножить на 0,9 для получения средней скорости. Если глубина 10-75 см, Измерьте скорость на 0,6 глубины для определения средней скорости 15. Для более чем 75 см глубины, измерения скорости на три глубинах (0,2 0,6 и 0,8 глубина от поверхности воды) и в среднем их 15.
    2. Расчета разряда сегмента с помощью средняя скорость, ширина и глубина сегмента и суммой сбросов от всех сегментов для получения полного разряда.
    3. Процедура для диапазонов потоков, охватывающих низкий, средний и высокий потоков.
    4. Определить связь между стадии (т.е., глубина потока измеряется датчика давления во время ручного сброса измерения) и измеренных сбросов.
      Примечание: Если разряд является слишком высокой, чтобы измерить скорость вручную, временной области скорости датчик может использоваться сделать отношения между разряда, измеренная датчиком области скорость и глубина, измеренная датчиком PT.
  3. Воды качества Многопараметрический зонда
    1. смонтировать скважинных приборов на Telspar пост с стальной провод, наконечники и карабин для скважинных приборов безопасности и простота установки и удаления ( рис. 1). Место зонда на стороне вниз по течению Telspar пост для предотвращения ущерба от мусора или древесины журналы, которые могут прийти плавающей с потоком воды, особенно во время наводнения. Место в нижней части зонда по крайней мере 1-10 см выше поток кровати, чтобы уменьшить вероятность накопления отложений на зонда.
      Примечание: Скважинных приборов всегда должен быть погружен в воду. Таким образом в потоке с различными потоками, скважинных приборов должно быть достаточно высоким, чтобы уменьшить накопление отложений скважинных приборов и достаточно низкой, чтобы предотвратить скважинных приборов от получения воздействию воздуха. Однако, для канала с менее переменный поток, скважинных приборов могут быть размещены таким образом, чтобы датчики являются примерно на 10 см ниже поверхности воды.
      Примечание: Если скважинных приборов имеет датчик глубины, высоты датчика глубину от кровати канала следует измерять с учетом глубины установки датчика глубину над кроватью канала.
    2. Мощность скважинных приборов с внутренней батареи и/или внешние батареи. Используйте поле портативный аккумулятор для размещения внешнего аккумулятора и кабель для подключения к скважинных приборов. Программа скважинных приборов для сбора данных каждые 15 мин и загрузить данные непосредственно к компьютеру с помощью кабеля связи.
  4. Автоматический пробоотборник
    1. установить автоматический пробоотборник в Погода защитный корпус в верхней части потока банка на устойчивом основании. Мощность Автоматический пробоотборник с свинцово-кислотных аккумуляторов. Установить 20-Вт панели солнечных батарей для зарядки батареи месте.
    2. Безопасный сетчатый фильтр трубы под водой с Telspar должности или L-образные и подключите его к автоматический пробоотборник с шлангом.
      Примечание: Автоматический пробоотборник вытягивает воду из потока через ситечко и шланг.
      Примечание: Позиционирования трубы сетчатый фильтр имеет важное значение для получения репрезентативных данных. В этом протоколе, был позиционирован, предполагая не поперечных колебаний.
    3. Программа Автоматический пробоотборник для образца воды неделю или по необходимости. Обратитесь к руководству Автоматический пробоотборник, предоставляемой производителем.
      Примечание: Автоматический пробоотборник может быть запрограммирован для образца воды на основе осадков, поток, время или комбинации. Пробоотборник может быть запрограммирован для образца одного образца в много бутылок, многие образцы в одну бутылку (композитный), или комбинацию.
      Примечание: Автоматический пробоотборник собирает объем воды (2000 мл) необходимые для анализа дополнительных параметров в лаборатории. В дополнение к непрерывный контроль за качеством воды с помощью зонда, анализируются образцы на еженедельной основе для концентрации взвешенных наносов.

