المستمر الهيدرولوجية والمياه مراقبة جودة الأحواض ربيعي

Summary

فهم خدمات النظم الإيكولوجية والعمليات التي يوفرها ربيعي البرك وآثار الأنشطة البشرية على مدى قدرتها على توفير هذه الخدمات يتطلب الرصد الهيدرولوجي المكثف. تم تطوير هذا البروتوكول أخذ العينات في الموقع معدات الرصد باستخدام لفهم تأثير الأنشطة البشرية على مستويات المياه ونوعيتها.

Abstract

ربيعي البرك، كما يشار إلى تجمعات ربيعي، توفير خدمات النظم الإيكولوجية الحرجة والموئل لمجموعة متنوعة من الأنواع المهددة والمعرضة للانقراض. ومع ذلك، فهي الأجزاء الضعيفة من المناظر الطبيعية التي غالباً ما سوء فهم والمداريين. ويعتقد أن مساهمة في الهبوط البرمائية العالمية استخدام الأراضي والممارسات الإدارية، فضلا عن تغير المناخ. ومع ذلك، مطلوب إجراء مزيد من البحوث لفهم مدى هذه الآثار. نقدم هنا، منهجية لوصف بركة ربيعي مورفولوجيا والتفصيل محطة رصد التي يمكن استخدامها لجمع بيانات كمية ونوعية المياه على مدى مدة هيدروبيريود بركة ربيعي. ونحن نقدم منهجية لكيفية إجراء عمليات المسح الميداني تحديد خصائص مورفولوجية وتطوير منحنيات مرحلة التخزين لبركة ربيعي. بالإضافة إلى ذلك، نحن نقدم منهجية لرصد منسوب المياه ودرجة الحرارة، الأس الهيدروجيني، الأكسجين المذاب المحتملة، والأكسدة والاختزال، والتوصيل الكهربائي للماء في بركة ربيعي، فضلا عن رصد بيانات هطول الأمطار. يمكن استخدام هذه المعلومات لتحديد أفضل خدمات النظم الإيكولوجية التي توفر الأحواض ربيعي وآثار الأنشطة البشرية على مدى قدرتها على توفير هذه الخدمات.

Introduction

ربيعي البرك هي الأراضي الرطبة المؤقتة، الضحلة التي عادة ما تحتوي على المياه من الخريف إلى الربيع وغالباً الجافة خلال أشهر الصيف. ويسيطر الفترة غمر الأحواض ربيعي، يشار إليها عموما بهيدروبيريود، أساسا هطول الأمطار والتبخر والنتح¹.

ربيعي البرك يمكن أيضا أن يشار إلى برك ربيعي والأحواض سريعة الزوال والبرك المؤقتة، والأحواض الموسمية والأراضي الرطبة معزولة جغرافيا². في شمال شرق الولايات المتحدة، الأحواض ربيعي تتسم في أغلب الأحيان بالموئل الحرج التي يقدمونها للبرمائيات، وصفه خصبة وتقديم الدعم خلال المراحل المبكرة من الحياة (أي، الضفادع الصغيرة) والتحول. في كاليفورنيا، تتميز الأحواض ربيعي فريدة من النباتات وأنواع النباتات المهددة بالانقراض أنها تدعم².

هذه الموائل مهددة متزايد نظراً تغير المناخ واستخدام الأراضي، والسكان البرمائيات تعاني من انخفاض عالمي كبير إلى حد كبير بسبب الأنشطة البشرية^3،4. الشواغل المتعلقة بنوعية المياه بسبب التلوث هي أيضا الفكر أن العوامل في الآونة الأخيرة البرمائية الانخفاض على الصعيد العالمي⁵. وعلاوة على ذلك، أظهرت الدراسات الأخيرة حدوث زيادة خصائص المحولين في الضفادع التي تسكن ربيعي البرك تأثر مياه الفضلات البشرية⁶. ولذلك هناك حاجة القيام بعمليات رصد أكثر كثافة من الأحواض ربيعي سواء الطبيعية أو أثرت فهم أفضل للمساهمين في الانخفاض العالمي البرمائية.

