伯努瓦实验室

城市水域

减少污水综合流量的城市生物湿地

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在这个项目中,我们与多个合作伙伴合作,在一个单一的纽黑文小流域建设八个生物威尔士,目前该流域由联合下水道提供服务。我们将从2014年12月开始,对处理区和对照区生物威尔士的水文和水质效益进行为期一年的定量评估。我们将测量总流量以及几个水质参数。我们期望生物湿地能达到三个目标:
  1. 拘留和从局部1年复发24小时降雨事件径流的浸润70%(6.6厘米的纽黑文);
  2. 捕获为2.5cm在所有暴降雨的第一齐平的100%;和
  3. 减少主要污染物的流量和浓度,以显著降低污染物的负荷(质量流量)从这个分水岭到长岛湾。
我们将使用前-后控制影响监测设计(Stewart-Oaten, Murdoch et al. 1986),但将积极的恢复而不是消极的影响作为操纵。在处理污水渠内,将在适当地点增加8个生物贮水池,而控制流域将保持不变。两个污水厂的排水口将收集长达6个月的流量数据,以建立施工前的条件,并确认控制措施与处理措施相似。在生物湿地安装完成后,监察工作将持续6至9个月,直至获资助项目结束。在建造生物湿地及实施减少径流的措施后,将直接测量个别生物截留系统的流量,以及分污水渠出口的总流量。流量测量是连续的,因此研究期间(一年以上)的所有风暴都将被评估。
水流将由V形槽口堰或翻斗来监测。在污水处理分污水房的四个生物窝入口将安装监察系统。两个污水分厂出口的总流量将由安装在暗渠内的多普勒超声波流量计监测。如果需要低流量,在仪表没有充分浸没的地方,可以临时安装小V型缺口(Thelmar堰或类似的)。现场将使用翻斗式雨量计监测降水情况。对于所有地点,将通过安装和未安装地形仪的风暴水文曲线的比较来评估沼泽的有效性。标准将包括总风暴量、最大流量、基本流量和水质。
水质参数,我们将测量是总悬浮固体(TSS),硝酸氮(NO3--N、全氮(TN)、正磷酸盐(orthop)、镉(Cd)和铜(Cu)。在选定的样本上,我们还将测量粪便大肠菌群。还应注意的是,电导率(以及扩展到总溶解固体,或TDS)和温度将由我们所有的液位记录仪连续测量。TSS的测量是由于其多重不良影响,包括海底生物的窒息、滤食性动物的堵塞、坚硬的海底栖息地的改变、淹没水中的水生植物的遮荫,以及颗粒反应性有毒污染物的运输。氮和磷的形态是值得关注的,因为它们分别促进海洋和淡水系统的富营养化。镉和铜是来自不同来源的持久性有毒污染物的良好指标。粪便大肠菌群是可能使人生病的病原体的指示。所有这些污染物都在一定程度上被生物湿地清除。
该项目由国家鱼类和野生动物联合会和长岛健全未来基金资助。