5. Датчик и обслуживание скважинных приборов

  1. датчик чистый уголок скорости на каждом посещении по уменьшению засорения на или вблизи поверхности датчика.
  2. Часто калибровки датчиков на зонда.
    Примечание: Частота зависит от сезона, гидрология, водосборных бассейнов, тип датчика и темпов обрастания. В водосборных бассейнах, выбрали здесь, калибровки необходимо каждые 2 недели для сбора качественных данных.
  3. Заменить расходные детали как рекомендованный производителем.
    Примечание: Это включает электрода ссылка рН/Кап, Кап (мембрана) датчик ДУ, Ион наконечник датчики (нитрата и аммония) и циркулирующих стеклоочистителя и щетки.
  4. Отправить скважинных приборов для заводской ремонт при необходимости (т.е., если датчик не читали приемлемые значения для стандартов, даже после сброса и повторная калибровка, или если датчики не калибровки).

6. Области выборки и лабораторный анализ

  1. подготовить заранее для ознакомительной поездке для поддержания датчиков и сбора воды автоматически собранные образцы или пробы воды вручную образец и собирать, если автоматический пробоотборник не доступен на сайте. Не забудьте включить пункты, перечисленные в разделе Контрольный список (Таблица 1).
  2. Сбор проб воды в чистой (то есть, кислоты промывают и промыть) и сухой сосуд (10 Л), маркировать их и транспортировать их на льду в лабораторию, как можно скорее для анализа.
    Примечание: Образец собранной воды является репрезентативной выборки в реальных условиях, в то время выборки и в конкретном месте; следует сохранить целостность собранных образцов против загрязнения и физические, химические и биологические изменения 12.
    Примечание: Контейнер материала, необходимого может отличаться для некоторых аналитов интерес, тогда как подкисления и/или фильтрации могут потребоваться на сайте.
  3. Анализ colли воды образцов в лаборатории с использованием стандартных методов до проведения утвержденных раз 16.
    Примечание: Пробы воды могут быть проанализированы с использованием EPA 353.2; 4500-NO3 для нитрата, EPA 353.2; 4500-NO2 для нитрит, EPA 365.1; 4500-PI для фосфат, EPA 350.1; 4500-PJ для общего азота, EPA 365.4; 4500-PJ для общего фосфора, 2540-D для общего взвешенных веществ, 2540-C для всего растворенных твердых веществ и D 3977-97 для 16 , концентрация взвешенных наносов 17.
  4. Следовать надлежащего контроля качества и проверки, такие как пробелы, стандартов, репликация, и т.д., во время анализа. Следуйте плану проекта гарантии качества (QAPP).
  5. Заполнить цепи стражей листы для образца коллектора и лабораторного персонала и сохранить копию каждого из них. Обратите внимание любые необычные или заметные события, наблюдается в поле, по цепочке стражей листов.

