Design und Bau eines Stadt Abfluss Research Facility
Summary
Dieses Papier beschreibt die Planung, den Bau und die Funktion eines 1.000 m 2 Anlage mit 24 Einzel 33,6 m 2 Feldstücke zum Messen der Gesamtabflussmengen mit der Zeit und Sammlung von Abflussteilproben in ausgewählten Intervallen zur Quantifizierung der chemischen Bestandteile in der Stichwahl Wasser aus ausgestattet simulierten Hause Rasenflächen.
Abstract
Wie die Stadtbevölkerung zunimmt, nimmt auch die Fläche der bewässerten Stadtlandschaft. Sommer Wassernutzung in städtischen Gebieten kann 2-3x Winter Grundlinie Wassernutzung aufgrund der erhöhten Nachfrage nach Bewässerungslandschaft sein. Unsachgemäße Bewässerungspraktiken und große Niederschlagsereignisse können in Abfluss von urbanen Landschaften, die Möglichkeit, Nährstoffe und Sedimente in die lokalen Bächen und Seen, wo sie zur Eutrophierung beitragen zu tragen hat führen. Ein 1.000 m 2 Anlage wurde konstruiert, das aus 24 Einzel 33,6 m 2 Feldstücke, die jeweils für die Messung Gesamtabflussmengen mit der Zeit und Sammlung von Abflussteilproben in ausgewählten Intervallen zur Quantifizierung der chemischen Bestandteile in der Ablaufwasser aus simulierten Stadtlandschaften ausgestattet besteht. Abflussmengen aus den ersten und zweiten Studien hatten Variationskoeffizienten (CV)-Werte von 38,2 und 28,7% auf. CV-Werte für Stichwahl pH, EC, und Na-Konzentration für beide Studien waren alle unter 10%. Concentrations von DOC, TDN, DON, PO 4-P, K +, Mg 2 + und Ca 2 + hatte CV-Werte von weniger als 50% in beiden Studien. Insgesamt sind die Ergebnisse der Prüfung nach Spatenstich Installation an der Anlage durchgeführt zeigte eine gute Übereinstimmung zwischen den Parzellen für Abflussmengen und chemische Bestandteile. Das große Grundstück ist ausreichend, um viel von der natürlichen Variabilität sind und somit eine bessere Simulation der Stadtlandschaft Ökosysteme.
Introduction
Vier der am schnellsten wachsenden, dicht besiedelten Ballungsgebieten sind im Süden der USA in den subtropischen Klimazonen 1 entfernt. Darüber hinaus trat der größte prozentuale Veränderung der Baugrund zwischen 1982 und 1997 im Süden der USA ein. Mit erhöhten städtischen Gebieten kommt eine gleichzeitige Nachfrage nach Trinkwasser, von denen viele für den Außenbereich in den Sommermonaten 2 verwendet. Mit neuen Konstruktion sind programmierbar in-Boden-Bewässerungssysteme oft installiert. Leider sind diese Systeme oft so programmiert, dass die Bewässerung zu Stadtgestaltung häufiger und / oder in Mengen, die Evapotranspiration Anforderungen der Landschaft 2 übertreffen. Dies führt zu einer beträchtlichen Anzahl von Abfluss von Stadtgestaltung in den Vorfluter, die zu dem, was wurde städtischen Strom-Syndrom 3 bezeichnet beiträgt. Symptome der städtischen Strom-Syndrom sind eine erhöhte Häufigkeit von Überlandstrom und erosive Fluss, erhöhte nitrogen (N), Phosphor (P), Giftstoffe und Temperatur zusätzlich zu Änderungen der Kanalmorphologie, Süßwasserbiologie, und Ökosystemprozesse 3.
Verluste von N und P aus landwirtschaftlichen Ökosysteme wurden umfassend untersucht und festgestellt, vor allem abhängig von vier Faktoren zu sein: Nährstoffquelle, Verbrauch, Anwendungszeitpunkt und Nährstoffplatzierung 4. Während weniger veröffentlichten Daten, die derzeit auf Off-Site-Bewegung von Nährstoffen aus Stadtlandschaften vorhanden sind, können diese Prinzipien direkt auf Rasen Kultur angewendet werden, egal ob im Home-Rasen, sod Farmen, Parks oder andere Grünflächen. Zusätzlich können falsche Bewässerungsmethoden, die in Abfluss aus der Landschaft führen diese Verluste verschärfen.
Nährstoffverluste können durch Bewässerungswasserqualität verändert werden. Gebiete im Südwesten der USA nutzen oft mehr Kochsalzlösung oder Natron Wasser für die Bewässerung der Rasenfläche und Stadtlandschaften 5,6. Die chemische Zusammensetzungdas Bewässerungswasser kann Bodenchemie erheblich verändern was zu einer Freisetzung von Kohlenstoff, Stickstoff, Kalzium und anderen Kationen bis zur Tropfwasser. Neuere Arbeiten haben gezeigt, dass erhöhte Natrium-Absorptionsverhältnis (SAR) der Gewinnung von Wasser die Mengen an Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) von St. Augustinegrass Ausschnitte, Weidelgras Ausschnitte und andere organische Materialien 7 ausgelaugt deutlich erhöht. Darüber hinaus wurden an wasserlöslichen Boden C, N, P und Verluste aus Freizeitrasen Böden erheblich mit Wasser zur Bewässerung chemischen Bestandteile 6 korreliert.
