Instream contínuo monitoramento de nutrientes e sedimentos em bacias hidrográficas agrícolas

Environment
 

Summary

Com o avanço da tecnologia e o aumento nas expectativas do usuário final, aumentou a necessidade e o uso de maior resolução temporal de dados para estimativa de carga poluente. Este protocolo descreve um método para contínua em situ água qualidade acompanhamento para obter dados de resolução temporal maiores para água informado as decisões de gestão 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

As concentrações de poluentes e cargas em bacias hidrográficas variam consideravelmente com o tempo e espaço. Informações precisas e oportunas sobre a magnitude dos poluentes nos recursos hídricos são um pré-requisito para a compreensão os drivers das cargas poluentes e para tomar decisões informada água recurso de gerenciamento. O método comumente usado "agarra a amostragem" fornece as concentrações de poluentes no momento da amostragem (ou seja, uma concentração de instantâneo) e pode sob- ou overpredict as concentrações de poluentes e cargas. Monitoramento contínuo de nutrientes e sedimentos recentemente tem recebido mais atenção devido aos avanços em computação, tecnologia e dispositivos de armazenamento de detecção. Este protocolo demonstra o uso de sensores, sondas e instrumentação para monitorar continuamente em situ nitrato de amónio, turbidez, pH, condutividade, temperatura e oxigênio dissolvido (DO) e calcular as cargas dos dois córregos (valas) em duas bacias hidrográficas agrícolas. Com a calibração adequada, manutenção e operação de sensores e sondas, dados de qualidade de água boa podem ser obtidos por superar condições desafiadoras como acúmulo de sujidade e detritos. O método também pode ser usado em bacias de vários tamanhos e caracterizado por terrenos agrícolas, florestais e/ou urbano.

Introduction

Monitoramento de qualidade de água fornece informações sobre as concentrações de poluentes em diferentes escalas espaciais, dependendo do tamanho da área contribuinte, que pode variar de um lote ou um campo a um divisor de águas. Esse monitoramento ocorre sobre um período de tempo, como um evento único, um dia, uma temporada ou um ano. As informações recolhidas dos monitoramento da qualidade da água, principalmente relacionados com nutrientes (por exemplo, nitrogênio e fósforo) e de sedimentos, podem ser usadas para: 1) compreender os processos hidrológicos e o transporte e transformação de poluentes em riachos, como valas de drenagem agrícola; 2) avaliar a eficiência das práticas de gestão aplicadas para o divisor de águas para reduzir a carga de nutrientes e sedimentos e aumentar a qualidade da água; 3) avaliar a entrega dos sedimentos e nutrientes para a água a jusante; e 4) melhorar a modelagem de nutrientes e sedimentos para compreender o hidrológico e processos de qualidade que determinam o transporte de poluentes e dinâmica na gama de escalas temporais e espaciais de água.

Esta informação é crucial para a restauração do ecossistema aquático, planejamento sustentável e a gestão dos recursos de água1.

O método mais usado para nutriente e monitoramento de sedimentos em uma bacia hidrográfica é a amostragem de garra. Amostragem de garra com precisão representa uma concentração de instantâneo no momento da amostragem2. Isso também pode retratar uma variação das concentrações de poluentes, com o tempo se amostragem frequente é feita. No entanto, amostragem frequente é tempo intensivo e caro, muitas vezes tornando-se impraticável2. Além disso, a amostragem de garra pode sob- ou superestimar as concentrações de poluentes reais fora o tempo de amostragem2,3,4. Por conseguinte, calculadas usando tais concentrações de cargas podem não ser precisas.

Alternativamente, monitoramento contínuo fornece informações precisas e oportunas sobre a qualidade da água em um intervalo de tempo pré-determinado, como um minuto, uma hora ou um dia. Os usuários podem selecionar os intervalos de tempo adequados, com base em suas necessidades. Monitoramento contínuo permite que os pesquisadores, planejadores e gestores otimizar a coleta de amostra; desenvolver e monitorar métricas tempo integradas, tais como cargas diárias máximos totais (TMDLs); avaliar o uso recreativo de massas de água; avaliar as condições de fluxo da linha de base; e espacial e temporalmente avaliar a variação de poluentes para determinar relações de causa-efeito e desenvolver um plano de gerenciamento5,6. Monitoramento contínuo de nutrientes e sedimentos recentemente recebeu maior atenção devido aos avanços na tecnologia de computação e o sensor, a capacidade melhorada de dispositivos de armazenamento e os requisitos de dados crescente preciso estudar processos mais complexos 1 , 5 , 7. em uma pesquisa global com mais de 700 profissionais de água, a utilização de sondas multiparâmetros aumentou de 26% para 61% entre 2002 e 2012 e deve chegar a 66% por 20225. Na mesma pesquisa, 72% dos entrevistados indicaram a necessidade de expansão da sua rede de monitoramento para conhecer seus dados precisa de5. O número de estações em uma rede de monitoramento e o número de variáveis monitoradas por estação em 2012 deverão aumentar em 53% e 64%, respectivamente, até 20225.

No entanto, a qualidade contínua de água e quantidade de monitoramento em bacias hidrográficas agrícolas é um desafio. Eventos de grande chuva lavagem o sedimento e macrófitas, contribuindo para o acúmulo de sedimentos de alta carga e detritos nos sensores e sondas. O escoamento de excesso nitrogênio e fósforo aplicado aos campos agrícolas cria condições ideais para o crescimento dos organismos microscópicos e macroscópicos e a incrustação de instream sensores e sondas, especialmente durante o verão. Incrustação e sedimento pode causar sensores falhar, flutuando, e produzir dados confiáveis. Apesar destes desafios, melhores dados de resolução temporal (tão baixo como por minuto) são necessários para estudar os processos de escoamento superficial e contaminação de fontes não-pontuais, como eles são afetados pelas características da bacia hidrográfica (por exemplo, tamanho, solo, inclinação, etc. ) e o tempo e na intensidade de precipitação7. Observações de campo cuidado, calibração frequente e adequada limpeza e manutenção podem garantir boa qualidade dados de sensores e sondas, mesmo com o tempo de resolução mais fina.

Aqui, vamos discutir um método para o em situ contínuo monitoramento de duas bacias hidrográficas agrícolas utilizando sondas de qualidade de água multiparâmetro, área-velocidade e sensores de transdutor de pressão e Rotating; sua calibração e manutenção de campo; e processamento de dados. O protocolo demonstra uma maneira em que monitoramento de qualidade de água contínua pode ser realizada. O protocolo é geralmente aplicável a água contínua qualidade e a quantidade de monitoramento em qualquer tipo ou tamanho da bacia hidrográfica.