7. Сбор и анализ данных

  1. сбор воды качества и количества данных зонды, потока модуль, лаборатории и.
  2. Сохранить копию всех необработанных данных перед началом работы с коррекция данных и анализа.
  3. Тщательно проверить собранные данные на мутность и удалите любые нуля (например, 0.0 НТУ), NAN или необоснованным значения (например, 3000 НТУ; верхний предел обнаружения датчика) до дальнейшего анализа.
    Примечание: Следует проявлять осторожность при снятии любых данных. Они удаляются, только когда сайт-специфические условия в поле заметки выявить и определить, что данные не являются разумными.
  4. Этап разряд связь использовать для вычисления выписки из датчика PT.
    Примечание: Измеренная датчиком PT глубина должна быть с компенсацией давления.
    1. Использования производителя (в situ Inc.) программного обеспечения, " Baromerge, " после исправить данные датчика PT.
      Примечание: Данные могут быть исправлены путем значение фиксированной барометрическое давление, введя многих барометрического давления значения вручную и автоматически с помощью файла журнала baroTroll. Этот протокол использует файл журнала baroTroll, развернутых в поблизости автоматически исправить данные датчика PT.
  5. Для области скорости датчик данных, удалите любые негативные поток, который может быть датчик артефакт.
    Предупреждение: Иногда может фактически быть отрицательный поток, в зависимости от сайта. В этом случае не игнорировать негативные скорости.
  6. Расчета отсутствующих данных разряда, с использованием линейной регрессии между вверх или вниз по течению разряда и разряда на станции.
    Примечание: Отношения должны быть статистически значимым, который обычно происходит между сбросов для любых вышестоящих и нижестоящих станций. В водосборных бассейнах, тестирование здесь, отношения было значительным (p < 0,01) и коэффициент корреляции составил более чем 93%. Однако, отсутствующих данных разгрузки могут только быть заполнены с помощью этого метода, если расстояние между сайтами короткий и водораздел характеристики остаются аналогичными.
  7. Не заполнить недостающие данные о качестве воды.
    Примечание: Данные о качестве воды зависят от многих переменных (например, сроки и применение удобрений, ли разряда увеличивается или уменьшается, сайт конкретных условий и т.д.).
  8. Выполнить регрессионный анализ концентрации взвешенных наносов (SSC) от лабораторных результатов и мутность (НТУ) измеряется в поток.
    Примечание: Такой регресс чувствителен к размер распределения, таким образом, что если песок представляет собой значительный, но переменная часть ГКС, регрессии будет бедным. Однако можно улучшить, если пески и штрафы разделены во время анализа проб и если штрафы связаны с ГКС. Используйте регрессии для вычисления значений непрерывного SSC.
  9. , Так как концентрация загрязнителей различаются с разрядкой, вычислить поток взвешенный концентрации с использованием уравнения 1 6. Расчет потока взвешенные средние концентрации (FWMC) на ежедневной основе с использованием данных Почасовая. Кроме того Рассчитайте его на почасовой основе с использованием данных 15-мин; FWMCs время интегрированные а.
    Equation
    где
    FWMC = поток взвешенный средняя концентрация на ежедневной основе
    c, я = концентрация я й образец
    t, я = время, 1 h
    q я = разряда для я й образец
    я = 1 до 24
  10. применять соответствующие статистические методы для достижения данных целей. Когда данные не обычным, преобразования данных, чтобы сделать их нормальной или использовать средний ± межквартильный диапазон. Выполнение непараметрические тесты для не обычным данных.

Representative Results

В издании Арьял и Реву (2017) этот протокол был использован для изучения транспорта и превращение питательных веществ и осадков в два небольших сельскохозяйственных водосборов6. Ниже описаны дополнительные исходы из этого протокола.

Осадки сток воды качества отношений:

Сила непрерывного мониторинга состоит в том, что пользователи могут выбрать резолюции прекрасное время для изучения причинно следственных связей, как отношения между осадков, стока и мутность, с использованием данных 15-мин (рисунок 2A). Осадки данные были загружены из метеорологических станций (www.weather.astate.edu), один внутри рвы мало речными и другие 6,3 км от нижнего бассейна St. Фрэнсис. С 00:00 до 09:00 на 7/22 произошло в общей сложности 25,4 мм осадков. Количество осадков увеличилось выписки из 0,71 м3/s в 00:00 до34.89 m/s в 17:45 7/22. Существовали несколько пиков местного разряда во время события, скорее всего привязаны к пространственной изменчивости осадков и дренажные структуры поля риса и сои, которые способствовали большинство потока. Нижнего бассейна St. Фрэнсис был приблизительно 94% от площади в пропашных культур, главным образом сою и рис. Как разряд постепенно ослабла, еще 14-мм дождя событие произошло 7/23 07:00 и длился 5 h. Следовательно другой увеличение разряда была измерена.

Как и ожидалось, мутность увеличилась с разрядом после дождя событий и постепенно ослабла (рис. 2A). Мутность увеличилось с 13 НТУ в 23:34 7/21 до 409 НТУ 02:04 7/23. Высокая мутность был получен во время увеличения разряда часть гидрограф. Это было вероятно из-за первых флеш, что мыть частицы почвы с сельскохозяйственных полей. Как с разрядкой, замутненность также показал две четкие пики.

