Instream רציף ניטור של חומרים מזינים, משקעים ב פרשות מים לחקלאות

Environment
 

Summary

עם התקדמות הטכנולוגיה ועם עליית שתסכים הציפיות, הגבירה הצורך ואת השימוש נתונים ברזולוציה הטמפורלית גבוה יותר עבור מזהמים עומס שערוך. פרוטוקול זה מתאר שיטה לניטור רציף בחיי עיר המים איכות כדי לקבל נתונים ברזולוציה הטמפורלית גבוה יותר עבור מים מושכלת החלטות ניהול משאבים.

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

ריכוזי מזהמים והמון ב פרשות מים להשתנות במידה ניכרת עם זמן ומרחב. מידע מדויק ומתוזמן על הגודל של מזהמים במשאבי מים הוא תנאי הכרחי להבנת נהגי עומסי מזהמים ולקבלת החלטות מושכלות מים משאב ניהול. השיטה הנפוצה "לתפוס הדגימה" מספק את ריכוזי המזהמים בזמנו של דגימה (קרי, ריכוז בזק), ייתכן תחת- או overpredict את ריכוזי מזהמים והמון. ניטור רציף של חומרים מזינים, משקעים לאחרונה קיבל יותר תשומת לב בשל ההתקדמות בתחום המיחשוב, חישה, וטכנולוגיה התקני אחסון. פרוטוקול זה מדגים את השימוש חיישנים sondes, מכשור כדי לפקח באופן רציף בחיי עיר חנקת אמוניום, עכירות, pH, מוליכות, טמפרטורה, חמצן מומס (DO) וכדי לחשב את עומסי שני נחלים (תעלות) ב שתי פרשות מים לחקלאות. עם כיול נכונה, אחזקה, הפעולה של חיישנים, sondes, מים טובים איכות הנתונים ניתן להשיג על ידי התגברות על מצבים מאתגרים כמו עכירות הצטברות פסולת. השיטה יכול להיות גם בשימוש פרשות מים בגדלים שונים, המאופיינת קרקע חקלאית, מיוער, ו/או עירוני.

Introduction

ניטור איכות המים מספק מידע על ריכוזי המזהמים בקני מידה שונים מרחבי, בהתאם לגודל של אזור תורם, אשר יכול לנוע בין מגרש שדה או על קו פרשת מים. ניטור זה מתרחש על פני תקופה של זמן, כגון אירוע אחד, יום, עונה או שנה. המידע שנלמדו לפי ניטור איכות המים, הקשורים בעיקר חומרים מזינים (למשל, חנקן וזרחן) משקעים, ניתן להשתמש כדי: 1) להבין תהליכים, את התחבורה ואת הפיכתו של מזהמי נחלים, כגון תעלות ניקוז חקלאי; 2) להעריך את היעילות של שיטות ניהול חלה על פרשת המים כדי להפחית את העומס התזונתי, משקעים וכדי להגדיל את איכות המים; 3) להעריך את המסירה של משקעים וחומרים מזינים למים במורד הזרם; . ו-4) לשפר את הדגמים של חומרים מזינים, משקעים כדי להבין את הידרולוגי ומים תהליכי איכות הקובעות מזהמים התחבורה ואת הדינמיקה מעל טווח סולמות הגיאופוליטיות והמרחביות טמפורלית.

מידע זה חיוני כדי שיחזור המערכת האקולוגית הימית תכנון בר קיימא, הניהול של משאבי המים1.

שיטת שנמצאות בשימוש נפוץ ביותר עבור מזין, משקעים ניטור בפרשת קח דגימה. קח דגימה מייצגת במדויק ריכוז בזק בזמנו של דגימה2. זה יכול גם מתארים וריאציה של ריכוזי מזהמים עם הזמן אם מבוצעת דגימה בתדירות גבוהה. אולם, דגימה בתדירות גבוהה הוא זמן אינטנסיבי ויקר, לעיתים קרובות הפיכתה מעשי2. בנוסף, ייתכן דגימה לתפוס תחת- או בהערכת יכולתו של ריכוז מזהמים בפועל מחוץ3,42,זמן הדגימה. כתוצאה מכך, נטען באמצעות ריכוז כזה וייתכן שלא תהיה מדויקת.

לחלופין, ניטור רציף מספקת מידע מדויק ומתוזמן על איכות המים בתוך מרווח זמן מוגדרים מראש, כגון דקה, שעה, או יום. המשתמשים יכולים לבחור את מרווחי הזמן המתאים בהתאם לצרכים שלהם. ניטור רציף מאפשר את החוקרים, המתכננים ומנהלי למטב את המדגם אוסף; לפתח ולעקוב אחר מדדי זמן משולבת, כגון הכולל המון היומי המרבי (TMDLs); להעריך את השימוש בגוף המים; השוררים הבסיס הנחל; והערכת במרחב של חנותם הווריאציות של מזהמים לקבוע קשרי סיבה-תוצאה ולפתח ניהול תוכנית5,6. ניטור רציף של חומרים מזינים, משקעים לאחרונה קיבלה תשומת לב מוגברת בשל התקדמות טכנולוגיית מחשוב, חיישן, את יכולת משופרת של התקני אחסון ו דרישות הנתונים גובר הצורך ללמוד תהליכים מורכבים יותר 1 , 5 , 7. סקר גלובלי של למעלה מ-700 אנשי מקצוע מים, השימוש בפרמטר מרובה sondes עלה מ 26% ל-61% משנת 2002 עד 2012, צפויה להגיע 66% עד 20225. בסקר אותו, 72% מהמשיבים ציינו הצורך הרחבת רשת ניטור שלהם להכיר את הנתונים שלהם צריך5. מספר תחנות ניטור ברשת ואת מספר משתנים לכל תחנת בפיקוח 2012 צפויים לגדול ב-53% ו- 64%, בהתאמה, על ידי 20225.

עם זאת, כמות מהפיקוח פרשות מים לחקלאות ואיכות מים רציפה הוא מאתגר. אירועי גשם גדול לשטוף את המשקע ואת macrophytes, לתרום עומס משקעים גבוהה הצטברות פסולת חיישנים, sondes. נגר של עודף חנקן וזרחן חלה על שטחים חקלאיים יוצר תנאים אידיאליים עבור הצמיחה של אורגניזמים מיקרוסקופיים, מאקרוסקופית, עכירות של חיישנים instream sondes, בעיקר בחודשי הקיץ. עכירות הצטברות משקעים יכול לגרום חיישנים להיכשל, הסחף של להפיק נתונים לא אמינים. למרות האתגרים הללו, עדינה יותר רזולוציה טמפורלית (כמו נמוך לפי דקות) נתונים נדרשים ללמוד על תהליכי נגר ו הלא-נקודת מקור זיהום, כפי שהם מושפעים מאפיינים קו פרשת המים (למשל, גודל, אדמה, מדרון, ועוד. ) ואת התזמון והעוצמה של המשקעים7. תצפית שדה זהיר, כיול בתדירות גבוהה, ו נאות ניקוי ותחזוקה יכול להבטיח נתונים באיכות טובה מן החיישנים sondes, אפילו ברזולוציה זמן עדינה יותר.

כאן נדון שיטת ה בחיי עיר רציף פיקוח על שתי פרשות מים חקלאיים באמצעות פרמטר ריבוי מים באיכות sondes, אזור מהירות, חיישני מתמר לחץ autosamplers; כיול ותחזוקה השדה שלהם; עיבוד נתונים. הפרוטוקול מדגים דרך שבה ניטור איכות המים מתמשך יכול להתבצע. הפרוטוקול חל בדרך כלל מים רציפה איכות וכמות ניטור כל סוג או גודל של קו פרשת המים.