对人工湿地水质改善水文行为及效果评价

过量的氮负荷,导致夏季缺氧,已被确定为长岛海峡面临的首要问题。LIS的氮(N)来源包括污水处理厂和城市、农业和森林景观的径流。减少LIS的氮负荷的管理计划要求CT和NY的非点源(径流)氮减少10%。面对持续不断的发展压力,要达到这些目标,就需要在新市区和现有市区实施最佳雨水管理措施。
为了缓解暴雨水位峰值,减少水道的污染物负荷,暴雨水位管理系统正在CT和全国范围内广泛实施。典型的结构性最佳管理模式包括湿塘、湿地、干塘、渗透洼地等。然而,目前还不清楚这些雨水最佳管理方案是否能够将氮负荷减少到所需的程度。该项目旨在评估连续油管中bmp的效率,并评估其是否能够大幅降低氮气负荷。这将帮助管理人员决定是否(以及在何处)实施最佳管理时间作为降氮工具。
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我们的研究重点是湿池塘和湿地,这似乎显示最大可能减少氮负荷。湿池塘和湿地可以通过以下几种方式捕获氮:
  • 氮颗粒形态的沉降;
  • 水生或湿地植物吸收可溶性氮(最终导致氮埋在沉积物中);
  • NO3的反硝化(导致作为N2气体的损失)。
我们的总体目标是了解人工湿地和湿塘在去除LIS流域雨水中的氮方面的效果。此外,我们希望确定有助于康涅狄格州地区BMP有效性的关键因素。我们正在量化进水氮水平、出水途径(渗入或表面溢出)和水停留时间对去除率的影响。我们还比较了不同规模风暴的氮去除效果,并评估可能出现的季节性差异。我们正在评估是否存在一个不能降低N水平的楼层(“不可还原浓度”),我们正在确定它的值。通过获取所有这些信息,我们应该能够为流域管理者提供指导,指导他们如何确定、设计和定位最佳管理水平,以最大限度地减少长岛湾的氮负荷。
在这个研究过程中,我们测试了以下假设:
  1. LIS流域的雨水塘能够在统计上显著减少雨水氮负荷。
  2. 当进水浓度高时,N的去除率最大,当进水浓度低时,N的去除率可能有限或不存在。
  3. N的去除效率有所不同季节,在生长季节为高时加载长岛是最关键的。
  4. N的去除与BMP内以及与浸润的程度水的停留时间增加。
  5. 评估氮去除效率需要BMP的水文知识。
我们正在研究8和BMP的,过了一段大约一年的测量几乎所有的风暴N的去除效果。对于每一个暴雨事件中,我们测量硝酸盐流量比例浓度(NO3-)、总氮(TN)、氯(Cl .-)在雨水进水和出水。我们通过持续监视水位(第一阶段),并建立水位流量关系曲线,通常与V形缺口堰,我们还安装测量流量金额。对于大多数的风暴,我们综合所有样本,加权流动,以得出一个平均值,即所谓的事件平均浓度(EMC)。上风暴的子集,我们分别测量在风暴流动的期间,每30分钟收集的单个样品。这些时间序列测量使我们能够更好地理解ñ输送和除去的详细动态。在每个BMP渗入量是由一个水文质量平衡,其中浸润被推导为除了在测量流入和沉淀,在测得的流出加蒸发损失少之间的差来计算。氯化物,作为一个保守的示踪物,通过确认是否存在零去除在BMP的用作水文检查。
评价最佳基质的脱氮效率是一项复杂的工作。由于几个原因,简单地测量进水和出水中N种的浓度可能会造成误导。首先,N级在风暴过程中往往会发生变化,因此需要测量许多样本来正确地描述每一场风暴。第二,流速也会发生变化,高流速下的浓度比低流速下的浓度有更大的贡献。因此,浓度需要按流量的比例加权,以给出一个具有代表性的结果。第三,水在某一时刻离开BMP,通常更早地进入BMP,甚至可能是在之前的风暴事件中。因此,在风暴过程中N水平的变化可能被误解为BMP内的去除或产生。第四,一些小风暴可能无法填满BMP,根本不会产生污水。最后,在无衬里的最佳管理方案中,大量的水会因渗透而流失。
这个项目是由美国国家海洋和大气管理局康涅狄格海洋基金资助的

耶鲁大学实验流域(红豆杉):设计和一个废弃的城市开放空间网站的跨学科恢复的评价

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YSE的教师和学生一直渴望发展的耶鲁大学的校园教学,科研和生态系统管理的机会。win必威88This has been realized in what has come to be called the Yale Experimental Watershed (YEW), a 19,7 acre (8 ha) forested area whose central section is in the city block across the street from YSE’s main buildings (Sage and Kroon Halls). For hundreds of years, a small stream has flowed through the site. In the last century, the site comprised a mix of partly wooded backyards maintained by Mansfield and Prospect Street residents, but it has been largely unmanaged for several decades. Over the years, Yale acquired most of the properties within the project area, and the desire to better control storm water and provide teaching and research opportunities on campus has created an interest in managing the site in aggregate.
目标是将紫杉从一个未充分利用和退化的场地转变为一个高产的场地——在那里可以进行学术研究,社区成员可以重建。Hixon城市生态中心为场地评估提供了资金。在过去的三年里,中心在几位合作教师的指导下,通过选择和支持学生来指导这一过程。
迄今为止的工作是广泛和多样的。根据几何网格建立了40个地面取样地块,每个地块距离下一个地块80英尺(25米)。所有直径≥4英寸(10 cm)的乔木均采用GPS定位,按树种水平分类,记录其胸高和胸径。在40个面积为4 m的圆形样地内对草本植物和地被植物进行了表征2
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土壤样本收集各40植被图,分析了垃圾深度、体积密度、pH值、碳和氮,底物诱导呼吸(先生),持水量,重量含水率和营养素(钙、通过线相交采样对粗木屑进行记录和分类,估计该地区粗木屑的数量、体积和类别。这一信息对于确定森林系统的生境是有用的。
在水文研究,该网站的一个两英尺的等值线图来描绘和地图红豆杉。目前,径流从沉淀上4.3公顷流域面积(面积的54%)的漏极到雨水排水系统和永远不会到达YEW的未显影部分。
在两个样带中钻了12口监测井,以监测地下水位并试图估算地下流量。它们被连续监测(水深、导电性和温度)。为了监测地面水文,在场地的入口和出口安装了30°v型槽孔堰,以及Prospect-Sachem停车场和相关高地地区的排水管道。自2013年3月开始对堰内水深进行连续监测,提供了可靠的流量数据。该基地还配备了气象站、太阳辐射仪和土壤湿度探测器。这些数据,连同总溶解固体的平行测量,将允许计算水和盐平衡。蒸散发将根据标准Penman-Monteith模型估算,该模型使用气象数据,并独立通过土壤湿度测量。
初步结果显示,流入场地的水流全年都有,而地表水流在生长季节的高峰时暂时停止。在春季,地表入流小于出流,表明地下水是水收支的重要贡献者
目前,正在做可在两个网站(水质和红豆杉水文实时数据http://www.ysieconet.com/public/WebUI/Default.aspx?hidCustomerID=205https://stormcentral.waterlog.com/public/yale)等各类监测数据的即将加入。
在管理方面,一旦我们网站的水文很好的理解,我们计划进行研究,看看如何从不透水表面重新连接引流可以有利地改变红豆杉水平衡。另一个简单的干预将是削减那些强调许多网站上的较大树木的树栖葡萄。我们也希望,红豆杉将被用来作为一个网站,测试的各种土地管理战略的效果。
该项目由Hixon城市生态中心支持。

端件混合分析多示踪法的发展,以确定非点污染源。

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本研究开发了一种示踪方法,使生态系统管理者能够识别和分配非点源污染。这种知识在引导稀缺资源用于改善水质方面是无价的。提出的研究是有效的,因为它适应了目前用于识别原始环境中的自然化学源和流动路径的成熟方法,将其应用于景观中的污染源。目的是演示端元混合分析(EMMA)的效用,以识别和量化多个非点源对康涅狄格流域河流污染负荷的相对贡献。来源(末端成员)包括降水、干沉积、化粪池、漏水的污水管道、街道排水、草坪化学品、屋顶径流、农业和风化。大多数提出的示踪剂是常规测量的,以使该方法尽可能广泛地适用。为了提高该方法的可靠性,正在确定和评估其他新的示踪剂。
在8个端元源和若干受影响的河流中测量和评价了29种示踪剂。追踪器是SO4 2-, Cl-, Na+K+、钙2+、镁2+、SiO2, HCO3-/ANC, DOC,电导率,Br-,我-F-,李+, Rb+,老2+H2签证官4-,的MoO4 2-H3.3., Ni, Cu, Zn, UO2(CO3.2 2-,CLO4-, Pd,咖啡因,布洛芬,35S和多环芳烃,但在最终的示踪方法中只使用它们的一个最佳子集(≈12)。(许多示踪剂可以同时测量,因此分析的数量比清单上所列的要少。)此外,两种污染物(NO3-以评价示踪剂法识别其来源的能力。数据综合包括主成分分析(确定数据的秩)、多元线性回归、回归过程中明确考虑端元组成的不确定度、端元的后向估计、替代测试和确定示踪剂最佳子集的灵敏度分析。
支持NOAA - 康涅狄格海助学计划

美属维尔京群岛圣托马斯流域的沉积物输出:侵蚀、运输和再沉积。

维尔京群岛的珊瑚礁和其他脆弱的近岸海洋资源正遭受多种压力源的影响。其中最重要的是由陆地侵蚀并由河流输送到沿海地带的细粒沉积物。陡峭的斜坡、可侵蚀的土壤、广泛的土壤扰动(用于土地开发和道路建设)以及不充分利用侵蚀防治措施,导致侵蚀加速和泥沙输出。短距离和陡峭的斜坡意味着维尔京群岛水域与邻近的海洋生态系统密切相连。珊瑚必须清除沉淀物,以获取猎物,更重要的是,让共生虫黄藻进行光合作用。即使是没有沉积的沉积物也会遮蔽珊瑚,降低光合作用的效率。处理细沉积物需要消耗不必要的能量,如果再加上捕食、温度升高、疾病、捕食和物理干扰,珊瑚就会发病和死亡。更好地了解细颗粒沉积物的侵蚀、运输和输送,将有助于更好地管理,以保护脆弱的珊瑚礁生态系统不受陆地开发的影响。
本研究旨在回答几个研究问题:
  • 如何在小降雨事件细颗粒泥沙出口比较,在更大的风暴?能相关的小脉冲轻微风暴造成不成比例的风险,因为其频率的暗礁?
  • 如何细颗粒泥沙出口的基流条件下的量比较,在不同强度的风暴?
  • 细沙出口在个别风暴过程中有何变化?例如,是否存在“第一次冲水”效应?
  • 降雨量、降雨持续时间、降雨发生后的时间与季节(干/湿)、细沙输出有什么关系?在其他一些系统中观察到的泥沙通量随流量呈指数增长的情况是否适用于圣托马斯?
  • 沿海池塘沉积物是否反映了上个世纪沉积物累积率的变化?如果是,它们是否与历史事件或土地利用的变化有关?
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我们的目标是连续监测多萝西娅古特(当地溪流的名字)的流量和悬浮物质至少一年。为了实现这一目标,美国地质调查局在现有的宽顶堰基础上安装了一个V形缺口堰。V型缺口允许在级下降时对小放电进行敏感测量。我们在Dorothea Gut安装了YSI 6920多参数水质探测仪,将其安装在堰塞湖后面的水池中。探头是配备探测器测量压力(阶段/水深),浊度(悬浮泥沙的代理),温度、溶解固体,溶解氧(做),和博士从2009年6月开始,我们每15分钟收集的数据,除了短暂探头时回到实验室服务和校准。
沉淀物岩芯是从圣托马斯海岸的池塘中收集的。从地质学上讲,这些系统往往是小的海湾,它们与海洋的连接已经被一些珊瑚礁建造和海岸漂移的组合所关闭,形成了高出海平面1至2米的护堤。由于它们与海洋没有直接的联系,它们充当了沉淀盆地的角色,在风暴期间吸收了内脏输送到它们体内的一部分沉积物。我们确定了6个具有适合本研究的流域的池塘:南北恒心池塘、红钩池塘、Fortuna池塘、Compass Point池塘和蓝宝石海滩上的一个小高地池塘(我们称之为蓝宝石池塘)。我们还采样了一个与海洋相连的海湾,曼达尔湾,以及红树林泻湖。我们从每个池塘收集了2到4个岩芯。对岩心的剖面进行了分析210铅、137CS,226类风湿性关节炎,7是。总的来说,这些放射性核素的测量提供了过去100年沉积物积累的详细信息,以及沉积物水界面附近发生的混合过程的程度。
数据中一个重要且一致的趋势是肠道对降雨事件的响应。当下雨时,水的深度(和流量)增加,浑浊度(和SPM)增加,而TDS减少,因为稀释。肠道中的TDS非常高,通常为1.4 g/l,类似于4%海水的溶液。这里的雨水是0.1克/升或更少。TDS升高最可能的解释是高蒸发蒸腾,它带走了水分,但留下了盐。雨水和溪流之间的这种巨大差异意味着,TDS稀释可以用来估计流量的增加,以便与基于溪流阶段的结果进行比较。
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对迄今为止测量的6个池塘进行评价,沉积物堆积率(SARs)很低。看看这些池塘,我们计算出了运送率,假设100%捕获,接近100公斤公顷-1-1蓝宝石池(Sapphire Pond)是美国的10倍左右。这些低值与圣约翰山坡地块(10 - 270公斤公顷)的测量值相当-1-1)和零阶和一阶集水区(10和80公斤公顷-1-1)由拉莫斯Scharron和麦克唐纳(2007年)。
考虑到斜坡的陡度和发展水平,我们预计沙士会更高。我们测量的低SAR值意味着(1)池塘是非常低效的沉积物收集器,(2)侵蚀很小,或(3)侵蚀物质的运输可以忽略不计。我们认为机制2或3是对低SARs最可能的解释。(1)根据池塘和流域的特征,池塘应该能够容纳它们接收的大部分流入,除了在非常大的风暴。因此,水停留时间高,沉降深度短,池塘应该是有效的沉积物收集器。(2)这些池塘的大部分流域是未受干扰的,所以大多数土地尽管坡度很陡,预计不会产生侵蚀物质。这些池塘上面许多陡峭的高地是由未受干扰的、长满植物的土地向上倾斜的。它们不应产生可能携带侵蚀物质的显著地表流。因此,即使发生了严重的侵蚀,大部分物质很可能在到达池塘之前就被重新沉积了。
这些结果的管理意义是重要的。圣托马斯岛未受干扰的流域的侵蚀程度似乎很低。土壤、植被和气候的性质是这样的:几乎没有物质被侵蚀,即使是在陡坡上,被调动起来的物质也很快地重新沉积下来。这意味着一小块区域打扰土壤,主要与土地开发有关,可以对下坡生态系统贡献极不相称的沉积物份额。从积极的方面看,由于这些发达地区往往面积较小(通常是建筑用地的大小),可以有效地采用侵蚀控制措施。此外,由于侵蚀源和单个开发商或建筑商之间存在明显的联系,责任很明确,执行起来也应该直截了当。
由水资源研究所资助

在滨海湿地正在恢复之前和之后的条件的跨学科研究

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该项目一直在监测由于经过充分研究的盐沼生态系统的恢复而产生的环境质量的改善。位于康涅狄格州的西黑文和纽黑文之间的西河口地区,近一个世纪以来一直被封潮,造成淡水潮汐系统退化,水质和生物多样性下降。当地一家非政府组织获得了大笔资金,安装了自动调节潮汐闸,除罕见的洪水事件外,这些闸仍保持开放。这种恢复重建了海水冲洗,极大地增加了潮汐范围、水质和盐度。这些栖息地物理特性的改善几乎肯定会导致动植物群落的有益变化。我们正在用高时间分辨率监测系统的水文和水质来量化环境条件。这些关键驱动因素将对植被、鱼类和鸟类群落产生重大影响,我们正在并行研究中监测这些群落。重要的是,沼泽的反应速度应该足够快,可以在短短几年内进行实验。该修复是在大规模控制影响(BACI)实验中评估生态响应的独特机会。对潮汐交换恢复前和恢复后的数据进行收集,并对结果进行比较,量化恢复的影响。 As a control, the research protocol is being replicated at a similar system, located within the same city, but which is not being restored. Both the experimental and control marshes are located in urban park areas. The restoration can be expected to provide benefits to neighbors and park users as well as to wildlife. There are many ecosystem restoration projects taking place worldwide, but very few of them are adequately monitored to see if they are successful and how they affect wildlife populations and human communities.
我们在处理和控制点部署了YSI 6920多参数水质探测仪一年多,然后对潮汐闸进行了改造。该探空仪配备了探头,用于测量压力(级/水深)、盐度、浊度(悬浮沉积物的替代指标)、温度、溶解氧(DO)和ph值。从2010年开始,除了返回实验室进行服务和重新校准的短暂时间外,我们每15分钟收集一次数据。结果表明,这两个时间序列具有很强的相似性,表明密尔河是控制西河的合适方法。当时的潮差(主要是由于淡水在关闭的潮汐门后回流造成的)和绝对深度几乎相同,而且两者都表现出不对称的潮汐,涨潮翼的时间明显长于退潮。另一个重要的特征是,两个河口对河流高流量的反应相似,例如,降雨事件。当潮汐闸门打开时,处理场地西河的物理和化学参数立即响应。这一数字显示了11月份的一段短暂时间,当时闸门关闭进行维修。注意在临时关闭之前和之后,对照和治疗之间的显著差异,以及当门关闭和重新打开时的相似性和突变。
该项目由YSI基金会部分赞助。
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