O protocolo foi realizado no nordeste Arkansas em pequenas valas das bacias hidrográficas (HUC 080202040803, 53,4 km2 de área) e Lower St. Francis Basin (HUC 080202030801, área de 23,4 km2 ). Estas duas bacias desaguam afluentes do rio Mississippi. A necessidade de monitoramento de afluentes do rio Mississippi foi identificada pelo Comité de conservação inferior do rio Mississippi e o Golfo de México hipóxia força-tarefa para desenvolver um plano de gestão de bacia hidrográfica e anotar o progresso das atividades de manejo 8 , 9. Além disso, essas bacias são caracterizadas como foco as bacias hidrográficas pelos Estados Unidos Departamento de Agricultura-Natural Resources Conservation Service (USDA-CRN), baseadas no potencial para reduzir a poluição de nutrientes e sedimento e para melhoria de qualidade de água10. Borda de campo monitoramento está sendo realizado nestas bacias hidrográficas como parte da rede estadual rio Mississippi bacia hidrográfica saudável iniciativa (MRBI)11. Mais detalhes de bacias hidrográficas (ou seja, locais, características da bacia hidrográfica, etc.) são fornecidas em edu e Reba (2017)6. Em suma, pouco falta à bacia do rio tem predominantemente solos de barro de lodo, e algodão e soja são as principais culturas, Considerando que o Lower St. Francis Basin tem predominantemente Sharkey argila do solo, e arroz e feijão de soja são as principais culturas. Em cada bacia hidrográfica, em situ água contínua quantidade e qualidade (ou seja, a temperatura de descarga, pH, DO, turbidez, condutividade, nitrato e amônio) de monitoramento foi realizado em três estações no mainstream usando esse protocolo para entenda a variabilidade espacial e temporal das cargas poluentes e os processos hidrológicos. Além disso, semanalmente amostras de água foram coletadas e analisadas para sedimentos suspensos concentration.

Protocol

1. seleção de local

  1. seleção de bacias hidrográficas
    1. selecione watershed(s) baseia a magnitude do problema da poluição, prioridade da bacia hidrográfica, proximidade com o centro de pesquisa, acesso ao site, e objectivos de dados.
  2. Locais de amostragem de fluxo
    1. selecione as localizações de amostragem de fluxo baseadas sobre a finalidade do estudo.
      Nota: Os locais de amostragem ideal são bem misturados dentro de uma seção transversal, com segurança e facilmente acessível, geofísico estável (i.e., seção transversal constante e um banco solidário da habitação de estação do instrumento) e o representante 12 , 13 , 14. As estações não imediatamente a jusante da confluência de dois córregos e uma seção de canal reto, sem uma secção de canal convergentes ou divergentes, são mais homogêneas e representativas 14.
    2. Colocalizar hidrológico e medições de qualidade em um corte transversal para calcular as cargas de água.
      Nota: Se identificar a variação espacial de nutrientes e sedimentos em uma bacia hidrográfica, selecionar várias estações alvo potenciais fontes em toda a bacia hidrográfica.

2. Instrumento e Sensor de seleção

  1. escolher instrumentos e sensores para medir a descarga e a qualidade da água e coletar amostras de água no intervalo pretendido. Escolher o instrumento e sensores com base na necessidade de dados, bacias hidrográficas e os recursos disponíveis.
    Nota: Sensores Ideal são fiáveis, precisos, sensíveis, precisos, baixo custo e apropriada para o ambiente de fluxo e exigem manutenção limitada e treinamento mínimo do campo técnico 13. Em uma bacia hidrográfica agrícola, acúmulo de sujidade e detritos são as maiores causas de preocupações. Por conseguinte, sondas, equipadas com recursos de auto-limpeza e anti-incrustantes são preferidas. Sensor de
    1. uso um mostruário, sondas, uma área-velocidade, um transdutor de pressão e um medidor de vazão portátil.
      Nota: A sonda deve ter um trapo para limpar o sensor de turbidez e uma escova para limpar o pH, amônia, nitrato e fazer sensores.
      Nota: O instrumento no presente protocolo refere-se a uma unidade de amostragem de água consistindo de um mostruário, mangueira, filtro ou fluxo módulo e sensor de área-velocidade.
  2. Parâmetros de qualidade de água select baseiam-se no objectivo de dados, sensor custo e disponibilidade. Medir a temperatura, pH, DO, condutividade, turbidez, amónio e nitrato cada 15 min.
    Nota: Temperatura, pH, DO e condutividade são os mais comuns parâmetros escolhidos e são medidos em estações de USGS, Considerando que o nitrato de amónio e turbidez são menos comuns, mas estão ganhando popularidade 1 , 14.
    Nota: os objectivos dados dependem das características de bacia hidrográfica. Por exemplo, nitrogênio e fósforo de monitoramento podem ser mais importantes em bacias hidrográficas agrícolas em relação ao monitoramento de fósforo em bacias hidrográficas urbanas.