הפרוטוקול בוצע ב ארקנסו הצפון הקטן תעלות. אגן נהר (ההיברו 080202040803, 53.4 km2 אזור) ואגן התחתונה סנט פרנסיס (ההיברו 080202030801, נמצא 23.4 km2 אזור). אלה שתי פרשות מים נשפכים מיובליו של נהר המיסיסיפי. הצורך בניטור מיובליו של נהר המיסיסיפי זוהה על ידי ועדת שימור התחתון של נהר המיסיסיפי, מפרץ של מקסיקו היפוקסיה כוח המשימה לפתח תוכנית ניהול קו פרשת המים וכדי להקליט את ההתקדמות של פעילויות ניהול 8 , 9. בנוסף, פרשות מים אלה מאופיינים בעושר המוקד פרשות מים על ידי שירות שימור (USDA-NRCS), משאבים טבעיים מחלקת החקלאות של ארצות הברית בהתבסס על הפוטנציאל להפחתת זיהום התזונתי, משקעים ועבור שיפור איכות המים10. פיקוח על קצה השדה מתבצע בפרשות מים אלה כחלק ברחבי המדינה רשת נהר המיסיסיפי אגן בריא פרשת יוזמה (MRBI)11. עוד פרטים על פרשות המים (קרי, לאתר מיקומים, מאפיינים קו פרשת המים, וכו ') הינם מסופקים בחדרי Aryal, ריבה (2017)6. בקיצור, באגן תעלות. הנהר הקטן יש בעיקר קרקעות חמרה סחופת, כותנה, סויה הגידולים העיקריים, ואילו התחתונה סנט פרנסיס האגן יש בעיקר אדמת חימר שארקי, אורז, סויה הם הגידולים העיקריים. על כל פרשת המים, בחיי עיר רציף מים בכמות ובאיכות ניטור (קרי, הפרשות טמפרטורה, pH, לעשות, עכירות, מוליכות, חנקתי ו אמוניום) בוצע בבית שלוש תחנות בזרם המרכזי באמצעות פרוטוקול זה כדי להבין ההשתנות יכולות את עומסי מזהמים ותהליכים ההידרולוגי. בנוסף, דגימות מים שבועי היו אסף וניתח עבור co משקעים על תנאיncentration.

Protocol

1-בחירת אתר

  1. קו פרשת המים הבחירה
    1. בחר watershed(s) בהתבסס על היקף הבעיה זיהום, העדיפות של פרשת המים, קרבתה במתקן המחקר, גישה לאתר, ו מטרות נתונים.
  2. מיקומי הדגימה זרם
    1. בחר זרם הדגימה location(s) מבוסס על מטרת המחקר.
      הערה: מיקומי הדגימה אופטימלית הם מעורבים היטב בתוך חתך, בבטחה ובקלות נגיש, geophysically יציב (קרי, קבוע חתך רוחב ובנק תומכת של מכשיר תחנת דיור), נציג 12 13 , , 14. תחנות לא מיד והאיזורים המפגש של שני נחלים, במקטע ערוץ ישר, ללא חתך ערוץ מתכנסים או מתפצלים, הינם הומוגניים ולא נציג עוד 14.
    2. בשיתוף אתר הידרולוגי ומים מדידות איכות-חתך כדי לחשב את עומסי.
      הערה: אם זיהוי וריאציית המרחבי של חומרים מזינים, משקעים ב קו פרשת מים, בחר מספר תחנות היעד מקורות פוטנציאליים ברחבי פרשת המים-

2. מכשיר ומבחר חיישן

מכשירים
  1. בחר וחיישנים כדי למדוד את הפרשות ומים באיכות וכדי לאסוף דגימות מים במרווח המיועד. לבחור את כלי הנגינה ואת חיישנים בהתבסס על נתונים צריכים פרשת המים, המשאבים הזמינים.
    הערה: חיישנים אידיאלי אמין, מדויק, רגיש, מדויק, בעלות נמוכה, ומתאים הסביבה זרם, דורשים תחזוקה מוגבל, הכשרה מינימלית של טכנאי שדה 13. בפרשת החקלאי, עכירות הצטברות פסולת הם הגורמים הגדולים חששות. כתוצאה מכך, sondes מצויד בתכונות ניקוי עצמי ו anti-עכירות עדיפים.
    1. שימוש תעשיה, sondes, אזור-מהירות חיישן מתמר לחץ, זרימה נייד של.
      הערה: sonde צריך יש מגב לניקוי החיישן עכירות ומברשת לנקות את ה-pH, אמוניום חנקתי, ולעשות חיישנים.
      הערה: המכשיר ב פרוטוקול זה מתייחס יחידה דיגום מים המורכב של תעשיה, הצינור, מודול מסננת או זרימה, חיישן מהירות באזור.
  2. מדדי איכות המים בחירה על סמך נתוני המטרה, חיישן עלות וזמינות. למדוד טמפרטורה, pH, לעשות, מוליכות, עכירות, אמוניום, חנקתי כל 15 דקות
    הערה: טמפרטורה, pH, לעשות, מוליכות הנבחרת פרמטרים הנפוצים ביותר הינם נמדדים בתחנות USGS, ואילו חנקת אמוניום, עכירות הנפוצים פחות אבל צובר פופולריות 1 , 14.
    הערה: מטרות נתונים תלוי במאפייני קו פרשת המים. לדוגמה, חנקן, זרחן ניטור עשוי להיות חשוב יותר בפרשות מים חקלאית לעומת זרחן מהפיקוח פרשות מים עירונית-