وتشمل البارامترات الفيزيائية ربيعي البرك التي يلزم قياسها ورصدها مورفولوجيا البركة ومستوى المياه. مورفولوجية هندسة البركة، وتم تطويرها من قبل بإجراء دراسة استقصائية لتحديد التغيرات في الارتفاع عبر البركة. مسح البيانات ثم تستخدم لإنشاء منحنى مرحلة تخزين، مما يتيح حجم البركة تقدير استناداً إلى قياسات منسوب المياه. نظراً لأن مستوى الماء في بركة ربيعي يتأثر بشدة بهطول الأمطار، ينبغي إجراء قياسات في عالية دقة زمنية لفهم أفضل القصير (أي، بناء على أمر من دقائق إلى ساعات) والتقلبات طويلة الأجل (أي، بناء على أمر من أشهر إلى سنوات) في مستوى المياه.

تتضمن معلمات نوعية المياه للفائدة أن من المعروف أن تؤثر على وظيفة ربيعي البرك درجة الحرارة ودرجة الحموضة والموصليه الكهربائية، ومستويات الأوكسجين الذائب وإمكانيات الأكسدة والاختزال. هذه المعلمات يمكن كافة يمكن قياسها في الموقع مع تكنولوجيات رخيصة نسبيا وشبكات الاستشعار. بعض المياه بارامترات نوعية الاهتمام مثل بعض أنواع المغذيات (أي، مجموع Kjeldahl النيتروجين) والملوثات الأخرى (أي، الملوثات الناشئة) تتطلب عينات جمعها وجلبت إلى مختبر لتجهيز و تحليل.

مستوى أو درجة الحموضة، المعلمات الحرجة التي تؤثر على قدرة الأحواض ربيعي مثابة الموئل المناسب لتربية الحيوانات البرمائية ومراحل النمو المبكر للضفادع الصغيرة وتشمل المياه وتركيز الأكسجين المذاب. بالمقارنة مع ربيعي البرك الموجودة في المناظر الطبيعية البكر نسبيا، مستويات مرتفعة من الموصلية الكهربائية، درجة الحموضة أعلى، خفضت حلت تركيزات الأكسجين، وقد سجلت تركيزات عالية من المغذيات في الأحواض ربيعي تأثر الصنعية الأنشطة^2،7. قد تحدث الظروف اللاهوائية أو تخفيض في هذه الموائل، ولا سيما تلك التي تتأثر بالأنشطة البشرية. يمكن أن يسبب هذا تحول في المجتمع الميكروبيولوجية، تغيير المغذيات ركوب الدراجات داخل البركة ويحتمل أن الحد من تدهور المركبات تحريف الغدد الصماء وغيرها من الملوثات^98،.

والهدف من هذه الورقة تقديم معلومات عن كيفية إنشاء محطة لرصد كمية المياه ونوعيتها من بركة ربيعي. هذا الأسلوب يمكن تطبيقه على أي بركة ربيعي، ولكن تتطلب الوصول إلى الموقع (أيالموقع يجب أن يكون على الممتلكات العامة أو إذن مالك الأرض إلى تركيب معدات).