3. Programação e calibração da sonda

  1. calibrar sensores a sonda conforme as recomendações do fabricante. Modificar o protocolo de calibração conforme necessário com base nas condições ambientais locais.
    Nota: A frequência de calibração depende do ambiente em que os sensores estão expostos. Geralmente, cai dentro de 2-4 semanas. Aqui, as sondas são calibradas a cada 2 semanas durante a época de crescimento e a cada 3 semanas em crescimento não temporada (de novembro a abril).
  2. No laboratório, limpe a sonda antes de calibração. Limpe as superfícies do sensor utilizando escovas macias (por exemplo, escovas de dentes) e sabão ou limpador multiuso. Remova o limpador do circulador e escova, usando uma chave Allen; Limpe o limpa para-brisas e escova.
  3. Derramar o eletrólito do eletrodo de referência de pH, encha-o com solução eletrolítica fresco e adicionar uma pastilha de sal de cloreto de potássio para manter a condutividade da solução eletrolítica. Fechar a tampa, de modo que é hermético; alguns eletrólitos vão derramar para fora enquanto a tampa é ser parafusada na. Lavar a sonda com água desionizada.
  4. Suspender a sonda em um suporte resistente para que o fundo da sonda repousa cerca de 20-30 cm acima do topo da tabela, permitindo a fácil trabalhabilidade. Conecte a sonda ao computador usando um cabo de comunicação. Iniciar o fabricante ' software s. Imprensa " operar sonda " para entrar no programa da sonda.
  5. Definir o número de padrões de calibração para o " configuração do parâmetro " guia. Calibrar os sensores na seguinte ordem: condutividade, pH, DO, turbidez, nitrato e amônio.
    Nota: A ordem de calibração é importante, como nitrato e amônio sensores de usam valores de condutividade e pH.
    Nota: O número de padrões de calibração é 2 para a condutividade, 2 ou 3 para pH, 1 para fazer, 2 ou 4 turvação, 2 para nitrato e 2 para amônio.
  6. Enxaguar os sensores com água várias vezes e seco no que respeita a sensores com toalhitas antes introduzindo um padrão no sensor para evitar a contaminação cruzada.
    Nota: Antes de calibrar cada sensor, observe os valores do sensor lê para as seguintes normas: fazer, pH 7, turbidez para DI e 50 NTU, nitrato para 50 mg/L e de amónio para 50 mg/L. Esses valores podem ser usados para avaliar se os sensores eram precisos no campo. Eles também podem ser prudentemente usados para corrigir valores de campo.
  7. Após a calibração de cada sensor (etapas 3.8-3.13) para um padrão, " calibração bem sucedida " vai aparecer; se falhar a calibração, redefinir o sensor e tente novamente. Se o sensor ainda falha, os consumíveis podem precisar de substituição ou o sensor pode precisar reparação fábrica.
    Nota: Redefinir o sensor de nitrato ou amônia redefinirá os dois sensores.
  8. Calibrar o sensor de condutividade usando a calibração de 2 pontos; 0 µs/cm para um sensor seco e 1.412 µs/cm para a solução-padrão. Escolha " SpCond [µs/cm] " no " calibração " guia. Seca a parte oval do sensor completamente com toalhitas. Digite " 0.0 " em µs/cm e digite " calibrar. "
    1. Inserir o padrão em uma bolsa para cobrir inteiramente a parte oval do sensor. Espere até que o sensor de leitura estabiliza (~ 2-5 min), digite " 1412 " em µs/cm e digite " calibrar. " " calibração bem sucedida " irá aparecer; se a calibração falhar, redefinir o sensor e tente novamente.
  9. Calibrar o sensor de pH utilizando pH 7 e pH 10 normas e verificar a linearidade da calibração com pH 4. Selecione o " pH [unidades] " guia na guia de calibração inserir o pH 7 padrão em um malote, abrangendo tanto a junção de pH e o eletrodo de referência. Espere aproximadamente 5 min para se estabilize. Digite " 7.0 " como o pH valor e digite " calibrar. "
    1. lave os eletrodos e secá-las usando lenços. Insira o pH 10 e siga as mesmo procedimento quanto ao pH 7. Inserir a pH 4, para verificar se a linearidade da curva de calibração é conhecida; o sensor calibrado deve ler 4 ± 0,2 para o pH 4.0 padrão.
  10. Calibrar o sensor usando água temperatura estabilizada, saturada de ar, deionizada (18 M Ω-cm) como padrão de ponto único.
    1. Selecione a " LDO % [Sáb] " Tab. Encha o copo de calibração com água ao nível quase completo e coloque o copo sobre a sonda. Inverter a sonda para certificar-se de que o sensor de temperatura e fazer as membranas são completamente cobertas pela água.
    2. Esperar aproximadamente 5 min para estabilizar a leitura da porcentagem de saturação. Insira uma vez estabilizada, " 100 " para a saturação por cento. Digite a pressão barométrica em mmHg, verificando uma estação meteorológica local e " calibrar. "
      Nota: DI água é temperatura estabilizada e saturada com ar deixando-o aberto para a atmosfera, pelo menos durante a noite no laboratório para a troca gasosa, saturação e estabilização da temperatura. Pressão barométrica precisa ser fornecido, uma vez que a saturação depende da pressão atmosférica, além da temperatura (medida pela sonda em si).
    3. Verificar o fator de escala, que deve ser de 0.5 - 1.5, para calibração aceitável. Sair do programa de calibração, entrar no modo de terminal, use as setas para destacar " Log-In, " e pressione " digite. " destacar " nível 3 " e pressione " digite. " destacar " instalação " e pressione " digite. " destacar " sensores " e pressione " digite. " destacar " fazer " e pressione " digite. " destacar " % sentou-se " e pressione " digite. " Observe o fator de escala.
    4. Imprensa " Esc " para sair e entrar " operar sonda " novamente. Selecione o " Guia de calibração " para continuar a calibração.
    5. Inverter a sonda de volta e suspendê-lo, para que os sensores de cara no chão.
  11. Calibrar o sensor de turbidez usando 4 padrões: DI, 50 NTU, NTU 100 e 200 NTU. Selecione o " turbidez [NTUs] " guia. Em um copo de calibração, coloque bastante água DI para cobrir pelo menos a parte inferior do sensor de turbidez. Deixe a leitura de turbidez estabilizar. Inserir ponto " 1 " para o padrão de DI, uma " 0.6 " valor de turbidez NTU, e " calibrar. "
    1. da mesma forma, calibrar o sensor de turbidez para outros padrões. Evitar a formação de bolha por homogeneizar as normas, transformando a garrafa de cima e para baixo (não agite) e derramando os padrões ao longo da Copa.
    2. Depois de calibrar todos os padrões, verificar as leituras do sensor para DI e 50 NTU para ver se a calibração foi aceitável (isto é, dentro de ± 1%).
  12. Calibrar o sensor de nitrato, usando dois padrões: alta (50 mg/L há 3 -N) e baixa (5 mg/L n. º 3 -N). Selecione o " 3 [mg/L-N] " guia.
    1. Pour a 50 mg/L padrão para encher o copo de calibração até três quartos cheio e coloque o copo sobre a sonda, fazendo uma conexão à prova d'água. Inverta a sonda para que os sensores de temperatura e nitrato são completamente cobertos. Espere por 15 min (ou até que a leitura é estável). Uma vez estabilizado, entrar no nível padrão " 1 " e um valor de " 46,2. " gravar as leituras de temperatura e mV em um notebook. Digite " calibrar. "
      Nota: O sensor de nitrato usa o sensor de temperatura, além de sensores de condutividade e pH.
    2. Enxaguar os sensores com água várias vezes e secá-los com lenços. Repita o mesmo procedimento para o padrão baixo. A diferença entre as leituras de dois tensão deve ser 50-65 mV, e a diferença entre as leituras de temperatura não deve exceder 5 ° F para a calibração aceitável.
  13. Calibrar o sensor da mesma forma que o sensor de nitrato de amónio.
  14. Reinstalar e calibrar os limpa para-brisas e escova. Escolha o " automático [Rev] " Tab. Choose " 1 " rotação e digite " calibrar. "
    Nota: O limpa para-brisas e escova irão rodar uma vez.
  15. , Uma vez que todos os sensores são calibrados, programar a sonda. Digite " relógio conjunto para pc tempo " no " sistema " guia para sincronização. Excluir o arquivo de log mais antigo se existem 4 arquivos de log existentes e criar um novo arquivo de log. Uma vez que o arquivo de log é criado, selecione os parâmetros de monitoramento e os parâmetros de log. Selecione o monitoramento duração (ou seja, até a próxima calibração, normalmente 2-3 semanas em bacias hidrográficas agrícolas) e intervalo (15 min), escolhendo o iniciar e terminar o tempo de arquivo de log e o intervalo de log. Salvar o arquivo de log.
    Nota: A qualquer momento, uma sonda pode armazenar até 4 arquivos de log.
  16. Verificar a tensão da bateria interna e, se necessário, substitua as baterias internas.
    1. Selecione a " monitoramento on-line " guia e iniciar o monitoramento on-line.
    2. Verificar a leitura de tensão de bateria interna. Se for abaixo de 10,5 V, substituí-lo com oito pilhas novas de C.
      Nota: A sonda para a gravação de dados se a tensão da bateria interna cai abaixo de ~9.0 V.
    3. Usar o selante de silicone para selar a tampa do compartimento das pilhas para fazer uma conexão estanque.
  17. Anexar a guarda de sensor e colocá-lo em um balde de água meio cheio.
    Nota: As sondas no balde estão prontas para o transporte e (re) instalação dos locais. As sondas devem ser submersa para o eletrodo de pH funcionar corretamente.

