Journal of Water and Soil Vol. 27, No.4, Sept.-Oct. 2013, p. 823-831 نشريه آب و خاك (علوم و صنايع كشاورزي) جلد 27 شماره 4 مهر آبان 1392 ص 823-831. اثر فاصله انتقال بر انتشارپذيري كلريد سديم با استفاده از نرم افزار HYDRUS 2D 2 *1 معصومه فراستي - سيد مرتضي سيديان تاريخ دريافت: 1391/12/23 تاريخ پذيرش: 1392/6/24 چكيده انتشارپذيري يك خاصيت قابل اندازه گيري محيط متخلخل و يكي از پارامترهاي مهم معادله جابجايي انتشار مي باشد كه در بررسي و حل مساي ل مربوط به انتقال آلودگي و حفاظت از منابع آبهاي زيرزميني استفاده مي شود. گاهي اين كميت براي كل محيط متخلخل ثابت در نظر گرفته ميشود ولي در طول سه دهه اخير مطالعات فراوان نشان داده است كه انتشار پذيري به فاصله انتقال و يا طول آبخوان نيز بستگي دارد. در اين پژوهش به بررسي اثر ضخامت آبخوان در انتشار پذيري محلول كلريد سديم در خاكهاي ماسه اي پرداخته شده است. بدين منظور ضخامت هاي مختلف 80 60 40 20 و 100 سانتي متر تهيه و انتشارپذيري آنها مورد بررسي قرار گرفت. همچنين جهت انجام محاسبات مربوط به تعيين انتشار پذيري از مدل بريگهام و براي شبيه سازي حركت كلريدسديم از مدل دو بعدي HYDRUS استفاده گرديد. استفاده گرديد. مدل بريگهام حل مستقيمي از معادله كلاسيك جابجايي انتشار است كه براي فواصل انتقال كوتاه پيشنهاد شده است. با توجه به نتايج به دست آمده انتشارپذيري خاك مقداري ثابت بوده كه در دامنه قابل قبولي نوسان داشت و در محدوده نتايج به دست آمده از ساير مطالعات بود و هيچگونه وابستگي آن به ضخامت خاك ملاحظه نگرديد. نتايج به دست آمده از نرم افزار HYDRUS نشان داد كه با افزايش متوسط فاصله انتقال مقدار انتشارپذيري خاك افزايش يافته به طوري كه با نزديك شدن غلظت نمونهها به غلظت نهايي آلاينده مقدار آن ثابت شده است. واژه هاي كليدي: انتشار پذيري ضخامت خاك HYDRUS مدل بريگهام كلريد سديم مقدمه 2 1 همه زباله ها و آلودگي هايي كه در نتيجه فعاليت انسان به محيط زيست منتهي شوند آلاينده هستند صرفه نظر از اينكه غلظت آن ها باعث ايجاد تخريب مهمي در محيط زيست گردد (6). سرعت حركت آلاينده ها به سمت آب هاي زيرزميني بستگي به خصوصيات فيزيكي و شيميايي خاك و آلاينده بارندگي آبياري و عمق آب زيرزميني دارد. اگر چه همه عوامل فوق الذكر بر سرعت حركت آلاينده ها در داخل خاك موثر هستند اما پارامترها و مشخصات فيزيكي خاك به عنوان بزرگ ترين معضل در زمينه حفاظت منابع آب هاي زيرزميني است و در اين ميان تشخيص محل و فرآيندهايي كه عامل انتقال آلاينده ها به داخل سيستم هاي جريان آب زيرزميني هستند از اهم مساي ل به شمار مي آيد. مطالعه بر روي انتقال و حركت املاح در محيط متخلخل از دهه هاي پيش آغاز شده است. در سالهاي اخير 1- استاديار گروه مهندسي آ ب دانشكده كشاورزي دانشگاه رازي كرمانشاه (*- نويسنده مسي ول: (Email:Farasati2760@gmail.com 2- استاديار گروه آبخيزداري دانشكده كشاورزي دانشگاه گنبد كاووس منابع علمي منتشر شده در مورد آلودگي محيط زيست و عواقب آن براي جوامع بشري گياهان و حيوانات افزايش چشمگيري يافته است. علاقمندي عمومي نيز به همين نسبت فزوني يافته و به موازات آن مطالعات در خصوص طبيعت محيط متخلخل (توزيع اندازه خلل و فرج خاكدانه) و عملكرد فيزيكي و شيميايي اين محيط بر پديده هايي چون پخشيدگي انتشار دفع آنيوني جذب يا فرايندهاي تبادلو اثرات كاربردي روش هاي كنترل و پيشگيري در حال گسترش مي باشد.