Caudal continuo monitoreo de nutrientes y sedimentos en las cuencas agrícolas

Environment
 

Summary

Con el avance de la tecnología y el aumento de las expectativas del usuario final, la necesidad y uso de datos de resolución temporal más alta para la estimación de la carga de contaminantes ha aumentado. Este protocolo describe un método para continua en situ agua monitoreo de la calidad para obtener mayores datos de resolución temporal para agua informado las decisiones de gestión de recursos.

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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).

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Abstract

Las concentraciones de contaminantes y cargas en cuencas varían considerablemente con el tiempo y el espacio. Información precisa y oportuna sobre la magnitud de los contaminantes en los recursos hídricos es un prerrequisito para la comprensión de los conductores de las cargas contaminantes y para hacer agua informada decisiones de gestión de recursos. El método comúnmente utilizado para "tomar muestras" proporciona las concentraciones de contaminantes en el momento de muestreo (es decir, una concentración instantánea) y puede debajo- o overpredict las concentraciones de contaminantes y cargas. Monitoreo continuo de nutrientes y sedimentos ha recibido recientemente más atención debido a los avances en informática, tecnología de detección, dispositivos de almacenamiento. Este protocolo muestra el uso de sensores, sondas e instrumental para monitorear en situ nitratos, amonio, turbidez, pH, conductividad, temperatura y oxígeno disuelto (OD) y para calcular las cargas de dos arroyos (zanjas) en dos cuencas agrícolas. Con la calibración adecuada, mantenimiento y operación de sensores y sondas, pueden obtenerse datos de calidad de agua buena por superar condiciones difíciles tales como la acumulación de suciedad y escombros. El método también puede utilizado en las cuencas de varios tamaños y caracterizado por terrenos agrícolas, forestales o urbanas.

Introduction

Monitoreo de la calidad del agua proporciona información sobre las concentraciones de contaminantes en diferentes escalas espaciales, dependiendo del tamaño del área que contribuyen, que puede ir desde un campo o una parcela hasta una cuenca. Este control tiene lugar durante un período de tiempo, como un solo evento, un día, una temporada o un año. La información de monitoreo de calidad del agua, principalmente relativos a los nutrientes (por ejemplo, nitrógeno y fósforo) y el sedimento, puede utilizarse para: 1) entender los procesos hidrológicos y el transporte y la transformación de contaminantes en corrientes, tales como zanjas de drenaje agrícola; 2) evaluar la eficiencia de las prácticas de gestión aplicada a la cuenca para reducir la carga de nutrientes y sedimentos y a aumentar la calidad del agua; 3) evaluar la entrega de los sedimentos y nutrientes a las aguas río abajo; y 4) mejorar el modelado de nutrientes y sedimentos para entender el hidrológico y procesos de calidad que determinan el transporte de contaminantes y dinámica sobre la gama de escalas temporales y espaciales del agua.

Esta información es crucial para la restauración de ecosistemas acuáticos, planificación sostenible y la gestión de los recursos de agua1.

El más de uso general método de nutrientes y control de sedimentos en una cuenca hidrográfica es muestra del gancho agarrador. Gancho agarrador muestreo representa exactamente una concentración instantánea en el momento de muestreo2. También puede representar a una variación de las concentraciones de contaminantes con el tiempo si se realiza el muestreo frecuente. Sin embargo, el muestreo frecuente es tiempo intensivo y costoso, a menudo haciéndolo práctico2. Además, puede agarrar muestreo bajo- o sobreestimar las concentraciones de contaminante real fuera el tiempo de muestreo2,3,4. En consecuencia, calculadas tales concentraciones de cargas pueden no ser precisas.

Por otra parte, monitoreo continuo proporciona información precisa y oportuna sobre la calidad del agua en un intervalo de tiempo predeterminado, como un minuto, una hora o un día. Los usuarios pueden seleccionar los intervalos de tiempo apropiados en función de sus necesidades. Monitoreo continuo permite a los investigadores, planificadores y gerentes optimizar la recogida de la muestra; desarrollar y monitorear métricas integrado de tiempo, tales como cargas diarias máximas totales (TMDLs); evaluar el uso recreativo de lo cuerpo de agua; evaluar las condiciones de corriente de línea de base; y espacial y temporal evaluar la variación de contaminantes para determinar relaciones de causa-efecto y desarrollar un plan de manejo5,6. Monitoreo continuo de nutrientes y sedimentos ha recibido recientemente mayor atención debido a los avances en tecnología informática y el sensor, la capacidad mejorada de dispositivos de almacenamiento y las crecientes necesidades de datos necesarias para el estudio de procesos más complejos 1 , 5 , 7. en una encuesta global de más de 700 profesionales del agua, el uso de sondas multiparámetro de aumentó del 26% al 61% de 2002 a 2012 y se espera que alcance el 66% por 20225. En la misma encuesta, el 72% de los encuestados indicó la necesidad de la expansión de su red de vigilancia para conocer sus datos necesita5. Se espera que el número de estaciones en una red de monitoreo y el número de variables monitoreadas por estación en 2012 aumentar en 53% y 64%, respectivamente, en 20225.

Sin embargo, continua calidad y cantidad de monitoreo en cuencas agrícolas es un reto. Eventos de lluvia grandes lavan sedimento y macrófitas, contribuyendo a la acumulación de carga y residuos de sedimentos alta en los sensores y sondas. El escurrimiento del exceso de nitrógeno y el fósforo aplicado a campos agrícolas crea condiciones ideales para el crecimiento de organismos microscópicos y macroscópicos y el sucio de instream sensores y sondas, especialmente durante el verano. La acumulación de suciedad y sedimentos puede causar sensores fallan, deriva y producir datos poco fiables. A pesar de estos desafíos, más datos de resolución temporal (como baja según minutos) están obligados a estudiar los procesos de escorrentía y contaminación no puntual, como se ven afectados por las características de la cuenca (por ejemplo, tamaño, suelo, pendiente, etcetera. ) y el tiempo y la intensidad de lluvia7. Observación cuidadosa del campo, calibración frecuente, correcta limpieza y mantenimiento pueden asegurar datos de calidad de los sensores y sondas, incluso en el tiempo de resolución más fina.

Aquí, discutimos un método para la en situ continua monitoreo de dos cuencas agrícolas utilizando sondas de calidad de agua del multiparámetro, área de velocidad y sensores del transductor de presión y muestreadores automáticos; su calibración y mantenimiento de campo; y procesamiento de datos. El protocolo muestra una forma en que puede realizarse el monitoreo de la calidad del agua. El protocolo es generalmente aplicable a agua continua calidad y cantidad de monitoreo en cualquier tipo o tamaño de cuenca.