3. Sonde כיול ותכנות

  1. לכייל את החיישנים. ב- sonde בהתאם להמלצות היצרן. לשנות את פרוטוקול כיול לפי הצורך בהתאם לתנאי הסביבה המקומית.
    הערה: התדירות של כיול תלוי הסביבה שבו נחשפים החיישנים. באופן כללי, זה נופל בתוך 2-4 שבועות. . כאן, sondes מכוילים כל שבועיים במהלך עונת הצמיחה, כל 3 שבועות שאינו גדל עונה (נובמבר עד אפריל).
  2. במעבדה, לנקות את sonde ביסודיות לפני הכיול. ניקוי משטחים חיישן באמצעות מברשות רכות (למשל, מברשות שיניים), סבון או מנקה לכל מטרה. הסר את סירקולטור wiper ואת מברשת שימוש במפתח אלן משושה; לנקות את המגב ואת מברשת.
  3. נכנסים האלקטרוליט האלקטרודה הפניה pH, תמלא אותו עם פתרון אלקטרוליט טריים ולהוסיף גלולה מלח אשלגן כלורי לשמור את מוליכות הפתרון אלקטרוליט. לסגור את הפקק כך שהוא אטום; כמה אלקטרוליט יתפזרו בעוד הכיפה היא שעובדים על. לשטוף את sonde עם מים יונים.
  4. להשעות את sonde על תמיכה חזקה כך התחתון של sonde נח כ 20-30 ס מ מעל השולחן, המאפשרות עבידות קלה. לחבר את sonde למחשב באמצעות כבל תקשורת. להתחיל היצרן ' s התוכנה. העיתונות " פועלים sonde " להיכנס לתוכנית sonde.
  5. להגדיר את מספר סטנדרטים כיול-" כיוונון הפרמטר " טאב. לכייל את החיישנים לפי הסדר הבא: מוליכות, pH, לעשות, עכירות, חנקתי ו אמוניום.
    הערה: הסדר של הכיול חשוב, וגם חנקת אמוניום חיישני להשתמש בערכי מוליכות ו- pH.
    הערה: המספר של סטנדרטים כיול הם 2 עבור מוליכות, 2 או 3 ב pH, 1 לעשות, 2 או 4 עבור עכירות, 2 עבור חנקתי, ו 2 עבור אמוניום.
  6. שוטפים את sensor(s) במים DI מספר פעמים ומייבשים את surface(s) sensor(s) עם מגבונים לפני החדרת תקן החיישן למניעת זיהום צולב.
    הערה: לפני כיול כל חיישן, רשום את הערכים החיישן הקראת עבור התקנים הבאים: לעשות, pH 7, עכירות DI ו 50 NTU, טונות 50 מ"ג/ליטר, אמוניום עבור 50 מ ג/ל' ערכים אלה ניתן להעריך החיישנים היו מדויקים בתחום. הם עשויים גם בתבונה לשמש כדי לתקן את ערכי השדה.
  7. לאחר הכיול של כל חיישן (שלבים 3.8-3.13) של תקן, " הכיול המוצלח " להופיע; אם הכיול נכשלת, לאפס את החיישן ולאחר מכן נסה שנית. אם החיישן עדיין נכשלת, מתכלים ייתכן שיהיה עליך החלפת או החיישן עשוי להזדקק במפעל לתיקון.
    הערה: איפוס החיישן חנקתי או אמוניום יאפס שני חיישנים.
  8. כיילו את חיישן מוליכות באמצעות כיול 2 נקודות; 0 µs/cm בחיישן יבש 1,412 µs/ס מ עבור הפתרון הסטנדרטי. בחר " SpCond [µs/cm] " ב " כיול " טאב. יבש את החלק סגלגל של החיישן לחלוטין עם מגבונים לחים. הזן " 0.0 " µs/בס מ והזן " לכייל. "
    1. הוספה התקן בתוך תיק לכסות לחלוטין את החלק סגלגל של החיישן. לחכות עד החיישן קריאה מייצבת (~ 2-5 דקות), הזן " 1412 " ב µs/cm, והזן " לכייל. " " הכיול המוצלח " יופיעו; אם הכיול נכשלת, לאפס את החיישן ונסה שוב.
  9. לכייל את חיישן ה-pH באמצעות pH 7 ו- pH 10 תקנים ולבדוק על ליניאריות של הכיול עם pH 4. בחר " pH [יחידות] " טאב היחידים כיול הכנס ה-pH 7 תקן לתוך נרתיק כיסוי לצומת pH והן האלקטרודה הפניה. המתן כ 5 דקות על זה עד שהוא יתייצב. הזן " 7.0 " כמו ה-pH ערך והזן " לכייל. "
    1. שוטפים האלקטרודות ומייבשים אותם באמצעות מגבונים לחים. הוספת pH 10 ובצע אותו הנוהל לגבי pH 7. הוספת pH 4 כדי לבדוק אם מתקיים על ליניאריות של עקומת כיול; החיישן מכוילת צריך לקרוא 4 ± 0.2 עבור ה-pH 4.0 רגיל.
  10. לכייל את החיישן לעשות באמצעות מים-התייצב, אוויר-רוויות, יונים (18 מ' Ω-ס מ) כסטנדרט בנקודה אחת.
    1. בחר " % עידו [שבת] " בכרטיסיית למלא את הכוס כיול במים DI לרמה כמעט-מלא ומניחים בגביע על sonde. להפוך את sonde כדי לוודא חיישן טמפרטורה וממברנות לעשות מכוסים לחלוטין על ידי המים.
    2. לחכות כ 5 דקות כדי לייצב את הקריאה אחוז הרוויה. לאחר מתייצב, הזן " 100 " עבור אחוז הרוויה. הזנת הלחץ הברומטרי מ מ כספית על-ידי בדיקת תחנה מזג אוויר מקומית והזן " לכייל. "
      הערה: די מים הוא התייצב אוויר רווי מאת ולהשאיר אותה פתוחה לאווירה לפחות ללילה במעבדה לתקשורת חילוף הגזים, רוויה, מייצב טמפרטורה. הלחץ הברומטרי צריך להינתן, מאז הרוויה לעשות תלוי לחץ אטמוספירי בנוסף הטמפרטורה (נמדד על ידי sonde עצמה).
    3. לבדוק את גורם קנה המידה, אשר צריך להיות 0.5 - 1.5, מתקבל לכיול. צא מהתוכנית כיול, להיכנס למצב סופני, השתמש בחצים כדי לסמן " Log In, " והקש " הזן. " לסמן " רמה 3 " והקש " הזן. " לסמן " ההתקנה " והקש " הזן. " לסמן " חיישנים " והקש " הזן. " להדגיש " לעשות " והקש " הזן. " להדגיש " % לעשות ישב " והקש " הזן. " לציין את גורם קנה המידה.
    4. העיתונות " Esc " לצאת ולהיכנס " פועלים sonde " שוב. בחר " כיול טאב " להמשיך את הכיול.
    5. להפוך את sonde חזרה, להשהות אותו כך החיישנים פונות לקרקע.
  11. לכייל את החיישן עכירות באמצעות סטנדרטים 4: די, 50 NTU, 100 NTU ו 200 NTU. בחר " עכירות [NTUs] " טאב. בכוס כיול, לשים מספיק מים DI לכסות לפחות החלק התחתון של החיישן עכירות. תן את הקריאה עכירות לייצב. הזן נקודת " 1 " עבור תקן DI, " 0.6 " NTU עכירות ערך, ו " לכייל. "
    1. לכייל באופן דומה, החיישן עכירות עבור תקנים נוספים. למנוע היווצרות בועה על-ידי homogenizing את הסטנדרטים, הופכים את הבקבוק למעלה ולמטה (אל תלחץ), ויוצקים את הסטנדרטים לאורך הגביע.
    2. לאחר כיול בכל הסטנדרטים, לבדוק את קריאות החיישנים DI ו 50 NTU לראות אם הכיול מקובל (קרי, בתוך ±1%).
  12. לכייל את החיישן חנקתי באמצעות שני סטנדרטים: גבוהה (50 מ ג/ליטר 3 -N) נמוך (5 מ"ג/ליטר 3 -N). בחר " 3 [mg/L-N] " טאב.
    1. לשפוך 50 מ"ג/ליטר סטנדרטי כדי למלא את הכוס כיול עד שלושה רבעים מלא ומניחים בגביע על sonde, מלקשר אטומה למים. היפוך של sonde כך החיישנים חנקתי וטמפרטורה מכוסים לגמרי. לחכות 15 דקות (או עד הקריאה תהיה יציבה). לאחר מתייצב, הזן את הרמה הסטנדרטי " 1 " של הערך " 46.2. " להקליט את הקריאות טמפרטורה ו- mV במחברת. הזן " לכייל. "
      הערה: החיישן חנקתי משתמשת את חיישן טמפרטורה בנוסף החיישנים מוליכות ו- pH.
    2. שוטפים את החיישנים DI מים מספר פעמים ומייבשים אותם עם מגבונים לחים. חזור על התהליך אותו ברמה נמוכה ביותר. ההבדל בין הקריאות מתח שני צריך להיות 50-65 mV, ואת ההבדל בין הקריאות טמפרטורה לא יעלה על 5 ° F עבור הכיול להיות מקובל.
  13. לכייל את החיישן אמוניום באופן דומה על החיישן חנקתי.
  14. מחדש, לכייל את המגב ואת מברשת. בחר " SelfClean [Rev] " טאב בחר " 1 " סיבוב והזן " לכייל. "
    הערה: המגב ואת מברשת יסתובב פעם אחת.
  15. לאחר כל החיישנים מכוילים, לתכנת את sonde. הזן " הגדרת השעון לזמן pc " ב " מערכת " טאב עבור סינכרון. למחוק את קובץ יומן הרישום הבכור אם קיימות 4 קבצי יומן הרישום הקיים וליצור קובץ יומן רישום חדש. לאחר יצירת קובץ יומן הרישום, בחר את הפרמטרים ניטור ואת הפרמטרים כדי להיכנס. בחר את משך המעקב (קרי, עד הכיול הבאה, בדרך כלל 2-3 שבועות ב פרשות מים חקלאית) ואת מרווח (15 דקות) על-ידי בחירת להתחיל ולסיים בזמן שקובץ יומן הרישום ואת פרק הזמן רישום. שמור את קובץ יומן הרישום.
    הערה: בכל עת, sonde ניתן לאחסן קבצי יומן רישום עד 4.
  16. לבדוק את מתח הסוללה הפנימית ולהחליף את הסוללות הפנימיות במידת הצורך.
    1. בחר " באינטרנט ניטור " הכרטיסייה ולהתחיל ניטור מקוון.
    2. לבדוק את קריאת מתח סוללה פנימית. אם זה מתחת 10.5 V, להחליף אותו עם שמונה סוללות חדשות C.
      הערה: sonde מפסיק את ההקלטה אם מתח הסוללה הפנימית יורדת מתחת ~9.0 נ'
    3. השתמש איטום סיליקון כדי לסגור את הפקק של תא הסוללה כדי ליצור חיבור אטומה למים.
  17. לצרף את השומר חיישן ולשים אותו בתוך דלי חצי מלא מים-
    הערה: sondes בדלי הם מוכנים להעברה (מחדש) ההתקנה באתרים. Sondes חייבת להיות. מוסתר על האלקטרודה pH לתפקד כראוי.

