Progettazione e Costruzione di un Research Facility deflusso urbano
Summary
Questo documento descrive la progettazione, la costruzione, e la funzione di un impianto di 1.000 m 2 contenente 24 singoli appezzamenti 33,6 m 2 campi attrezzati per la misurazione dei volumi totali di deflusso con il tempo e la raccolta di sottocampioni di deflusso a intervalli selezionati per la quantificazione dei componenti chimici in acqua di deflusso da prati casa simulati.
Abstract
Con l'aumento della popolazione urbana, così fa l'area irrigata del paesaggio urbano. Estate uso dell'acqua nelle aree urbane può essere base di inverno uso dell'acqua linea 2-3x a causa di un aumento della domanda per l'irrigazione. Pratiche di irrigazione improprie e grandi eventi piovosi possono provocare il deflusso dai paesaggi urbani che ha il potenziale per portare nutrienti e sedimenti nei corsi d'acqua locali e laghi in cui possono contribuire alla eutrofizzazione. Una struttura di 1.000 m 2 è stato costruito, che consiste di 24 singole 33,6 m 2 terreni da campo, ciascuno attrezzato per misurare volumi totali di deflusso con il tempo e la raccolta di sottocampioni di deflusso a intervalli selezionati per la quantificazione dei componenti chimici in acqua deflusso dai paesaggi urbani simulati. Volumi perdite dal primo e secondo studi erano coefficiente di variabilità (CV) valori di 38,2 e 28,7%, rispettivamente. Valori di CV per il deflusso di pH, EC, e la concentrazione di Na per entrambi gli studi erano tutti sotto il 10%. Concentrations di DOC, TDN, DON, PO 4-P, K +, Mg 2 + e Ca 2 + avevano valori di CV inferiore al 50% in entrambi gli studi. Nel complesso, i risultati dei test eseguiti dopo l'installazione sod presso l'impianto indicato buona uniformità tra lotti per i volumi di deflusso e costituenti chimici. Le grandi dimensioni trama è sufficiente a includere gran parte della variabilità naturale e quindi fornisce una migliore simulazione degli ecosistemi del paesaggio urbano.
Introduction
Quattro dei più rapida crescita, le aree metropolitane densamente popolate si trovano nel sud degli Stati Uniti nei climi subtropicali 1. Inoltre, la più grande variazione percentuale del terreno edificabile tra il 1982 e il 1997 si è verificato nel sud degli Stati Uniti 1. Con l'aumento delle aree urbane viene una domanda concomitante per l'acqua potabile, gran parte del quale viene utilizzato per uso esterno durante i mesi estivi 2. Con la nuova costruzione, sistemi di irrigazione programmabili in terra sono spesso installati. Purtroppo, questi sistemi sono spesso programmati per fornire irrigazione per arredo urbano con maggiore frequenza e / o dei volumi che superano le esigenze di evapotraspirazione del paesaggio 2. Questo si traduce in un significativo volume di deflusso dal paesaggio urbano acque recipienti, che contribuisce a quello che è stato definito sindrome flusso urbano 3. I sintomi della sindrome flusso urbano includono aumento della frequenza di scorrimento superficiale e flusso erosiva, sono aumentate nitrogen (N), fosforo (P), sostanze tossiche, e la temperatura oltre a cambiamenti nella morfologia del canale, acqua dolce biologia, e dell'ecosistema processi 3.
Perdite di N e P da ecosistemi agricoli sono stati ampiamente studiati e trovato a dipendere principalmente da quattro fattori: fonte di nutrienti, tasso di applicazione, temporizzazione applicazione, e di collocamento dei nutrienti 4. Mentre un minor numero di dati pubblicati esistono attualmente sul movimento off site di sostanze nutritive da paesaggi urbani, questi principi possono essere applicati direttamente alla cultura tappeto erboso, sia in prati casa, fattorie SOD, parchi o altri spazi verdi. Inoltre, le pratiche di irrigazione improprie che determinano il deflusso dal paesaggio possono esacerbare queste perdite.
Perdite di nutrienti possono essere ulteriormente modificati in base alla qualità dell'acqua irrigua. Le aree nel sud-ovest degli Stati Uniti spesso utilizzano più acqua salina o sodico per l'irrigazione di prati casa e paesaggi urbani 5,6. La composizione chimica deil'acqua di irrigazione può alterare significativamente chimica del suolo causando un rilascio di carbonio, azoto, calcio e altri cationi di deflusso delle acque. Lavori recenti hanno dimostrato che un aumento rapporto di assorbimento del sodio (SAR) dell'acqua estrarre aumentato significativamente le quantità di carbonio (C) e azoto (N) lisciviati da ritagli di San Augustinegrass, ritagli di loglio, e altri materiali organici 7. Inoltre, l'acqua del suolo estraibili C, N, P e le perdite derivanti da terreni tappeti erbosi ricreative erano significativamente correlati con componenti chimici dell'acqua di irrigazione 6.