El protocolo se llevó a cabo en Arkansas nordestal en pequeñas zanjas cuenca (HUC 080202040803, área de 53,4 km2 ) y Lower St. Francis Basin (HUC 080202030801, área de2 km 23,4). Estas dos cuencas drenan en afluentes del río de Mississippi. Una necesidad de control de afluentes del río de Mississippi fue identificada por el Comité de conservación menor de Río de Mississippi y el Golfo de México hipoxia de tareas para desarrollar un plan de manejo de cuencas hidrográficas y para registrar el progreso de las actividades de gestión 8 , 9. por otra parte, estas cuencas se caracterizan como foco las cuencas hidrográficas por el servicio de conservación de recursos de naturales del Departamento de agricultura de Estados Unidos (USDA-NRCS), basadas en el potencial para reducir la contaminación de nutrientes y sedimento y para mejorar la calidad de agua10. Borde de campo supervisión lleva a cabo en estas cuencas como parte de la estatal de red de río Mississippi Cuenca Cuenca saludable iniciativa (MRBI)11. Más detalles de las cuencas hidrográficas (es decir, lugares del sitio, características de la cuenca, etc.) son proporcionados en Aryal y Reba (2017)6. En Resumen, la cuenca zanjas poco predominante tiene suelos de Marga de cieno, y algodón y la soja son los cultivos principales, mientras que Lower St. Francis Basin tiene predominante arcillosa Sharkey, y arroz y la soja son los cultivos principales. En cada cuenca, en situ continua agua cantidad y calidad (es decir, alta temperatura, pH,, turbidez, conductividad, nitrato y amonio) se llevó a cabo en tres estaciones en la corriente principal usando este protocolo para entender la variabilidad espacial y temporal en las cargas de contaminantes y los procesos hidrológicos. Además, se colectaron muestras de agua semanal y analizadas para sedimento suspendido concentration.

Protocol

1. selección del sitio

  1. selección de cuenca
    1. Seleccione o basado en la magnitud del problema de la contaminación, prioridad de la cuenca, proximidad a las instalaciones de investigación, acceso al sitio, y objetivos de los datos.
  2. Localidades de muestreo de flujo
    1. Seleccione secuencia localización de muestreo basados en el propósito del estudio.
      Nota: Ubicaciones de muestreo óptimo están bien mezclados en un corte transversal, con seguridad y fácilmente accesible, geofísico estable (es decir, de sección transversal constante y un banco solidario de la vivienda de la estación del instrumento) y el representante 12 13 , de , 14. Las estaciones no inmediatamente aguas abajo de la confluencia de dos arroyos y en una sección recta del canal, sin una sección de canal convergentes o divergentes, son más homogéneas y representativas 14.
    2. Ubicar hidrológico y mediciones de calidad en una muestra representativa para calcular las cargas de agua.
      Nota: Si identificar la variación espacial de nutrientes y sedimentos en una cuenca hidrográfica, seleccione múltiples estaciones de apuntar posibles fuentes a lo largo de la cuenca a.

2. Instrumento y selección de Sensor

  1. elegir instrumentos y sensores para medir la descarga y la calidad del agua y recoger muestras de agua en el intervalo previsto. Elegir el instrumento y sensores basados en la necesidad de datos, cuencas hidrográficas y recursos disponibles.
    Nota: Sensores Ideal son confiable, precisa, sensible, precisa, bajo costo y adecuadas para el entorno de la corriente y requieren mantenimiento limitado y un mínimo de entrenamiento del campo técnico 13. En una cuenca agrícola, acumulación de suciedad y los residuos son las mayores causas de preocupación. Por consiguiente, se prefieren los sondas equipadas con funciones de autolimpieza y antiincrustantes.
    1. Uso un muestreador automático, sondas, una zona de velocidad sensor, transductor de presión y un medidor de caudal portátil.
      Nota: La sonda debe tener un limpiador para limpiar el sensor de turbidez y un cepillo para limpiar el pH, amonio, nitrato y realizar sensores.
      Nota: El instrumento en este protocolo se refiere a una unidad de muestreo de agua que consta de un muestreador automático, manguera, módulo de filtro o flujo y sensor de velocidad zona.
  2. Parámetros de calidad de agua Seleccione basan en el objetivo de datos, sensor costo y disponibilidad. Medir la temperatura, pH, hace, conductividad, turbidez, amonio y nitrato cada 15 minutos
    Nota: Temperatura, pH, conductividad y hacer son los elegidos de los parámetros más comunes y son medidos en las estaciones de la USGS, mientras que el nitrato de amonio y turbidez son menos comunes pero están ganando popularidad 1 , 14.
    Nota: los objetivos de datos dependen de las características de la cuenca. Por ejemplo, nitrógeno y fósforo de monitoreo pueden ser más importantes en las cuencas agrícolas en comparación con el fósforo de monitoreo en cuencas urbanas.