4. כלי נגינה, התקנת סנסור

  1. שטח מהירות חיישן וזרימה מודול
    1. הר החיישן מהירות אזור מאובטח על צלחת פלדה-חתך שנבחרו. הר של פלדה על " L " לסוגר ( איור 1) נטענה על Telspar מונע פוסט-thalweg הנחל (דהיינו, החלק העמוק של הערוץ) ( איור 1); הסיומת " L " סוגר במעלה הזרם של פוסט Telspar צריכה להיות מספיק זמן כדי הזרם אינו מושפע על ידי הנוכחות של פוסט Telspar בזרם. למקם את החיישן " L " סוגר על המיטה זרם כזה כי קצה החיישן פונה במעלה הנהר לאורך קווי זרימה.
      הערה: ההשפעה של פוסט Telspar ניתן להעריך באופן חזותי אם כניסתה של הפוסט יוצר זרימה הפרעה במיקום חיישן במעלה הזרם או באופן כמותי באמצעות קריאות החיישנים עם ובלי הפוסט Telspar. פרוטוקול זה, השתנות חתך הרוחב נחשב זניח. אם הוא רוצה להיות מוערך, sondes או חיישנים מרובים ניתן להציב בכל חתך. האמצעים חיישן מהירות שטח ממוצע מהירות בשיטת דופלר אולטראסאונד. . זה לא דורש מקדם ההמרה בהתבסס על עומק זרימה או מהירות פרופיל וכיול באתר. המודול זרימה מודד מהירות מ--1.5 ל- 6.1 m/s ועומק מ- 0.01 m 9.15 מ'. ככזה, הוא החלים על פרשות מים שונה.
    2. לחישוב השחרור, למדוד את השטח של חתך הרוחב.
      הערה: התוכנה ניתן ישירות לחשב את השטח, אם הצורה של הערוץ או משוואה מסופק.
      הערה: הנתונים מכל החיישן נרשמים ישירות המודול זרימה, ניתן להוריד למחשב באמצעות היצרן ' כבל תקשורת ותוכנה s.

< img alt = "איור 1" class = "xfigimg" src = "/ קבצים/ftp_upload/56036/56036fig1.jpg"/ >
איור 1. הפריסה של Instream טיפוסי פיקוח על התחנה (לא בקנה מידה).
תחנת מכיל פוסט Telspar בו sonde מושהה באמצעות כבל פלדה, carabiner, ו- ferrules. Ferrules אינן מוצגות. L-הכן שעליו מותקן חיישן מהירות אזור הממוקמים באפיק הנחל, מאובטחת בחוזקה פוסט באמצעות ואומים. מזהמי מזון (לא מוצג באיור) מושך דגימת מים מן הצינור המכיל מסננת בקצה. חיישן מהירות אזור הכבל למודול זרימה (לא מוצג). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. רגשי לחץ (PT חיישן)
    1. בכל פעם חיישן מהירות באזור אינה זמינה, למדוד את עומק באמצעות מתמר לחץ.
    2. להתקין את החיישן PT בתוך הפוסט Telspar ואבטח אותו עם חוט פלדה, ferrules; קצה החיישן צריך רק לגעת הנחל. תוכנית החיישן PT כדי למדוד את עומק המים במרווחים של 15-מין-
  2. ידני פריקה מדידה
    1. עבור תחנות עם חיישן PT כמו הפרשות מומס, תעשה סיבוב הבמה-פריקה על ידי מדידת ידנית השחרור על טווח של תזרימי, המכסה לפחות נמוך, בינוני וגבוה זורם. לחלק את האזור חתך הרוחב למספר פלחים (30-60 ס מ), בהתאם לרוחב של זרימה. למדוד את המהירות אומר בתוך הקו המרכזי של המגזר באמצעות זרימה נייד. אם העומק < 10 ס מ, למדוד מהירות מקסימלית ו הכפל ב- 0.9 כדי לקבל את מהירות מרושע. אם עומק 10-75 ס מ, למדוד מהירות 0.6 של עומק כדי לקבוע מהירות רשע ה- 15. עבור עומק גדול מ- 75 ס מ, למדוד מהירויות בעומק שלושה (0.2, 0.6 ו 0.8 של עומק משטח מים), ממוצע אותם 15.
    2. לחשב את השחרור של מקטע באמצעות מהירות ממוצעת, רוחב, עומק של המקטע, לסכם את הפרשות של כל שכבות כדי לקבל טופס שחרור מוחלט.
    3. בצע את ההליך עבור טווחים של תזרימי כיסוי נמוך, בינוני, גבוה זורם.
    4. לקבוע את הקשר בין השלב (קרי, עומק של זרימה נמדדת מתמר לחץ בזמן המדידה פריקה ידנית) את הפרשות נמדד.
      הערה: אם השחרור הוא גבוה מדי כדי למדוד את המהירות ידנית, חיישן מהירות אזור זמני ניתן להשתמש שמערכת היחסים בין השחרור נמדד על ידי חיישן מהירות באזור את עומק נמדד על ידי חיישן PT.
  3. Sonde multi-parameter איכות מים
    1. הר את sonde על העמוד Telspar עם חוט פלדה, ferrules carabiner עבור sonde בטיחות, קל להתקנה והסרה ( איור 1). מקם את sonde על הצד במורד הזרם של פוסט Telspar כדי למנוע נזק מן יומני פסולת או עץ שיכולים לבוא צף עם זרם המים, במיוחד במהלך שטפונות. מניחים בתחתית sonde לפחות 1-10 ס מ מעל הנחל כדי להקטין את ההסתברות של הצטברות משקעים על sonde.
      הערה: sonde צריך תמיד להיות שקוע במים. לכן, בנחל זורם בדרגות שונות, sonde צריך להיות גבוה מספיק כדי להקטין הצטברות של המשקע על sonde מספיק נמוך כדי למנוע את sonde של מקבל חשיפה לאוויר. עם זאת, עבור ערוץ עם זרימה משתנה פחות, sonde ניתן להניח כך. אנחנו בערך 10 ס מ מתחת לפני השטח המים.
      הערה: אם sonde יש חיישן עומק, הגובה של החיישן עומק מן המיטה ערוץ יש למדוד לחשבון עבור העומק של ההתקנה של החיישן עומק מעל המיטה ערוץ.
    2. הכוח sonde עם סוללות פנימי ו/או סוללות חיצוני. להשתמש בתיבת סוללה נייד כדי לשכן את הסוללה חיצוני, כבל תקשורת כדי לחבר sonde. לתכנת את sonde כדי לאסוף נתונים בכל 15 דקות ולהוריד את הנתונים ישירות למחשב באמצעות כבל תקשורת-
  4. תעשיה
    1. להתקין תעשיה של מזג אוויר להגנת הדיור בחלק העליון של הנחל הבנק על קרקע יציבה. הכוח תעשיה עם מצבר עופרת חומצה. להתקין פאנל סולארי 20-W כדי לחייב הצמודה הסוללה.
    2. לאבטח צינור מסננת מתחת למים עם פוסט Telspar או L-הכן וחבר אותו תעשיה עם צינור.
      הערה: מזהמי מזון מושך מים מן הנחל דרך מסננת את הצינור.
      הערה: המיקום של הצינור מסננת חשוב לקבל נתונים נציג. ב פרוטוקול זה, הוא הוצב בהנחה אין השתנות חתך הרוחב.
    3. לתכנת את מזהמי מזון דגימת מים שבועי או לפי הצורך. עיין בספר ההדרכה של תעשיה המסופקים על ידי היצרן-
      הערה: מזהמי מזון ניתן לתכנת דגימת מים מבוסס על כמות המשקעים, זרימה, זמן או שילוב. ניתן לתכנת את הדוגם לדגום מדגם אחד לתוך בקבוקים רבים, דוגמאות רבות לתוך אחד בקבוק (קומפוזיט), או שילוב.
      הערה: מזהמי מזון אוספת נפח של מים (2,000 מ ל) הדרושים לניתוח של פרמטרים נוספים במעבדה. בנוסף מים רציפה איכות ניטור באמצעות את sonde, דוגמאות מנותחות על בסיס שבועי ריכוז המשקעים על תנאי.