Figure 2
Рисунок 2. Изменения осадков, разряда и качества воды на основе событий в бассейне нижнего St. Фрэнсис, сельскохозяйственных водораздел.
(A) количество осадков, разряда и мутность. (B) нитрат аммония и проводимости от 7/21 до 7/26. Большинство водораздел культур были сою и рис. Осадков, разряда и мутность участков основаны на 60-, 15- и 15-мин данных, соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Аналогичным образом нитрат аммония и проводимости показала вариации стока и время (рис. 2B). Во время события стока нитратов можно уменьшить за счет разбавления эффект или увеличиваться за счет смешивания концентрированного стока от полей. В рассмотренных сроки нитрат увеличилось до 4.52 мг/Л в 02:04 на 7/22 и постепенно снижалась. Самая высокая концентрация нитрата совпал с первым скрытой стока, как недавно применяется, но неиспользованные растворимых азотных смыло. Второй пик концентрации нитратов переписывался с второй пик в выполнении, но он был более низкой концентрации, чем первый пик. Это, вероятно, из-за вымывания легко растворимых азотных, первый флеш. В ходе обоих мероприятий, несмотря на различия в масштабах был похож форма вершины нитрата.

Аммония средняя концентрация был 0,80 мг/Л, вероятно, за счет отчислений из рисовых полей. Концентрации аммония слегка варьируется с двумя пиками разряда (т.е., увеличилась с увеличением разряда). Однако увеличение концентрации аммония с второго разряда пик был меньше, чем с первого разряда пик, по тем же причинам, как нитрат (рис. 2B). Как с нитратом, концентрации аммония пика до пика разряда.

Проводимость, варьировались от 93-495 мкСм/см в период. Показали обратная связь выполнять проводимости (рис. 2A и 2B) (т.е., проводимость была высокой в течение базового потока и уменьшается с увеличением потока во время обоих пик сбросов). Нитрата и аммония были вероятно мелких вкладчиков проводимости воды, так как проводимости воды, уменьшилось в течение максимального расхода, хотя нитрата и аммония были выше, чем во время базовых условий. Растворения дождевой воды, которая имеет более низкой проводимости, возможно, способствовал более низкой проводимости воды в потоке.

Суточные вариации рН, температуры, и четко иллюстрируется результаты скважинных приборов (рис. 3). Температуры варьировались от 36,1 до 24,6 ° C 7/9 - 7/10. Температура воды в потоке был самым низким на 06:00-07:00 и самым высоким в 17:00-18:00.

Figure 3
Рисунок 3. Суточные вариации рН, температуры и делать в поток секции в бассейне нижнего St. Фрэнсис, сельскохозяйственных водораздел. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Растворенного кислорода был низким от полуночи до 06:00. Как активность фотосинтеза растений начинается после восхода солнца, не увеличивалось до тех пор, пока он достиг в 16:19 на 7/9 (9,98 мг/Л, 144.9% насыщения) и в 15:34 на 7/10 (11.21 мг/Л, 159.9% насыщения). DO неуклонно снизилась до полуночи и остается неизменным. Бактерий и водорослей дыхания, фотосинтез, углеродистые и азотистых окисления и температуры влияет суточные вариации ду18.

PH варьируется от 7,4 до 7,8 по 7/9-7/10. PH был высоким, в 17:34 на 7/9 (7,78) и в 17:04 на 7/10 (7,77). Суточные колебания рН был также влияет скорость дыхания и фотосинтеза, буферизации способности, так как углекислый газ, который снижает рН, удаляется в процессе фотосинтеза и добавляется во время дыхания в водных системах.

Концентрации, показан на рисунке 2 и на рисунке 3, если измеряется в течение более длительного периода (т.е., в месяц, сезон, год) могут предоставить информацию о как качество воды изменяется со временем в натуральных или управляемых условиях.