3. Programación y calibración de sonda

  1. calibrar los sensores de la sonda según recomendaciones del fabricante. Modificar el protocolo de calibración según sea necesario en las condiciones ambientales locales.
    Nota: La frecuencia de la calibración depende del ambiente en el que los sensores están expuestos. Por lo general, cae dentro de 2-4 semanas. Aquí, las sondas se calibran cada 2 semanas durante la temporada de cultivo y cada 3 semanas en el no cultivo de temporada (noviembre a abril).
  2. En el laboratorio, limpiar la sonda antes de calibración. Limpiar la superficie del sensor utilizando cepillos suaves (por ejemplo, cepillos de dientes) y un jabón o limpiador para todo propósito. Retire el limpiador del circulador y cepillo utilizando una llave Allen hexagonal; Limpie el limpiador y el cepillo de.
  3. Mojar el electrolito con el electrodo de referencia de pH, rellenarlo con solución electrolítica fresca y añadir una pelotilla sal de cloruro de potasio para mantener la conductividad de la solución electrolítica. Cierre la tapa para que sea hermético; algunos electrolitos se derrama hacia fuera mientras que la tapa esté siendo bien. Enjuague la sonda con agua desionizada.
  4. Suspender la sonda en un soporte robusto para que la parte inferior de la sonda descanse aproximadamente 20-30 cm por encima de la mesa, lo que permite workability fácil. Conecte la sonda al ordenador mediante un cable de comunicación. Iniciar el fabricante ' software s. Prensa " operar sonda " para entrar en el programa de la sonda.
  5. Establecer el número de estándares de calibración en el " configuración de parámetros " ficha. Calibrar los sensores en el siguiente orden: conductividad, pH,, turbiedad, nitratos y amonio.
    Nota: El orden de la calibración es importante, como el nitrato y el amonio sensores utilizan valores de conductividad y pH.
    Nota: El número de estándares de calibración es 2 para conductividad, 2 o 3 pH, 1 para, 2 o 4 de turbidez, 2 para el nitrato y 2 para amonio.
  6. Lavar el sensor con agua desionizada varias veces y seque la superficie del sensor (es) con toallitas antes de introducir un estándar en el sensor para prevenir la contaminación cruzada.
    : Antes de calibrar cada sensor, nota los valores que el sensor Lee las siguientes normas: hacer, pH 7, turbidez para DI y 50 NTU, nitrato 50 mg/L y amonio para 50 mg/L. Estos valores pueden utilizarse para evaluar si los sensores eran precisos en el campo. Puede también ser prudentemente utilizaron para corregir los valores de campo.
  7. Después de la calibración de cada sensor (pasos 3.8-3.13) para un estándar, " calibración exitosa " aparecerá; si la calibración falla, restablecer el sensor y vuelva a intentarlo. Si el sensor falla todavía, los consumibles pueden necesitar un reemplazo o el sensor necesite reparación de fábrica.
    Nota: El sensor de nitrato o amonio se reajustando ambos sensores.
  8. Calibrar el sensor de conductividad con calibración de 2 puntos; 0 μS/cm para un sensor seco y 1.412 μS/cm para la solución estándar. Elija " SpCond [μS/cm] " en el " calibración " ficha. Secar la parte ovalada del sensor totalmente con toallitas. Entrar en " 0.0 " en μS/cm y " calibre. "
    1. Insertar el estándar en una bolsa para cubrir totalmente la parte ovalada del sensor. Espere hasta que el sensor se estabilice la lectura (~ 2-5 minutos), escriba " 1412 " en μS/cm y " calibre. " " calibración exitosa " aparecerá; Si la calibración falla, restablecer el sensor e inténtelo de nuevo.
  9. Calibrar el sensor de pH con pH 7 y pH 10 normas y comprobar la linealidad de la calibración a pH 4. Seleccione la " pH [unidades] " ficha en la ficha de calibración Inserte el pH 7 estándar en una bolsa que cubre el cruce de pH y el electrodo de referencia. Espere aproximadamente 5 minutos para se estabilice. Entrar " 7.0 " como el pH valor e introduzca " calibre. "
    1. enjuague los electrodos y secarlos usando toallitas. Inserte pH 10 y siga las mismo procedimiento en cuanto a pH 7. Insertar pH 4 para comprobar si se cumple la linealidad de la curva de calibración; el sensor calibrado debe leer 4 ± 0,2 pH 4.0 standard.
  10. Calibrar el sensor con agua temperatura estabilizada, saturada de aire, desionizado (18 M Ω-cm) como único punto estándar.
    1. Seleccione el " LDO % [Sat] " Tab. Llene el vaso de calibración con agua desionizada hasta el nivel casi completo y coloque la copa sobre la sonda. Invertir la sonda para asegurarse de que el sensor de temperatura y hacer las membranas están cubiertas totalmente por el agua.
    2. Espere aproximadamente 5 minutos para estabilizar la lectura de la saturación por ciento. Una vez estabilizado, introducir " 100 " de la saturación por ciento. Ingrese la presión barométrica en mmHg marcando una estación meteorológica local y entrar en " calibre. "
      Nota: agua desionizada es estabilizado con temperatura y aire saturado dejando abierto a la atmósfera al menos durante la noche en el laboratorio para intercambio del gas, la saturación y la estabilización de la temperatura. Presión barométrica debe preverse, ya que la saturación de depende de la presión atmosférica además de la temperatura (medida por la sonda sí mismo).
    3. Comprobar el factor de escala, que debe ser 0.5 - 1.5, para la calibración aceptable. Salir del programa de calibración, entrar en modo terminal, utilice las flechas para resaltar " Log In, " y pulse " entrar. " destacar " nivel 3 " y pulse " entrar. " destacar " configuración " y pulse " entrar. " destacar " sensores " y pulse " entrar. " destacar " hacer " y pulse " entrar. " destacar " % Sat " y pulse " entrar. " tenga en cuenta el factor de escala.
    4. Prensa " Esc " a salir y entrar en " funcionar la sonda " otra vez. Seleccione la " ficha de calibración " para continuar con la calibración.
    5. Invertir la sonda hacia atrás y suspenderlo de modo que los sensores hacia la tierra.
  11. Calibrar el sensor de turbidez utilizando 4 estándares: 200 NTU, DI, 50 NTU y 100 NTU. Seleccione la " turbidez [UTNs] " ficha. En una taza de calibración, poner suficiente agua DI para cubrir al menos la parte inferior del sensor de turbidez. Deje que la lectura de turbiedad a estabilizar. Introduzca punto " 1 " para la norma de DI, un " 0.6 " valor de turbidez NTU, y " calibre. "
    1. Asimismo, calibrar el sensor de turbidez para otras normas. Evitar formación de burbujas por homogeneizar las normas, da vuelta la botella hacia arriba y hacia abajo (no agite) y los estándares a lo largo de la Copa.
    2. Después de todos los estándares de calibración, compruebe las lecturas del sensor para DI y 50 NTU ver si la calibración es aceptable (es decir, dentro de ±1%).
  12. Calibrar el sensor de nitrato utilizando dos estándares: alta (50 mg/L 3 -N) y baja (5 mg/L 3 -N). Seleccione el " 3 [mg/L-N] " ficha.
    1. Pour la 50 mg/L para llenar la Copa hasta las tres cuartas partes de calibración estándar completo y coloque la copa sobre la sonda, haciendo una conexión estanca al agua. Invierta la sonda para que los sensores de temperatura y nitrato están completamente cubiertos. Espere 15 minutos (o hasta que la lectura es estable). Una vez estabilizado, introducir el nivel " 1 " y un valor de " 46.2. " registrar las lecturas de temperatura y mV en un cuaderno. Entrar en " calibre. "
      Nota: el sensor de nitrato utiliza el sensor de temperatura además de los sensores de conductividad y pH.
    2. Enjuague los sensores con agua DI varias veces y secar con toallitas. Repita el mismo procedimiento para el bajo estándar. La diferencia entre las lecturas de voltaje de dos debe ser 50-65 mV, y la diferencia entre las lecturas de temperatura no debe exceder 5 ° F para la calibración aceptable.
  13. Calibrar el sensor de amonio de manera similar al sensor de nitrato.
  14. Vuelva a instalar y calibrar el limpiador y el cepillo. Elegir el " autolimpieza [Rev] " ficha elige " 1 " rotación y entrar " calibre. "
    Nota: el limpiador y el cepillo girará una vez.
  15. Una vez que todos los sensores están calibrados, programa de la sonda. Entrar en " reloj para tiempo de pc " en el " sistema " ficha para la sincronización. Eliminar el archivo de registro más antigua si hay 4 archivos de registro existentes y crear un nuevo archivo de registro. Una vez creado el archivo de registro, seleccione los parámetros de monitorización y los parámetros para iniciar la sesión. Seleccione la duración de seguimiento (es decir, hasta la próxima calibración, generalmente de 2 a 3 semanas en cuencas agrícolas) y el intervalo (15 min) el inicio y fin de tiempo del archivo de registro y el intervalo de registro. Guardar el archivo de registro.
    Nota: En cualquier momento, una sonda puede almacenar archivos de registro de hasta 4.
  16. Revise el voltaje de la batería interna y reemplace las baterías internas si es necesario.
    1. Seleccionar el " en línea supervisión " tab y empezar el monitoreo en línea.
    2. Comprobar la lectura de voltaje de la batería interna. Si está por debajo de 10,5 V, sustituirla por ocho nuevas baterías de C.
      Nota: La sonda detiene grabación de datos si el voltaje de la batería interna cae por debajo de ~9.0 V.
    3. Utilizar sellador de silicona para sellar la tapa del compartimento de pilas para hacer una conexión estanca al agua.
  17. Conecte el protector del sensor y ponerlo en un cubo medio lleno de agua.
    Nota: Las sondas en el cubo están listos para el transporte y (re) instalación en los sitios. Las sondas deben estar sumergida para que el electrodo de pH funcionar correctamente.

