도시 유출의 연구 시설의 설계 및 건설
Summary
이 논문에서 유출 물에 화학 성분의 정량으로 선택 간격으로 시간과 유출 서브 샘플의 컬렉션 총 유출 볼륨을 측정하기 위해 장착 된 24 개인 33.6 m 2 필드 플롯을 포함하는 1,000 평방 미터 시설의 설계, 건설 및 기능을 설명합니다 시뮬레이션 홈 잔디.
Abstract
도시 인구가 증가함에 따라, 관개 도시 풍경의 영역을 수행합니다. 도시 지역에서 여름 물 사용으로 인해 풍경 관개에 대한 수요 증가로 2 ~ 3 배 겨울베이스 라인 물 사용 할 수 있습니다. 부적절한 관개 관행과 큰 강우은 부영양화에 기여할 수있는 지역의 하천과 호수에 영양분과 퇴적물을 수행 할 잠재력을 가지고 도시 풍경에서 유출이 발생할 수 있습니다. 1,000 평방 미터 시설은 24 개인 33.6 m 2 필드 플롯, 시뮬레이션 도시 풍경에서 유출 물에 화학 성분의 정량 선택한 간격으로 시간과 유출 서브 샘플의 컬렉션 총 유출 볼륨을 측정하기 위해 장착 된 각 구성되는 건설되었다. 제 1 및 제 2 시험 유출량 볼륨은 각각 38.2 및 28.7 %의 값을 변동 (CV)의 계수를 가지고 있었다. 두 시험에 대한 유출의 pH, EC, 그리고 나 농도에 대한 CV 값은 모두 10 % 아래에 있었다. ConcentratioDOC의 NS는 TDN은 DON, PO 4 – P는, K +, Mg를 2 +, 및 칼슘은 모두 시험에서 50 %보다 CV 값이 덜했다. 전반적으로, 시설에서 잔디를 설치 한 후 실행 테스트의 결과는 유출 볼륨과 화학 성분에 대한 플롯 사이의 균일 성을 지적했다. 큰 플롯 크기는 자연 변화의 많은 부분을 포함하기에 충분하며, 따라서 도시의 풍경 생태계의 더 나은 시뮬레이션을 제공합니다.
Introduction
가장 빠르게 성장하는, 높은 인구 대도시 중 4 아열대 기후 일에 미국 남부에 위치하고 있습니다. 또한, 1982 년과 1997 년 사이 도시화 땅에서 가장 큰 변화 퍼센트 남부 USA 일에 발생했습니다. 증가 된 도시 지역으로 여름이 동안 야외 사용을 위해 사용된다 상당 부분 식수를위한 동반 수요를 온다. 새로운 건설로, 프로그램에 지상 관개 시스템은 종종 설치됩니다. 불행하게도, 이러한 시스템은 종종 더 자주 및 / 또는 풍경이의 증발산 수요를 초과하는 볼륨에 도시 조경에 관개를 제공하도록 프로그램되어있다. 이 도시 스트림 증후군 3이라고 된 내용에 기여하는 수역에 도시 조경에서 유출의 중요한 볼륨을 초래한다. 도시 스트림 증후군의 증상은, 지표면 유출 및 부식 흐름의 주파수를 증가 nitroge 증가 포함N (N), 인 (P)의 채널 형태, 담수 생물학의 변화에 더하여, 독성 물질 및 온도, 3 생태계를 처리한다.
농업 생태계에서 N과 P의 손실은 광범위하게 연구하고 4 가지 요소에 주로 의존하는 것으로 밝혀졌다 : 영양원, 응용 프로그램의 속도, 응용 프로그램 타이밍 및 영양 배치 4. 적은 수의 게시 된 데이터가 현재 도시 풍경에서 영양소의 오프 사이트 이동에 존재하지만,이 원칙은 직접, 잔디가 문화에 적용 집 잔디, 잔디 농장, 공원, 또는 다른 녹색 공간이든 할 수 있습니다. 또한, 풍경에서 유출이 발생할 부적절한 관개 관행은 이러한 손실을 악화시킬 수 있습니다.
영양소 손실은 상기 관개 수질에 의해 변경 될 수있다. 남서 미국의 지역은 대개 집에 잔디와 도시 풍경 5,6의 관개 더 식염수 또는 염분이 물을 사용한다. 의 화학 조성관개 용수가 크게 유출 물, 탄소, 질소, 칼슘 및 다른 양이온의 방출을 일으키는 토양 화학을 변경할 수 있습니다. 최근 연구는 추출 물 증가 나트륨 흡수율 (SAR)이 크게 성 Augustinegrass 스크랩, 라이 그래스 스크랩 및 기타 유기 물질 7에서 침출 된 탄소 (C), 질소 (N)의 양을 증가 것으로 나타났다. 또한, 레크리에이션 잔디가 토양에서 물을 추출 토양 C, N, P 및 손실이 크게 관개 용수 화학 성분 (6)의 상관 관계를 보였다.