ТемпRAL (ежемесячные) вариации нагрузок загрязнителей:

Временной вариации в сечении потока могут быть изучены на различных масштабах времени. Ежемесячные изменения в маленьких бассейна реки рвы, небольшой сельскохозяйственной водораздел в северо-восточном штате Арканзас, показали шаблон выпадения азота и отложений от водораздела на протяжении всего года (рис. 4). Нагрузок загрязнителей были высоки в начале лета и поздней осенью. Месяцев в сентябре и октябре характеризовались низкой загрузки, главным образом из-за низкого потока загрязнителей. Госкомстат объясняется высоким в ноябре и декабре дождевых осадков на полях недавно собранный и нарушается. Данные также показал, что изменения были очень высоки, поскольку ежедневных нагрузок были вызваны осадков, которые существенно различаются. Высокие нагрузки во время поздней осенью (ноябрь и декабрь) показали, что программы сокращения питательных веществ могут быть более эффективными, если они сосредоточены на сокращении нагрузки в ноябре/декабре. Следовательно методы, которые уменьшают потери загрязнителей в зимнее время, такие как использование покровных культур19, должны рассматриваться в программах управления водосборами.

Figure 4
Рисунок 4. Ежемесячные изменения нитратов, аммония и SSC нагрузки (кг/d) на выходе из маленьких бассейна реки рвы.
Значения являются средний ± межквартильный диапазон. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Пространственные колебания нагрузок загрязнителей:

Протокол также может предоставлять данные для пространственной вариации помимо временной вариации если выбраны несколько станций в рамках водосборов. Загрязнителя загружает в сельскохозяйственной водораздел (рис. 5) шоу, значительно увеличивая нитрата и аммония нагрузок как вода проходит вниз по течению. Потери в 9,6 кг/га нитрата в год в течение 8-14 кг/га в год диапазон сообщалось в Миссури в небольших сельскохозяйственных водосборных бассейнов с аналогичными почвы typs20. Этот тип информации может использоваться для оценки эффективности практики управления потока воды и переноса загрязнителей, среди других.

Figure 5
Рисунок 5. Нитрата и аммония транспорт в бассейне мало рвы.
Вверх по течению, Мидстрим и ниже по течению места были расположены примерно в 2 км друг от друга. Значения среднее ± Среднеквадратичная ошибка среднего на ежедневной основе являются для августа 2015 года. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Датчик загрязнения и накопление отложений:

В сельскохозяйственных водоемов наличие питательных веществ, как азот и фосфор, в поверхностных стоках в высоких концентрациях может ускорить скорость, на которой био обрастания происходит при данной температуре. Кроме того стока воды может нести высокие наносов, которые исходят от пропашных полей и эродированных водных путей. Высокий наносов может привести к осаждения отложений частиц на поверхности датчика и скважинных приборов и накопление отложений. Накопление таких загрязнений и отложений может привести в дрейф и неточные результаты.

Суточные вариации делать снизилась до 7/15, увеличилось на 7/16 после того, как датчик был очищены на сайте и резко сократилось после 13 или 14 дней (рис. 6) вследствие обрастания. Роста и результате накопления микроорганизмов на поверхности зонда видны на рисунке 7. Обрастание тяжелой на поверхностях где не чистой салфетки или щетки. Эффект накопления отложений на мутность чтении был замечен на 12/26 (рис. 8). Количество осадков на 12/23 и 12/25 повышенная мутность до 1595 НТУ и 1073 НТУ. Замутненность уменьшилась после выполнения сократилось в потоке. Однако событие большой дождь на 12/26 вызвало мутность до верхнего предела 3000 НТУ. Замутненность чтения оставался стабильным на уровне 3000 НТУ вследствие накопления мусора на страже скважинных приборов и наличие сорняков и растений на пост Telspar. Как только мусор, мутность чтений были нерегулярные (т.е., резко изменились от 3000 НТУ до менее чем 50 НТУ 15 мин) и неверно. Следовательно мутность данные от 12/26-12/29, не хорошего качества.

