Diseño y Construcción de un Centro de Investigación La escorrentía urbana
Summary
En este trabajo se describe el diseño, construcción y funcionamiento de una instalación de 1.000 m 2 que contiene 24 parcelas de 33,6 m 2 de campo individuales equipados para medir el volumen total de escorrentía con el tiempo y la recopilación de submuestras de escorrentía en los intervalos seleccionados para la cuantificación de componentes químicos en el agua de escorrentía de céspedes caseros simulados.
Abstract
A medida que el aumento de la población urbana, lo mismo ocurre con la zona de regadío paisaje urbano. El uso del agua del verano en las zonas urbanas puede ser el uso del agua de línea base de invierno 2-3x debido al aumento de la demanda de riego de jardines. Prácticas de riego inadecuadas y eventos de lluvia grandes pueden resultar en la escorrentía de los paisajes urbanos, que tiene el potencial de llevar los nutrientes y sedimentos en los arroyos locales y lagos en los que pueden contribuir a la eutrofización. Un espacio de 1.000 m 2 fue construido que consta de 24 33.6 m 2 parcelas individuales, cada una equipada para medir los volúmenes totales de escorrentía con el tiempo y la recopilación de submuestras de escorrentía en los intervalos seleccionados para la cuantificación de componentes químicos en el agua de escorrentía de los paisajes urbanos simulados. Volúmenes de escorrentía de la primera y segunda pruebas tenían coeficiente de variabilidad (CV) valores de 38,2 y 28,7%, respectivamente. Valores de CV para pH escorrentía, EC, y la concentración de Na para ambos ensayos fueron menos del 10%. Concentrations de DOC, TDN, DON, PO 4-P, K +, Mg 2 + y Ca 2 + tenían valores de CV inferior al 50% en ambos ensayos. En general, los resultados de las pruebas realizadas después de la instalación de césped en la instalación indicaron una buena uniformidad entre las parcelas de los volúmenes de escorrentía y componentes químicos. El gran tamaño de la parcela es suficiente para incluir la mayor parte de la variabilidad natural y por lo tanto proporciona una mejor simulación de los ecosistemas del paisaje urbano.
Introduction
Cuatro de los de más rápido crecimiento, áreas metropolitanas densamente pobladas se encuentran en el sur de Estados Unidos en los climas subtropicales 1. Además, el mayor porcentaje de cambio en suelo urbanizado entre 1982 y 1997 se produjo en el sur de EE.UU. 1. Con el aumento de las áreas urbanas viene una demanda concomitante para agua potable, gran parte del cual se utiliza para el uso al aire libre durante los meses de verano 2. Con la nueva construcción, sistemas de riego programables tierra en-a menudo se instalan. Desafortunadamente, estos sistemas a menudo son programados para entregar riego para jardinería urbana con más frecuencia y / o en los volúmenes que exceden las demandas de evapotranspiración del paisaje 2. Esto da lugar a un importante volumen de escorrentía de paisajismo urbano de las aguas receptoras, lo que contribuye a lo que se ha denominado síndrome de corriente urbana 3. Los síntomas del síndrome de corriente urbana incluyen la frecuencia de flujo superficial y el flujo erosivo aumentaron, aumentaron nitrogen (N), fósforo (P), sustancias tóxicas, y la temperatura además de los cambios en la morfología del canal, la biología de agua dulce, y el ecosistema procesa 3.
Las pérdidas de N y P de los ecosistemas agrícolas se han estudiado y se encontró que depende principalmente de cuatro factores ampliamente: fuente de nutrientes, la tasa de aplicación, tiempo de aplicación, y la colocación de nutrientes 4. Aunque existen pocos datos publicados actualmente en movimiento fuera del sitio de los nutrientes de los paisajes urbanos, estos principios se pueden aplicar directamente a la cultura del césped, ya sea en jardines residenciales, granjas de césped, parques u otros espacios verdes. Además, las prácticas de riego inadecuadas que dan lugar a la escorrentía del paisaje pueden exacerbar estas pérdidas.
Las pérdidas de nutrientes se pueden alterar aún más por la calidad del agua de riego. Áreas en el suroeste de Estados Unidos a menudo utilizan más agua salina o sódica para el riego de jardines residenciales y paisajes urbanos 5,6. La composición química de losel agua de riego puede alterar significativamente la química del suelo causando una liberación de carbono, nitrógeno, calcio y otros cationes para el agua de escorrentía. Un trabajo reciente mostró que el aumento de la relación de absorción de sodio (SAR) del agua de extracción aumentó significativamente las cantidades de carbono (C) y nitrógeno (N) lixiviado de recortes de San Agustín, recortes de raigrás y otros materiales orgánicos 7. Además, las pérdidas de agua del suelo extraíble C, N y P de los suelos de céspedes recreativos se correlacionaron significativamente con los componentes químicos del agua de riego 6.