4. Instrumento e instalação do Sensor

  1. módulo de sensor e fluxo de área-velocidade
    1. monte o sensor de velocidade área firmemente em uma placa de aço em uma seção transversal selecionada. Montar a placa de aço no " L " suporte ( Figura 1) que é montado na Telspar post dirigido no talvegue do fluxo (ou seja, a parte mais profunda do canal) ( Figura 1); a extensão do " L " suporte montante do post Telspar deve ser tempo suficiente para que o fluxo não é afetado pela presença do post Telspar no fluxo. Coloque o sensor sobre o " L " suporte no leito de tal forma que a ponta do sensor enfrenta rio acima ao longo das linhas de fluxo.
      Nota: O efeito de Telspar post pode ser avaliado visualmente se a introdução do post cria perturbação do fluxo na posição do sensor, montante ou quantitativamente usando sensores de leitura com e sem o post Telspar. Neste protocolo, a variabilidade transversal foi considerada insignificante. Se é para ser avaliado, várias sondas ou sensores podem ser colocados em um corte transversal. As medidas de sensor de área-velocidade média velocidade usando o método de Doppler ultra-sônico. Não requer um fator de conversão com base na profundidade de fluxo ou de criação de perfil de velocidade e calibração no local. O módulo de fluxo mede a velocidade de-1.5 a 6,1 m/s e profundidade de 0,01 m de 9,15 m. Como tal, é aplicável a diferentes bacias hidrográficas.
    2. Para calcular a descarga, medir a área de secção transversal.
      Nota: O software diretamente pode calcular a área se forma de canal ou de uma equação é fornecida.
      Nota: Os dados do sensor são registrados diretamente no módulo de fluxo e pode ser baixados para um computador usando o fabricante ' s software e um cabo de comunicação.

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Figura 1. Layout de um típico Instream monitoramento estação (não para uma escala).
A estação contém um post de Telspar em que a sonda está suspenso usando um cabo de aço, um mosquetão e virolas. As virolas não são mostradas. O suporte em L no qual está montado o sensor de velocidade-área é colocado no leito e é fixado firmemente ao post usando porcas e parafusos. O mostruário (não mostrado na figura) puxa a amostra de água de uma mangueira que contém um filtro na ponta. O cabo do sensor de velocidade-área é conectado ao módulo de fluxo (não mostrado). clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. transdutor de pressão (sensor PT)
    1. sempre que o sensor de área-velocidade não estiver disponível, medir a profundidade utilizando um transdutor de pressão.
    2. Instalar o sensor PT dentro do post Telspar e fixe-o com um fio de aço e virolas; a ponta do sensor só deve tocar o leito. Programar o sensor PT para medir a profundidade da água em intervalos de 15 min.
  2. Manual de medição de descarga
    1. para estações com um sensor PT como uma descarga de medição o aparelho, fazer uma curva de descarga num palco medindo manualmente a descarga sobre uma escala dos fluxos, cobrindo pelo menos baixa, média e alta flui. Divida a área de seção transversal em vários segmentos (30-60 cm de largura), dependendo da largura do fluxo. Medir a velocidade média na linha de centro do segmento usando um medidor de vazão portátil. Se a profundidade for < 10cm, medir a velocidade máxima e multiplique por 0,9 para obter a velocidade média. Se 10-75 cm de profundidade, medir a velocidade em 0,6 da profundidade para determinar a velocidade média de 15. Para profundidades superiores a 75 cm, medir velocidades em três profundidades (0,2 0,6 e 0,8 da profundidade da superfície da água) e os média 15.
    2. Calcular a descarga de um segmento usando a média velocidade, largura e profundidade do segmento e soma as descargas provenientes de todos os segmentos para obter uma descarga total.
    3. Siga o procedimento para intervalos de fluxos cobrindo fluxos de altos, média e baixa.
    4. Determinar a relação entre a fase (ou seja, a profundidade de fluxo medido pelo transdutor de pressão no momento da medição manual de descarga) e as medido descargas.
      Nota: Se a descarga é muito alta para medir a velocidade manualmente, um sensor de velocidade-área temporária pode ser usado fazer um relacionamento entre a descarga medido pelo sensor de área-velocidade e a profundidade medido pelo sensor PT.
  3. Sonda de multi parâmetro de qualidade de água
    1. montar a sonda no post Telspar com um fio de aço, ferrolhos e um mosquetão para segurança de sonda e fácil instalação e remoção ( Figura 1). Coloque a sonda no lado a jusante do post Telspar para prevenir danos provocados por detritos ou madeira logs que podem vir a flutuar com a água do córrego, especialmente durante a inundação. Coloque a parte inferior da sonda pelo menos 1-10 cm acima da cama de fluxo para reduzir a probabilidade de acúmulo de sedimentos na sonda.
      Nota: A sonda deve ser sempre submersos na água. Portanto, em um fluxo com fluxos variáveis, a sonda deve ser alta o suficiente para reduzir o acúmulo de sedimentos sobre a sonda e baixa o suficiente para evitar a sonda ficar exposto ao ar. No entanto, para um canal com fluxo menos variável, a sonda pode ser colocada tal que os sensores estão a cerca de 10 cm abaixo da superfície da água.
      Nota: Se a sonda tem um sensor de profundidade, a altura do sensor de profundidade do fundo do canal deve ser medida para conta para a profundidade de instalação do sensor de profundidade acima da cama canal.
    2. Poder da sonda com baterias internas e/ou baterias externas. Use uma caixa de bateria portátil para abrigar a bateria externa e um cabo de comunicação para conectar para a sonda. A sonda para coletar dados de todos os 15 min e baixar os dados diretamente para o computador usando o cabo de comunicação do programa.
  4. Mostruário
    1. instalar um mostruário em tempo-protetor carcaça na parte superior do banco do fluxo em terreno estável. Poder o mostruário com uma bateria acidificada ao chumbo. Instalar um painel solar de 20 W para carregar o bateria no local.
    2. Secure um tubo de filtro debaixo de água com o Telspar ou suporte em L e conectá-lo para o mostruário com uma mangueira.
      Nota: O mostruário automático puxa água do fluxo através do filtro e mangueira.
      Nota: O posicionamento do tubo de filtro é importante para obter dados representativos. Neste protocolo, ele foi posicionado não assumindo nenhuma variabilidade transversal.
    3. Programa o mostruário de água amostra semanal ou com base na necessidade. Consulte o manual de mostruário fornecido pelo fabricante.
      Nota: O mostruário automático pode ser programado para água de amostra com base na precipitação, fluxo, tempo ou uma combinação. O sampler pode ser programado para provar uma amostra em muitas garrafas, muitas amostras em uma garrafa (composto), ou uma combinação.
      Nota: O mostruário recolhe um volume de água (2.000 mL) necessária para a análise de parâmetros adicionais no laboratório. Além do monitoramento da qualidade de água usando a sonda, amostras são analisadas em uma base semanal para a concentração de sedimentos suspensos.

