Непрерывная гидрологических и весеннего прудов мониторинг качества воды

Резюме

Понимание экосистемных услуг и процессов, предоставляемых весеннего прудов и воздействия антропогенной деятельности на их способность предоставлять эти услуги требует интенсивный гидрологический мониторинг. Этот протокол выборки с помощью скважинного оборудования для мониторинга была разработана для понимания воздействия антропогенной деятельности на уровень воды и качества.

Аннотация

Вернал прудов, также упоминается как Весенняя бассейны, обеспечивают критических экосистем и среды обитания для целого ряда угрожаемых и исчезающих видов. Однако они являются уязвимые части ландшафтов, которые часто плохо понимали и изучена. Подуманы, что стать вкладом в снижение глобальных амфибии землепользования и практики управления, а также изменение климата. Однако чтобы понять масштабы этих последствий необходимы дополнительные исследования. Здесь мы представляем методологии характеризующие весеннего пруд морфологии и подробно станции мониторинга, который может использоваться для сбора данных количество и качество воды на протяжении весеннего пруд hydroperiod. Мы предоставляем методологии проведения обследований на местах для характеристики морфологии и разрабатывать кривые стадии хранения для весеннего пруд. Кроме того мы предоставляем методологии для мониторинга уровня воды, температуры, рН, оксидо потенциал, растворенного кислорода и электропроводность воды в Вернал пруд, а так же осадков данных мониторинга. Эта информация может использоваться для улучшения количественной оценки экосистемных услуг, которые предоставляют весеннего прудов и воздействие антропогенной деятельности на их способность предоставлять эти услуги.

Введение

Вернал пруды, временные, мелкой болот, которые обычно содержат воду от осени до весны и часто сухой в летние месяцы. Затопление период весеннего пруды, как правило, называют hydroperiod, главным образом контролируется осадков и эвапотранспирации¹.

Вернал прудов может также называться весеннего бассейны, эфемерной прудов, временные водоемы, сезонные прудов и географически изолированные водно-болотных угодий². В северо-восточной части Соединенных Штатов Вернал пруды наиболее часто характеризуются критических Хабитат, которую они предоставляют для амфибий, выступающей в качестве нерестилищ и оказания поддержки на ранних этапах жизни (т.е., головастиков) и метаморфозы. В Калифорнии Вернал пруды характеризуется уникальной растительностью и исчезающих растений, что они поддерживают².

Эти ареалы все больше угрожает из-за земли и изменением климата, и амфибии населения испытывают значительный глобальный спад во многом вследствие антропогенной деятельности^3,4. Проблемы качества воды из-за загрязнения являются также мысль, чтобы факторами в последних двух стихий склоняет глобально⁵. Кроме того недавние исследования показали увеличение возникновение интерсексуальной характеристик населяющих весеннего пруды, влияние человека сточных вод⁶лягушек. Поэтому существует необходимость в проведении более интенсивный мониторинг как природных, так и влияние весеннего прудов, чтобы лучше понять вклад в снижение глобальных амфибий.

Физические параметры весеннего прудов, которые должны быть измерены и контроль включают пруд морфологии и уровня воды. Морфология является геометрия пруда и разрабатывается путем проведения обследования для определения изменения в высоте через пруд. Обследования данные затем используются для установления стадии хранения кривой, которая позволяет объем пруда оценивается на основе измерения уровня воды. Потому, что уровень воды в пруду весеннего сильно зависит от осадков, измерения должны производиться с высоким временным разрешением лучше понять, как короткие (т.е., по приказу минут до часов), так и долгосрочные колебания (т.е., по приказу месяцев до лет) уровня воды.

Параметров качества воды интереса, которые знаны, что влияют на функцию весеннего прудов включают температуры, рН, электропроводность, растворенного кислорода и окислительно-восстановительные потенциал. Эти параметры могут быть измеренной в situ с относительно дешевых технологий и сетей датчиков. Некоторые качества параметров, таких как некоторых питательных видов (то есть, всего Кьельдаля азота) и других загрязнителей (например, новые загрязнители) воды требуют образцы собраны и доведены до лаборатории для обработки и анализ.

Критических параметров, которые влияют на весеннего прудов способность функционировать как соответствующие Хабитат для разведения амфибий и ранние этапы развития головастиков включают воду, рН и концентрации растворенного кислорода. По сравнению с весеннего прудов, расположенных в относительно нетронутые пейзажи, повышенные уровни электрической проводимости, высокий рН, снижение распущен концентрации кислорода, и высокие питательные концентрации были зафиксированы в Вернал прудов, влияние антропогенных деятельность^2,7. Сокращение или анаэробные условия могут возникнуть в этих местах обитания, особенно те, которые подвержены антропогенной деятельности. Это может вызвать переход в микробиологические сообщества, изменяя питательных Велоспорт в пруд и потенциально сокращение деградации эндокринные нарушения соединений и других загрязняющих веществ^8,9.