Figure 6
Рисунок 6. Дрифт-ду показания датчика после скважинных приборов оставалась в потоке в течение двух недель.
После калибровки зонда был установлен на 7/8, и начали дрейф на 7/22. Дрейф в датчик, чтение после 7/21 привели к нижней чем нормальный. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 7
Рисунок 7. Изображения показаны пакостить на поверхности датчика (слева) и чистые зондирования поверхности датчиков (справа) после уничтожения данных с помощью кисти и щетки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 8
Рисунок 8. Мутность (НТУ) в потоке до и после накопления отложений в гвардии скважинных приборов.
Осадки (мм) показана на вторичной оси y. Замутненность показал отличный ответ на осадков на 12/16, 12/23 и 12/25. Однако, большое количество осадков событие 12/26 созданный отложений накопления в гвардии скважинных приборов и мутность чтений после 12/26 были неисправный (главным образом 3000 НТУ) и неустойчивой. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

trong > элемента списка Список элементов Проверить Документы QAPP (план проекта гарантии качества) Цепь стражей листов Поля ноутбука Карты/GPS навигации Пера, маркера, метка ленты Безопасность Солнцезащитный крем/очки Осы спрей Аптечка первой помощи Питьевая вода Коммуникации (сотовый телефон) Личные защитные оборудование-Wader, резиновый загрузки, перчатки, шапка Веревки и якорь Антисептические ручная стирка Пример сбора, хранения, перевозки Охладитель и льда Пример бутылка и крышка Маркировка лента Датчик/приборостроение Кабели связи Заряженные внешние батареи Поле ноутбук Скважинных приборов Кабель связи «C» Аккумуляторы Кисть и мыло Поле ноутбук Другие Ящик для инструментов (отвертки, вольт метр, zip связей, гайковерт,...)

Таблица 1. Контрольный перечень элементов, рекомендованных для посещения образца воды и ремонт и поддерживать датчиков.

Discussion

В целом непрерывный мониторинг питательных веществ и осадков имеет ряд преимуществ над мониторинга с использованием метода выборки схватить. Гидрологии и водных ресурсов качество процессов влияет осадков за очень короткий промежуток времени. Пользователи могут получить высокого временного разрешения данных о питательных веществ и осадков для изучения сложных проблем. Других параметров качества воды, например проводимости, рН, температуры и ДУ, могут быть получены одновременно и на той же стоимости что касается мониторинга нитрат аммония и мутность. Кроме того существуют другие датчики от производителей, которые позволяют для измерения даже больше параметров качества воды, например, хлорофилл, солености и окислительно-восстановительные потенциал, а также питательных веществ и осадков.

Этот протокол может использоваться для идентификации временной вариации загрязняющих веществ за выбранный период обучения; пространственной вариации загрязнителей в водоразделом, если контроль осуществляется на нескольких станциях; и поперечных колебаний загрязнителей, если контроль осуществляется в нескольких точках в поперечном сечении. Как показано в настоящем Протоколе, суточные вариации в pH, проводимость, нитрат, аммония, мутность и температуры могут продемонстрировать причинно следственных связей и способствовать более глубокому пониманию факторов нагрузок загрязнителей.

Несмотря на успешное непрерывное измерение питательных веществ и осадков величайший ограничением метода является потеря данных или коллекции данных низкого качества, из-за неисправности датчика, потери мощности и накопление отложений/мусора. Хотя выбор сайта имеет важное значение, не менее важно, часто проверять калибровку или для калибровки, при необходимости, замените внутренние и внешние батареи (если не солнечных батареях), скачать и проверить данные. Качество данных может быть нарушена в несколько этапов, от сбора данных до обработки данных. На стадии приобретения, в центре внимания этой бумаги, средства для возможных проблем, обсуждаются ниже.

Потеря данных:

Неуместным программирование датчиков, потеря питания, датчик, и т.д., могут вызвать пробелы в данных. Если возможно солнечное зарядное устройство может устанавливаться на станциях для подзарядки аккумулятора. В противном случае частая замена внутренних (для зонды) и/или внешние батареи не требуется. Загрузка данных часто поможет быстро определить проблемы и решения, сокращение потери данных из-за ограничения памяти. Грызуны могут повредить кабели и понести потери данных. Эти потери можно избежать с помощью проволоки охранников для покрытия кабелей.