4. Instrumento y montaje del Sensor de

  1. módulo de sensor y el flujo de área-velocidad
    1. Monte el sensor de área-velocidad sobre una placa de acero en una sección seleccionada. Monte la placa de acero en la " L " soporte ( figura 1) que se monta en el Telspar post conducido en la vaguada de la corriente (es decir, la parte más profunda del canal) ( figura 1); la extensión de la " L " soporte aguas arriba del post de Telspar debe ser lo suficientemente largos para que el flujo no se ve afectado por la presencia del post de Telspar en la corriente. Coloque el sensor en el " L " soporte en el lecho del río de manera que la punta del sensor apunte hacia arriba a lo largo de las líneas de flujo.
      Nota: El efecto de Telspar el post puede ser evaluado visualmente si la introducción del post crea disturbio del flujo en la posición del sensor de corriente arriba o cuantitativamente mediante lecturas del sensor con y sin el post de Telspar. En este protocolo, variabilidad transversal era considerada insignificante. Si va a ser evaluado, varias sondas o sensores pueden colocarse en una sección transversal. Las medidas de sensor de área-velocidad promedio velocidad, utilizando el método Doppler ultrasónico. No requiere un factor de conversión basado en la profundidad de flujo o velocidad de perfiles y calibración in situ. El módulo de flujo mide velocidad de -1,5 a 6,1 m/s y la profundidad de 0.01 m m 9,15. Como tal, es aplicable a cuencas hidrográficas diferentes.
    2. Para calcular la descarga, medir el área de la sección transversal.
      Nota: El software puede directamente calcular el área es siempre la forma del canal o una ecuación.
      Nota: Los datos del sensor se registran directamente en el módulo de flujo y puede descargarse a una computadora usando el fabricante ' s y un cable de comunicación.

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figura 1. Diseño de un caudal típico estación (no a escala).
La estación contiene un post de Telspar en el que la sonda está suspendida mediante un cable de acero, un mosquetón y virolas. Las férulas no se muestran. El soporte en L en el que se monta el sensor de área-velocidad se coloca en el lecho del río y se asegura firmemente al poste mediante pernos y tuercas. El inyector automático (no se muestra en la figura) tira de la muestra de agua de una manguera que contiene un filtro en la punta. El cable del sensor de velocidad zona está conectado al módulo de flujo (no mostrado). haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. transductor de presión (sensor PT)
    1. cuando el sensor de velocidad de la zona no está disponible, medir la profundidad, usando un transductor de presión.
    2. Instalar el sensor PT dentro del post Telspar y asegúrelo con un alambre de acero y casquillos, la punta del sensor debe apenas tocar el lecho del río. El sensor PT para medir la profundidad del agua a intervalos de 15 minutos del programa.
  2. Medición de la descarga de manual de
    1. para estaciones con un sensor PT como una descarga medidor, haga una curva de la etapa de descarga midiendo manualmente la descarga en un rango de flujos, cubriendo al menos baja, media y alta flujos. Dividir el área seccionada transversalmente en varios segmentos (30-60 cm de ancho), dependiendo de la anchura del flujo. Medir la velocidad media en la línea de centro del segmento usando un medidor de caudal portátil. Si la profundidad es de < 10 cm, medir la velocidad máxima y multiplique por 0,9 para obtener la velocidad media. Si la profundidad es de 10-75 cm, mida la velocidad a 0.6 de la profundidad para determinar la velocidad media de 15. Para profundidades superiores a 75 cm, medir las velocidades en tres profundidades (0.2, 0.6 y 0.8 de la profundidad de la superficie del agua) y los promedio de 15.
    2. Calcular la descarga de un segmento utilizando el promedio de la velocidad, anchura y profundidad del segmento y las descargas de todos los segmentos para obtener una descarga total de la suma.
    3. Seguir el procedimiento para rangos de corrientes de baja, media y flujos de alta.
    4. Determinar la relación entre la etapa (es decir, profundidad de flujo medido por el transductor de presión en el momento de la medición de descarga manual) y las descargas mide.
      Nota: Si la descarga es demasiado alta para medir la velocidad manualmente, un sensor de velocidad zona temporal puede ser utilizado hacer una relación entre la descarga medida por el sensor de velocidad del área y la profundidad medido por el sensor PT.
  3. Sonda de múltiples parámetro de calidad de agua
    1. montar la sonda en el post de Telspar con un alambre de acero, casquillos y un mosquetón para sonda seguridad y fácil instalación y desinstalación ( figura 1). Coloque la sonda en el lado aguas abajo del post de Telspar para evitar daños de troncos desechos o madera que puede venir flotando con el agua corriente, sobre todo durante las inundaciones. Coloque la parte inferior de la sonda al menos 1-10 cm sobre el lecho del río para reducir la probabilidad de acumulación de sedimento en la sonda de.
      Nota: La sonda siempre debe estar sumergida en el agua. Por lo tanto, en un arroyo con flujos variables, la sonda debe ser lo suficientemente alto como para reducir la acumulación de sedimento en la sonda y lo suficientemente bajo como para impedir que la sonda que está expuesto al aire. Sin embargo, para un canal con flujo menos variable, la sonda puede colocar que los sensores son aproximadamente 10 cm por debajo de la superficie del agua.
      Nota: Si la sonda tiene un sensor de profundidad, la altura del sensor de profundidad de la cama del canal debe medir para tener en cuenta la profundidad de instalación del sensor de profundidad por encima de la cama del canal.
    2. Potencia la sonda con baterías internas o baterías externas. Utilice una caja de batería portátil para alojar la batería externa y un cable de comunicación para conectar a la sonda. Programa de la sonda para recolectar datos cada 15 minutos y descargar los datos directamente al ordenador mediante el cable de comunicación.
  4. Muestreador automático
    1. instalar un automuestreador en vivienda del tiempo de protección en la parte superior del Banco de flujo sobre terreno estable. El inyector automático con una batería de plomo de la energía. Instalar un panel solar de 20 W para cargar el batería en el sitio.
    2. Asegurar un tubo colador bajo el agua con el Telspar poste o soporte y conecte el inyector automático con una manguera de.
      Nota: El inyector automático tira agua de la corriente a través del filtro y manguera de.
      Nota: La colocación de la tubería de filtro es importante para obtener datos representativos. En este protocolo, fue colocado asumiendo que no hay variabilidad transversal.
    3. Programa el inyector automático de muestra de agua cada semana o según necesidad. Consulte el manual del muestreador automático proporcionado por el fabricante.
      Nota: El inyector automático puede programarse para muestra de agua basado en la precipitación, caudal, tiempo o una combinación. El muestreador puede ser programado para la muestra una muestra en muchas botellas, muchas muestras en una botella (compuesto), o una combinación.
      Nota: El inyector automático recoge un volumen de agua (2.000 mL) necesaria para el análisis de parámetros adicionales en el laboratorio. Además de agua continuo monitoreo de la calidad mediante la sonda, las muestras se analizan sobre una base semanal para la concentración de sedimento suspendido.