Washbusch et al. estudiado la escorrentía urbana en Madison, Wisconsin, y encontraron que el césped fueron los mayores contribuyentes de fósforo total 8. Además, también se encontró que el 25% del P total en "Dirt Street" se originó a partir de las hojas y la hierba cortada. En un entorno rural típico, hojarasca cae sobre el suelo y luego se descompone liberando nutrientes lentamente a la sentorno de aceite. Sin embargo, en los entornos urbanos, importantes cantidades de hojas ricas en nutrientes y recortes de césped pueden caer sobre o perder color o soplado sobre hardscapes tales como calzadas, aceras y calzadas, posteriormente haciendo su camino en las calles en las que contribuyen a la "suciedad de la calle" , mucha de la cual consigue lavados directamente en los cursos de agua que reciben.
Suelos de paisajes urbanos son a menudo perturbados y altamente compactada durante la construcción, que también pueden aumentar cantidades de escorrentía debido a la reducción de las tasas de infiltración 9. Kelling y Peterson informó que tanto el volumen de escorrentía total y las concentraciones de nutrientes en el escurrimiento de jardines residenciales se incrementaron de césped que se compactan o tienen gravemente perfiles de suelo alterado debido a las actividades de construcción anteriores 10. Edmondson et al. por el contrario, encontraron que los suelos urbanos eran menos compactada en comparación con los alrededores suelos agrícolas en la región urbana y suburbana de Leicéster, Reino Unido 11. Ellos atribuyeron esto a la maquinaria agrícola pesada utilizada, pero también señaló que el césped tenían una mayor densidad aparente del suelo que el suelo bajo los árboles y arbustos que se atribuyó a la siega de hierba y una mayor pisoteo humano.
Al parecer, en muchas situaciones, síndromes corriente urbanas y suburbanas se ven afectados de manera significativa por la escorrentía y las descargas de fuentes puntuales 3,12. Aunque fuentes puntuales pueden ser manipulados a través de permisos y el reciclaje, se necesita investigación adicional para desarrollar y probar los mejores procedimientos de gestión para el establecimiento y gestión de césped casa para minimizar las pérdidas de nutrientes a la escorrentía. Anteriores esfuerzos de investigación en este sentido a menudo se han centrado en las zonas costeras donde hay suelos de alto contenido de arena, debido a las preocupaciones relacionadas con los efectos de la lixiviación y la escorrentía pérdidas de nutrientes a las aguas costeras. Sin embargo, cuando se trabaja con suelos muy arenosos, uno debe tener fuertes pendientes y altas tasas de precipitación para poder génerosdel te de toda la escorrentía 13,14. En contraste, muchos de los suelos en el centro de Estados Unidos son de textura fina y tienen bajas tasas de infiltración que dan lugar a cantidades significativas de escurrimiento de eventos de lluvia, incluso pequeñas. De esta manera, se deseaba para diseñar y construir una instalación de segunda vuelta el suelo nativo y la pendiente típica de los que pueden producirse en los paisajes residenciales.
En este trabajo se describe el diseño, construcción y funcionamiento de una instalación de 1.000 m 2 que contiene 24 33.6 m 2 parcelas individuales para la medición de los volúmenes totales de escorrentía en relativamente pequeñas resoluciones temporales y recolección simultánea de submuestras de agua de escorrentía a volumétrica seleccionada o intervalos temporales para la medición y cuantificación de los constituyentes químicos del agua de escorrentía.
Protocol
Representative Results
Discussion
El flujo de agua en, en, ya través de los suelos se ve muy afectada por la topografía, cubierta vegetal, y las propiedades físicas del suelo. Suelos excesivamente compactados y suelos con alto contenido de arcilla exhibirán las tasas de infiltración reducidos y una mayor cantidad de la escorrentía. Por lo tanto, cuando la construcción de una instalación de estas características, se debe hacer todo lo posible para utilizar suelos naturales con pendientes uniformes y minimizar la compactación de todos los tipos …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen el apoyo financiero de The Scotts Miracle-Gro Company para esta instalación. También estamos agradecidos al Toro Co. para la asistencia para facilitar el programador de riego. La visión y la planificación por el fallecido Dr. Chris Steigler en las primeras etapas de este proyecto también se agradece. Los autores también desean agradecer a la señora N. Stanley por su asistencia técnica en la preparación y análisis de muestras.
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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