Washbusch 등은. 매디슨, 위스콘신에 도시 유출을 공부하고 잔디가 전체 인 8의 가장 큰 기여는 것을 발견했다. 또한, 그들은 또한 "거리의 먼지"총 P의 25 %가 나뭇잎과 잔디 예지물에서 유래 한 것으로 나타났습니다. 전형적인 시골 설정에서 낙엽은 땅에 떨어지면 다음의 다시 천천히 방출 영양소를 분해오일 환경을 제공합니다. 그들이에 "거리 먼지를"기여 곳 그러나 도시 환경에서 영양이 풍부한 잎과 잔디 예지물의 상당량에 떨어지거나 세척 또는 이후 거리로 그들의 방법을 만드는 차도, 보도 및 도로 등 hardscapes에 날아가는 , 그 중 대부분은 수신 수로에 직접 세척됩니다.
도시 풍경의 토양은 종종 방해도 감소로 인해 침투 속도 구에 흐르는 빗물의 양을 증가시킬 수 있습니다 건설, 동안 높은 압축됩니다. Kelling 피터슨은 총 유출 볼륨 및 홈 잔디 유출량 영양소 농도가 모두 압축 또는 심각하게 이전 건설 활동 10에 의한 방해 토양 프로파일이 잔디에서 증가 보도했다. 에드 먼슨 등은. 반면에, 도시의 토양 Leic의 도시와 교외 지역에서 농업 토양 주변에 비해 덜 압축 된 것을 발견에스테르, 영국 11. 그들은 사용 무거운 농업 기계에이 기인하지만, 그들은 또한 잔디 잔디 잔디 깎기와 큰 인간 짓밟고에 기인 한 나무와 관목에서 토양보다 더 큰 토양 벌크 밀도가 있다고 지적했다.
그것은 많은 상황에서, 도시와 교외 스트림 증후군이 크게 유출 및 포인트 – 소스가 3,12를 방전에 의해 영향을받는 것으로 생각된다. 포인트 소스가 허가 및 재활용을 통해 조작 할 수 있지만, 추가 연구 개발 및 유출에 영양소 손실을 최소화하기 위해 홈 잔디 구축 및 관리를위한 최적의 관리 절차를 테스트하기 위해 필요합니다. 이 점에서 과거의 연구 노력은 종종 인해 연안 해역에 영양소의 손실을 침출 및 유출의 영향에 관한 우려가 높은 모래 콘텐츠 토양있다 해안 지역을 따라 중심으로하고있다. 매우 모래 토양 작업을 할 때 그러나, 하나는 속을 수 있도록 가파른 슬로프와 강우량의 비율을 가지고 있어야합니다모든 유출 13,14 테. 반면, 중앙 미국에서 토양의 대부분은 질감 괜찮 심지어 작은 강우 유출량을 상당한 양의 결과 낮은 침투 속도를 가지고있다. 따라서, 기본 토양 및 주거 풍경에 발생할 수있는 사람들의 일반적인 경사면에 흐르는 빗물 시설을 설계하고 구축하는 것이 요구되었다.
이 논문은 상대적으로 작은 시간 해상도와 선택 부피 또는 측정 및 정량 시간 간격으로 유출 물 서브 샘플의 동시 모음에서 총 유출 볼륨을 측정하기위한 24 개인 33.6 m 2 필드 플롯을 포함하는 1,000 평방 미터 시설의 설계, 건설 및 기능을 설명합니다 유출 물의 화학 성분.
Protocol
Representative Results
Discussion
물에, 이상 흐름과 토양을 통해 크게 지형, 식생, 토양 물리적 특성에 의해 영향을 받는다. 높은 점토 내용을 지나치게 압축 된 토양과 토양은 감소 침투 속도와 유출의 증가 금액을 전시 할 예정이다. 이 자연의 시설을 구축 할 때 따라서, 모든 노력은 균일 한 경사와 기본 토양을 사용하고 건설 기간 동안 실험 영역에 모든 유형의 트래픽에서 압축을 최소화해야한다. 또한, 포스트 건설 유지 보수 …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 기꺼이이 시설에 대한 스코 츠 미라클 – 그로 회사에서 재정 지원을 인정합니다. 우리는 관개 컨트롤러를 제공과 지원을 토로 (주)에 또한 감사합니다. 이 프로젝트의 초기 단계에서 후반 박사 크리스 Steigler에 의해 비전과 계획도 기꺼이 인정한다. 저자는 또한 샘플 준비 및 분석과 함께 그녀의 기술 지원을 양 N. 스탠리에게 감사의 말씀을 전합니다.