Washbusch et al. studiato deflusso urbano a Madison, WI e ha scoperto che i prati sono stati i maggiori contribuenti di fosforo totale 8. Inoltre, hanno anche scoperto che il 25% del P totale in "Dirt Street" ha avuto origine da foglie e erba tagliata. In un ambiente tipicamente rurale, lettiera cade a terra e poi si decompone rilasciando sostanze nutritive lentamente torna alla sambiente olio. Tuttavia, in ambienti urbani, quantità significative di foglie ricco di sostanze nutritive e di erba tagliata può cadere su o vengono lavati o soffiato su hardscapes quali passi carrai, marciapiedi, strade e, successivamente, che si fanno strada nelle strade dove contribuiscono alla "strada sterrata" , gran parte del quale viene lavato direttamente nei corsi d'acqua che ricevono.
Terreni paesaggio urbano sono spesso disturbati e fortemente compattato durante la costruzione, che può anche aumentare la quantità di deflusso a causa della riduzione dei tassi di infiltrazione 9. Kelling e Peterson hanno riferito che sia il volume deflusso totale e le concentrazioni di nutrienti in deflusso da prati di casa sono aumentate da prati che sono compattati o hanno gravemente profili di suolo disturbati a causa di attività di costruzione precedenti 10. Edmondson et al. d'altro canto, ha rilevato che i suoli urbani erano meno compattato rispetto al circostante suoli agricoli nella regione urbana e suburbana di Leicestere, Regno Unito 11. Hanno attribuito questo a pesanti macchinari agricoli usati, ma hanno anche notato che i prati avevano una maggiore densità apparente del suolo di terreno sotto gli alberi e arbusti che è stato attribuito al taglio dell'erba e una maggiore calpestio umano.
Sembrerebbe che in molte situazioni, flusso sindromi urbane e suburbane sono significativamente influenzati dal ruscellamento e punto-sorgente scarichi 3,12. Mentre il punto-sorgenti possono essere manipolati attraverso permessi e riciclaggio, sono necessarie ulteriori ricerche per sviluppare e testare i migliori procedure di gestione per la creazione e la gestione di casa prato per ridurre al minimo le dispersioni nutrienti deflusso. Sforzi di ricerca in passato in questo senso sono stati spesso centrato lungo le aree costiere dove ci sono terreni contenuto di sabbia alte, a causa di preoccupazioni legate agli effetti della lisciviazione e ruscellamento perdite di nutrienti alle acque costiere. Tuttavia, quando si lavora con terreni molto sabbiosi, si deve avere pendii ripidi e alti tassi di pioggia per poter generiTE qualsiasi deflusso 13,14. Al contrario, molti dei suoli negli Stati Uniti centrali sono belle texture e hanno bassi tassi di infiltrazione che si traducono in notevoli quantità di deflusso da anche piccoli eventi piovosi. Così, si è voluto progettare e costruire un impianto di scolo sul suolo nativo e la pendenza tipica di quelli che possono verificarsi sui paesaggi residenziali.
Questo documento descrive la progettazione, la costruzione e la funzione di un impianto di 1.000 m 2 contenente 24 singoli 33.6 m 2 appezzamenti di campo per misurare i volumi totali di deflusso relativamente piccole risoluzioni temporali e la raccolta simultanea di sottocampioni deflusso delle acque al volumetrico selezionata o intervalli temporali per la misurazione e la quantificazione dei costituenti chimici delle acque di deflusso.
Protocol
Representative Results
Discussion
Flusso d'acqua sopra, in, e attraverso terreni è fortemente influenzata dalla topografia, copertura vegetale, e le proprietà fisiche del suolo. Terreni eccessivamente compatti e suoli ad alto contenuto di argilla esporranno tassi di infiltrazione ridotti e una maggiore quantità di deflusso. Pertanto, quando si costruisce una struttura di questo tipo, dovrebbe essere fatto ogni sforzo per utilizzare terreni native con pendenze uniformi e minimizzare la compattazione da tutti i tipi di traffico sulle aree speriment…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano il sostegno finanziario della Scotts Miracle-Gro Società per questa struttura. Siamo anche riconoscenti al Toro Co. per fornire assistenza con il programmatore d'irrigazione. La visione e la pianificazione dal compianto Dr. Chris Steigler nelle prime fasi di questo progetto è anche riconosciuto con gratitudine. Gli autori desiderano inoltre ringraziare la signora N. Stanley per la sua assistenza tecnica con la preparazione e l'analisi del campione.
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 |
References
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