Conception et construction d'une installation de recherche de ruissellement urbain
Summary
Cet article décrit la conception, la construction, et la fonction d'une installation de 1000 m 2 contenant 24 individuels parcelles 33,6 m 2 de terrain équipés pour mesurer le volume total des eaux de ruissellement avec le temps et la collection de sous-échantillons de ruissellement à des intervalles choisis pour la quantification des constituants chimiques dans l'eau de ruissellement provenant les pelouses résidentielles simulées.
Abstract
Comme la population urbaine augmente, plus la zone de paysage urbain irriguée. utilisation de l'eau d'été dans les zones urbaines peut être utilisé de l'eau de la ligne de base d'hiver 2-3x en raison de la demande accrue pour l'irrigation du paysage. Pratiques d'irrigation inappropriées et les grands événements de précipitations peuvent entraîner des eaux de ruissellement des paysages urbains qui a le potentiel de mener à des nutriments et des sédiments dans les ruisseaux et les lacs locaux où ils peuvent contribuer à l'eutrophisation. A 1000 m 2 installation a été construite qui se compose de 24 individuels 33,6 m 2 parcelles, chacune équipée pour mesurer le volume total des eaux de ruissellement avec le temps et la collection de sous-échantillons de ruissellement à des intervalles choisis pour la quantification des constituants chimiques dans l'eau de ruissellement des paysages urbains simulées. volumes de ruissellement provenant des premier et deuxième procès avaient coefficient de variabilité (CV) des valeurs de 38,2 et 28,7%, respectivement. valeurs de CV pour les eaux de ruissellement pH, CE, et la concentration de Na pour les deux essais étaient tous moins de 10%. Concentrations de DOC, TDN, DON, PO 4 P, K +, Mg 2 +, Ca 2 + et avaient des valeurs de CV de moins de 50% dans les deux essais. Dans l'ensemble, les résultats de tests effectués après l'installation de gazon à l'installation ont indiqué une bonne homogénéité entre les parcelles pour les volumes de ruissellement et des constituants chimiques. La grande taille de la parcelle est suffisante pour couvrir une grande partie de la variabilité naturelle et offre donc une meilleure simulation des écosystèmes du paysage urbain.
Introduction
Quatre des régions métropolitaines à forte population à la croissance la plus rapide se trouvent dans le sud des États-Unis dans les climats subtropicaux 1. En outre, le plus grand changement pour cent dans les régions urbanisées entre 1982 et 1997 a eu lieu dans le sud de Etats-Unis 1. Avec les zones urbaines a augmenté vient une demande concomitante de l'eau potable, dont une grande partie est utilisée pour une utilisation en extérieur pendant les mois d'été 2. Grâce à la nouvelle construction, programmables dans le sol des systèmes d'irrigation sont souvent installés. Malheureusement, ces systèmes sont souvent programmés pour fournir l'irrigation à l'aménagement paysager urbain plus fréquemment et / ou des volumes qui dépassent les exigences du évapotranspiration du paysage 2. Cela se traduit par un volume important des eaux de ruissellement de l'aménagement paysager en milieu urbain dans les eaux réceptrices, ce qui contribue à ce qu'on a appelé le syndrome du flux urbain 3. Les symptômes du syndrome de cours d'eau urbain comprennent la fréquence de l'écoulement de surface et écoulement érosif, la hausse des nitrogen (N), le phosphore (P), des substances toxiques, et la température en plus des changements de la morphologie, biologie d'eau douce et des écosystèmes traite 3.
Les pertes de N et P dans les écosystèmes agricoles ont été largement étudiées et jugées dépend principalement de quatre facteurs: la source de nutriments, taux d'application, le calendrier d'application, et de placement des éléments nutritifs 4. Bien que peu de données publiées existent actuellement sur le mouvement hors du site de nutriments de paysages urbains, ces principes peuvent être appliqués directement à la culture du gazon, que ce soit dans les pelouses résidentielles, les gazonnières, des parcs ou d'autres espaces verts. En outre, les pratiques d'irrigation inappropriées qui résultent de l'écoulement du paysage peuvent exacerber ces pertes.
Les pertes de nutriments peuvent encore être modifiés par la qualité de l'eau d'irrigation. Les zones du sud-ouest des États-Unis utilisent souvent plus d'eau saline ou sodique pour l'irrigation des pelouses résidentielles et les paysages urbains 5,6. La composition chimique del'eau d'irrigation peut modifier de manière significative la chimie du sol causant une fuite de carbone, d'azote, de calcium et d'autres cations à l'eau de ruissellement. Des travaux récents ont montré que l'augmentation des taux d'absorption du sodium (SAR) de l'eau extraction augmenté de manière significative les quantités de carbone (C) et d'azote (N) lessivé de coupures Saint Augustinegrass, des coupures de ray-grass, et d'autres matières organiques 7. En outre, le sol extractible de l'eau C, N, P et pertes de sols de gazon de loisirs étaient significativement corrélés avec les constituants chimiques de l'eau d'irrigation 6.
Washbusch et al. étudié le ruissellement urbain à Madison, WI et a constaté que les pelouses ont été les principaux contributeurs de phosphore total 8. En outre, ils ont également constaté que 25% de phosphore total dans "Dirt Street" provient des feuilles et de l'herbe coupée. Dans un cadre rural typique, les feuilles mortes tombent sur le sol, puis se décompose nutriments libérant lentement vers le senvironnement d'huile. Cependant, en milieu urbain, d'importantes quantités de feuilles riches en éléments nutritifs et les tontes de gazon peuvent tomber ou se laver ou soufflé sur hardscapes tels que les allées, les trottoirs et les routes, ce qui par la suite leur chemin dans les rues où ils contribuent à la «saleté de la rue" , beaucoup de qui obtient lavé directement dans les cours d'eau récepteurs.