5. Sensor e manutenção de sonda

  1. sensor de área limpa-velocidade em cada visita ao reduzir os detritos sobre ou próximo as superfícies de sensor.
  2. Frequentemente calibrar os sensores sobre a sonda.
    Nota: A frequência é dependente de temporada, hidrologia, bacias hidrográficas, tipo de sensor e taxa de incrustação. Nas bacias hidrográficas escolhidas aqui, calibração foi exigida a cada duas semanas para coletar dados de boa qualidade.
  3. Substituir as peças consumíveis, como recomendado pelo fabricante.
    Nota: Isto inclui um pH referência eletrodo/cap, um boné (membrana) para o sensor, sensores íon-ponta (sensores de nitrato e amônio) e um limpador de circulação e pincéis.
  4. Enviar a sonda para o reparo da fábrica se necessário (ou seja, se o sensor não lê os valores aceitáveis para os padrões, mesmo depois de reiniciar e recalibrar, ou se os sensores falharem calibração).

6. Amostragem de campo e laboratório de análise

  1. preparar antecipadamente para a viagem de campo para manter os sensores e coletar as amostras de água coletadas automaticamente ou manualmente amostra e coletar amostras se um mostruário automático não está disponível no site. Certifique-se de incluir os itens listados na lista de verificação (tabela 1).
  2. Coletar as amostras de água em um ambiente limpo (ou seja, ácido lavado e escorrido) e seque o frasco (10 L), rotulá-los e transportá-los no gelo para o laboratório logo que possível para análise.
    Nota: A amostra de água coletada é uma amostra representativa sob condições reais no momento da amostragem e no local determinado; a integridade da amostra coletada deve ser preservada contra contaminação e físicas, químicas e biológicas muda 12.
    Nota: O material do recipiente necessário pode ser diferente para alguns analitos de interesse, Considerando que a acidificação e/ou filtragem pode ser necessária no local.
  3. Analisar o colamostras de água reflectida no laboratório usando métodos padrão antes exploração aprovada vezes 16.
    Nota: As amostras de água podem ser analisadas usando 353.2 EPA; 4500-NO3 para nitrato, EPA 353.2; 4500-NO2 para nitrito, EPA 365.1; 4500-PI para fosfato, EPA 350.1; 4500-PJ para azoto total, EPA 365.4; 4500-PJ para fósforo total, 2540-D para sólidos suspensos totais, 2540-C para o total de sólidos dissolvidos e D 3977-97 para a concentração de sedimentos suspensos 16 , 17.
  4. Siga o adequado controle de qualidade e controlo, tais como espaços em branco, padrões, repetições, etc., durante a análise. Siga o plano de projeto de garantia de qualidade (QAPP).
  5. Preencher a cadeia de folhas de custódia para o coletor de amostra e o pessoal de laboratório e manter uma cópia de cada um. Observe quaisquer eventos incomuns ou notáveis observados no campo da cadeia de folhas custódia.

7. Coleta de dados e análise

  1. coletar água qualidade e quantidade de dados do sondas, módulo de fluxo e laboratório.
  2. Salvar uma cópia de todos os dados brutos antes de trabalhar com a correção de dados e análise.
  3. Cuidadosamente inspecionar os dados coletados na turbidez e remover qualquer zero (por exemplo, 0,0 NTU), NAN, ou valores razoáveis (por exemplo, 3.000 NTU; limite superior de detecção do sensor) antes de uma análise mais aprofundada.
    Nota: Deve ter cuidado ao remover todos os dados. Eles são removidos somente quando as condições específicas do local nas notas de campo, identificam e determinar que os dados não são razoáveis.
  4. Usar a relação de fase de descarga para calcular a descarga do sensor PT.
    Nota: A profundidade medida pelo sensor PT deve ser pressão compensada.
    1. De uso do fabricante (In situ Inc.), software de " Baromerge, " pós-corrigir os dados do sensor PT.
      Nota: Os dados podem ser corrigidos por um valor fixo de pressão barométrica inserindo muitos valores de pressão barométrica manualmente e automaticamente com um arquivo de log baroTroll. Este protocolo usa um arquivo de log do baroTroll implantado em um local próximo para corrigir automaticamente os dados do sensor PT.
  5. Para os dados do sensor de área-velocidade, remover qualquer fluxo negativo que poderia ser o artefato sensor.
    Cuidado: Às vezes pode haver fluxo negativo, dependendo do local. Nesse caso, não ignore a velocidade negativa.
  6. Calcular dados de descarga ausentes usando uma regressão linear entre a montante ou a jusante da descarga e a descarga na estação de.
    Nota: A relação deve ser estatisticamente significativa, que é geralmente o caso entre as descargas para as estações de upstream e downstream. Nas bacias hidrográficas testadas aqui, a relação foi significativa (p < 0,01) e o coeficiente de correlação foi superior a 93%. No entanto, os dados de quitação em falta só podem ser preenchidos usando esse método, se a distância entre os locais é curta e as características da bacia hidrográfica permanecem similares.
  7. Não preencher dados de qualidade de água ausentes.
    Nota: Dados de qualidade de água são afetados por muitas variáveis (ou seja, sincronismo e aplicação de fertilizante, se a descarga está aumentando ou diminuindo, condições locais específicas, etc.).
  8. Realizar uma análise de regressão entre a concentração de sedimentos suspensos (CCD), a partir dos resultados de laboratório e a turbidez (NTU) medido no riacho.
    Nota: Tal uma regressão é sensível à distribuição de tamanho de sedimento, tal que se areia constitui uma fração significativa mas variável do CCD, a regressão será pobre. No entanto, pode ser melhorado se areias e multas são separadas durante a análise da amostra e se as multas estão correlacionadas com o SSC. Usar a regressão para calcular valores contínuos de SSC.
  9. , Desde que as concentrações de poluentes variam com descarga, calcular concentrações ponderadas fluxo usando a equação 1 6. Calcule as fluxo ponderado médios concentrações (FWMC) em uma base diária, usando dados de hora em hora. Alternativamente, calculá-lo numa base horária usando dados de 15 min; os FWMCs são tempo-integrado também.
    Equation
    onde
    FWMC = concentração média ponderada de fluxo em uma base diária
    c eu = concentração de i th amostra
    t eu = tempo, h 1
    q eu = descarga para eu th amostra
    eu = 1 a 24
  10. aplicar técnicas estatísticas adequadas para atingir os objetivos dados. Quando os dados são não-normal, transforme os dados para torná-los normais ou usar mediana ± intervalo interquartil. Realizar testes não-paramétricos para dados não-normal.