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
- Fulton, W., Pendall, R., Nguyen, M., Harrison, A. Who sprawls most? How growth patterns differ across the U.S. The Brookings Institution Survey Series. http://www.brookings.edu/~/media/research/files/reports/2001/7/metropolitanpolicy%20fulton/fulton. , (2001).
- White, R. H., et al. How much water is ‘enough’? Using PET to develop water budgets for residential landscapes. Proc. Texas Sec. Amer. Water Works Assoc. 7, 7 (2004).
- Walsh, C. J., Roy, A. H., Feminella, J. W., Cottingham, P. D., Groffman, P. M., Morgan, R. P. The urban stream syndrome: current knowledge and the search for a cure. J. North Am. Benthol. Soc. 24, 706-723 (2005).
- . 4R Plant Nutrition: A Manual for Improving the Management of Plant Nutrition. International Plant Nutrition Institute. , (2012).
- Miyomoto, S., Chacon, A. Soil salinity of urban turf area irrigated with saline water II. Soil factors. Landsc. Urban Plan. 77, 28-38 (2006).
- Steele, M. K., Aitkenhead-Peterson, J. A. Urban soils of Texas: Relating irrigation sodicity to water-extractable carbon and nutrients. Soil Sci. Soc. Am. J. 76, 972-982 (2012).
- Steele, M. K., Aitkenhead-Peterson, J. A. Salt impacts on organic carbon and nitrogen leaching from senesced vegetation. Biogeochem. 112, 245-259 (2013).
- Washbusch, R. J., Selbig, W. R., Bannerman, R. T. Sources of phosphorus in stormwater and street dirt from two urban residential basins. National Conference on Tools for Urban Water Resource Management and Protection Proceedings. , (2000).
- Pitt, R., Chen, S., Clark, S. E., Swenson, J., Ong, C. K. Compaction’s impacts on urban storm-water infiltration. J. Irrigation Drainage Eng. 134, 652-658 (2008).
- Kelling, K. A., Peterson, A. E. Urban lawn infiltration rates and fertilizer runoff losses under simulated rainfall. Soil Sci. Soc. Am. J. 39, 349-352 (1975).
- Edmondson, J. L., Davies, Z. G., McCormack, S. A., Gaston, K. J., Leake, J. R. Are soils in urban ecosystems compacted? A citywide analysis. Biol. Lett. 7, 771-774 (2011).
- Cunningham, M. A., et al. The suburban stream syndrome: Evaluating land use and stream impairments in the suburbs. Phys. Geogr. 30, 269-284 (2009).
- Erickson, J. E., Cisar, J. L., Volin, J. C., Snyder, G. H. Comparing nitrogen runoff and leaching between newly established St. Augustinegrass turf and an alternative residential landscape. Crop Sci. 41, 1889-1895 (2001).
- Morton, T. G., Gold, A. J., Sullivan, W. M. Influence of overwatering and fertilization on nitrogen losses from home lawns. J. Environ. Qual. 17, 124-130 (1988).
- O’Dell, J. W. Method 415.1 Organic carbon, total (combustion or oxidation). Methods for Chemical Analysis of Water and Wastes. , 415.1-415.3 (1983).
- O’Dell, J. W. Determination of phosphorus by semi automated colorimetry. Environmental monitoring systems laboratory, Office of research and development. U.S. Environmental Protection Agency. , (1993).
- O’Dell, J. W. Determination of nitrate nitrogen by semi automated colorimetry. Revision 2.0 Edited by JW O’Dell, Environmental monitoring systems laboratory. Office of research and development, U.S. Environmental Protection Agency. , (1993).
- O’Dell, J. W. Determination of ammonia nitrogen by semi automated colorimetry. Revision 2.0 Edited by JW O’Dell, Environmental monitoring systems laboratory. Office of research and development, U.S. Environmental Protection Agency. , (1993).
- Gobel, P., Dierkes, C., Coldewey, W. G. Storm water runoff concentration matrix for urban areas. J. Contam. Hydrol. 91, 26-42 (2007).
- Vietor, D. M., Provin, T. L., White, R. H., Munster, C. L. Runoff losses of phosphorus and nitrogen imported in sod or composted manure for turf establishment. J. Env. Qual. 33, 358-366 (2004).