5. Mantenimiento de la sonda y sensor

  1. sensor de velocidad zona limpia en cada visita para reducir los desechos en o cerca de la superficie del sensor.
  2. Con frecuencia calibrar los sensores de la sonda.
    Nota: Frecuencia depende temporada, hidrología, Cuenca, tipo de sensor y tipo de suciedad. En las cuencas del aquí elegidas, calibración fue necesaria cada 2 semanas para recopilar datos de buena calidad.
  3. Reemplazar las piezas consumibles como recomendado por el fabricante.
    Nota: Esto incluye un pH referencia electrodo/casquillo, un casquillo (membrana) para el sensor de OD, ion-punta sensores (nitrato y amonio) y un limpiador circulante y cepillos de.
  4. Enviar la sonda para la reparación de la fábrica si es necesario (es decir, si el sensor no lee los valores aceptables para los estándares, incluso después de reiniciar y volver a calibrar, o si los sensores no calibración).

6. Muestreo de campo y análisis de laboratorio

  1. preparar con antelación para el viaje de campo para mantener los sensores y para recoger las muestras de agua recolectadas automáticamente o manualmente muestra y recoger muestras si un muestreador automático no está disponible en el sitio. Asegúrese de incluir los elementos que aparecen en la lista de verificación (tabla 1).
  2. Recoger las muestras de agua en un limpio (es decir, ácido lavados y enjuagados) seca tarro (10 L), etiquetarlos y transporte en hielo al laboratorio tan pronto como sea posible para su análisis.
    Nota: La muestra de agua recogida es una muestra representativa en condiciones reales en el momento de muestreo y en el lugar en particular; la integridad de la muestra recogida debe ser preservada contra la contaminación y cambios de físicos, químicos y biológicos 12.
    Nota: El material de envase requerido puede ser diferente para algunos analitos de interés, mientras que la acidificación o la filtración puede ser necesaria en el sitio.
  3. Analizar la colmuestras de agua seleccionada en el laboratorio utilizando métodos estándar antes de la celebración aprobada veces 16.
    Nota: Las muestras de agua pueden ser analizadas utilizando EPA 353.2; 4500-NO3 para el nitrato, EPA 353.2; 4500-NO2 para nitritos, EPA 365.1; 4500-PI fosfato, EPA 350.1; 4500-PJ para nitrógeno total, EPA 365.4; 4500-PJ para fósforo total, 2540-D para sólidos totales suspendidos, 2540-C para el total de sólidos disueltos y D 3977-97 para la concentración de sedimento suspendido 16 , 17.
  4. Seguir el apropiado control de calidad y controles, tales como espacios en blanco, estándares, repeticiones, etc., durante el análisis. Seguir el Plan de proyecto de aseguramiento de calidad (QAPP).
  5. Llenar la cadena de hojas de custodia para el colector de muestra y al personal del laboratorio y mantener una copia de cada uno. Tenga en cuenta cualquier eventos inusuales o notables observados en el campo de la cadena de las hojas de custodia de.

7. Recopilación de datos y análisis

  1. recoger agua calidad y cantidad de datos de las sondas, el módulo de flujo y laboratorio.
  2. Guardar una copia de los datos antes de trabajar con el análisis y corrección de los datos.
  3. Cuidadosamente Inspeccione los datos recogidos en turbidez y retire cualquier cero (por ejemplo, 0.0 NTU), NAN o valores irracionales (por ejemplo, 3.000 NTU; límite de detección del sensor) antes de análisis.
    Nota: Debe ejercerse precaución al sacar los datos. Se retiran únicamente cuando las condiciones específicas en las notas de campo identifican y determinan que los datos no son razonables.
  4. Utiliza la relación de la etapa de descarga para calcular la descarga del sensor PT.
    Nota: La profundidad medida por el sensor PT debe ser presión compensada.
    1. Uso el fabricante (In situ Inc.) software, " Baromerge, " para después corregir los datos del sensor PT.
      Nota: Los datos pueden corregirse con un valor fijo de presión barométrica introduciendo muchos valores de la presión barométrica manualmente y automáticamente con un archivo de registro baroTroll. Este protocolo utiliza un archivo de registro de baroTroll en un lugar cercano para corregir automáticamente los datos del sensor PT.
  5. De datos de sensor de área-velocidad, quitar cualquier flujo negativo que podría ser sensor artefacto.
    PRECAUCIÓN: Algunas veces podría realmente haber flujo negativo, dependiendo del sitio. En ese caso, no ignore la velocidad negativa.
  6. Calcular datos faltantes de la descarga utilizando una regresión lineal entre aguas arriba o aguas abajo de la descarga y la descarga en la estación de.
    Nota: La relación debe ser estadísticamente significativa, que suele ser el caso entre descargas para las estaciones aguas arriba y aguas abajo. En las cuencas probadas aquí, la relación fue significativa (p < 0.01) y el coeficiente de correlación fue superior al 93%. Sin embargo, los datos que faltan de descarga pueden sólo ser llenados utilizando este método si la distancia entre los sitios es corta y las características de la cuenca siguen siendo similares.
  7. No llene datos de calidad de agua que falta.
    Nota: Datos de calidad de agua son afectados por muchas variables (es decir, sincronización y aplicación de fertilizante, si está aumentando o disminuyendo la descarga, condiciones específicas del sitio, etc.).
  8. Realizar un análisis de regresión entre la concentración de sedimento en suspensión (SSC) de los resultados de laboratorio y la turbiedad (NTU) medido en la corriente de.
    Nota: Dicha regresión es sensible a la distribución de tamaño de sedimento, tal que si arena constituye una fracción importante, pero variable de la SSC, la regresión será pobre. Sin embargo, puede mejorarse si se separan arenas y multas durante el análisis de la muestra y las multas están correlacionadas con la SSC. Utilizar la regresión para calcular valores SSC continuados.
  9. Puesto que las concentraciones de contaminantes varían con descarga, calcular las concentraciones de flujo ponderado usando la ecuación 1 6. Calcular las concentraciones promedios ponderado por el flujo (FWMC) sobre una base diaria, usando los datos por hora. O bien, calcular por horas con 15 minutos de datos; los FWMCs están integrados por el tiempo así.
    Equation
    donde
    FWMC = concentración media ponderada flujo diariamente
    c = concentración de la i ésima muestra
    t = tiempo de 1 h,
    q me = descarga de i ésima muestra
    i = 1 a 24
  10. aplicar técnicas estadísticas apropiadas para alcanzar los objetivos de datos. Cuando los datos son no normales, transformar los datos para hacerlos normales o usar el rango intercuartil de mediana ±. Realizar pruebas no paramétricas para datos no-normal.

Representative Results

En la publicación Aryal y Reba (2017), este protocolo fue utilizado para estudiar el transporte y la transformación de nutrientes y sedimentos en dos pequeñas cuencas agrícolas6. A continuación se describen los resultados adicionales del presente Protocolo.