Representative Results

Na publicação (2017) edu e Reba, este protocolo foi usado para estudar o transporte e a transformação de nutrientes e sedimentos em duas bacias hidrográficas agrícolas pequeno6. Resultados adicionais do presente protocolo são descritos abaixo.

Precipitação-escoamento relacionamentos de qualidade de água:

A força do monitoramento contínuo é que os usuários podem escolher uma resolução de tempo bom para estudar as relações de causa-efeito, tais como a relação entre a precipitação, escoamento superficial e turbidez, utilizando dados de 15 min (Figura 2A). Dados de precipitação foram baixados de estações meteorológicas (www.weather.astate.edu), um interior pouco falta à bacia do rio e as outras 6,3 milhas longe do Lower St. Francis Basin. 00:00-09:00 em 22/7, ocorreu um total de 25,4 mm de precipitação. A precipitação aumentou a descarga de 0,71 m3/s às 00:00 de 4,89 m3/s às 17:45 em 7/22. Havia vários picos locais de descarga durante o evento, provavelmente ligado a variabilidade espacial das chuvas e os padrões de drenagem dos campos de arroz e soja que contribuíram para a maioria do fluxo. O Lower St. Francis Basin tinha aproximadamente 94% da área em linha culturas, principalmente de soja e arroz. Como a descarga diminuiu gradualmente, outro evento de 14mm chuva ocorreu em 7/23 às 07:00 e durou por 5 h. Por conseguinte, um novo aumento na descarga foi medido.

Como esperado, turbidez aumentada com quitação após o evento chuva e diminuiu gradualmente (Figura 2A). Turbidez aumentou de NTU 13 às 23:34 em 7/21 para 409 NTU às 02:04 em 23/7. Obteve-se o maior turbidez durante a descarga crescente parte da Hidrograma. Foi provavelmente devido a primeira fase que lavou as partículas do solo das áreas agrícolas. Como com a descarga, a turbidez também mostrou que dois limpar picos.

Figure 2
Figura 2. Variação da precipitação, descarga e qualidade da água em uma base de evento na bacia inferior St Francis, um divisor de águas agrícola.
(A) precipitação, descarga e turbidez. (B) nitrato de amónio e condutividade de 21/7 a 7/26. A maioria das culturas de bacias hidrográficas foram soja e arroz. As parcelas de precipitação, descarga e turbidez baseiam-60 - 15-dados e 15 min, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Da mesma forma, o nitrato de amónio e condutividade mostraram variações com escoamento e tempo (Figura 2B). Durante um evento de escoamento, concentração de nitratos pode diminuir devido a um efeito de diluição ou aumentar devido a uma mistura de escoamento concentrado de campos. No quadro de tempo considerado, nitrato aumentadas até 4,52 mg/L em 02:04 em 22/7 e gradualmente diminuiu. A maior concentração de nitrato coincidiu com o primeiro nivelado runoff, recentemente aplicado, mas não utilizado nitrogênio solúvel foi lavado. O segundo pico da concentração de nitratos correspondeu-se com o segundo pico na descarga, mas tinha uma concentração mais baixa do que o primeiro pico. Isto é provavelmente devido a dispensa de nitrogênio solúvel facilmente pela primeira fase. A forma dos picos do nitrato era similar durante ambos os eventos, apesar das diferenças na magnitude.

A concentração média de amónio foi 0,80 mg/L, provavelmente devido a contribuição dos campos de arroz. A concentração de amônia variou ligeiramente com dois picos de descarga (ou seja, aumentada com o aumento da descarga). No entanto, o aumento da concentração de amônia com o segundo pico de descarga foi menor do que com o primeiro pico de descarga, pelas mesmas razões como nitrato (Figura 2B). Como com nitrato, a concentração de amónio atingiu o pico antes a descarga atingiu o pico.

A condutividade variou de 93-495 µS/cm, durante o período. A condutividade mostrou uma relação inversa para descarga (Figura 2A e 2B) (i.e., a condutividade foi alta durante o fluxo de base e diminuiu com um aumento do fluxo durante ambas as descargas de pico). Nitrato e amônio foram provavelmente menores contribuem para a condutividade da água, uma vez que a condutividade de água diminuíram durante a descarga de pico, mesmo que o nitrato e o amônio foram superiores durante condições de base. A diluição da água da chuva, que tem baixa condutividade, pode ter contribuído para a baixa condutividade da água no córrego.

Variações diurnas de pH, temperatura e são claramente ilustradas pelos resultados da sonda (Figura 3). A temperatura variou de 36,1 para 24,6 ° C, de 7/9 - 7/10. A temperatura da água no córrego foi a mais baixa às 06:00-07:00 e as mais altas às 17:00-18:00.

Figure 3
Figura 3. Variação diurna de pH, temperatura e fazer em uma seção de fluxo na Lower St. Francis Basin, um divisor de águas agrícolas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

O oxigênio dissolvido foi mais baixo da meia-noite para 06:00. Como a atividade de fotossíntese das plantas começa depois do amanhecer, DO aumentou de forma constante, até que chegou às 16:19 em 7/9 (9,98 mg/L, 144.9% de saturação) e em 15:34 em 7/10 (11,21 mg/L, 159,9% de saturação). DO firmemente diminuiu até meia-noite e manteve-se constante. Respiração bacteriana e de algas, fotossíntese, oxidação carbono e nitrogenada e temperatura provável afetaram a variação diurna de fazer18 anos.

O pH variou entre 7,4 e 7.8 de 7-9-7-10. O pH foi mais alto em 17:34 em 7/9 (7.78) e às 17:04 em 7/10 (7,77). Variação diurna no pH também foi afetada pela taxa de respiração, fotossíntese e capacidade, tampão, uma vez que o dióxido de carbono, que diminui o pH, é removido durante a fotossíntese e é adicionado durante a respiração nos sistemas aquáticos.

As concentrações, mostradas na Figura 2 e Figura 3, se medido por um longo período (ou seja, um mês, temporada, ano) pode fornecer informações sobre como a qualidade da água muda com o tempo, em condições naturais ou gerenciados.

RitmoRAL (mensal) variação de cargas poluentes:

Variação temporal em uma seção do fluxo pode ser estudada em escalas de tempo diferentes. Variação mensal em pequenas valas bacia do rio, um divisor de águas pequena agrícola no nordeste Arkansas, revelou um padrão de perda de nitrogênio e de sedimentos da bacia hidrográfica ao longo do ano (Figura 4). Cargas poluentes foram elevadas no início do verão e outono tardio. Os meses de setembro e outubro foram caracterizados pela baixa poluente, principalmente devido ao baixo fluxo de carga. O SSC foi maior em novembro e dezembro devido à alta pluviosidade nos campos recentemente colhidos e perturbados. Os dados mostraram também que variações eram muito altas, uma vez que cargas diárias foram impulsionadas por eventos de precipitação que variaram significativamente. A alta carrega durante tarde outono (novembro e dezembro) demonstrou que os programas de redução de nutrientes podem ser mais eficazes se centram-se na redução de cargas de novembro/dezembro. Consequentemente, devem considerar-se técnicas para reduzir a perda de poluentes no inverno, como o uso de culturas de cobertura,19, em programas de gestão de bacia hidrográfica.

