Дизайн и Строительство городских стоков исследовательского фонда
Summary
Эта статья описывает проектирование, строительство, и функцию 1000 м 2 объекта, содержащего 24 отдельных участков 33,6 м 2 поля, оборудованные для измерения общих объемов стоков со временем и сбора поверхностного стока подвыборках через определенные промежутки времени для количественного определения химических составляющих в сточных водах, из смоделированные домашние газоны.
Abstract
Как городских населения увеличивается, растет и площадь орошаемых городского пейзажа. Лето использование воды в городских районах может быть в 2-3 раза зима база использование линия воды в связи с увеличением спроса на орошения земель. Неправильная практика орошения и большие ливни могут привести к стока с городских пейзажей, которая имеет потенциал, чтобы осуществлять питательных веществ и осадков в местных реках и озерах, где они могут способствовать эвтрофикации. 1000 м 2 Объект был построен, которая состоит из 24 отдельных 33,6 м 2 полевых участков, каждый из которых оборудован для измерения общих объемов стоков со временем и сбора поверхностного стока подвыборках через определенные промежутки времени для количественного определения химических составляющих в сточных водах, из моделируемых городских пейзажей. Объемы стоков с места первого и второго испытаний было коэффициент изменчивости (CV) значения 38,2 и 28,7%, соответственно. Значения CV для стока рН, ЕС, и концентрации Na для обоих исследованиях были все под 10%. Concentratioнс DOC, ТДН, ДОН, PO 4-P, K +, Mg 2 +, и Са 2 + были значения CV менее 50% в обоих исследованиях. В целом, результаты испытаний, проведенных после установки дерново на объекте указано хорошую равномерность между участков для объемов стока и химических составляющих. Большой размер участка достаточно включить большую часть естественной изменчивости и, следовательно, обеспечивает лучшую имитацию городских ландшафтных экосистем.
Introduction
Четыре из наиболее быстро растущих, густонаселенных городских районах расположены на юге США в субтропическом климате 1. Кроме того, крупнейший процентное изменение в урбанизированной земли между 1982 и 1997 произошли в южной части США 1. С увеличением городских районах доходит сопутствующее спрос на питьевую воду, большая часть которых используется для наружного применения в течение летних месяцев 2. С нового строительства, программируемых в подземной системы полива часто устанавливаются. К сожалению, эти системы часто запрограммирован, чтобы доставить орошение в городской озеленении более часто и / или в объемах, которые превышают потребности эвапотранспирацию ландшафта 2. Это приводит к значительному объему стока с городских озеленения в принимающие воды, что способствует тому, что было названо городской поток синдром 3. Симптомы синдрома городского потока включают в себя увеличение частоты сухопутной потока и эрозионного потока, увеличивается nitrogeN (N), фосфор (Р), токсиканты, и температура в дополнение к изменениям в морфологии канала, пресноводных биологии и экосистемы процессов 3.
Потери азота и фосфора из сельскохозяйственных экосистем были широко изучены и признаны в первую очередь зависит от четырех факторов: источника питательных веществ, расход, синхронизации приложений и размещения питательных веществ 4. В то время как меньшее количество опубликованных данных в настоящее время существуют на офф сайте движения питательных веществ из городских пейзажей, эти принципы могут быть непосредственно применены к газон культуры, будь то в домашних газонов, дерново хозяйств, парков и других зеленых насаждений. Кроме того, неправильное методы ирригации, которые приводят к стока с ландшафтом может усугубить эти потери.
Питательные потери могут быть еще изменены качества оросительной воды. Области на юго-западе США часто используют более соленой или натриевая вода для орошения домашних газонов и городских пейзажей 5,6. Химический составоросительной воды может значительно изменить химию почвы вызывая высвобождение углерода, азота, кальция и других катионов до образования капель воды. Недавние работы показали, что повышенное соотношение поглощения натрия (САР) экстрагирующей воды значительно увеличило количество углерода (С) и азота (N) выщелоченного из Сент-Augustinegrass вырезки, райграса вырезок и других органических материалов 7. Кроме того, потери воды извлекаемые почвы C, N, и P от отдыха Turfgrass почвах достоверно коррелировали с оросительной воды химических составляющих 6.