Relaciones de calidad de agua de lluvia-escurrimiento:

La fuerza de monitoreo continuo es que los usuarios pueden elegir una resolución fina de tiempo para estudiar las relaciones de causa-efecto, como la relación entre la precipitación, escurrimiento y turbidez, utilizando datos de 15 min (figura 2A). Se descargaron datos pluviométricos de estaciones meteorológicas (www.weather.astate.edu), una dentro de la pequeña cuenca de zanjas y los otros 6,3 millas Lower St. Francis Basin. De 00:00 a 9:00 en 7/22, se produjo un total de 25,4 mm de lluvia. La precipitación aumenta la descarga de 0,71 m3/s a las 00:00 a 4,89 m3/s en 17:45 en 7/22. Había múltiples picos de descarga local durante el evento, probablemente ligado a la variabilidad espacial de las precipitaciones y los patrones de drenaje de los campos de arroz y la soja que contribuyeron a la mayoría del flujo. Lower St. Francis Basin tenía aproximadamente el 94% de la superficie en hileras de cultivos, principalmente de soja y arroz. Como la descarga poco a poco se desplomó, otro evento de lluvia de 14 mm ocurrió en 7/23 en 7:00 y duró 5 h. En consecuencia, otro aumento en la descarga se midió.

Como era de esperar, turbidez aumenta con descarga después del evento de lluvia y se desplomó gradualmente (figura 2A). Turbidez aumentó de 13 NTU en 23:34 en 7-21 a 409 NTU en 2:04 el 7/23. La turbiedad máxima fue obtenida durante la porción de descarga aumento del hidrograma. Fue probablemente debido a la primera descarga que lava las partículas del suelo de los campos agrícolas. Como con la descarga, la turbidez también mostró que dos claros picos.

Figure 2
Figura 2. Variación de la precipitación, la descarga y la calidad del agua para cada evento en Lower St. Francis Basin, una cuenca agrícola.
(A) precipitación, descarga y turbidez. (B) nitratos, amonio y conductividad del 7/21 7/26. La mayoría de los cultivos de la cuenca fueron soya y arroz. Las parcelas de la lluvia, la descarga y la turbiedad se basan en 60 - 15- y los datos de 15-min, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Semejantemente, nitrato, amonio y conductividad demostraron variaciones con escurrimiento y tiempo (figura 2B). Durante un evento de escurrimiento, concentración de nitrato puede disminuir debido a un efecto de dilución o aumentar debido a una mezcla de concentrado escurrimiento de los campos. En el marco de tiempo considerado, el nitrato aumentó hasta 4,52 mg/L a 2:04 el 7/22 y disminuyó gradualmente. La mayor concentración de nitrato coincidió con el primer escurrimiento al ras, recientemente aplicado pero sin usar el nitrógeno soluble se lavó lejos. El segundo pico de la concentración de nitrato se correspondió con el segundo pico en la descarga, pero tenía una concentración más baja que el primer pico. Esto es probablemente debido al derrubio del nitrógeno fácilmente soluble por la primera escalera. La forma de los picos de nitrato fue similar en ambos eventos, a pesar de las diferencias en magnitud.

La concentración de amonio promedio fue 0,80 mg/L, probablemente debido a la contribución de los campos de arroz. La concentración de amonio varió ligeramente con dos picos de descarga (es decir, aumentado con un aumento en la descarga). Sin embargo, el aumento en la concentración de amonio con el segundo pico de descarga fue menor que con el primer pico de descarga, por las mismas razones como nitrato (figura 2B). Como con el nitrato, la concentración de amonio alcanzó su punto máximo antes de la descarga pico.

La conductividad varió de 495 93 μS/cm durante el período. La conductividad demostrada una relación inversa a la descarga (figura 2A y 2B) (es decir, la conductividad era alta durante el flujo base y disminuye con un aumento en el flujo durante ambas descargas pico). Nitrato y amonio fueron probablemente menores contribuyen a la conductividad del agua, ya que la conductividad del agua disminuyó durante la descarga del pico, aunque el nitrato y el amonio fueron más altos que en condiciones de base. La dilución del agua de lluvia, que tiene una conductividad más baja, puede haber contribuido a la baja conductividad del agua en la corriente.

Variaciones diurnas de pH, temperatura y no son claramente ilustradas por los resultados de la sonda (figura 3). La temperatura varió de 36.1 a 24,6 ° C de 7/9 - 7/10. La temperatura del agua en la corriente fue el más bajo en el más alto y de 6:00-7:00 a 17:00-18:00.

Figure 3
Figura 3. Variación diurna del pH, temperatura y no en una sección de flujo en Lower St. Francis Basin, una cuenca agrícola. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

El oxígeno disuelto era más de medianoche a 6:00. La actividad fotosintética de las plantas empieza después del amanecer, la DO aumentado continuamente hasta que enarboló en 16:19 el 7 y el 9 (9,98 mg/L, saturación de 144.9%) y en 15:34 en 7/10 (11,21 mg/L, 159.9% saturación). Constantemente la no disminuyó hasta la medianoche y se mantuvo constante. Respiración de bacterias y algas, fotosíntesis, carbonosa y nitrogenada de la oxidación y temperatura afectaron la variación diurnal de18.

El pH varió entre 7.4 y 7.8 del 7/9-7/10. El pH fue mayor en 17:34 el 7 y el 9 (7.78) y en 17:04 el 7/10 (7.77). Variación diurna en el pH también fue afectada por la tasa de respiración, la fotosíntesis y el almacenamiento en búfer capacidad, puesto que el dióxido de carbono, que disminuye el pH, es durante la fotosíntesis y se añade durante la respiración en los sistemas acuáticos.

Las concentraciones se muestra en la figura 2 y figura 3, si se mide a largo plazo (es decir, un mes, estación, año) puede proporcionar información sobre cómo la calidad del agua cambia con el tiempo bajo condiciones naturales o administradas.

Temporal (mensual) variación de cargas de contaminantes:

Variación temporal en una sección de la secuencia puede ser estudiada en diferentes escalas de tiempo. Variación mensual en la poco zanjas del río, una cuenca agrícola pequeña en el noreste de Arkansas, reveló un patrón de pérdida de nitrógeno y los sedimentos de la cuenca durante todo el año (figura 4). Cargas de contaminantes fueron altas en el comienzo del verano y finales de otoño. Los meses de septiembre y octubre se caracterizaron por contaminante bajo carga, principalmente debido a un flujo bajo. La SSC fue mayor en noviembre y diciembre debido a la alta pluviosidad en los campos recientemente cosechados y perturbados. Los datos también mostraron que las variaciones eran muy altas, puesto cargas diarias fueron conducidas por eventos de precipitación que variaron significativamente. Las altas cargas durante la tarde otoño (noviembre y diciembre) demostró que los programas de reducción de nutrientes pueden ser más eficaces si se centran en la reducción de cargas de noviembre y diciembre. En consecuencia, técnicas que reducen la pérdida de contaminantes en el invierno, como el uso de cultivos de cobertura19, deben considerarse en los programas de manejo de cuencas hidrográficas.