Figure 4
Figura 4. Variação mensal de nitrato de amónio e SSC carga (kg/d), à saída da bacia de valas rio pequeno.
Os valores são mediana ± intervalo interquartil. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Variação espacial das cargas poluentes:

O protocolo também pode fornecer os dados para variações espaciais, além das variações temporais se múltiplas estações dentro de uma bacia hidrográfica são escolhidas. Poluente carrega em um show de bacias hidrográficas agrícolas (Figura 5) distintamente aumentar cargas de nitrato e amônio, como a água viaja a jusante. A perda de 9,6 kg/ha de nitrato por ano foi dentro de 8-14 kg/ha por ano faixa relatada em Missouri em pequenas bacias hidrográficas agrícolas com semelhante de tipos de solo20. Este tipo de informação pode ser usado para avaliar a eficácia das práticas de gestão de água instream e transporte de poluentes, entre outros.

Figure 5
Figura 5. Nitrato e amônio transporte na bacia de valas rio pequeno.
Upstream, midstream e downstream sites estavam localizadas aproximadamente a 2 km de distância. Os valores são média ± erro padrão da média em uma base diária para agosto de 2015. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Sensor de incrustação e acúmulo de sedimentos:

Em bacias hidrográficas agrícolas, a presença de nutrientes, como nitrogênio e fósforo, nas águas de escoamento superficial em concentrações elevadas pode acelerar a taxa na qual bio-incrustação ocorre a uma dada temperatura. Além disso, água de runoff pode transportar cargas de sedimento alta que se originam os campos lavrados e hidrovias erodidas. A carga de sedimento alta pode levar à deposição de partículas de sedimentos nas superfícies sensor e sonda e para o acúmulo de sedimentos. Tal acúmulo de incrustação e sedimento pode resultar no drift e resultados imprecisos.

A variação diurna de fazer diminuída até 7/15, aumentou em 7/16 após o sensor foi limpo no local e diminuiu abruptamente depois de 13 ou 14 dias (Figura 6) devido a incrustação. O crescimento e o resultante acúmulo de microorganismos nas superfícies da sonda são visíveis na Figura 7. A incrustação é grave nas superfícies onde toalhetes ou escovas não limpo. O efeito do acúmulo de sedimentos sobre a leitura de turbidez foi observado em 12/26 (Figura 8). A precipitação em 23/12 e 12/25 aumentou a turbidez até 1595 NTU e 1073 NTU. A turbidez diminuiu, uma vez que a descarga diminuiu no fluxo. No entanto, o evento de grande chuva em 12/26 causou a turbidez atingir o limite de 3000 NTU. A leitura de turbidez manteve-se estável em 3000 NTU devido o acúmulo de detritos na protecção da sonda e a presença de ervas daninhas e plantas no post Telspar. Uma vez que os detritos acumularam, as leituras de turbidez eram irregulares (ou seja, mudado abruptamente de 3000 NTU para menos de 50 NTU em 15 min) e incorreto. Portanto, os dados de turbidez de 26/12 a 29/12 não são de boa qualidade.

Figure 6
Figura 6. Deriva do DO Sensor de leitura após a sonda permaneceu no fluxo por duas semanas.
Após a calibração, a sonda foi instalada em 7/8, e a deriva começou em 22/7. A deriva no sensor de leitura após 7/21 resultou em um menor DO que o normal. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7. Imagens que mostram a incrustação nas superfícies do Sensor (à esquerda) e limpe as superfícies de detecção dos sensores (à direita) depois de limpar com uma escova e um limpador. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 8
Figura 8. Turbidez (NTU) no fluxo de antes e depois do acúmulo de sedimentos na guarda de sonda.
Precipitação (mm) é mostrada o eixo y secundário. A turbidez mostrou uma excelente resposta a precipitação em 12/16, 12/23 e 25/12. No entanto, o evento de grande precipitação de acúmulo de sedimentos criado 12/26 em guarda a sonda e as leituras de turbidez após 26/12 estavam com defeito (principalmente 3000 NTU) e errático. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Trong > Item listagem Item de lista Verifique Documentos QAPP (plano de projeto de garantia de qualidade) Cadeia de custódia folhas Caderno de campo Mapas de navegação/GPS Fita de rótulo de caneta, marcador, Segurança Protetor solar/óculos de sol Spray de vespa Kit de primeiros socorros Água potável Comunicação (telefone celular) Pessoal equipamento protetor-Wader, bota de borracha, luvas, chapéu Corda e âncora Lavar as mãos anti-séptico Coleta de amostra, armazenamento, transporte Refrigerador e gelo Tampa e garrafa de amostra Fita de rotulagem Sensor/instrumentação Cabos de comunicação Baterias carregadas externas Portátil de campo Sonda Cabo de comunicação ' AA ' Escova e sabão Portátil de campo Outros Caixa de ferramentas (drivers de parafuso, voltímetro, braçadeiras, chave,...)

Tabela 1. Lista de verificação de itens recomendados para uma visita de campo para a reparação e a amostra de água e manter os sensores.

Discussion

No geral, o monitoramento contínuo de nutrientes e sedimentos tem várias vantagens sobre monitoramento usando o método de amostragem de garra. Processos de qualidade hidrológico e a água são afetados pela precipitação sobre um espaço muito curto de tempo. Os usuários podem obter dados de alta resolução temporal em nutrientes e sedimentos para estudar problemas complexos. Outros parâmetros de qualidade de água, tais como condutividade, pH, temperatura e fazer, podem ser obtidos simultaneamente e com o mesmo custo quanto ao monitoramento de nitrato de amónio e turbidez. Além disso, existem outros sensores de fabricantes que permitem a medição dos parâmetros de qualidade de água ainda mais, como a clorofila, salinidade e potencial de oxidação-redução, juntamente com nutrientes e sedimentos.

Este protocolo pode ser usado para identificar a variação temporal dos poluentes ao longo de um período escolhido de estudo; a variação espacial de poluentes em um divisor de águas, se o monitoramento é realizado em várias estações; e a variação transversal de poluentes, se monitoramento é realizado em vários pontos em um corte transversal. Conforme mostrado no presente protocolo, a variação diurna em pH, condutividade,, nitrato, amônia, turbidez e temperatura podem demonstrar as relações de causa-efeito e contribuir para uma melhor compreensão dos motoristas de cargas poluentes.

Apesar da bem sucedida medição contínua de nutrientes e sedimentos, a maior limitação do método é a perda de dados ou a coleção de uma baixa qualidade de dados devido à falha do sensor, perda de energia e acúmulo de sedimentos/detritos. Enquanto a escolha do local é importante, é igualmente importante frequentemente verificar a calibração ou calibrar quando necessário, as pilhas internas e externas (se não solar powered) e baixar e verificar os dados. Qualidade dos dados pode ser comprometida em várias fases, desde a aquisição de dados para processamento de dados. Na fase de aquisição, o foco deste trabalho, remédios para eventuais problemas são discutidos abaixo.