Низкое качество данных вследствие обрастания:

Обрастание поверхности датчика и результате дрейфа или неточность в данных могут быть минимизированы, покрывая датчик охранник с медной лентой, с помощью медных гвардии и с помощью медной сетки вокруг датчика гвардии. Мы обнаружили, что покрытие скважинных приборов поверхностей (датчики не) скотчем все Погода значительно облегчило очистки датчиков. Самоочищающиеся зонды с дворники и кисти, как в одном, используемые в данном исследовании, помог очистить поверхности датчиков (рис. 7). Использование медных материалов, таких как лента, охранник, или сетки, снижение роста микроорганизмов и результате обрастания.

Низкого качества данных за счет накопления космического мусора:

Позиционирование скважинных приборов и датчика и похоронить кабели под отложений можно ограничить накопление мусора. Например размещение зонда определенной глубине выше русла реки, но ниже поверхности воды помогает ограничить накопление отложений. Аналогично, помещение скважинных приборов на стороне вниз по течению Telspar пост снижает мусора, как пост Telspar ловит большой Вудс, травы, и т.д. очистка скважинных приборов во время каждого поля визит может помочь для получения более качественных данных. Упаковка датчик охранник с медной сетки уменьшает накопление отложений и мусора, помехи от водных растений и мелководьях и обрастания.

В то время как скважинных приборов могут быть размещены вверх или вниз по течению от Telspar пост, приостановив скважинных приборов на стороне вниз по течению рекомендуется. Требование для датчиков в скважинных приборов для измерения без предвзятости имея движения воды по всей поверхности датчика или имеющих не стоячей воды. Тонкий ширина пост (4,0 см) и отверстия в должность убедитесь, что вода течет через поверхности датчика. Кроме того когда зонд находится на стороне вверх по течению поста, водных сорняков и завод материал/мусор может заключить скважинных приборов гвардии, как отмечено в этом исследовании. Еще один недостаток размещения скважинных приборов отводному является, хотя гвардия защищает датчики, скважинных приборов тело по-прежнему в опасности повреждения мусора/дерево отводному поста. Влияние пост на измерение скорости может быть проверена визуально наблюдения и сравнения скорости чтения с и без пост. В этом протоколе площадь скорости датчик был приблизительно на 50 см выше по течению Telspar поста, и присутствие Telspar пост не влияет на скорость.

Важно определить периодичность калибровки в конкретных условиях. Это баланс без ущерба для качества данных-калибровочное и не тратить ресурсы, чрезмерно калибровки. В сельскохозяйственных потоков в этом исследовании (т.е., горячий, влажный тропический климат) Лаборатория калибровки каждые 2 недели в летнее время (рис. 6) и каждые 3 недели в зимний период было достаточно. Однако датчики были очищены на сайте каждую неделю в течение лета.

Подготовка QAPP для всех видов деятельности, включая контроль качества проверяет до начала проекта, помогает выявить потенциальные проблемы, продолжает изучение последовательного и единообразного и производит более качественных данных. Следуя рекомендации, представленные в процедуре QAPP не требуется.

Документация событий или необычные наблюдений ноутбуков или фотографии очень важно. Много раз результаты мониторинга, связаны с событиями, которые являются нетипичными. Например Дноуглубление (то есть, очистка) в поток (РВА), который нечасто, увеличит мутности воды образца, даже без увеличения разряда.

Безопасность персонала, участвующего в полевых работ, а также инструмент безопасности, являются очень важными. Безопасность, здоровье и благосостояние план должны быть разработаны до начала проекта. Некоторые из соображений безопасности включают змей, температура опасностей, наводнение, сильный ветер, вождение условиях, молния и т.п. логистика и рекомендованных элементов во время полевых визитов приводятся в таблице 1.

Одним из ограничений текущей технологии для измерения нитрата и аммония (то есть, ионоселективного электрода) является, что она не измерить их точно до очень низкой питательной ценности. В то время как резолюция датчиков 0,01 мг/Л для датчиков нитрата и аммония, точность составляет 5% от показаний, или до ± 2 мг/л. Точность ДУ, мутность, рН и датчики проводимости являются ± 0,1 - 0,2 мг/Л, или 0,1%; ± 1 - 3% до 400 НТУ; ± 0,2; и ± 5 МКС, соответственно. Кроме того proToCol трудно следовать во время наводнения из-за недоступности.