(3) بشارت و همكاران (4) در تحقيقي با استفاده از نرم افزار HYDRUS در شبيه سازي حركت و جذب آب در خاك به اراي ه نرم افزار SWMRUM پرداختند. در اين تحقيق دو مدل حركت آب در خاك شامل مدل جديد اراي ه شده (SWMRUM) و ديگري نرم افزار HYDRUS بر اساس اندازه گيريهاي صحرايي در باغ سيب مقايسه گرديدند. نتايج شبيهسازيشده با داده هاي رطوبت خاك حاصل از اندازه گيريهاي ميداني مقايسه و همبستگي قابل قبولي بين آنها مشاهده شد. نتايج نشان داد كه ميزان جذب حداكثر آب در حدود 1-d 0/04 m 3 m 3- در عمق 25-30 سانتيمتري خاك و حداقل جذب
و 0 824 نشريه آب و خاك جلد 27 شماره 4 مهر - آبان 1392 در حدود 1-d 0/005 m 3 m 3- در عمق 80 سانتيمتر اتفاق مي افتد (5). ويرنگا و وانگنوختن (11) آزمايش هايي در دو نوع ستون خاك يك ستون كوچك با طول 30 سانتي متر و قطر 5/1 سانتي متر و يك ستون بزرگ با طول 600 سانتي متر و قطر 95 سانتي متر انجام دادند. هر كدام از ستون ها با خاك شن ريز لومي با اندازه ذرات حدود يك ميلي متر پر شدند به طوري كه وزن مخصوص ظاهري خاك ها 1/57 گرم بر سانتي متر مكعب بود. متوسط مقدار انتشارپذيري ) ) وقتي كه تريتيوم و كلريد به داخل ستون هاي كوچك وارد گرديد به ترتيب 0/87 سانتي 8/ متر بدست آمد. انتشارپذيري در ستون هاي بزرگ برابر با 5 سانتي متر بود در حالي كه در ستون هاي كوچك در حدود 1 سانتي متر به دست آمد (12). آل طبا و همكاران (1) در يك تانك افقي آزمايشگاهي به طول 0/45 متر عرض 0/38 متر و ارتفاع 0/25 متر با استفاده از خاك هاي ماسه اي همگن در سه اندازه ريز متوسط و درشت در حالت اشباع تحت شرايط جريان يك بعدي با آلاينده كلريد سديم دريافتند كه متوسط سرعت حركت آلاينده در فواصل انتقال كوتاه بيشتر از متوسط سرعت حركت آب در داخل خلل و فرج است. انتشارپذيري ماسه درشت 7/64 سانتي متر ماسه متوسط 6/3 سانتي متر و ماسه ريز 4/27 سانتي متر به دست آمد. آنها همچنين در آزمايشي بر روي ماسه متوسط همگن در سه ضخامت 8 18 و 25 سانتي متر نتيجه گرفتند كه رفتار انتشار به وسيله ضخامت خاك (حجم خاك) نيز كنترل شده و تنها وابسته به فاصله انتقال نيست. معاضد و همكاران (7) در تحقيقي به بررسي وابستگي انتشارپذيري به ضخامت آن در خاك هاي ماسه اي همگن درشت و متوسط در شرايط اشباع پرداخت. آزمايشات در ضخامت هاي اوليه 100 ميلي متر و 2 تا 10 برابر ضخامت اوليه (تا 1000 ميلي متر) در هر دو خاك ماسه اي انجام شد. مقدار انتشارپذيري به دست آمده براي خاك هاي ماسه اي درشت و متوسط به ترتيب در محدوده هاي 0/31 تا 0/64 و 0/13 تا 0/46 سانتي متر محاسبه گرديد. نتايج حاصله بيانگر عدم وابستگي انتشارپذيري به ضخامت خاك در خاكهاي ماسه اي همگن درشت و متوسط بوده و تغييرات به دست آمده در مقادير انتشارپذيري خاك ها ناشي از عوامل متفاوتي از جمله خطاي آزمايشات مي باشد. اندرسون و همكاران (2) به بررسي اثر مقياس بر انتشارپذيري شيميايي پرداختند. نتايج به دست آمده نشان داد كه كه معادله جابجايي- انتشار براي مطالعه ستون ها براي محيط متخلخل طبيعي مناسب بود اما براي محيط متخلخل همگن مناسب نبود. با استفاده از رابطه بين جرم و شعاع مقادير ابعادي به دست آمده در محدوده مناسبي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه انتشارپذيري ممكن است به حجم نمونه گيري نسبت به حركت املاح به طور مستقيم بستگي داشته باشد. به هر حال بررسي ميزان انتشارپذيري در ضخامتهاي مختلف خاك مي تواند در برنامه ريزي جهت حفظ سفره هاي آب زيرزميني از منابع آلاينده و كنترل آلودگي در منابع آبهاي زيرزميني مورد استفاده قرار گيرد. با توجه به مطالب ذكر شده هدف از انجام اين پژوهش بررسي وابستگي انتشارپذيري كلريد سديم به ضخامت خاك و شبيه سازي حركت كلريد سديم در خاكهاي ماسه اي مي باشد. مواد و روش ها محل اجراي طرح آزمايشگاه آبياري گروه مهندسي آب دانشكده كشاورزي دانشگاه رازي بود. انتخاب خاك مورد آزمايش خاك ماسه اي متوسط براي پژوهش حاضر انتخاب گرديد. از دلايل انتخاب خاك ماسه اي مي توان به عدم وجود واكنش هاي شيميايي زمين شناسي در اين خاك ها اشاره نمود. همچنين مواد تشكيل دهنده آبخوان ها ماسه شن و يا سنگريزه هايي مي باشد كه هنوز تحكيم نشده هستند (4). ماسه ها پس از شسته شدن به وسيله الك هاي استاندارد دانه بندي شده تا اندازه ذرات و منحني دانه بندي آنها به دست آيد. سپس مقادير D60 D10 و ضريب يكنواختي (CU=D60/D10) براي ماسه ها محاسبه مي گردد. پس از الك كردن خاك ها آزمايش در ضخامت هاي (T1) 20 (T2) 40 60 (T3) (T4) 80 و (T5) 100 سانتي متر صورت گرفت. آزمايش در شرايط يكسان صورت گرفته و تنها پارامتر متغير در مدت آزمايشات ضخامت خاك بود. لازم به يادآوري است كه هر ستون خاك داراي 3 تكرار آزمايش و 10 سانتي متر فضاي آزاد بود. فرضيات آزمايشات براي شبيه سازي انتقال املاح در مزرعه عبارت بودند از 1- تخلخل هر يك از خاك ها ثابت است و 2- محيط متخلخل خاك ها همگن و كاملا اشباع است. در اين تحقيق كلريد سديم به عنوان آلاينده پايدار انتخاب شد. از دلايل انتخاب اين ماده مي توان قابل دسترس بودن بي خطر بودن سهولت و دقت اندازه گيري غلظت آن به كمك دستگاه هدايت سنج را نام برد. محلول كلريد سديم با هدايت الكتريكي 3 ميلي موس بر سانتيمتر تهيه گرديد. روش انجام آزمايش پس از آماده كردن ستونهاي خاك و محلول كلريد سديم با غلظت 3 ميلي موس بر سانتيمتر ابتدا ستونهاي خاك با آب مقطر اشباع گرديد. بدين منظور ستون ها به صورت عمودي در آزمايشگاه آبياري نصب شدند و سپس انتهاي ستونهاي خاك درون لوله مسدود شده و آب به داخل آن تا ارتفاع كمي بالاتر از ارتفاع مورد نظر اضافه شد. بعد از ريختن يك حجم مشخص از خاك به وسيله يك تخته چوبي ماسه ها به آرامي كوبيده مي شدند تا به حداكثر تراكم طبيعي برسند. بايستي قبل از شروع آزمايش از خارج شدن حباب هاي هوا
اثر فاصله انتقال بر انتشارپذيري كلريد سديم... 825 ( 6) ( 7) كه در آن: s درصد آب خاك اشباع r درصد آب خاك باقيمانده Ks هدايت هيدروليكي اشباع α معكوس مقدار ورود هوا در حالت اشباع و m n و L پارامترهاي وابسته به خاك هستند كه با استفاده ازبرازش بر معادله مورد نظر بدست مي آيند. پارامترهاي مدل از قبيل ويژگي هاي هيدروليكي خاك شامل پارامترهاي منحني رطوبتي خاك و نيز پارامتر هدايت هيدروليكي اشباع خاك Ks) ( رطوبت باقي مانده ) r θ) و رطوبت اشباع (θs) در مدل ون گنوختن معلم با استفاده از اطلاعات تجزيه مكانيكي خاك ) بافت خاك ( و اندازه گيري جرم مخصوص ظاهري به وسيلهي مدل Roseta پيش بيني گرديدند. مطمي ن شد. براي اين كار ضرباتي به بدنه ستون وارد مي شد. حال ستون هاي خاك براي انجام آزمايشات آماده است. در ابتدا از بالاي ستون خاك محلول كلريد سديم تهيه شده به ارتفاع 10 سانتي متر اضافه شد و تا پايان آزمايش اين ارتفاع با اضافه كردن محلول ثابت نگه داشته شد. همزمان با شروع آزمايش نمونه براي اندازه گيري غلظت تهيه مي شد. اولين قراي ت در زمان 0=t انجام شد. آزمايشات تا رسيدن غلظت