Protocol

1-إجراء دراسة استقصائية مورفولوجيا البركة ربيعي

1. تحديد موقع تسمية كالمعيار ووضع علامة عليه مع دراسة استقصائية صغيرة أو وسم العلم.
   ملاحظة: الموقع ينبغي أن يكون ارتفاع عال من البركة ولها خط البصر من جميع المواقع عبر البركة.
2. تعيين المؤشر ارتفاع إشارة؛ ولا يهم العدد الدقيق، فإنه يكتفي بإشارة التي يمكن مقارنة جميع المرتفعات الأخرى.
3. استخدام تدبير الشريط ووسم العلامات، جعل المقاطع العرضية في فاصل 3 أمتار فوق منطقة البركة، أسفر عن شبكة 3 م × 3 م (راجع المثال في الشكل 1)-
4. تحديد ارتفاع الجزء السفلي من الحوض (أي، الأرض) م 3 فترات طول كل قطاع بقياس الارتفاع على قضيب التسوية باستخدام مستوى تلقائية. التأكد من أن ملفات التعريف يمتد إلى ارتفاعات أعلى في كل جانب من البركة.
5. في نهاية كل العيانية، تجعل من باكسايت إلى النقطة المرجعية وتسجيل الارتفاع.
6. تحديد الخطأ المسح كالفرق بين المعيار ' s تعيين الارتفاع (أي، القيمة المرجعية التي تم تعيينها في الخطوة 1، 2) وقطاع ارتفاع يقاس من الموقع الأكثر بعدا في التشكيل الجانبي.
7. حساب الخطأ المسموح به (AE) من إغلاق لملف التعريف كعبد اللطيف = K (2 * م) ^0.5، حيث ك ثابت بين 0.001 و 1 وهو م المسافة (في كم) بين المعيار والموقع الأكثر بعدا عن التشكيل الجانبي.
   ملاحظة: قيمة K يعتمد على الدقة المطلوبة للدراسة، وفي هذه الحالة يمكن أن تؤخذ 0.1 ¹⁰-
8. قارن الخطأ مسح المحسوبة في الخطوة 1، 6 إلى AE المحسوبة في الخطوة 1، 7. إذا كان الخطأ المسح أكبر من عبد اللطيف، ثم إعادة قطاع الشخصية الاستواء (خطوات 1.3 و 1.4) لذلك. إذا كان الخطأ المسح أقل من عبد اللطيف، ثم التشكيل الجانبي للتسوية لأن قطاع هو كاملة، وسلوك الشخصية الاستواء العيانية المقبل.
9. كرر الشخصية الخطوات 1.4 عن طريق 1.8 لإجراء التسوية على فترات 3 أمتار عبر البركة في الاتجاه الآخر لإنشاء شبكة المرتفعات المعروفة (انظر مثال على الشخصية المقاطع العرضية في الشكل 1).
10. تطوير منحنى مرحلة سعة تخزين للبركة مرة معروفة في المرتفعات (فيما يتعلق بالمعيار) عبر الشبكة 3 م × 3 م شملهم الاستطلاع عبر البركة.
    ملاحظة: يمكن استخدام فترات زمنية أكبر، ولكن قد يزيد الخطأ في تحديد العلاقة بين مستوى المياه وحجم البركة.

2. تحديد "البركة ربيعي" ' s "المنحنى" مرحلة التخزين

ملاحظة: سيكون كل البركة ربيعي علاقة فريدة من نوعها بين مستوى المياه وكمية المياه في الحوض. هذه العلاقة تسمى المنحنى مرحلة التخزين.

1. باستخدام البيانات ارتفاع تجمعوا في القسم 1، تحديد ارتفاعات أعلى وأدنى في البركة.
2. تحديد الفرق بين ارتفاع أعلى وأدنى، وتحديد الفترة زمنية التي يتم رسم الخطوط الكنتورية؛ ينصح فاصل كفاف من 0.1 إلى 0.2 م ¹¹-
3. حساب المساحة السطحية لكل كفاف (_أنا). يمكن أن يتم ذلك أما عن طريق اليد باستخدام بلانيميتير أو إلكترونيا باستخدام برمجيات المعلومات الجغرافية (GIS).
4. استخدام الأسلوب المتوسط-نهاية-المنطقة لحساب الحجم بين كل فاصل زمني كفاف (الخامس _أنا):
   
   حيث E هو رفع مستوى كفاف .
5. حساب الحجم الإجمالي (ت _ع) البركة ربيعي كمجموع الحجم بين كل فاصل زمني كفاف:
   
   ملاحظة: هنا ح هو أقصى عمق البركة. على سبيل مثال ويرد في الجدول 1-
6. تحديد العلاقة مرحلة التخزين للبركة برسوم بيانية الحجم التراكمي للبركة كدالة للعمق.
   1. بعد تركيب جهاز استشعار مستوى المياه، تستخدم في مستوى المياه " المرحلة " وتقدير حجم المياه، أو التخزين، في البركة.
      ملاحظة: يظهر مثال لمنحنى المرحلة سعة التخزين في الشكل 2. إذا تم تثبيت جهاز استشعار مستوى المياه أعلى نقطة أدنى في البركة ربيعي، إزاحة ستكون هناك حاجة لتحويل قياس مستوى المياه إلى منحنى مرحلة التخزين (إضافة الإزاحة في الخطوة 3، 3 إلى أن مستوى المياه التي سجلتها أجهزة الاستشعار منسوب المياه تحديد في الشارع العمر)-