Washbusch et al. studierte städtischen Abfluss in Madison, WI, und festgestellt, dass Rasenflächen waren die größten Beitragszahler der Gesamtphosphor 8. Darüber hinaus haben sie auch festgestellt, dass 25% der gesamten P in "Straße Dirt" entstand aus Blättern und Grasschnitt. In einer typischen ländlichen Umgebung, Laub fällt auf den Boden und dann zersetzt sich langsam freisetzenden Nährstoffe zurück in die sÖl-Umgebung. Doch im städtischen Umfeld, erhebliche Mengen an nährstoffreichen Blätter und Grasschnitt kann auf fallen oder gewaschen oder auf Harte Konturen wie Einfahrten, Gehwege und Fahrbahnen, anschließend ihren Weg in den Straßen geblasen zu bekommen, wo sie zu "Straßenschmutz" beitragen , von dem viel wird unmittelbar in ein Gewässer gewaschen.
Stadtlandschaft Böden sind oft gestört, und während der Bauphase, die auch Mengen von Abfluss erhöhen können aufgrund der reduzierten Infiltrationsraten 9 hoch verdichtet. Kelling und Peterson berichtet, dass sowohl die Gesamtabflussmenge und die Nährstoffkonzentrationen in Abfluss von zu Hause aus Rasenflächen sind aus Rasenflächen, die verdichtet sind oder schwer gestörten Bodenprofilen aufgrund früherer Bauaktivitäten 10 erhöht. Edmondson et al. auf der anderen Seite festgestellt, dass Stadtböden im Vergleich zu umliegenden landwirtschaftlichen Böden im städtischen und vorstädtischen Bereich Leic waren weniger verdichtetenEster, UK 11. Sie führten dies auf schwere Landmaschinen, aber auch darauf hingewiesen, dass Rasenflächen hatten eine größere Bodenschüttdichte als Boden unter Bäumen und Sträuchern, die Gras mähen und größere Menschentrampling zugeschrieben wurde.
Es scheint, dass in vielen Situationen, urbanen und suburbanen Strom-Syndrome sind wesentlich durch Oberflächenabfluss und Punktquellen entlädt 3,12 belastet. Während der Punkt-Quellen können über Genehmigungen und Recycling manipuliert werden, ist eine zusätzliche Forschung notwendig, um Entwicklung und Erprobung besten Management-Verfahren für zu Hause Rasen Einrichtung und Verwaltung, um Nährstoffverluste zu minimieren Abfluss. Historische Forschung in dieser Hinsicht haben oft entlang der Küstengebiete, wo es hohen Gehalt Böden Sand, aufgrund von Bedenken zu den Auswirkungen der Auswaschung und Abfluss Nährstoffeinträge in die Küstengewässer bezogen zentriert worden. Jedoch bei der Arbeit mit sehr sandigen Böden, muss man steilen Hängen und hohen Niederschlagsraten zu können, Gattungen seinte keine Stichwahl 13,14. Im Gegensatz dazu viele der Böden in der Mitte der Vereinigten Staaten sind fein strukturiert und haben eine geringe Infiltrationsraten, die in signifikanten Mengen des Abflusses aus auch kleine Regenereignisse führen. So war es erwünscht, auf heimischen Boden und typisch für jene, die auf Wohnlandschaften auftreten können, Hang entwerfen und bauen eine Abflussmöglichkeiten.
Dieses Papier beschreibt die Planung, den Bau und die Funktion eines 1.000 m 2 Anlage mit 24 Einzel 33,6 m 2 Feldparzellen zur Messung Gesamtabflussmengen bei relativ geringen zeitlichen Auflösung und gleichzeitige Sammlung von Ablaufwasser Teilproben an ausgewählten volumetrische oder zeitlichen Abständen für die Messung und Quantifizierung der chemischen Bestandteile des Ablaufwasser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wasser über fließen, in, und durch Böden ist stark von der Topographie, Vegetationsdecke und der Boden physikalischen Eigenschaften beeinflusst. Mäßig verdichteten Böden und Böden mit hohem Ton Inhalte reduziert Infiltrationsraten und erhöhte Mengen des Abflusses aufweisen. Daher beim Bau einer Anlage dieser Art, sollte alles unternommen werden, um einheimischen Böden mit gleichmäßigen Steigungen verwenden und Verdichtung zu minimieren aus allen Arten von Verkehr auf den Versuchsflächen während der Bauphase…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken finanzielle Unterstützung von der Scotts Miracle-Gro Company für diese Anlage. Wir sind auch dankbar auf die Toro Co. für die Unterstützung mit der Bereitstellung der Bewässerungssteuerung. Die Vision und Planung von dem verstorbenen Dr. Chris Steigler in den frühen Phasen des Projektes wird auch dankbar anerkannt. Die Autoren möchte auch Frau N. Stanley für ihre technische Unterstützung bei der Probenvorbereitung und Analyse danken.
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
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