تصميم وبناء منشأة أبحاث الجريان السطحي في المناطق الحضرية
Summary
وتصف هذه الورقة التصميم والبناء، وظيفة منشأة 1،000 م 2 تحتوي على 24 الفردية المؤامرات 33.6 م 2 مجهزة الحقل لقياس إجمالي حجم الجريان السطحي مع الزمن وجمع العينات الفرعية جريان المياه على فترات محددة لتقدير المكونات الكيميائية في مياه الجريان السطحي من المروج المنزل المحاكاة.
Abstract
كما يزيد عدد السكان في المناطق الحضرية، لذلك لا مجال المشهد الحضري المروية. استخدام المياه في الصيف في المناطق الحضرية يمكن أن يكون 2-3x قاعدة الشتاء استخدام المياه خط نظرا لزيادة الطلب على الري المناظر الطبيعية. ممارسات الري غير السليمة والأحداث الأمطار كبيرة يمكن أن يؤدي إلى جريان المياه من المناطق الحضرية التي لديها القدرة على حمل المغذيات والرواسب في الجداول والبحيرات المحلية حيث يمكن أن تسهم في الإثراء الغذائي. تم بناء مرفق 1،000 م 2 والذي يتألف من 24 الفردية المؤامرات المجال 33.6 م 2، كل مجهزة لقياس إجمالي حجم جريان المياه مع مرور الوقت وجمع العينات الفرعية الجريان السطحي على فترات محددة لتقدير المكونات الكيميائية في مياه الجريان السطحي من المناطق الحضرية المحاكاة. كان حجم الجريان السطحي من التجارب الأولى والثانية معامل التباين (CV) قيم 38.2 و 28.7٪ على التوالي. كانت قيم درجة الحموضة CV لجريان المياه، والمفوضية الأوروبية، وتركيز نا على حد سواء المحاكمات كلها تحت 10٪. Concentratioنانوثانية من DOC، TDN، DON، ص 4 ف، K +، والمغنيسيوم 2+، والكالسيوم 2+ كان القيم CV أقل من 50٪ في كل من المحاكمات. عموما، أشارت نتائج الاختبار تنفيذها بعد تركيب الاحمق في منشأة التوحيد جيدة بين المؤامرات لكميات الجريان السطحي والمكونات الكيميائية. حجم المؤامرة كبير يكفي لتشمل الكثير من التغير الطبيعي وبالتالي يوفر محاكاة أفضل النظم الإيكولوجية المناظر الطبيعية الحضرية.
Introduction
أربعة من الأكثر نموا، والمناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية وتقع في جنوب الولايات المتحدة في المناخات شبه الاستوائية 1. وبالإضافة إلى ذلك، وقعت أكبر نسبة التغير في الأراضي الحضرية بين عامي 1982 و 1997 في جنوب الولايات المتحدة الأمريكية 1. مع زيادة المناطق الحضرية يأتي الطلب المصاحب لمياه الشرب، والكثير منها يستخدم للاستخدام في الهواء الطلق خلال أشهر الصيف 2. مع البناء الجديد، وغالبا ما يتم تركيب أنظمة الري برمجة في الأرض. للأسف، غالبا ما يتم برمجة هذه الأنظمة لتوفير الري لالمناظر الطبيعية في المناطق الحضرية أكثر تواترا و / أو في وحدات التخزين التي تتجاوز مطالب التبخر من المشهد 2. وهذا يؤدي إلى حجم كبير من الجريان من المناظر الطبيعية في المناطق الحضرية إلى المياه المستقبلة، مما يسهم في ما اصطلح على تسميته متلازمة تيار الحضري 3. وتشمل أعراض متلازمة تيار الحضرية زادت وتيرة تدفق البري وتدفق التآكل، وزيادة nitrogeن (N)، الفسفور (P)، المواد السامة، ودرجة الحرارة بالإضافة إلى التغيرات في قناة الصرف، وعلم الأحياء في المياه العذبة، والنظام البيئي العمليات 3.
خسائر N و P من النظم الإيكولوجية الزراعية وقد درس على نطاق واسع وجدت لتكون في المقام الأول تعتمد على أربعة عوامل: مصدر المغذيات، ومعدل التطبيق، توقيت الطلب، والمغذيات التنسيب 4. في حين وجود عدد أقل من البيانات المنشورة حاليا على الحركة خارج الموقع المغذيات من المناظر الطبيعية في المناطق الحضرية، هذه المبادئ يمكن تطبيقها مباشرة لثقافة المروج، سواء في المنزل المروج والمزارع الاحمق والحدائق والمساحات الخضراء أو غيرها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للممارسات الري غير السليمة التي تؤدي إلى الجريان السطحي من المشهد تفاقم هذه الخسائر.
يمكن خسائر المغذيات غيرت مزيد من نوعية مياه الري. مناطق في جنوب غرب الولايات المتحدة غالبا ما تستخدم أكثر ملوحة المياه أو سوديك للري المروج الداخل والمناظر الطبيعية الحضرية 5،6. التركيب الكيميائي للمياه الري بشكل كبير قد يغير كيمياء التربة مما تسبب في إطلاق الكربون والنيتروجين والكالسيوم والكاتيونات الأخرى على مياه الجريان السطحي. أظهرت الأبحاث الأخيرة أن زيادة نسبة امتصاص الصوديوم (SAR) لاستخراج المياه زيادة كبيرة في كميات الكربون (C) والنيتروجين (N) ترشح من قصاصات سانت Augustinegrass، قصاصات ryegrass، والمواد العضوية الأخرى 7. وعلاوة على ذلك، خسائر التربة القابلة للاستخراج المياه C، N، P من التربة والمروج الترفيهية ارتبطت بشكل كبير مع المكونات الكيميائية مياه الري 6.
Washbusch وآخرون. درس جريان المياه في المناطق الحضرية في ماديسون، WI، ووجدت أن المروج كانت أكبر المساهمين من الفوسفور الكلي 8. وبالإضافة إلى ذلك، وجدوا أيضا أن 25٪ من إجمالي P في "الوسخ شارع" نشأت من أوراق وقصاصات العشب. في محيط ريفي نموذجي، تسقط أوراق الشجر على الأرض ومن ثم تتحلل المواد الغذائية الافراج ببطء مرة أخرى إلى لياليبيئة النفط. ومع ذلك، في البيئات الحضرية، وكميات كبيرة من الأوراق الغنية بالمغذيات وقصاصات العشب قد تقع على أو الحصول على غسلها أو مهب على hardscapes مثل المداخل، الأرصفة، والطرق، مما يجعل لاحقا طريقها إلى الشوارع حيث أنها تسهم في "التراب الشارع" ، والكثير منها يحصل غسلها مباشرة في تلقي المجاري المائية.
التربة المناظر الطبيعية الحضرية غالبا ما ينزعج والمضغوط للغاية خلال البناء، والتي يمكن أيضا زيادة كميات الجريان السطحي نظرا لانخفاض معدلات تسلل 9. وذكرت Kelling بيترسون أن كلا من إجمالي حجم الجريان السطحي وتركيزات المغذيات في جولة الاعادة من المروج المنزل وزادت من المروج أن يتم ضغط أو لديك بشدة خصائص التربة بالانزعاج بسبب أنشطة البناء السابقة 10. ادموندسون وآخرون. من ناحية أخرى، وجدت أن التربة كانت أقل الحضرية المتراصة مقارنة المحيطة التربة الزراعية في المنطقة الحضرية والضواحي من Leicاستر، المملكة المتحدة 11. وأرجعوا هذا إلى الآلات الزراعية الثقيلة المستخدمة، لكنها أشارت أيضا إلى أن المروج كان لها أكبر الكثافة الظاهرية للتربة من التربة تحت الأشجار والشجيرات التي كانت تنسب إلى القص العشب وزيادة الدوس البشري.
ويبدو أنه في حالات كثيرة، وأثرت متلازمات تيار الحضرية والضواحي بشكل كبير من الجريان السطحي ونقاط التصريف مصدر 3،12. بينما مصادر نقطة يمكن التلاعب بها من خلال التصاريح وإعادة التدوير، وهناك حاجة إلى بحوث إضافية لتطوير واختبار أفضل الإجراءات الإدارية لإنشاء حديقة المنزل والإدارة لتقليل الخسائر إلى جريان المغذيات. وغالبا ما تتركز الجهود البحثية الماضية في هذا الصدد على طول المناطق الساحلية حيث توجد التربة عالية المحتوى الرمل، بسبب مخاوف تتعلق آثار الرشح والجريان السطحي خسائر المغذيات إلى المياه الساحلية. ومع ذلك، عند العمل مع التربة الرملية جدا، واحد يجب أن يكون المنحدرات الشديدة ومعدلات الأمطار العالية لتكون قادرة على أجناسالشركة المصرية للاتصالات أي جريان 13،14. في المقابل، فإن العديد من التربة في وسط الولايات المتحدة على ما يرام محكم ومعدلات التسرب المنخفضة التي تنتج بكميات كبيرة من الجريان السطحي من الأمطار حتى الأحداث الصغيرة. وبالتالي، كان من المرغوب فيه لتصميم وبناء منشأة الجريان السطحي في التربة المحلية والمنحدر نموذجية من تلك التي قد تحدث على المناظر الطبيعية السكنية.
وتصف هذه الورقة تصميم وبناء وظيفة منشأة 1،000 م 2 تحتوي على 24 الفردية 33.6 م 2 قطعة أرض الميدان لقياس إجمالي حجم الجريان السطحي في قرارات الزمنية صغيرة نسبيا وجمع العينات الفرعية في وقت واحد من مياه الجريان السطحي الحجمي المحدد أو في فترات زمنية لقياس وتقدير المكونات الكيميائية للمياه الجريان السطحي.
Protocol
Representative Results
Discussion
تتدفق المياه على، في، ومن خلال التربة يتأثر كثيرا التضاريس والغطاء النباتي، والخواص الفيزيائية للتربة. سوف التربة المتراصة بشكل مفرط والتربة الطينية مع محتويات عالية تظهر انخفاض معدلات التسلل وزيادة كميات الجريان السطحي. لذلك، عندما بناء منشأة من هذا النوع، ينبغي …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلفين الامتنان الدعم المالي من سكوتس معجزة غرو الشركة لهذا المرفق. نحن أيضا نقدر لشركة تورو للمساعدة في توفير وحدة تحكم الري. ومن المسلم به أيضا الرؤية والتخطيط من قبل الراحل الدكتور كريس Steigler في المراحل الأولى من هذا المشروع بامتنان. فإن الكتاب أود أيضا أن أشكر السيدة N. ستانلي للحصول على المساعدة الفنية لها مع إعداد العينات وتحليلها.
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 |
Referências
- 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).