3. تركيب "محطة لرصد"

ملاحظة: أجهزة الاستشعار لمعلمات اهتمام لهذه الدراسة المدرجة ضغط على المفاتيح (يقيس مستوى المياه ودرجة الحرارة)، حلت تركيز الأكسجين، الأكسدة والاختزال الموصلية الكهربائية، ويحتمل، درجة الحموضة، ومقياس مطر دلو اللاعودة. ويجب معايرة مسبار درجة الحموضة واستشعار الأوكسجين المذاب، ومسبار الأكسدة والاختزال في المعمل قبل نشر كل أجهزة الاستشعار ' s دليل المستخدم. هنا، يتم تحديد datalogger مركزية (المبرمجة لتسجيل البيانات في فواصل زمنية 15 دقيقة)، التي ترتبط جميع أجهزة الاستشعار أثناء النشر. وسيكون سيناريو بديلة قابلة للحياة أن كل من أجهزة الاستشعار المتمتعة بالحكم الذاتي والقيام لا datalogger حاجة واحدة مركزية، حيث سيسجل كل جهاز استشعار البيانات الخاصة به-

1. إرفاق كل من أجهزة الاستشعار (باستثناء قياس المطر) إلى كتلة جمرة أو حصة من الخشب ( الشكل 3). استخدام خرطوم المشابك أو الرمز البريدي العلاقات لضمان بقاء أجهزة الاستشعار القرب من أسفل البركة ربيعي (أو عمق الفائدة).
   1. إرفاق أجهزة الاستشعار الأوكسجين الذائب مثل هذا من زاوية (لإرشادات الشركة المصنعة)، للسماح للأوكسجين إلى منتشر عبر الغشاء. تثبيت تستقيم محول طاقة الضغط، الضغط الذي فإنه سيتم قياس عمود الماء فوقه، وينبغي تسجيل منسوب المياه بطريقة عمودية.
2. تثبيت أجهزة الاستشعار المركبة في مكان نحو مركز البركة التي من غير المحتمل أن تصبح جافة خلال فترة الدراسة-
3. تحديد المسافة العمودية بين أجهزة الاستشعار وأخفض نقطة في الحوض باستخدام مسطرة أو معدات المسح. تسجيل هذه المسافة لاستخدامها في وضع منحنى مرحلة التخزين كما هو موضح في الخطوة 2، 6 (أي، قد تكون هناك حاجة إزاحة عندما تتعلق بالعمق تقاس باستخدام محولات الضغط إلى عمق المياه في البركة).
4. في حين أنهم يمكن أن تكون غارقة في المياه، والأسلاك استشعار معرضة للفئران أو الحيوانات الأخرى التي قد مضغ عليها عندما ينخفض مستوى الماء في البركة، لمنع هذا استخدام كلوريد أبوليفينيل الأنابيب لحماية الأسلاك الاستشعار (اختياري، ولكن الموصى بها). تشغيل الأسلاك استشعار ما يصل إلى حافة البركة ربيعي عبر أنابيب البلاستيكية (القطر 6.35 سم طويلة، م 3)، كما هو مبين في الشكل 4.
   ملاحظة: للتثبيت المؤقت (مثل، وبضعة أسابيع إلى بضعة أشهر) الأنابيب البلاستيكية يمكن أن تعتبر غير ضرورية.
5. مجموعة ترايبود، وتحميله على الأرض عن طريق إدراج حصص في كل من هذه الرحلةod الساقين.
   ملاحظة: قد يكون بعض حوامل طويل القامة مانعة الصواعق التي تتطلب التثبيت، أيضا.
   1. موقف ترايبود قرب حافة البركة ربيعي ضمان أن يكون موجوداً حتى عندما تكون البركة مليئة بالمياه-
6. إرفاق مربع الضميمة datalogger والبطارية (12 ت) على ترايبود، مما يترك مجالاً أعلاه ترايبود للألواح الشمسية التي سيتم تحميلها فوق مربع الضميمة ( الشكل 4).
7. إرفاق لوحة شمسية ث 10 إلى الجزء العلوي من ترايبود وزاوية صوب الشمس. حاسبة شمسية زاوية ¹² يمكن استخدامها، إذا رغبت في ذلك، لتحديد الزاوية المثلى التي يتم تثبيت لوحة.
إرفاق
8. مقياس المطر ترايبود إذا لم يكن هناك غرفة. وإلا إرفاقه إلى حصة خشبية أو معدنية القطب قرب حافة البركة وترايبود ( الشكل 4). ضمان (إذا أمكن) أن مقياس المطر الغطاء الشجري الذي يمثل الغطاء الشجري البركة تقريبا (أن وجدت)-
9. إحضار جميع أسلاك أجهزة الاستشعار والألواح الشمسية في مربع حاوية من خلال الثقب في الجزء السفلي من المربع-
10. جميع أجهزة الاستشعار تتصل datalogger ' s الأسلاك الفريق وفقا لأجهزة الاستشعار ' تعليمات أو datalogger ' s الأسلاك الرسم التخطيطي. راجع المثال في الشكل 5A.
11. توصيل الأسلاك لوحة شمسية للبطارية 12 فولت شحن البطارية ( الشكل 5B).
    ملاحظة: حدد بطارية يحتوي أيضا جهد منظم (مستحسن) التأكد من أن البطارية لا تتلقى الكثير من الكهرباء من الألواح الشمسية-
12. توصيل البطارية بلوحة الإدخال الطاقة في datalogger ( الشكل 5B) توفير الطاقة datalogger، وأجهزة الاستشعار-
13. وضع حزمة المجففة داخل مربع الضميمة للحد من احتمال وقوع أضرار الرطوبة datalogger.
14. الموصى بها ولكن اختياري: توصيل كمبيوتر محمول ميدانية مع برامج الاتصالات datalogger إلى datalogger استخدام كبل تسلسلي ( الشكل 5B) التأكد من أن شبكة الاتصال جهاز استشعار يعمل بشكل صحيح.
أغلق مربع الضميمة
15. ووضع الطين حول الثقب في الجزء السفلي من مربع الضميمة حيث أدخل الأسلاك للحفاظ على الحشرات والمياه من خارج منطقة الجزاء. إذا كان الأمن للمعدات مصدر قلق، تأمين مربع الضميمة مع قفل.

