Un protocollo per Condurre Pioggia di simulazione per studiare deflusso del suolo

Uno dei motivi per condurre l'esperimento in corso era quello di esplorare i fattori che possono aver contribuito a scarsi risultati di un precedente esperimento in cui la perdita di urea nel ballottaggio è stato messo a confronto tra diverse forme di fertilizzanti e concimi contenenti urea. Tutti i trattamenti sono stati applicati ai terreni che erano stati saturi e scaricato in capacità di campo. Risultati per cinque repliche del trattamento urea prill variava da concentrazioni di 1-12 mg / L di urea-N di deflusso. Questo ordine di grandezza variazione tra le repliche era inaccettabile in condizioni controllate confondeva i risultati dell'esperimento. Una forte relazione positiva tra il volume totale di deflusso e di concentrazione di urea-N in ballottaggio suggerito che condizioni fisiche, quali l'imballaggio o antecedenti condizioni di umidità variabili dovute alle diverse condizioni di drenaggio e di essiccazione, sono stati i fattori causali. Al fine di indagare la causa di tali variazioni estreme urLe concentrazioni bis in ballottaggio, tutte le caselle del esperimento in corso sono stati accuratamente confezionati con pesi uguali di terreno argilloso limo uniformemente misto come raffigurato nelle figure 1 e 2, per ridurre al minimo la variazione in condizioni fisiche. Per raggiungere 50, 60, 70, 80, 90 e 100% della capacità di campo approssimata come determinato bagnando, poi stufa una piccola quantità di terreno setacciato, il peso di acqua necessaria per bagnare il terreno corrispondente moistures suolo antecedenti di 14 , 17, 19, 22, 25, e 27% è stata calcolata, aggiunti ai box, e lasciato equilibrare O / N. La simulazione precipitazioni ha seguito il protocollo preciso sopra descritto e raffigurato nelle figure 3-5. Il 17 WSQ Jet completa 3/8 HH ugello (Tabella 1) è stato utilizzato per fornire una intensità di pioggia di 3,2 cm / h per un periodo minimo di 40 che equivale ad un evento di precipitazione naturale che si verifica comunemente su base annua, sulla sponda orientale della Chesapeake Bay in Maryland. <pclass = "jove_content"> I conseguenti totali volumi di deflusso, carichi, e il flusso delle concentrazioni ponderati sono riassunti nella Tabella 2. C'è stata una significativa correlazione positiva tra volume deflusso totale e stato di umidità antecedente (Figura 6). Terreni Wetter avevano meno capacità di immagazzinare acqua e tassi di infiltrazione minori risultanti in maggiori volumi di deflusso. C'era una significativa relazione negativa tra il tempo di deflusso e la condizione di umidità antecedente (Figura 7). L'acqua infiltrata nel suolo asciutti per un periodo di tempo più lungo prima di diventare bagnato vicino alla superficie, causando il deflusso a verificarsi. Non sorprende, c'è stata una relazione positiva tra carico totale urea-N in deflusso e volume totale deflusso (Figura 8). E 'noto che in studi idrologici portata volumetrica è di solito un forte predittore di carico totale. Come concentrazione si comporterà in risposta a un evento deflusso è meno prevedibile. Flusso concentratio ponderatan è stato calcolato sommando i carichi per ogni raccolta deflusso 2 min e dividendo per il volume totale di deflusso. È equivalente alla concentrazione in un unico insieme di deflusso al termine del periodo di precipitazioni 40 min. In questo studio, c'è stata una significativa relazione positiva tra la concentrazione ponderata portata in deflusso e la condizione di umidità antecedente (Figura 9). Date le relazioni lineari positive tra volume di deflusso e l'umidità del suolo antecedente e il flusso di concentrazione ponderata e condizioni di umidità antecedente, una significativa relazione positiva tra carico totale urea-N e condizioni di umidità antecedente era previsto. Tuttavia, questo rapporto significativo è stato meglio descritta da un'equazione esponenziale (Figura 10). Per visualizzare la perdita di urea-N in ballottaggio nel corso del tempo, una concentrazione singola 2 min e carichi cumulativi in ​​una replica di una casella di terreno che rappresenta ogni condiz umidità antecedenteione è stata tracciata sul 40 min intervallo di tempo piovosità (Figura 11). Sebbene le concentrazioni di deflusso possono variare leggermente irregolare nel tempo (ad esempio nel caso della umidità 90%), concentrazioni generalmente iniziano elevata e diminuire nel tempo. Carichi cumulativi nel tempo sono funzioni molto più liscia, e si illustrano le relazioni significative precedentemente discussi. Tempo di deflusso è più lungo, le concentrazioni di urea-N di deflusso sono più bassi e carichi cumulativi sono meno per i terreni asciutti. Anche se l'urea idrolizza rapidamente in terreni, in caso di precipitazioni entro ore di applicazione superficie, gran parte della N è ancora presente in forma di urea ed è soggetta a perdita di deflusso. L'urea è una molecola neutra e non è fortemente sorbita alle superfici delle particelle di terreno. Come l'acqua si infiltra suoli asciutti durante la prima parte di un evento di pioggia porta urea disciolta giù nel terreno e lontano dalla zona di deflusso superficiale. Quando il deflusso non cominciare, c'è meno urea prESE e le concentrazioni di deflusso sono più bassi. Da un senso pratico, urea sarebbe quasi sempre applicata in condizioni asciutte come attrezzature agricole non poteva attraversare terreni che sono alla capacità di campo. Figura 1. Schema di imballato box deflusso del suolo. Una scatola di metallo (100 centimetri x 20 centimetri x 7,5 cm) con un 5 centimetri labbro sull'estremità anteriore è dotato di terreno ad una profondità di 5 cm. Il deflusso che si rovescia sopra il 5 centimetri labbro viene raccolto in una grondaia allegato che è schermato contro la pioggia che cade direttamente nella grondaia. Nove fori di 5 millimetri di diametro consentono acqua che si infiltra nel terreno per drenare dalle scatole ed evitare ristagni. Un capezzolo attaccato vicino al bordo anteriore del fondo della grondaia permette il deflusso delle acque di scarico in imbuti e bottiglie di raccolta positioned sotto il capezzolo. Figura 2. Materiali di imballaggio della scatola. Circa 4 strati di garza nel fondo della scatola impediscono la perdita di suolo, ma permettono lo scolo delle acque. Un indicatore livellamento costituito di vetro acrilico sandwich tra due assi di legno è largo quanto la scatola (20 cm) e profonda (2,5 cm) come differenza tra i lati della scatola (7,5 cm) e la parte superiore della grondaia (5 cm). Appoggiando il bordo sul bordo della scatola del vetro acrilico è usato per terreno grado alla profondità della grondaia. Figura 3. Posizionamento piattaforma. Posizionare la piattaforma in modo che quando le scatole terra battuta sono in posizione, tutti hanno la stessa pendenza. Per questo studio, la pendenza desiderata è stata del 3%. Mentre si tiene un livello di scheda, posizionare la piattaforma in modo che la discesa, fine grondaia della scatola è di 3 cm sotto l'estremità curva ascendente. La piattaforma dovrebbe essere a livello in direzione della pendenza trasversale. Figura 4. Pioggia controlli simulatore a partire dalla fonte di acqua e progredendo attraverso il sistema idraulico per l'ugello (1) valvola a sfera monocomando:. Questa è una valvola di intercettazione rapida. Leva in linea con il tubo è acceso; leva di 90 gradi in tutta pipa è spenta. Utilizzare questa valvola per attivare il flusso e scendere senza disturbare le valvole che controllano la pressione e portata. Aprire completamente e chiudere completamente. Do non provare a utilizzare questa valvola per controllare la portata. (2) Filtro Sedimenti: Controllare il filtro periodicamente e sostituirlo come elemento necessario per evitare l'intasamento con sedimenti. (3) regolatore di pressione: Questa valvola controlla la pressione nella linea da questo punto in avanti. Troppa pressione potrebbe rompersi tubi, tubi o collegamenti. (4) valvola di controllo di flusso in linea (saracinesca): Valvola utilizzata per ottimizzare il flusso dell'ugello per ottenere la portata desiderata e la pressione dell'ugello. (5) Misuratore di portata: Misure di portata approssimativa. (6) Manometro: misura la pressione approssimativa all'ugello. Figura 5. Scatole posizionati sulla piattaforma per la simulazione della piovosità. Inserire 5 o 6 caselle in posizioni contrassegnate per ogni evento simulazione pioggia. Evitare di posizionare una scatoladirettamente sotto l'ugello per evitare gocciolare direttamente su una superficie box. Figura 6. Volume deflusso totale è positivamente correlata con antecedente contenuto di umidità del suolo (R 2 = 0.64). Figura 7. Tempo di deflusso è correlato negativamente con antecedente contenuto di umidità del suolo (R 2 = 0.48). La superficie di un terreno bagnato satura rapidamente. Le piogge che supera la conducibilità idraulica del suolo saturo genera il deflusso. <img alt="Figura 8" fo: content-width = "5in" fo: src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/51664/51664fig8.jpg" /> Figura 8. Carico totale urea-N è positivamente correlata con il volume di deflusso (R 2 = 0,81). Differenze di volume deflusso travolgere differenze nella concentrazione di urea-N in deflusso. Figura 9. Concentrazione di flusso ponderata di urea-N è positivamente correlata con antecedente umidità del suolo (R 2 = 0,66). Terreni asciutti permettono infiltrazioni che percola urea-N nel suolo e lontano dalla superficie del suolo. Quando deflusso accade, meno urea-N è disponibile in superficie per il movimento in deflusso. 5in "fo: src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51664/51664fig10.jpg "/> Figura 10. Carico totale urea-N è positivamente correlata con antecedente umidità del suolo (R 2 = 0.74). Le relazioni positive tra il volume deflusso totale e antecedente contenuto di umidità del suolo e tra la concentrazione flusso ponderata di urea-N e contenuto di umidità antecedente combinano per provocare una relazione esponenziale (y = 0,2043 e 0.0405x). Figura 11. Concentrazione di urea-N ed i rapporti di carico cumulativi nel tempo per una copia di ogni antecedente suolo umidità conten t. Anche se la concentrazione di urea-N non è sempre una funzione regolare nel tempo, le relazioni significative precedente ly discusso può essere visualizzato. Nozzle Size Intensità Pressione ottimale Flusso 10 sec Flusso cm / h psi gpm ml 17 WSQ Jet completa 3/8 HH 3.2 6.0 1.5 940 : 173px; "> 24 WSQ Jet Figura 3/8 HH 3.3 6.0 1.8 1.140 30 w Jet pieno mezzo HH 6.0 5.0 2.2 1.250 50 w Jet pieno mezzo HH 7.0 4.1 3.7 2.300 Tabella 1. Dimensioni ugello grafico. Ugelli che sono stati identificati per l'uso con questo simulatore di precipitazioni e la loro intensità di pioggia associata, la pressione e parametri di flusso sono presentati. Scelta delle dimensioni dell'ugello dipende dalla desiderataprecipitazioni di intensità. Intensità di pioggia e durata corrispondono ad un evento di precipitazione di un certo periodo di ritorno per una posizione specificata studio. Ugello 17 WSQ è stato utilizzato per questo studio. Le piogge di durata di 40 minuti ad una intensità di 3,2 cm / h è equivalente ad un evento di precipitazione naturale che si verifica comunemente su base annua sulla costa orientale della Baia di Chesapeake in Maryland. L'umidità del terreno Deflusso totale Flusso ponderate Carico totale % Volume (L) concentrazione (Urea mg -N) (Mg L -1 urea-N) 27 † 2.96 4.99 13.66 27 2.87 4.37 12.55 25 2.52 3.57 8.62 25 1.81 px; "> 2.33 4.21 22 2.52 2.18 5.50 22 2.47 1.54 3.81 19 1.99 1.72 3.41 19 2.35 3.70 8.68 17 1.91 h: 129px; "> 1.69 3.22 17 1.66 0.90 1.50 14 1.51 0,78 1.18 † numeri duplicati rappresentano due repliche per ogni livello di umidità Numeri Tabella 2. Antecedent umidità del suolo, il volume totale di deflusso, il flusso weighted concentrazione di urea-N e totale carico urea-N dopo la simulazione pioggia. Duplicare rappresentano due repliche per ogni livello di umidità