Sols du paysage urbain sont souvent perturbés et très compacté pendant la construction, qui peut également augmenter le montant de ruissellement en raison de taux d'infiltration réduits 9. Kelling et Peterson ont indiqué que tant le volume de ruissellement total et les concentrations en nutriments dans les eaux de ruissellement provenant des pelouses résidentielles sont passées de pelouses qui sont compactés ou avoir sévèrement les profils de sols perturbés en raison des activités de construction antérieures 10. Edmondson et al. d'autre part, a constaté que les sols urbains sont moins compactés par rapport à entourant les sols agricoles dans la région urbaine et suburbaine de Leicester, Royaume-Uni 11. Ils ont attribué cela à la machinerie agricole lourde utilisée, mais ils ont également noté que les pelouses ont une densité apparente du sol plus grande que le sol sous les arbres et les arbustes qui a été attribué à la tonte du gazon et une plus grande piétinement humain.
Il semblerait que dans de nombreuses situations, les syndromes de cours d'eau urbains et suburbains sont affectés de manière significative par les eaux de ruissellement et les rejets de source ponctuelle 3,12. Alors que des sources ponctuelles peuvent être manipulés au moyen de permis et de recyclage, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer et tester les procédures de gestion optimales pour l'établissement et la gestion la maison pelouse pour minimiser les pertes de nutriments dans les eaux de ruissellement. Efforts de recherche antérieurs dans ce domaine ont souvent été centrée sur les zones côtières où il ya de fortes contenu sols de sable, en raison de préoccupations liées aux effets de lessivage et le ruissellement des pertes de nutriments dans les eaux côtières. Toutefois, lorsque vous travaillez avec des sols très sableux, il faut avoir des pentes abruptes et des taux de précipitations élevées pour être en mesure de genresTe tout ruissellement 13,14. En revanche, la plupart des sols dans le centre des Etats-Unis sont de texture fine et ont faibles taux d'infiltration qui se traduisent par d'importantes quantités d'eau de ruissellement de même les petits événements de précipitations. Ainsi, il a été souhaité de concevoir et de construire une installation de ruissellement sur le sol natal et de la pente typique de ceux qui peuvent se produire sur des terrains résidentiels.
Cet article décrit la conception, la construction et le fonctionnement d'une installation de 1000 m 2 contenant 24 individuels 33,6 m 2 parcelles de terrain pour mesurer les volumes de ruissellement totaux relativement petites résolutions temporelles et la collecte simultanée de sous-échantillons d'eau de ruissellement à volumique choisi ou intervalles de temps de mesure et de quantification des constituants chimiques de l'eau de ruissellement.
Protocol
Representative Results
Discussion
Écoulement de l'eau sur, dans et à travers les sols est fortement influencée par la topographie, la couverture végétale, et les propriétés physiques du sol. Sols trop compacts et les sols à forte teneur en argile exposeront les taux d'infiltration accrue et une réduction des quantités d'eau de ruissellement. Par conséquent, lors de la construction d'une installation de cette nature, tous les efforts doivent être déployés pour utiliser les sols indigènes avec des pentes uniformes et de mini…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier le soutien financier de The Scotts Miracle-Gro Company pour cette installation. Nous sommes également reconnaissants à la Toro Co. pour l'assistance à la fourniture du contrôleur de l'irrigation. La vision et la planification par le regretté Dr Chris Steigler dans les premières étapes de ce projet est également appréciée. Les auteurs tiennent aussi à remercier Mme N. Stanley pour son aide technique à la préparation et l'analyse des échantillons.
Materials
| Flow meter | Teledyne Isco | Model 4230 | Bubbling flow meter that measures and records water flow through flume |
| Portable Sampler | Teledyne Isco | Model 6712 | Works in conjunction with the flow meter to collect water samples at predetermined intervals. |
| Flow Link Software to collect data | Teledyne Isco | Ver 5.0 | Allows communication between flow meter and computer |
| Pre-sloped trench drain | Zurn Industries, LLC | Z-886 | |
| Irrigation Controller | Toro Company | VP Satellite | Controls irrigation to each plot individually |
| Electric Valves | Hunter | 2.5 cm PGV | Opens or closes water flow to individual plots based on signal from irrigation controller |
| Spray nozzles | RainBird | HE-Van 12 | Sprays irrigation water in predetermined pattern and rate |
| Irrigation heads | Hunter | Pro Spray 4 | 4 inch pop up spray heads |
| 6 inch slotted drain pipe | Advanced Drainage Systems | 6410100 | single wall corregated HDPE – slotted |
| 6 inch plain drain pipe | Advanced Drainage Systems | 6400100 | single wall corregated HDPE – plain |
| Filter Paper | Whatman GF/F | 1825-047 | 47mm diameter, binder-free, glass microfiber filter |
| pH Meter | Fisher | Accumet XL20 | |
| Combination pH probe | Fisher | 13-620-130 | |
| Automatic Temperature Compensating Probe | Fisher | 13-602-19 | |
| Electrical conductivity probe | Fisher | 13-620-100 | Cell constant of 1.0 |
| TOC-VCSH with total nitrogen unit TMN-1 | Shimadzu Corp | TOC-VCSH with TMN-1 | dissolved C and N analyzer |
| Smartchem 200 | Unity Scientific | 200 | Discrete Analyzer for P measurement |
| ICS 1000 | Dionex | ICS 1000 | Ion Chromatography for Ca, Mg, K and Na measurment |
| Portable Soil Moisture Meter | Spectrum | FieldScout TDR 300 | 7.5 cm long probes |
| Totallizing Water Meters | Badger | 3/4 inch water meters | standard homeowner water meters |
Riferimenti
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