Цель настоящего документа-предоставить информацию о том, как создать станции для контроля количества и качества воды весеннего пруда. Этот метод может быть применен к любой весеннего пруд, но требует доступа к сайту (т.е., сайт должен быть на государственной собственности или земли владелец разрешения на установку оборудования).

протокол

1. проведение обследования весеннего морфологии пруд

1. выберите местоположение для обозначения как ориентир и пометить его с небольшой опрос или маркировки флаг.
   Примечание: Расположение должен быть большой высоте чем пруд и иметь линии визирования от всех мест по всему пруду.
2. Назначить эталоном ссылка рельефа; точное число не имеет значения, он просто предоставляет ссылку на который можно сравнить все фасады.
3. С помощью ленты мера и маркировки флаги, сделать разрезы с интервалом 3 m над районом пруд, что приводит к сетке 3 x 3 м (см. пример в Рисунок 1).
4. Определения высоты нижней части пруда (например, земли) 3 м интервалы вдоль каждой разрез путем измерения высоты на разравниванием стержень, используя автоматический уровень. Убедитесь, что профили распространяется на высоких возвышенностей на каждой стороне пруда.
5. В конце каждого разреза, сделать целика ориентиром и записывать высоту.
6. Определить ошибки опроса как разница между эталоном ' s назначен фасада (то есть, значение ссылки, назначенных на шаге 1.2) и высота, измеренная от самых отдаленных местоположения на профиле створу.
7. Расчет допустимых ошибок (AE) закрытия для профиля как AE = K (2 * М) ^0.5, где K — константа от 0,001 до 1 и M расстояние (в км) между эталоном и наиболее отдаленные места на профиль.
   Примечание: Значение K зависит от требуемой точности этого обследования, которое в данном случае может рассматриваться как 0.1 ¹⁰.
8. Сравнить ошибки опроса рассчитаны на шаге 1.6 в AE рассчитаны на шаге 1.7. Если ошибка обследования больше чем AE, затем повторить выравнивание (шаги 1.3 и 1.4) для профиля, который разрез. Если ошибка обследования меньше AE, то профиль, выравнивание для этого разрез является полной, проводить выравнивание для следующего разреза профиля.
9. Повторить шаги 1.4 через 1.8 проводить профиль выравнивания интервалом 3 m через пруд в другом направлении для создания сетки известных фасадов (см. пример профиля трансект на рис. 1).
10. Разработки кривой стадии хранения для пруда после фасады (по отношению к benchmark) известны всей сетки 3 x 3 м, обследованных по всему пруду.
    Примечание: Большие интервалы могут быть использованы, но ошибка в определении взаимосвязи между уровнем воды и пруд объем может возрасти.

2. Определение весеннего пруд ' s стадии хранения кривой

Примечание: каждый весеннего пруд будет иметь уникальную связь между уровнем воды и объем воды в пруду. Эта связь называется кривой стадии хранения.

1. С использованием рельефа данных, собранных в разделе 1, определить высоких и низких высотах в пруду.
2. Определить разницу между максимальной и минимальной высоты и выберите интервал, рекомендуемый для рисовать горизонталей; ¹¹ контуров интервале 0,1 до 0,2 м.
3. Вычислить площадь поверхности каждого контура, (_я). Это можно сделать либо вручную, с помощью Планиметр или электронным способом с помощью программного обеспечения географической информации (СГИ).
4. -Район среднего энд метод использовать для расчета объема между каждым интервалом между изолиниями (V, _я):
   
   где E — контур фасада .
5. Вычислить общий объем (V _P) весеннего пруда как сумма тома между каждым интервалом между изолиниями:
   
   Примечание: здесь H является максимальная глубина пруда. Пример приведен в таблице 1.
6. Определить стадии хранения отношения для пруда, изображая диаграммой совокупный объем пруда как функция глубины.
   1. После установки датчика уровня воды, используйте уровень воды как " этап " и оценить объем воды, или хранения, в пруду.
      Примечание: На рисунке 2 приведен пример стадии хранения кривой. Если датчик уровня воды устанавливается над самой низкой точкой весеннего пруд, смещение будет необходимо преобразовать измеренного уровня воды в стадии хранения кривой (добавить смещение в шаге 3.3 уровень воды, записанный датчики уровня воды для определения st возраст).

3. Установка станции мониторинга

Примечание: датчики для параметров, представляющих интерес для данного исследования включены датчики давления (измеряет уровень воды и температуры), концентрации растворенного кислорода, окислительно-восстановительные потенциал, электрическая проводимость, рН и опрокидывания ковша датчик дождя. РН зонд, Датчик растворенного кислорода и окислительно-восстановительные зонд должен быть откалиброван в лабораторной среде перед развертыванием в датчик ' руководство пользователя s. Здесь выбирается центральный регистратор (запрограммирован для записи данных каждые 15 мин), к которому подключены все датчики во время развертывания. Жизнеспособный альтернативный сценарий будет каждого из датчиков является автономным и делать не необходимости один центральный регистратор, так как каждый датчик будет записывать свои собственные данные.