النتائج

يمكن أن يحمل ربيعي البرك طائفة واسعة من التشكل، مع التشكيلات الجانبية تتراوح بين محدب المنحدر مباشرة مقعر. ويبين الشكل 1، مورفولوجيا مثال لبركة ربيعي في وسط بنسلفانيا جنبا إلى جنب مع نتائج المنحنى مرحلة التخزين لهذا الحوض (الشكل 2، ال?...

Discussion

أهمية فيما يتعلق بالأساليب القائمة

في حين رصد تيارات المنهجيات الراسخة التي وضعت قبل المسح الجيولوجي (USGS) "الولايات المتحدة"، يوجد لا برنامج الرصد على نطاق واسع مثل هذه لفهم ديناميات البركة ربيعي. هذا البروتوكول ويسعى إلى توفير إرشادات لكيفية البدء في نهج الهيدرول...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
CR1000	Campbell Scientific	16130-23	Measurement and Control Datalogger
ENC12/14-SC-MM	Campbell Scientific	30707-88	Weatherproof Enclosure Box (12" x 14")
CS451-L	Campbell Scientific	28790-82	Pressure Transducer
CM305-PS	Campbell Scientific	20570-3	47" Mounting Pole (Tripod)
TE525-L	Texas Electronics	7085-111	Tipping Bucket Rain Gauage (0.01 inch)
CS511-L	Campbell Scientific	26995-41	Dissolved Oxygen Sensor
SP10	Campbell Scientific	5278	10 W Solar Panel
PS150-SW	Campbell Scientific	29293-1	12 V Power Supply with Voltage Regulator & 7 Ah Rechargeable Battery
CSIM11-ORP	Wedgewood Analytical	22120-72	Oxidation-reduction potential probe
CSIM11-L	Wedgewood Analytical	22119-151	pH probe
CS547A-L	Campbell Scientific	16725-229	Water conductivity probe
A547	Campbell Scientific	12323	CS547(A) Conductivity Interface
CST/berger SAL 'N' Series Automatic Level Package	CST/berger	55-SLVP32D	Automatic Survey Level, Tripod, and 8' survey rod