Хотя этот протокол был испытан в сельскохозяйственных водосборов, он может также применяться для других речных бассейнах в других регионах, такие как водосборных бассейнов, влияние на другие земли использовать мероприятиях, включая горнодобывающую промышленность. Этот метод также полезен при оценке взаимодействия между несколькими загрязнителями. Будущего применения метода, описанного здесь включают датчик улучшению справиться с обрастанием датчиков и накопление мусора/отложений на страже скважинных приборов; дальнейшие улучшения в точности и точности датчиков; развитие беспроводных сетей и удаленной передачи данных на серверы; и накопление больших сетей для систем сбора данных, управления данными и приложениями.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Исследование стало возможным благодаря финансированию от сохранения проекта оценки воздействия (СЕАР). Мы особенно благодарны за доступ к сайту разрешение от производителей, исследовательской помощи от членов USDA-ARS-Delta воды управления исследовательской группы и анализа проб сотрудниками на объекте исследований экотоксикология, Арканзас государственный университет. Часть этого исследования была поддержана на прием к программе участия ARS, ведении Окриджская институт науки и образования (ORISE) через межведомственного соглашения между Департаментом энергетики США и USDA. ORISE находится в ведении ORAU под номером договора Доу де-AC05-06OR23100. Все мнения, выраженные в настоящем документе являются автора и не обязательно отражают политику и взгляды USDA, ARS, DOE, или ORAU/ORISE.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Multiparameter sonde Hach Hydrolab DS5X measures temperature, pH, conductivity, dissolved oxygen, nitrate, ammonium, turbidity
Area velocity flow module and sensor Teledyne Isco 2150 measures average stream velocity and flow depth, and calculates flow rate and total flow based on provided cross-section area of the ditch. Stored data can be downloaded directly to computer.
Automatic portable water sampler Teledyne Isco ISCO 6712 automatically samples water in the set interval or in conjunction with flow module and sensor
Pressure Transducer In-situ Rugged Troll 100 measures presure, level and temperature in the water. Stored data can be directly downloaded to the computer
Portable flow meter Flo-mate (Hach) Marsh-McBirney 2000 For manual discharge measurement
Battery, 12 v, rechargeable UPG UB 1270 To power sonde
Battery, 12 v, rechargeable Interstate Batteries SRM 27 Lead acid battery to power autosampler
Solar panel Alt E ALT20-12P To recharge battery at the site
C-8 batteries
Calibration standards Hach or Fisher Scientific mulitple Standards of pH (4,7,10), conductivity (1412 uS/cm), nitrate (5 and 50 mg/L), ammonium (5 and 50 mg/L), and turbidity (50,100,200 NTU)
High nitrate standard Hach 013810HY 50 mg/L
Low nitrate standard Hach 013800HY 5 mg/L
High ammonium standard Hach 002588HY 50 mg/L
Low ammonium standard Hach 002587HY 5 mg/L
Turbidity standard Fisher scientific R8819050-500G 50 NTU
Turbidity standard Fisher scientific 88-061-6 100 NTU
Turbidity standard Fisher scientific R8819200500 C 200 NTU
Potassium chloride salt pellets Hach 005376HY to maintain electrolyte for pH electrode
Potassium chloride standard Fisher scientific 5890-16 1412 us/cm
Buffer solution, pH 4 Fisher scientific SB99-1 for pH sensor calibration
Buffer solution, pH 7 Fisher scientific SB108-1 for pH sensor calibration
Buffer solution, pH 10 Fisher scientific SB116-1 for pH sensor calibration
Silicon sealant Hach 00298HY For sealing sensor battery cover water tight
All purpose cleaner Sunshine Makers Inc Simple green
Wipes Kimberly-Clark
L-bracket
Telsbar post Unistrut Service Company Secure sensors and sondes in the stream
Steel wire supend sonde and PT sensor
Carabiner supend sonde and PT sensor
Allen wrench
Copper wire mesh Bird B Gone Rodent and bird control copper mesh roll
Adhesive Tape Agri Drain Corporation Tile tape, works in wet and cold weather

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics