Instream continuo monitoraggio delle sostanze nutrienti e sedimenti nei bacini agricoli

Monitoraggio della qualità dell’acqua fornisce informazioni sulle concentrazioni di sostanze inquinanti a diverse scale spaziali, in base alle dimensioni dell’area che contribuisce, che può variare da una trama o un campo a un punto di svolta. Questo controllo avviene in un periodo di tempo, come un singolo evento, un giorno, una stagione o un anno. Le informazioni che ha raccolse dal monitoraggio qualità dell’acqua, principalmente relativi alle sostanze nutritive (ad es., azoto e fosforo) e sedimenti, possono essere utilizzate per: 1) comprendere i processi idrologici, trasporto e trasformazione degli inquinanti nei flussi, come fossati di drenaggio agricolo; 2) valutare l’efficacia delle pratiche di gestione applicate allo spartiacque per ridurre il carico di nutrienti e di sedimento e di aumentare la qualità dell’acqua; 3) valutare la consegna di sedimenti e nutrienti all’acqua a valle; e 4) migliorare la modellazione delle sostanze nutrienti e sedimento per capire l’idrologico e processi di qualità che determinano il trasporto di sostanze inquinanti e le dinamiche sopra la gamma di scale temporali e spaziali delle acque.

Questa informazione è cruciale per il ripristino dell’ecosistema acquatico, pianificazione sostenibile e la gestione delle risorse di acqua¹.

Metodo il più comunemente usato per nutriente e monitoraggio dei sedimenti in un bacino idrografico è afferrare campionamento. Gru a benna campionamento rappresenta accuratamente una concentrazione istantanea al momento del campionamento². Possa rappresentare anche una variazione delle concentrazioni di inquinanti con tempo se campionamento frequente è fatto. Tuttavia, campionamento frequente è tempo intensivo e costoso, spesso rendendo impraticabile². Inoltre, afferrare campionamento può sotto- o sopravvalutare le concentrazioni di inquinante reale di fuori il tempo di campionamento^2,3,4. Di conseguenza, carichi calcolate utilizzando tali concentrazioni potrebbero non essere accurati.

In alternativa, un monitoraggio continuo fornisce informazioni accurate e tempestive sulla qualità dell’acqua in un intervallo di tempo predeterminato, ad esempio un minuto, un’ora o un giorno. Gli utenti possono selezionare gli intervalli di tempo appropriati in base alle loro esigenze. Monitoraggio continuo consente i ricercatori, progettisti e Manager ottimizzare la raccolta del campione; sviluppare e monitorare metriche tempo integrato, quali carichi giornalieri massimi totale (TMDLs); valutare l’uso ricreativo del corpo idrico; valutare le condizioni di flusso basale; e spazialmente e temporalmente valutare la variazione delle sostanze inquinanti a determinare rapporti di causa-effetto e sviluppare un piano di gestione^5,6. Monitoraggio continuo di sostanze nutritive e sedimento ha recentemente ricevuto attenzione aumentata dovuto gli avanzamenti nella tecnologia informatica e sensore, il miglioramento delle capacità dei dispositivi di archiviazione e i crescenti requisiti di dati necessari per lo studio dei processi più complessi ^{1 , 5 , 7}. in un’indagine globale di oltre 700 professionisti di acqua, l’uso di multi-parametro sondes aumentata dal 26% al 61% dal 2002 al 2012 e dovrebbe raggiungere il 66% entro il 2022⁵. Nella stessa indagine, 72% degli intervistati ha indicato la necessità per l’espansione della loro rete di monitoraggio per soddisfare i propri dati ha bisogno di⁵. Il numero di stazioni in una rete di monitoraggio e il numero delle variabili monitorate per ogni stazione nel 2012 si prevede di aumentare di 53% e 64%, rispettivamente, entro il 2022⁵.

Tuttavia, continuo dell’acqua qualità e quantità di monitoraggio nei bacini agricoli è impegnativo. Eventi di pioggia grande mondare i sedimenti e macrofite, contribuendo all’accumulo di sedimenti alto carico e detriti in sensori e sonde. Il deflusso di eccesso di azoto e fosforo applicato a campi agricoli crea le condizioni ideali per la crescita di organismi microscopici e macroscopici e per la formazione di incrostazioni di instream sensori e sonde, soprattutto durante l’estate. Accumulo di incrostazioni e sedimenti può causare sensori fallire, deriva e produrre dati inaffidabili. Nonostante queste sfide, più fine risoluzione temporale (come basso secondo minuto) dati sono richiesti per studiare i processi di deflusso e la contaminazione di origine non-punto, come essi sono influenzati dalle caratteristiche del bacino idrografico (ad esempio, le dimensioni, terreno, pendenza, ecc. ) e la tempistica e l’intensità di pioggia⁷. Osservazione del campo di attenzione, frequente calibrazione e corretta pulizia e manutenzione può garantire buona qualità dati dai sensori e sonde, anche a una risoluzione di tempo.

Discutiamo qui, un metodo per l’ in situ continuo monitoraggio dei due bacini agricoli utilizzando acqua di multi-parametro qualità sondes, zona-velocità e sensori di pressione trasduttore e autocampionatori; loro taratura e manutenzione sul campo; ed elaborazione dei dati. Il protocollo viene illustrato il modo in cui può essere eseguita il monitoraggio della qualità dell’acqua continua. Il protocollo è generalmente applicabile al continuo dell’acqua qualità e quantità di monitoraggio a qualsiasi tipo o dimensione di spartiacque.

Il protocollo è stato effettuato in Northeast Arkansas nel bacino del piccolo fiume Fossati (HUC 080202040803, area² km 53,4) e Lower St. Francis Basin (HUC 080202030801, area² km 23,4). Questi due bacini idrografici vuotano nel affluenti del fiume del Mississippi. Un’esigenza di monitoraggio affluenti del fiume del Mississippi è stata identificata dal comitato di conservazione inferiore di fiume del Mississippi e il Golfo del Messico ipossia Task Force per sviluppare un piano di gestione del bacino idrografico e registrare lo stato di avanzamento delle attività di gestione ^{8 , 9}. Inoltre, questi bacini sono caratterizzati come bacini di messa a fuoco per la United States Department of Agriculture-Natural Resources Conservation Service (USDA-NRCS), sulla base del potenziale di riduzione dell’inquinamento dei sedimenti e degli elementi nutritivi e per migliorare la qualità di acqua¹⁰. Monitoraggio di bordo di campo avviene in questi bacini idrografici come parte di tutto lo stato del Mississippi River Basin sano spartiacque iniziativa (MRBI) rete¹¹. Più dettagli dei bacini (cioè, posizioni di siti, caratteristiche del bacino idrografico, ecc.) sono forniti in Aryal e Reba (2017)⁶. In breve, il piccolo bacino di fossati ha prevalentemente limo terriccio terreni e cotone e soia sono le colture principali, mentre il Lower St. Francis Basin ha principalmente il terreno argilloso Sharkey, e riso e soia sono le colture principali. A ogni bacino idrografico, in situ continuo acqua quantità e qualità (cioè, temperatura di scarico, pH,, torbidità, conducibilità, nitrato e ammonio) di monitoraggio è stato effettuato in tre stazioni nel mainstream usando questo protocollo per comprendere la variabilità spaziale e temporale dei carichi inquinanti e i processi idrologici. Inoltre, i campioni di acqua settimanali sono stati raccolti e analizzati per sedimenti sospesi concentration.