Figure 4
Figura 4. Variación mensual de nitrato, amonio y SSC carga (kg/d) en la salida de la pequeña cuenca de zanjas.
Los valores son media ± rango intercuartil. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Variación espacial de cargas de contaminantes:

El protocolo también puede proporcionar los datos para las variaciones espaciales además de las variaciones temporales si se eligen varias estaciones dentro de una cuenca. Cargas de contaminantes en un espectáculo de cuenca agrícola (figura 5) claramente aumentar cargas de nitrato y amonio que el agua viaja río abajo. La pérdida de 9,6 kg/ha nitrato por año fue de 8-14 kg/ha por año rango en Missouri en pequeñas cuencas agrícolas con similares tipos de suelo20. Este tipo de información puede utilizarse para evaluar la efectividad de las prácticas de manejo de agua de caudal y transporte de contaminantes, entre otros.

Figure 5
Figura 5. Nitrato de amonio transporte y en la pequeña cuenca de zanjas.
Upstream, midstream y downstream sitios fueron situados aproximadamente 2 kilómetros de apart. Los valores son el error estándar de media ± de media sobre una base diaria para agosto de 2015. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Sensor de suciedad y acumulación de sedimentos:

En cuencas agrícolas, la presencia de nutrientes, como nitrógeno y fósforo en el agua de escorrentía en elevadas concentraciones puede acelerar la tasa en que bio-fouling se produce a una temperatura determinada. Además, agua de escorrentía puede llevar cargas de sedimento alta que se originan en los campos de labranza y vías fluviales erosionadas. La carga de sedimento alta puede conducir a la deposición de las partículas de sedimentos en las superficies del sensor y la sonda y la acumulación de sedimentos. Tal acumulación de suciedad y sedimentos puede resultar en deriva y resultados inexactos.

La variación diurna de hacer disminución hasta el 7/15, aumentó en 7/16 después de que el sensor se limpia en el sitio y disminuyó bruscamente después de 13 o 14 días (figura 6) debida a las incrustaciones. El crecimiento y la resultante acumulación de microorganismos en las superficies de la sonda están visibles en la figura 7. La suciedad es severa en las superficies donde los trapos o cepillos no limpian. El efecto de acumulación de sedimentos en la turbiedad de la lectura se observó en 12/26 (figura 8). La precipitación en 12/23 y 12/25 aumentó la turbiedad hasta 1595 NTU y 1073 NTU. La turbidez disminuye una vez disminución de la descarga en la corriente. Sin embargo, el evento de lluvia grande 12/26 causó la turbiedad alcanzar el límite superior de 3000 NTU. La turbiedad de la lectura permaneció estable a 3000 NTU debido a la acumulación de residuos en el protector de la sonda y la presencia de malas hierbas y plantas en el post de Telspar. Una vez que los desechos acumularon, las lecturas de turbidez fueron irregulares (es decir, cambiadas abruptamente de NTU 3000 a menos de 50 NTU en 15 minutos) e incorrecto. Por lo tanto, los datos de turbidez del 26/12 al 12/29 no son de buena calidad.

Figure 6
Figura 6. Deriva de la DO lectura del Sensor después de la sonda permanecía en la corriente durante dos semanas.
Después de la calibración, la sonda se instaló en 7/8, y la deriva comenzó en 7/22. La deriva en el sensor de lectura después de 7/21 resultó en un DO menor que lo normal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7. Imágenes que muestran el ensuciar en la superficie del Sensor (izquierda) y limpiar las superficies de detección de los sensores (derecha) después de limpiar con un cepillo y un limpiador de. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 8
Figura 8. Turbidez (NTU) en la corriente antes y después de la acumulación de sedimentos en el protector de la sonda.
Precipitación (mm) se muestra en el eje secundario. La turbiedad demostró una respuesta excelente a la lluvia el 12/16, 12/23 y 12/25. Sin embargo, el caso de grandes lluvias de acumulación de sedimento creado 12/26 en el protector de la sonda y las lecturas de turbidez después 12/26 eran defectuosos (sobre todo 3000 NTU) y errático. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Trong > Listado de artículo Anuncio de artículos Echale un vistazo Documentos QAPP (Plan de proyecto de aseguramiento de calidad) Cadena de custodia hojas Cuaderno de campo Mapas de navegación/GPS Cinta de etiqueta de la pluma, marcador, Seguridad Protector solar/gafas de sol Aerosol de avispa Botiquín de primeros auxilios Agua potable Comunicación (teléfono celular) Personal Protección equipo-ave zancuda, de goma, guantes, sombrero Cuerda y el ancla Lavado de mano antiséptico Recogida de muestras, almacenamiento, transporte Hielera y hielo Tapa y la botella de muestra Etiquetado cinta Sensor/instrumentación Cables de comunicación Cargar baterías externas Portátil de campo Sonda Cable de comunicación Pilas 'C' Cepillo y jabón Portátil de campo Otros Caja de herramientas (destornilladores, voltímetro, abrazaderas de plástico, llave,...)

Tabla 1. La lista de artículos recomendados para una visita de campo a la muestra de agua y reparación y mantener sensores.

Discussion

En general, el monitoreo continuo de nutrientes y sedimento tiene varias ventajas sobre monitoreo utilizando el método de muestreo de grab. Procesos hidrológicos y de agua de calidad son afectados por lluvias en un lapso muy corto de tiempo. Los usuarios pueden obtener datos de alta resolución temporal de nutrientes y sedimentos para el estudio de problemas complejos. Otros parámetros de calidad de agua, tales como conductividad, pH, temperatura y hacer, se pueden obtener simultáneamente y con el mismo costo en cuanto a monitoreo de turbidez, nitratos y amonio. Por otra parte, existen otros sensores de fabricantes que permiten la medición de parámetros de calidad más agua, como clorofila, salinidad, potencial de oxidación-reducción, junto con nutrientes y sedimento.

Este protocolo se puede utilizar para identificar la variación temporal de los contaminantes durante un período elegido de estudio; la variación espacial de los contaminantes en una cuenca, si la supervisión se lleva a cabo en varias estaciones; y la variación transversal de contaminantes, si la supervisión se lleva a cabo en varios puntos de una sección transversal. Como se muestra en el presente Protocolo, la variación diurna en el pH, conductividad, nitratos, amonio, turbidez y temperatura pueden demostrar relaciones de causa-efecto y contribuir a una mejor comprensión de los conductores de cargas de contaminantes.

A pesar de la exitosa medición continua de nutrientes y sedimentos, la mayor limitación del método es la pérdida de datos o la colección de datos de baja calidad debido a la falta del sensor, la pérdida de poder y acumulación de sedimentos/escombros. Mientras la selección del sitio es importante, es igualmente importante con frecuencia Compruebe la calibración o calibrar cuando sea necesario, reemplazar baterías internas y externas (si la energía no solar) y descargar y verificar datos. Calidad de los datos puede verse comprometida en varias etapas, desde la adquisición de datos para procesamiento de datos. En la etapa de adquisición, el foco de este trabajo, remedios para posibles problemas se discuten a continuación.