1. Присоединения датчиков (за исключением дождемер) для шлакоблока или деревянные Кола ( рис. 3). Использовать хомуты или zip связей чтобы датчики оставались в нижней части весеннего пруд (или глубина интерес).
   1. Прикрепить датчик растворенного кислорода, таким образом, что это под углом (за инструкциями производителя), чтобы позволить кислорода для распространения через мембрану. Установка в вертикальном положении датчика давления, как давление, что он будет измерять водной толщи над ним, и уровень воды должны быть записаны в виде вертикальной.
2. Установить смонтированные датчики на месте к центру пруда, что вряд ли стать сухой в течение периода исследования.
3. Определять расстояние по вертикали между датчики и самая низкая точка в пруд с помощью линейки или производить съемку оборудования. Записать это расстояние для использования в разработке стадии хранения кривой, как описано в шаге 2.6 (т.е., смещение может потребоваться, когда касающиеся глубины измеряется с помощью преобразователи давления на глубину воды в пруду).
4. , Хотя они могут быть погружен в воду, датчик провода уязвимы для мышей или других животных, которые могут жевать на них при низком уровне воды в пруду, чтобы предотвратить это использовать apolyvinyl хлорид труба для защиты проводов датчика (необязательно, но рекомендуется). Запустить провода датчика до края весеннего пруд через трубу ПВХ (3 м длиной, 6,35 см в диаметре), как показано на рис. 4.
   Примечание: для временной установки (например, через несколько недель до нескольких месяцев) трубы ПВХ могут считаться ненужным.
5. Набор вверх штатив и смонтировать его на землю, вставив ставки в каждой поездкиОД ноги.
   Примечание: Некоторые Талль штативы могут иметь Громоотвод, который требует установки, тоже.
   1. Позиция штатив рядом с краем весеннего пруд, чтобы обеспечить, что он доступен, даже когда пруд водой.
6. Присоединить поле корпус для регистратора и батарея (12 V) на штатив, оставляя место выше штатив для панели солнечных батарей монтируется над полем корпуса ( рис. 4).
7. Прикрепите 10 Вт панели солнечных батарей к верхней части штатив и угол его к солнцу. Калькулятор солнечное угол ¹² может использоваться, при желании, чтобы определить оптимальный угол, на который для установки панели.
8. Прикрепить датчик дождя штатив, если есть номер. В противном случае приложите его к деревянной кола или металлических полюс вблизи края пруда и штатив ( рис. 4). (Если возможно) убедитесь, что датчик дождя покрова, которое приблизительно представляет крышку дерево пруда (если таковые имеются).
9. Принести все провода датчика и солнечные панели в поле Добавление через отверстие в нижней части коробки.
10. Подключения всех датчиков к регистратор ' s группа проводки в соответствии с датчиков ' инструкции или регистратор ' s монтажная схема. Смотрите пример в Рисунок 5A.
11. Подключить провода панели солнечных батарей к 12V аккумулятор для зарядки аккумулятора ( рис. 5B).
    Примечание: Выберите аккумулятор, который также имеет регулятор напряжения (рекомендуется), чтобы обеспечить, что батарея не получать слишком много электроэнергии из солнечной панели.
12. Подключите батарею к панели ввода питания на измерители ( Рисунок 5B) для обеспечения питания для датчиков и измерители.
13. Место осушитель пакет внутри поле корпус, чтобы уменьшить вероятность повреждения влаги регистратор.
14. Рекомендуется, но необязательно: подключить ноутбук поле с измерители коммуникационное программное обеспечение для регистратора, с помощью последовательного кабеля ( Рисунок 5B) чтобы убедиться, что сеть датчиков работает должным образом.
15. Закройте окно корпус и место глина вокруг отверстия в нижней части окна корпуса, где провода ввести держать насекомых и воды из коробки. Если важна безопасность оборудования, обеспечения поле корпус с замком.

Результаты

Вернал пруды могут exhibit широкий спектр морфологии, с профилями, начиная от выпуклой прямой склон с вогнутой. Пример морфологии для весеннего пруд в Центральной Пенсильвании показан на рисунке 1, вместе с результатами этапа хранения кривой для этого пру?...

Обсуждение

Значение в отношении существующих методов

Хотя мониторинг потоков имеет устоявшейся методологии, разработанные в Соединенных Штатах геологических (ЮСГС), для понимания динамики Вернал пруд существует не такой широкой программы мониторинга. Этот протокол стре...

Материалы

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