5. חיישן ותחזוקה Sonde

  1. חיישן מהירות אזור נקי על כל ביקור כדי להפחית את הלכלוך על או ליד משטחים חיישן.
  2. לעתים קרובות לכייל את החיישנים. ב- sonde.
    הערה: תדירות היא תלויים בעונה, הידרולוגיה, קו פרשת המים, סוג חיישן, וקצב של עכירות. בפרשות המים שנבחרו כאן, כיול נדרש כל שבועיים כדי לאסוף נתונים באיכות טובה.
  3. להחליף חלקים מתכלים המומלצים ע י היצרן.
    הערה: זה כולל pH הפניה אלקטרודה/כובע, כובע (ממברנה) עבור החיישן לעשות, יון-טיפ חיישנים (חנקת, אמוניום חיישנים), ואת קידמית במחזור של מברשות.
  4. לשלוח את sonde לתיקון המפעל במידת הצורך (קרי, אם החיישן לא לקרוא את הערכים הקבילים עבור הסטנדרטים, גם לאחר איפוס מכייל מחדש, או אם החיישנים להיכשל כיול).

6. שדה דיגום וניתוח מעבדה

  1. הכן מראש לטיול כדי לשמור על החיישנים וכדי לאסוף את דגימות מים שנאספו באופן אוטומטי או דגימות מים ידני דוגמה של לאסוף אם תעשיה זו אינה זמינה באתר. הקפד לכלול את הפריטים הרשומים ברשימת הפעולות לביצוע (טבלה 1).
  2. לאסוף דגימות מים בסביבה נקייה (קרי, חומצה שטף ושטף), מתייבשים צנצנת (10 ליטר), לתת להם תוויות, להעביר אותם על קרח למעבדה בהקדם האפשרי עבור ניתוח.
    הערה: דגימת מים שנאספו הוא מדגם מייצג בתנאים בפועל בזמנו של הדגימה, במיקום מסוים; ויש לשמר את השלמות של המדגם שנאספו נגד זיהום ומשנה פיזית, כימית וביולוגית 12.
    הערה: החומר מיכל הנדרש עשויות להיות שונות עבור חלק analytes של עניין, ואילו acidification ו/או סינון העשויים להידרש באתר-
  3. לנתח נוגע צבעונlected מים דגימות במעבדה בעזרת בשיטות הרגילות לפני החזקת שאושרו פעמים 16.
    הערה: דגימות מים ניתן לנתח אותם באמצעות 353.2 המשרד לאיכות הסביבה; 4500-NO3 עבור חנקתי, המשרד לאיכות הסביבה 353.2; 4500-NO2 עבור חנקיתי, המשרד לאיכות הסביבה 365.1; 4500-פיי של פוספט, 350.1 המשרד לאיכות הסביבה; 4500-PJ עבור סך חנקן, המשרד לאיכות הסביבה 365.4; 4500-PJ עבור סך זרחן, 2540-D עבור מוצקים על תנאי מוחלט, 2540-C עבור סה כ מוצקים מומסים, ו- D 3977-97 עבור ה 16 , ריכוז המשקעים מושעה 17.
  4. בצע את בקרת האיכות המתאימה ואת בדיקות, כגון כדורי סרק, תקנים, משכפל, וכדומה, במהלך ניתוח. בצע את תוכנית הפרוייקט אבטחת איכות (QAPP).
  5. למלא את שרשרת המשמורת גיליונות עבור האספן מדגם והן אנשי המעבדה ולשמור עותק של כל אחד. הערה כל אירוע חריג או בולטים שנצפו בשטח על השרשרת של גיליונות משמורת.

7. איסוף נתונים וניתוח

  1. נתוני איכות וכמות המים לאסוף מן sondes, מודול תזרים, מעבדה.
  2. לשמור עותק של כל הנתונים הגולמיים לפני עבודה עם תיקון נתונים, ניתוח.
  3. בזהירות לבדוק את הנתונים שנאספו על עכירות ולהסיר את כל אפס (למשל, 0.0 NTU), נאן, או ערכים בלתי סבירה (למשל, 3,000 NTU; הגבול העליון של זיהוי של החיישן) לפני ניתוח נוסף.
    הערה: יש לנקוט זהירות בעת הסרת נתונים כלשהם. הם מוסרים רק כאשר תנאי ספציפי לאתר בהערות שדה לזהות ולקבוע כי הנתונים אינם סבירים.
  4. להשתמש הגומלין הבמה-פריקה כדי לחשב את הפרשות מהחיישן PT.
    הערה: עומק נמדד על ידי חיישן PT חייב להיות הלחץ פיצוי.
    1. השתמש היצרן (בחיי עיר inc.) תוכנה, " Baromerge, " פוסט-לתקן את הנתונים חיישן PT.
      הערה: הנתונים ניתן לתקן על ידי ערך קבוע הלחץ הברומטרי על-ידי הזנת ערכים הלחץ הברומטרי רבים באופן ידני, באופן אוטומטי עם קובץ יומן רישום baroTroll. פרוטוקול זה משתמש קובץ יומן baroTroll לפרוס בקרבת מקום כדי לתקן באופן אוטומטי את הנתונים חיישן PT.
  5. עבור נתוני חיישן מהירות באזור, להסיר כל תזרים שלילי זה יכול להיות חיישן החפץ.
    התראה: לפעמים יכול למעשה להיות תזרים שלילי, תלוי באתר. במקרה הזה, אל תתעלם המהירות שלילי.
  6. לחשב נתונים חסרים פריקה באמצעות רגרסיה ליניארית בין הפרשות במעלה או במורד הזרם ואת השחרור בתחנה.
    הערה: היחס צריך להיות משמעותי סטטיסטית, שזה בדרך כלל המשפט בין הפרשות עבור כל תחנות ויוצאת. בפרשות המים כאן, היחס היה משמעותי (p < 0.01) מקדם המתאם היה גדול מ- 93%. עם זאת, הנתונים החסרים פריקה ניתן למלא רק באמצעות שיטה זו, אם המרחק בין אתרים הוא קצר, המאפיינים קו פרשת המים נשאר דומה.
  7. ממלאת את הנתונים החסרים של איכות מים-
    הערה: נתוני איכות המים מושפעות על ידי משתנים רבים (קרי, עיתוי ויישום של דשן, אם השחרור היא הגדלה או הקטנה, אתר מסוים התנאים, וכו ').
  8. ביצוע ניתוח רגרסיה בין ריכוז המשקעים על תנאי (האס) את התוצאות מעבדה של עכירות (NTU) נמדד בנחל.
    הערה: רגרסיה כזה הוא רגיש התפלגות גודל משקעים, כזה אם חול מהווה חלק משמעותי אבל משתנה של האס, הרגרסיה יהיו עניים. עם זאת, ניתן לשפר אם חולות וקנסות מופרדים במהלך ניתוח מדגם ואם הקנסות נמצאים בקורלציה בבית המשפט לביטחון המדינה. להשתמש הרגרסיה לחישוב ערכי האס רציף.
  9. מאז ריכוזי מזהמים להשתנות עם הפרשות, לחשב ריכוזים משוקלל זרימה באמצעות משוואה 1 6. חישוב משוקלל זרימה כלומר ריכוז (FWMC) על בסיס יומי באמצעות נתונים מדי שעה. לחלופין, לחשב את זה על בסיס תעריף-שעה באמצעות נתונים 15-מין; FWMCs הזמן משולבת גם הם.
    Equation
    בו
    FWMC = ריכוז הממוצע משוקלל זרימה על בסיס יומי
    c אני = ריכוז אני מדגם th
    t אני = זמן, 1 h
    q אני = פריקה אני מדגם th
    אני = 1 עד 24
  10. בטכניקות סטטיסטיות המתאים כדי להשיג את יעדי נתונים. כאשר הנתונים הלא-נורמלית, להפוך את הנתונים כדי לגרום להם נורמלי או להשתמש טווח בין רבעוני ± החציוני. לבצע בדיקות ללא פרמטרי עבור נתונים בלתי-נורמלית.

Representative Results

בתוך הפרסום (2017) Aryal, ריבה, פרוטוקול זה שימש ללמוד את התחבורה וטרנספורמציה של חומרים מזינים, משקעים שתי פרשות מים חקלאי קטן6. תוצאות נוספות של פרוטוקול זה מתוארים להלן.

גשמים יחסים איכות מים:

הכוח של ניטור רציף היא כי המשתמשים יוכלו לבחור רזולוציה זמן נהדר ללמוד קשרי סיבה-תוצאה, כמו היחסים בין כמות המשקעים, נגר, עכירות, שימוש בנתונים 15-מין (איור 2 א). נתוני המשקעים הורדו מתחנות מזג אוויר (www.weather.astate.edu), אחד בתוך האגן תעלות נהר קטן של ק 6.3 אחרים מן האגן התחתון סנט פרנסיס. מ- 00:00 09:00 ב- 7/22, אירעה סך של 25.4 מ מ משקעים. כמות המשקעים גדלה את הפרשות 0.71 מ'3/s בשעה 00:00 עד3מ' 4.89 /s בשעה 17:45 ב- 7/22. היו שם פסגות המקומי הפרשות מרובות במהלך האירוע, ככל הנראה קשור ההשתנות המרחבית של המשקעים ואת הדפוסים ניקוז של שדות אורז, סויה שתרם רוב הזרם. האגן התחתון סנט פרנסיס היה כ- 94% של האזור בגידולים שורה, בעיקר סויה ואורז. השחרור בהדרגה שככו, עוד אירוע 14-מ מ גשם אירעה ב- 7/23 בשעה 07:00, נמשך 5 שעות. כתוצאה מכך, נמדדה עלייה נוספת בפריקה.

כצפוי, עכירות גדל עם הפרשות בעקבות אירוע גשם, שככו בהדרגה (איור 2 א). עכירות עלה מ 13 NTU-23:34-7/21 ל 409 NTU במלון ב- 7/23. עכירות הגבוהה ביותר הושג במהלך החלק פריקה הגוברת של hydrograph. זה היה ככל הנראה בגלל הריגוש הראשוני זה שנשטף חלקיקי קרקע מתוך השדות החקלאיים. כמו עם הפרשות, עכירות הראה גם שניים נקה פסגות.

Figure 2
באיור 2. וריאציה של המשקעים, הפרשות ואיכות מים על בסיס אירוע באגן התחתון סנט פרנסיס, קו פרשת המים לחקלאות.
(א) כמות המשקעים, הפרשות, עכירות. (B) חנקת אמוניום, מוליכות מ 7/21 עד 7/26. רוב הגידולים קו פרשת המים היו סויה ואורז. החלקות המשקעים, הפרשות, עכירות מבוססים על 60-, 15- ונתונים 15-מין, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

באופן דומה, חנקת אמוניום, מוליכות הראה וריאציות עם נגר זמן (איור 2B). במהלך אירוע נגר, חנקתי בריכוז באפשרותך להקטין עקב אפקט דילול או להגדיל עקב ערבוב של נגר מרוכז משדות. מסגרת זמן נחשב, חנקתי גדל עד 4.52 מ ג/ליטר במלון ב- 7/22, בהדרגה ירד. הריכוז הגבוה ביותר של חנקת בד בבד עם נגר סומק הראשון, לאחרונה חלה אך חנקן מסיסים שאינם בשימוש נשטף. הפסגה השנייה של ריכוז חנקתי התכתב עם הפסגה השנייה במהלך הפירוק, אבל זה היה ריכוז נמוך יותר מאשר השיא הראשון. . זה ככל הנראה בגלל הכשלון של חנקן מסיסים בקלות על ידי הריגוש הראשוני. הצורה של הפסגות חנקתי היה דומה לשני האירועים, למרות הבדלי גודל.

ריכוז אמוניום מרושע היה 0.80 מ ג/ליטר, ככל הנראה בגלל התרומה של שדות האורז. ריכוז אמוניום ולו במקצת עם שתי הפסגות פריקה (קרי, גדל עם עלייה פריקה). אולם, העלייה בריכוז אמוניום עם הפסגה פריקה השני היה פחות מזה עם השיא הראשון פריקה, מאותן סיבות כמו חנקתי (איור 2B). כמו עם חנקתי, ריכוז אמוניום הגיעה לשיאה לפני השחרור הגיעה לשיאה.

מוליכות נע בין 93-495 µS/cm במהלך התקופה. מוליכות הראה יחס הופכי בין לשחרר(איור 2A ו- 2B) (קרי, מוליכות היה גבוה במהלך זרימת הבסיס, פחתה עם עלייה זרימה במהלך שתי ספיקות שיא). חנקת אמוניום היו משתתפים משנית סביר מוליכות מים, מאז מוליכות מים פחתו בשנים לשיא פריקה, למרות של חנקת אמוניום היו גבוהים יותר מאשר בתקופת התנאים הבסיס. הדילול של מי גשמים, בעל מוליכות נמוכה יותר, ייתכן תרמו מוליכות נמוכה של מים בנחל.

וריאציות ההשתנות היומית של pH, טמפרטורה, וגם הם בבירור שממחישים את התוצאות sonde (איור 3). הטמפרטורה מגוונות של 36.1 מעלות 24.6 מ- 7/9 - 7/10. טמפרטורת המים בנחל הייתה הנמוכה ביותר-06:00-07:00 ו הגבוה ביותר ב- 17:00-18:00.

Figure 3
איור 3. וריאציה ההשתנות היומית של pH, טמפרטורה, וגם על מקטע זרם באגן התחתון סנט פרנסיס, קו פרשת המים לחקלאות- אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

החמצן המומס היה הנמוך ביותר החל מחצות עד 06:00. כמו פעילות הפוטוסינתזה של צמחים מתחיל לאחר הזריחה, בצע גדל בהתמדה הגיע לשיאו ב 11:41 ב- 7/9 (הם 9.98 mg/L, 144.9% רוויה), בשעה 20:54 ב- 7/10 (11.21 mg/L, 159.9% רוויה). בצע בהתמדה ירד עד חצות, נשאר קבוע. נשימה בקטריאליים ואצה, פוטוסינתזה, חמצון פחמן, חנקני, טמפרטורה סביר מושפעות וריאציית ההשתנות היומית של18.

ה-pH מגוונות בין 7.4 7.8 מ- 7/9-7/10. ה-pH היה הגבוה ביותר ב 17:34 ב- 7/9 (7.78), בשעה 22:04 ב- 7/10 (7.77). וריאציה ההשתנות היומית ב- pH הושפע גם קצב נשימה, פוטוסינתזה, אגירה קיבולת, מאז פחמן דו-חמצני, אשר מפחית את ה-pH, יוסר בעת ההטמעה, יתווסף במהלך הנשימה במערכות הימית.

הריכוזים שמוצג באיור 2 ו- איור 3, אם נמדד לאורך תקופה ארוכה יותר (קרי, בחודש, העונה, שנה) יכול לספק מידע על איך איכות המים משתנה עם הזמן בתנאים טבעיים או מנוהלים.

טמפוral וריאציה (חודשי) של עומסי מזהמים:

וריאציה הטמפורלי-קטע הנחל ניתן יהיה ללמוד על פני פרקי זמן שונים. וריאציה חודשי-קצת מבריז באגן הנהר, קו פרשת מים חקלאי קטן בארקנסו הצפון-מזרחית, גילה דפוס של חנקן וירידה משקעים של פרשת המים לאורך כל השנה (איור 4). עומסי מזהמים היו גבוהות בקיץ מוקדם, בסוף הסתיו. בחודשים ספטמבר ואוקטובר התאפיינו מזהמים נמוכה טעינה, בעיקר בשל זרם נמוך. בבית המשפט לביטחון המדינה היה הגבוה ביותר בחודשים נובמבר-דצמבר עקב כמות משקעים גבוהה בשדות לאחרונה שנקטפו, מופרע. הנתונים הראו גם כי וריאציות היו גבוהה מאוד, מאחר נטען היומיום גורשו על ידי גשמים אירועים מגוונים באופן משמעותי. הגבוה טוען במהלך מאוחר בסתיו (נובמבר ודצמבר) הדגימו כי הפחתת חומר מזין תוכניות עשוי להיות יעיל יותר אם הם מתרכזים הפחתת עומסי נובמבר/דצמבר. כתוצאה מכך, טכניקות להפחית את אובדן מזהמים בחורף, כגון השימוש של גידולי כיסוי19, יש לקחת בחשבון בתוכניות ניהול קו פרשת המים.

Figure 4
באיור 4. וריאציה חודשי של חנקת אמוניום, טען האס (ק ג/יח) משקע החשמל של אגן תעלות נהר קטן.
הערכים הם טווח בין רבעוני ± החציוני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

וריאציה המרחבי של עומסי מזהמים:

הפרוטוקול יכול גם לספק את הנתונים וריאציות המרחבי בנוסף וריאציות טמפורלית אם נבחרו מספר תחנות בתוך קו פרשת מים. מזהמים טוען במופע פרשת המים לחקלאות (איור 5) הגדלת בברור חנקתי, אמוניום נטענת המים נוסע במורד הזרם. ההפסד ב- 9.6 ק ג/ha חנקתי לשנה היה בטווח 8-14 ק ג/ha בשנה טווח שדווחו ב מיזורי ב פרשות מים חקלאי קטן עם אדמה דומה typs20. מידע מסוג זה יכול לשמש כדי להעריך את האפקטיביות של שיטות ניהול instream מים ותחבורה מזהמים, בין היתר.

Figure 5
איור 5. חנקת ותעבורה אמוניום אגן תעלות נהר קטן.
במעלה הנהר, מחליפים ואתרים במורד הזרם אותרו כ 2 ק מ אחד מהשני. הערכים הם השגיאה הסטנדרטית זאת אומרת ± של ממוצע על בסיס יומי עבור אוגוסט 2015. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

חיישן עכירות, הצטברות משקעים:

בפרשות מים לחקלאות, הנוכחות של חומרים מזינים, כגון חנקן, זרחן, במים נגר בריכוזים גבוהים יכולים להאיץ את הקצב שבו ביו-עכירות מתרחשת בטמפרטורה נתונה. בנוסף, מים נגר יכול לשאת המון משקעים גבוהות שמקורן שדות אחרים ותעלות השחוקים. העומס משקעים גבוהה יכול להוביל את התצהיר של חלקיקי המשקעים על פני השטח חיישן, sonde, הצטברות של משקעים. הצטברות כזו עכירות, משקעים יכול לגרום להיסחף, תוצאות לא מדויקות.

וריאציית ההשתנות היומית של לעשות ירידה עד 7/15, גדל ב- 7/16 אחרי החיישן היה ניקו באתר, ירד בפתאומיות לאחר 13 או 14 ימים (איור 6) עקב עכירות. הצמיחה ואת הצטברות וכתוצאה מכך של מיקרואורגניזמים של משטחי sonde גלויים איור7. עכירות הוא חמור על המשטחים איפה מגבונים או מברשות אסור לנקות. ההשפעה של הצטברות משקעים על עכירות קריאת נצפתה ב- 12/26 (איור 8). כמות המשקעים ב- 12/23 ו- 12/25 הגביר את עכירות עד 1595 NTU, 15 ביוני 1073 NTU. עכירות ירד לאחר השחרור ירידה בזרם. אולם, האירוע הגשם הגדולות ב- 12/26 גרם של עכירות להגיע את הגבול העליון של 3000 NTU. עכירות קריאה נשארו יציבים ב 3000 NTU עקב ההצטברות של פסולת על המשמר sonde ונוכחות של עשבים וצמחים על העמוד Telspar. ברגע הלכלוך שהצטבר, עכירות שהקריאות היו לא יציבים (קרי, שינתה לפתע מ 3000 NTU NTU פחות מ- 50 ב- 15 דקות) של שגוי. לפיכך, הנתונים עכירות מכל 12/26 עד 12/29 אינם באיכות טובה.

Figure 6
איור 6. הסחף של בצע קריאה חיישן לאחר Sonde נשאר בתוך הנחל במשך שבועיים.
לאחר כיול, sonde הותקן ב- 7/8, נסחפים התחיל ב- 7/22. הסחף של החיישן קריאה לאחר 7/21 גרם. עושה נמוך מהרגיל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7. תמונות מציג את Fouling על משטחים חיישן (משמאל) ועל משטחים נקיים חישה של החיישן (מימין) לאחר Wiping עם מברשת, קידמית- אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8. עכירות (NTU) בתוך הנחל לפני ואחרי הצטברות משקעים במשמר Sonde.
כמות המשקעים (מ מ) מוצג על ציר ה-y משנית. עכירות הראה מענה מצוין המשקעים על 12/16, 12/23, 12/25. עם זאת, האירוע כמות המשקעים גדולה הצטברות משקעים שנוצרו 12/26 השומר sonde, וכן את הקריאות עכירות לאחר 12/26 היו פגומות (NTU בעיקר 3000) ובלתי יציבה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

trong > פריט רשימה פריט רשימה בדוק מסמכים QAPP (תוכנית פרוייקט אבטחת איכות) שרשרת של גיליונות משמורת מחברת שדה מפות ניווט/GPS עט מרקר, תוויות קלטת בטיחות קרם הגנה/משקפי שמש תרסיס צרעה ערכת עזרה ראשונה מי שתייה תקשורת (טלפון סלולרי) אישי מגן ציוד-שלדגים, אתחול גומי, כפפות, כובע חבל, עוגן שטיפת ידיים חיטוי לטעום איסוף, אחסון, תחבורה קרים וקרח לדוגמה בקבוק, המכסה תיוג הקלטת חיישן/מכשור כבלי תקשורת סוללות חיצוני טעון מחשב נייד שדה Sonde כבל תקשורת 'C' סוללות מברשת וסבון מחשב נייד שדה אחרים ארגז הכלים (מברגים, וולט מטר, קשרים מיקוד, מפתח ברגים,...)

טבלה 1. רשימת פעולות לביצוע של פריטים מומלצים לביקור שדה דגימת מים ותיקון ולתחזק חיישנים.

Discussion

בסך הכל, ניטור רציף של חומרים מזינים, משקעים יש מספר יתרונות על ניטור באמצעות שיטת הדגימה לתפוס. תהליכי איכות הידרולוגי ומים מושפעים גשמים במשך תקופה קצרה מאוד של זמן. משתמשים יכולים לקבל נתונים זמני ברזולוציה גבוהה על חומרים מזינים, משקעים ללמוד בעיות מורכבות. ניתן לקבל פרמטרים איכות מים אחרים, כגון מוליכות, pH, טמפרטורה צריך לעשות בו זמנית, את עלות זהה עבור ניטור חנקת אמוניום, עכירות. יתר על כן, ישנם אחרים החיישנים מיצרנים לאפשר לשקילת אפילו יותר פרמטרים איכות מים, כגון כלורופיל, מליחות, פוטנציאל oxidation-reduction, יחד עם חומרים מזינים, משקעים.

פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לזהות את הווריאציה טמפורלית מזהמים לאורך תקופת הלימודים שבחרת וריאציית המרחבי של מזהמי קו פרשת מים, אם ניטור יבוצע בתחנות מרובים; הווריאציה חתך הרוחב של מזהמים, אם ניטור מתבצעת במספר נקודות חתך. כפי שמוצג פרוטוקול זה, וריאציית ההשתנות היומית ב- pH, מוליכות,, טונות, אמוניום, עכירות, הטמפרטורה יכולה להדגים יחסי סיבה-תוצאה, לתרום הבנה טובה יותר של מנהלי ההתקנים של עומסי מזהמים.

למרות מדידה רציפה מוצלחת של חומרים מזינים, משקעים, המגבלה הגדולה ביותר של השיטה הוא אובדן נתונים או האוסף של נתונים באיכות נמוכה עקב כשל של חיישן, אובדן כוח, ואת הצטברות משקעים/פסולת. בזמן בחירת אתר חשוב, חשוב באותה מידה לעתים קרובות לבדוק את הכיול או לכיול בעת הצורך, החלף פנימיים וחיצוניים סוללות (אם לא השמש מופעל), להוריד ואת לבדוק נתונים. איכות הנתונים יכול להתפשר על כמה שלבים, משלב הרכישה נתונים כדי עיבוד נתונים בשלב הרכישה, המוקד של המאמר, הסעד עבור בעיות אפשריות נדונים להלן.

אובדן נתונים:

לא הולם תכנות של חיישנים, אובדן כוח חיישן, וכדומה, עלולים לגרום פערים הנתונים. במידת האפשר, ניתן להתקין מטען סולארי בתחנות כדי להטעין את הסוללה. אחרת, החלפת תכופים פנימי (עבור sondes) ו/או חיצוני סוללות נדרש. הורדת הנתונים לעתים קרובות יעזור לזהות את הבעיה מהר לרשום כתובת, להפחית את אובדן הנתונים בשל מגבלות הזיכרון. מכרסמים יכולה לגרום נזק כבלים, ובדרך כלל הפסדים של נתונים. הפסדים אלה ניתן למנוע באמצעות חוט שומרים כדי לכסות את הכבלים.

נתונים באיכות נמוכה עקב עכירות:

עכירות של חיישן משטחים ו סחיפה וכתוצאה מכך או חוסר דיוק הנתונים ניתן למזער על ידי כיסוי השומר חיישן עם סרט נחושת, באמצעות המשמר נחושת, באמצעות נחושת mesh סביב השומר חיישן. מצאנו כי המכסה את sonde משטחים (לא חיישנים) עם דבק לכל מזג אוויר מאוד הקל הניקוי של החיישנים. Sondes ניקוי עצמי עם המגבים, מברשות, כמו בהאחד השתמשו במחקר זה, עזר לניקוי המשטחים של החיישנים (איור 7). השימוש בחומרים נחושת, כגון הקלטת, שומר, או רשת שינוי, צמצמה את הצמיחה של מיקרואורגניזמים את עכירות וכתוצאה מכך.

נתונים באיכות נמוכה עקב הצטברות פסולת:

מיקום החיישן ואת sonde את והטמנת הכבלים תחת המשקע יכול להגביל את הצטברות פסולת. לדוגמה, הצבת sonde את עומק מסוים מעל הנחל, אך מתחת לפני השטח המים מסייע להגביל את הצטברות משקעים. באופן דומה, הצבת את sonde על הצד במורד הזרם של פוסט Telspar מפחית את הלכלוך. כמו ה-post Telspar תופס את עצים גדולים, עשבים, וכו ניקוי sonde את במהלך כל שדה, הביקור יכול לעזור כדי להפיק נתונים איכותיות. גלישת השומר חיישן עם רשת נחושת מפחית את הצטברות משקעים ופסולת, הפרעה של בירקון ו- macroinvertebrates, עכירות.

אמנם sonde יכול להיות ממוקם במעלה או במורד הזרם של פוסט Telspar, מומלץ להשעות את sonde על הצד במורד הזרם. הדרישה חיישנים sonde כדי למדוד ללא דעה קדומה שיש תנועת המים על פני משטחים חיישן או שיש אין מים עומדים. רוחב דק של ה-post (4.0 ס מ) ואת החורים פוסט להבטיח כי המים זורמים דרך חיישן משטחים. בנוסף, כאשר sonde על הצד במעלה הזרם של הפוסט, הימית עשבים שוטים ופסולת מפעל חומר/אולי לתחום המשמר sonde, כפי שנצפתה במחקר זה. חיסרון נוסף של הצבת את sonde על הצד נגד הזרם הוא, ואילו השומר מגן על החיישנים, הגוף sonde הוא עדיין בסכנה להיות פגום על-ידי פסולת עץ בצד במעלה הזרם של הפוסט. ההשפעה של הפוסט על מדידת מהירות יכול להיבדק על-ידי חזותית התבוננות והשוואה בין הקריאות מהירות עם או בלי ה-post. ב פרוטוקול זה, חיישן מהירות באזור הייתה כ 50 ס מ במעלה הזרם של פוסט Telspar, הנוכחות של פוסט Telspar לא השפיע על המהירות.

זיהוי התדירות של כיול בתנאים בייעודי לאתר חשוב. זה איזון של לא להתפשר על איכות הנתונים תחת כיול, לא מבזבזים משאבים על ידי כיול יתר על המידה. בנחלים החקלאי במחקר זה (קרי, חם ולח, אקלים טרופי), מעבדת כיול כל 2 שבועות בקיץ (איור 6) ואת כל 3 שבועות בחורף היה מספיק. עם זאת, חיישנים נוקו באתר מדי שבוע במהלך הקיץ.

הכנת QAPP עבור כל הפעילויות, כולל בקרת איכות בדיקה מראש של הפרויקט, מסייע לזהות בעיות פוטנציאליות, ממשיך המחקר עקבית ואחידה, ומייצרת איכותיות נתונים. בעקבות ההנחיות בהליך QAPP נדרש.

תיעוד של אירועים או תצפיות חריג מחברות או צילומים חשוב מאוד. פעמים רבות, תוצאות ניטור מקושרים אירועים לא טיפוסיות. לדוגמה, אוניית מחפר (קרי, ניקוי) של נחל (בור), המהווה שכיחות, יגדיל את עכירות של דגימת מים, גם ללא הפרשה מוגברת.

הבטיחות של אנשי שעושה את העבודה שדה, וכן כלי בטיחות, חשובים מאוד. בטיחות, בריאות, רווחה התוכנית צריכים לתכנן לפני תחילת פרוייקט. כמה חששות בטיחות כוללים נחשים, טמפרטורה מפגעים, שיטפון, הרוח גבוהה, נהיגה בתנאים, ברק, וכו ' לוגיסטיקה ופריטים המומלצת במהלך ביקורי שדה הינם מסופקים בכל טבלה 1.

אחת המגבלות של הטכנולוגיה הנוכחית עבור מדידת את חנקת אמוניום (קרי, האלקטרודה יון סלקטיבי) היא כי זה לא מודדת אותם בדיוק עד נמוך מאוד הערכים התזונתיים. בעוד הרזולוציה של החיישן הוא 0.01 מ"ג/ליטר עבור חיישנים חנקתי והן אמוניום, הדיוק הוא 5% של הקריאה, או עד ± 2 מ ג/ל' הדיוק של האם, עכירות, pH, מוליכות חיישנים הם ± 0.1 - 0.2 מ ג/ליטר, או מ- 0.1%; ± 1 - 3% עד 400 NTU; ± 0.2; ו ± 5 µS, בהתאמה. יתר על כן, ה-protocol קשה לעקוב במהלך שטפונות עקב הנגישות.

בעוד פרוטוקול זה נבחנה ב פרשות מים לחקלאות, באפשרותך גם להחיל אותה על פרשות אחרות מים באזורים אחרים, כגון פרשות מים מושפעים קרקע אחרת להשתמש פעילויות, כולל כרייה. שיטה זו שימושית גם בהערכת יחסי-גומלין בין מזהמים מרובים. יישומים עתידיים של השיטה המתוארת כאן כוללים חיישן לקידום להתמודד עם עכירות של חיישנים, ההצטברות של פסולת/משקעים על המשמר sonde; עוד שיפורים דיוק ואמינות של החיישן; התפתחות רשתות אלחוטיות, בהעברת נתונים מרחוק לשרתים; הצטברות של רשתות גדולות יותר עבור נתוני סטנדרטיים רכישת מערכות, ניהול נתונים ויישומים.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחקר התאפשרה בשל מימון של פרוייקט הערכה אפקטים השימור (CEAP). אנו מודים במיוחד עבור גישה לאתרי רשות מן המפיקים, סיוע במחקר מחברי יחידת המחקר של ניהול המים משרד החקלאות-ARS-דלתא, וניתוח לדוגמה על ידי צוות במתקן המחקר Ecotoxicology, אוניברסיטת מדינת ארקנסו. החלק של מחקר זה נתמך על ידי פעילות התוכנית השתתפות ARS, מנוהל על ידי המכון אוק רידג על מדע, חינוך (ORISE) דרך הסוכנויות הסכם בין מחלקת האנרגיה של ארצות הברית לבין משרד החקלאות. ORISE מנוהלת על ידי ORAU תחת מספר חוזה דו דה-AC05-06OR23100. כל הדעות המובעות הנייר הזה של המחבר, אינן משקפות בהכרח את מדיניות ונופים של משרד החקלאות, ארס, דו או 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