Pérdida de datos:

Inadecuada programación de los sensores, pérdida de potencia al sensor, etc., puede causar deficiencias en los datos. Si es posible, un cargador solar puede instalarse en las estaciones para recargar la batería. De lo contrario, el cambio frecuente de externa o interna (por sondas) las baterías se requiere. Descargando los datos con frecuencia ayudará a identificar rápidamente el problema y a la dirección, reducir la pérdida de datos debido a limitaciones de memoria. Roedores pueden dañar los cables e incurrir en pérdidas de datos. Estas pérdidas pueden evitarse mediante el uso de protectores de alambre para cubrir los cables.

Datos de baja calidad debido a la suciedad:

La suciedad de las superficies del sensor y el resultante deriva o inexactitud en los datos puede reducirse al mínimo cubriendo el protector del sensor con cinta de cobre, mediante el uso de protector de cobre y mediante el uso de cobre del acoplamiento en el protector del sensor. Nos encontramos con que cubrir la sonda superficies (no sensores) con cinta adhesiva de todo tipo de clima facilitaron enormemente la limpieza de los sensores. Como limpieza sondas con limpiaparabrisas y escobillas, en la que se utilizó en este estudio, ayudó a limpiar las superficies de los sensores (figura 7). El uso de materiales de cobre, tales como cinta, protector, o de malla, redujo el crecimiento de microorganismos y la suciedad resultante.

Datos de baja calidad debido a la acumulación de residuos:

Posicionamiento del sensor y la sonda y enterrar los cables debajo de sedimentos pueden limitar la acumulación de desechos. Por ejemplo, colocando la sonda una cierta profundidad sobre el lecho del río, pero por debajo de la superficie del agua ayuda a limitar la acumulación de sedimentos. Del mismo modo, colocando la sonda en el lado aguas abajo del post de Telspar reduce los desechos, como el post de Telspar coge los grandes bosques, pastos, etc. limpieza de la sonda durante cada campo visita puede ayudar a producir datos de mejor calidad. Envolver el protector del sensor con malla de cobre reduce la acumulación de sedimentos y escombros, interferencia de las plantas acuáticas y macroinvertebrados y suciedad.

Mientras que la sonda puede ser colocado aguas arriba o aguas abajo del post de Telspar, se recomienda suspender la sonda en el lado aguas abajo. El requisito para los sensores de la sonda para medir sin prejuicios es el movimiento del agua a través de la superficie del sensor o no agua estancada. La anchura fina del post (4.0 cm) y los agujeros en el post aseguran que el agua fluye a través de la superficie del sensor. Además, cuando la sonda está en el lado aguas arriba del post, maleza acuática y material/restos de plantas pueden incluir el protector de la sonda, como se observa en este estudio. Otro inconveniente de colocar la sonda en el lado por aguas arriba es que, mientras que el protector protege los sensores, el cuerpo de la sonda aún está en peligro de ser dañadas por escombros y madera en el lado aguas arriba del post. El efecto de la post en la medición de la velocidad puede comprobarse visualmente observando y comparando las lecturas de velocidad con y sin el post. En este protocolo, el sensor de área-velocidad era aproximadamente de 50 cm de arriba del post de Telspar, y la presencia del post Telspar no afectó la velocidad.

Es importante identificar la frecuencia de la calibración bajo condiciones específicas. Es un equilibrio de no comprometer la calidad de los datos bajo calibración y no perdiendo recursos por exceso de calibración. En las secuencias agrícolas en este estudio (es decir, clima caliente y húmedo tropical), calibración de laboratorio cada 2 semanas en el verano (figura 6) y cada 3 semanas en el invierno era suficiente. Sin embargo, los sensores fueron limpiados en el sitio cada semana durante el verano.

La preparación de un QAPP para todas las actividades, incluyendo control de calidad verifica antes el proyecto, ayuda a identificar problemas potenciales, mantiene el estudio constante y uniforme y produce datos de mejor calidad. Siguiendo las pautas proporcionadas en el procedimiento QAPP es necesaria.

Documentación de los eventos u observaciones inusuales en cuadernos o fotografías es muy importante. Muchas veces, los resultados del monitoreo están vinculados a eventos que son anormales. Por ejemplo, el dragado (es decir, limpieza) de una corriente (zanja), que es infrecuente, aumentará la turbidez de la muestra de agua, incluso sin mayor flujo.

La seguridad del personal involucrado en el trabajo de campo, así como la seguridad del instrumento, es muy importante. Deben idear un plan de bienestar, seguridad y salud antes del inicio de un proyecto. Algunas de las preocupaciones de seguridad incluyen serpientes, peligros de temperatura, inundación, viento, conducción condiciones, relámpago, etc. cuentan con logística y artículos recomendados durante las visitas de campo en la tabla 1.

Una de las limitaciones de la actual tecnología de medida de nitrato y amonio (es decir, Electrodo selectivo de iones) es que no mide los precisamente hasta valores muy bajos de nutrientes. Mientras que la resolución de los sensores es 0,01 mg/L para los sensores de nitrato y amonio, la precisión es el 5% de la lectura, o hasta ± 2 mg/L. La exactitud de la, turbiedad, pH y sensores de conductividad son ± 0.1 - 0.2 mg/L y 0,1%; ± 1 - 3% hasta 400 NTU; ± 0,2; y μs ± 5, respectivamente. Por otra parte, el protocol es difícil de seguir durante las inundaciones debido a la inaccesibilidad.

Mientras que este protocolo ha sido probado en cuencas agrícolas, puede también aplicarse a otras cuencas en otras regiones, tal como las cuencas impactadas por otras tierras usan de actividades, incluyendo la minería. Este método también es útil para evaluar interacciones entre contaminantes múltiples. Aplicaciones futuras del método descrito aquí incluyen promoción de sensor para hacer frente a la suciedad de los sensores y la acumulación de suciedad y los sedimentos en el protector de sonda; mejoras en la exactitud y precisión de los sensores; el desarrollo de redes inalámbricas y la transferencia remota de los datos a los servidores; y la acumulación de grandes redes de sistemas de adquisición de datos, gestión de datos y aplicaciones.

Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

La investigación fue posible gracias al financiamiento de la conservación de efectos evaluación de proyecto (CEAP). Estamos especialmente agradecidos por el permiso de acceso al sitio de los productores, asistencia de investigación de los miembros de la unidad de investigación de gestión de agua de USDA-ARS-Delta y análisis de la muestra por el personal en el centro de investigación de ecotoxicología, Universidad del estado de Arkansas. Parte de esta investigación fue apoyada por una cita para el programa de participación de ARS, administrado por el Instituto Oak Ridge para la ciencia y educación (ORISE) a través de un acuerdo interagencial entre el Departamento de energía de Estados Unidos y el USDA. ORISE es administrado por ORAU DOE contrato número DE-AC05-06OR23100. Todas las opiniones expresadas en este documento son del autor y no reflejan necesariamente las políticas y puntos de vista de USDA, ARS, DOE o 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

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