Perda de dados:

Inadequado de programação de sensores, perda de potência para o sensor, etc., pode causar lacunas nos dados. Se possível, um carregador solar pode ser instalado nas estações para recarregar a bateria. Caso contrário, a substituição frequente de interno (para sondas) e/ou externos baterias é necessária. Transferindo os dados frequentemente ajudará a identificar o problema rapidamente e tentar solucioná-lo, reduzindo a perda de dados devido a limitações de memória. Roedores podem danificar os cabos e incorrer em perdas de dados. Estas perdas podem ser evitadas usando fio guardas para cobrir os cabos.

Dados de baixa qualidade devido a incrustação:

A incrustação de superfícies do sensor e o resultante deriva ou inexatidão nos dados pode ser minimizada por cobrindo a guarda de sensor com fita de cobre, usando protetor de cobre e usando cobre malha em torno da guarda de sensor. Nós achamos que cobrindo a sonda superfícies (não sensores) com fita adesiva de todos os climas facilitaram a limpeza dos sensores. Sondas de autolimpeza com escovas e pincéis, como no utilizado neste estudo, ajudou a limpar as superfícies dos sensores (Figura 7). O uso de materiais de cobre, tais como fita, guarda, ou de malha, reduziu o crescimento de microorganismos e a incrustação resultante.

Dados de baixa qualidade devido ao acúmulo de detritos:

Posicionamento do sensor e a sonda e enterrar os cabos sob o sedimento podem limitar o acúmulo de detritos. Por exemplo, colocando a sonda uma certa profundidade acima da cama de fluxo, mas abaixo da superfície da água ajuda a limitar o acúmulo de sedimentos. Da mesma forma, colocando a sonda no lado a jusante do post Telspar reduz os detritos, como o post Telspar pega o grande bosque, gramíneas, etc. a sonda de limpeza durante cada campo visita pode ajudar a produzir dados de melhor qualidade. Envolvendo a guarda de sensor com malha de cobre reduz o acúmulo de sedimentos e detritos, interferência de plantas aquáticas e macroinvertebrados e incrustação.

Enquanto a sonda pode ser colocado o montante ou a jusante do post Telspar, suspendendo a sonda no lado a jusante é recomendado. A exigência para os sensores na sonda para medir sem preconceito é com o movimento da água em toda a superfície do sensor, ou sem água parada. A largura fina do post (4,0 cm) e os furos no post certifique-se que a água flui através da superfície do sensor. Além disso, quando a sonda estiver do lado montante do post, ervas daninhas aquáticas e material/restos de plantas podem delimitar a guarda da sonda, como observado neste estudo. Outra desvantagem da colocação da sonda no lado rio acima é que, enquanto a guarda protege os sensores, o corpo da sonda é ainda corre o risco de ser danificado por detritos/madeira no lado rio acima do post. O efeito do post sobre a medição de velocidade pode ser testado, visualmente, observando e comparando as leituras de velocidade com e sem o post. Neste protocolo, o sensor de área-velocidade era de aproximadamente 50 cm acima do post Telspar, e a presença do post Telspar não afetou a velocidade.

É importante identificar a frequência de calibração sob condições específicas do local. É um equilíbrio de não comprometer a qualidade de dados por sob-calibração e não desperdiçando recursos por excesso de calibragem. Nos córregos agrícolas neste estudo (ou seja, quente, úmido clima tropical), calibração de laboratório a cada duas semanas no verão (Figura 6) e a cada 3 semanas no inverno era suficiente. No entanto, os sensores foram limpos no site toda semana durante o verão.

A preparação de um QAPP para todas as atividades, incluindo controle de qualidade verifica com antecedência o projeto ajuda a identificar potenciais problemas, mantém o estudo consistente e uniforme e produz dados de melhor qualidade. Seguir as orientações fornecidas no processo de QAPP é necessária.

Documentação dos eventos ou observações incomuns em cadernos ou fotografias é muito importante. Muitas vezes, os resultados do monitoramento estão ligados a eventos que são atípicos. Por exemplo, a dragagem (i.e., limpeza) de um fluxo (vala), que é pouco frequente, irá aumentar a turbidez da amostra água, mesmo sem quitação aumentada.

A segurança do pessoal envolvido no trabalho de campo, bem como a segurança do instrumento, é muito importante. Um plano de Previdência, saúde e segurança devem ser planejados antes do início de um projeto. As preocupações de segurança incluem cobras, perigos de temperatura, inundação, vento, dirigindo as condições, relâmpago, etc. logística e itens recomendados para tomar durante as visitas de campo são fornecidos na tabela 1.

Uma das limitações da tecnologia atual para medir o nitrato e o amônio (i.e., eletrodo íon-seletivo) é que ele não lhes mede precisamente até valores muito baixos de nutrientes. Enquanto a resolução dos sensores é 0,01 mg/L para os sensores de amônio e de nitrato, a precisão é de 5% da leitura ou até ± 2 mg/L. A precisão do fazer, turbidez, pH e sensores de condutividade são ± 0,1 - 0,2 mg/L, ou 0,1%; % de 1 - 3 ± até 400 NTU; ± 0,2; e ± 5 µS, respectivamente. Além disso, o protocol é difícil de seguir durante inundações devido à inacessibilidade.

Enquanto este protocolo foi testado em bacias hidrográficas agrícolas, pode também ser aplicado a outras bacias hidrográficas em outras regiões, tais como bacias hidrográficas impactadas por outros terrenos usam atividades, incluindo mineração. Esse método também é útil na avaliação de interações entre vários contaminantes. Futuras aplicações do método descrito aqui incluem avanço sensor para lidar com a incrustação de sensores e o acúmulo de detritos/sedimento na protecção da sonda; ainda mais melhorias na exatidão e precisão dos sensores; o desenvolvimento de redes sem fio e a transferência remota de dados para os servidores; e o acúmulo de maiores redes para sistemas de aquisição de dados padrão, gerenciamento de dados e aplicações.

Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

A pesquisa foi possível devido ao financiamento do projeto de avaliação de efeitos conservação (CEAP). Somos especialmente gratos para permissão de acesso ao site dos produtores, pesquisa ajuda de membros da unidade de pesquisa do USDA-ARS-Delta água gestão e análise da amostra pelo pessoal do centro de pesquisa de Ecotoxicologia, Universidade do estado de Arkansas. Parte desta pesquisa foi apoiada por uma entrevista para o programa de participação de ARS, administrado pelo Instituto de Oak Ridge para ciência e educação (ORISE) através de um acordo interinstitucional entre o departamento de energia dos EUA e do USDA. ORISE é gerido pela ORAU sob o número de contrato do DOE DE-AC05-06OR23100. Todas as opiniões expressadas neste artigo são do autor e não refletem necessariamente as políticas e pontos de vista do USDA, ARS, DOE ou 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

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References

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