Washbusch др. учился городских стоков в Мэдисон и обнаружили, что газоны были крупнейшие вкладчики общего фосфора 8. Кроме того, они также обнаружили, что 25% от общего P в "Street грязи" происходит от листьев и скошенной травы. В типичной сельской местности, опавшие листья падает на землю, а затем медленно разлагается выделяют биогенные вещества обратно в смасло среды. Тем не менее, в городских условиях, значительное количество богатых питательными веществами листья и скошенную траву падать на или помыться или дуется на hardscapes таких как подъездные пути, тротуары, и дорог, впоследствии пробирались на улицы, где они способствуют "уличной грязи" , большая часть которых слепнет непосредственно в принимающих водных путей.
Городской пейзаж почвы часто нарушается и сильно сжаты во время строительства, что также может увеличить объемы стока за счет снижения ставки инфильтрации 9. Kelling и Петерсон сообщил, что оба общий объем стока и концентрации питательных веществ в стоке от домашних газонов увеличилась с лужайками, которые уплотняют или серьезно нарушенные профили почвы в связи с предыдущими строительной деятельности 10. Эдмондсон и др. с другой стороны, установлено, что городские почвы были менее уплотнен по сравнению с окружающим сельскохозяйственные угодья в городском и пригородном районе Leicэфир, Великобритания 11. Они объясняют это тяжелой сельскохозяйственной техники, используемой, но они также отметил, что газоны имели большее объемную плотность почвы, чем почвы под деревьями и кустарниками, которые были приписаны скашивания травы и большей вытаптывания человека.
Казалось бы, что во многих ситуациях, городские и пригородные поток синдромы оказали существенного влияния на сток и точка-источник разряжает 3,12. В то время как точечные источники можно манипулировать с помощью разрешений и утилизации, необходимы дополнительные исследования для разработки и тестирования лучшие процедуры управления для установления домой газон и управления, чтобы минимизировать потери питательных веществ в стоке. Прошлые усилия исследований в этой связи часто сосредоточены в прибрежных районах, где есть высокое содержание почвы песчаные, в связи с проблем, связанных с последствиями вымывания и стока потери питательных веществ в прибрежных водах. Тем не менее, при работе с очень песчаных почвах, нужно иметь крутые склоны и высокие темпы осадков, чтобы иметь возможность родовт.е любой сток 13,14. В отличие от этого, многие из почв в центральной части США являются тонкой текстурой и имеют низкие цены инфильтрации, которые приводят к значительным количеством стоков от даже небольших дождей. Таким образом, было желательно, чтобы спроектировать и построить стекания центр на родной земле и наклона типичной из тех, которые могут возникнуть на жилых ландшафтов.
Эта статья описывает проектирование, строительство и функцию 1000 м 2 объекта, содержащего 24 отдельных 33,6 м 2 полевые участки для измерения общих объемов стоков при сравнительно небольших временных резолюций и одновременного сбора подвыборках стоковых воды на выбранном объемном или временных интервалов для измерения и количественного химических составляющих стока воды.
Protocol
Representative Results
Discussion
Поток воды над, в, и через почвах сильно зависит от топографии, растительного покрова, и физических свойств почвы. Чрезмерно уплотненные почвы и почвы с высоким содержанием глины будет проявлять льготные тарифы инфильтрации и повышенные количества стоков. Поэтому, когда строительство …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы выражают благодарность финансовую поддержку от Scotts Miracle-Gro Company для этого объекта. Мы также признательны к Toro Ко за помощь в предоставлении контроллер орошения. Видение и планирование покойным доктором Крисом Steigler в ранних стадиях этого проекта также с благодарностью. Авторы также хотели бы поблагодарить г-жу Н. Stanley за техническую помощь в подготовке и анализа проб.
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).