نمونه ها به غلظت نهايي 3 ميلي موس بر سانتي متر ادامه يافت. شكل شماتيك انجام آزمايش و وسايل مورد استفاده در شكل 1 نشان داده شده است. در اين پژوهش جهت به دست آوردن ضريب انتشارپذيري از مدل بريگهام استفاده شده است. D VL / 8Y 2 0.84 Y0.16 ( 1 ) U 1 Y 1 2 U D D / V ( 2) ( 3) Y 0.84 Y 0.16 و كه در آن: غلظت نسبي برابر 0/16 و 0/84 U: رفته و V: سرعت حقيقي به ترتيب عبارتند از مقدارy متناسب با تعداد حجم آب تخلخل به كار *D: ضريب انتشارپذيري و :α (cm/s) ضريب پخشيدگي مولكولي مي باشد كه براي خاكهاي ماسه اي برابر -5 10 1 سانتيمتر مربع بر ثانيه مي باشد. مدل HYDRUS (5) حركت آب در خاك بر اساس اطلاعات ميداني با استفاده از مدل HYDRUS دوبعدي (9) شبيه سازي شد. معادله حاكم بر جريان آب در خاك معادله دو بعدي ريچاردز مي باشد: (4) كه در آن θ درصد رطوبت حجمي ) 3- (L3L h بار فشار آب در خاك (L) t زمان( T ) K هدايت هيدروليكي ) -1 (LT x جهت افقي و z جهت عمودي را نشان مي دهند. همچنينS نشان دهنده مقدار جذب آب توسط ريشه از خاك مي باشد ) 1- T (L3L - 3 مشخصات هيدروليكي خاك با استفاده از رابطه ون گنوختن-معلم بدست آمد.(11) شرايط مرزي معادله انتقال املاح يك معادله مشتق جزي ي غير خطي است كه داراي دو متغير مستقل زمان( t ) و مكان (X) و يك متغير وابسته غلظت (C) است. اين نوع معادلات داراي جواب هاي زيادي هستند و براي اين كه جواب واحدي از آن ها به دست آيد بايد شرايط اوليه و شرايط مرزي سيستم تعريفشود (10). در اين تحقيق با توجه به اين كه جريان آب (آبشويي) به صورت اشباع ماندگار اعمال گرديد فقط شرايط مرزي در ابتدا و انتهاي ستون خاك تعريف شد. در مرز بالايي ستون شرايط بار آبي ثابت در نظر گرفته شد و در تمام طول مدت آزمايش ارتفاع آب روي ستون خاك 10 سانتي متر ثابت بود. براي مرز پاييني ستون خاك جريان ثابت با پتانسيل فشاري صفر در نظر گرفته شد. نتايج و بحث مشخصات فيزيكي و هيدروليكي خاك تهيه شده در جدول 1 نشان داده شده است. به منظور بررسي و اطمينان از همگني خاك مورد مطالعه ضريب يكنواختي خاك ماسهاي محاسبه شد. ضريب يكنواختي 2/23 ميباشد. مقادير ضريب يكنواختي كمتر از 4 براي اطمينان از همگني خاكها پيشنهاد شده است (3). لذا خاك ماسهاي از همگني مناسبي برخور است. n 0 /44 جدول 1 - مشخصات فيزيكي و هيدروليكي خاك مورد مطالعه CU D 60 (mm) (mm) D 10 نوع خاك 2/23 0/29 0 /13 ماسه بادي
826 نشريه آب و خاك جلد 27 شماره 4 مهر - آبان 1392 مقادير انتشارپذيري ضخامت هاي مختلف با استفاده از مدل تحليلي بريگهام محاسبه گرديد كه در شكل 1 نشان داده شده است. با توجه به شكل 1 حداقل مقدار انتشارپذيري 0/15 سانتي متر مربوط به ضخامت 20 سانتي متر و حداكثر مقدار انتشارپذيري 0/7 سانتي متر مربوط به ضخامت 100 سانتي متر و انحراف معيار 0/24 مي باشد. با افزايش ضخامت خاك مقادير انتشارپذيري افزايش يافته اما دامنه تفاوت آنها گسترده نيست. با افزايش ضخامت خاك تغييرات هدايت هيدروليكي در نقاط مختلف و يا در هر نقطه در جهات مختلف افزايش يافته است به طوري كه با اطمينان ميتوان گفت كه دامنه گسترده مقادير انتشارپذيري خود دليلي بر اين ادعا ميباشد. دامنه مقادير متوسط ضريب انتشارپذيري خاك ماسهاي در محدوده نتايج مطالعات ساير محققين (8 و 13) ميباشد كه مقادير ضريب انتشارپذيري به دست آمده در مطالعات آزمايشگاهي در محدوده 0/01 تا 1 سانتيمتر ذكر كردهاند. با توجه به نتايج حاصله (شكل 1) ميتوان گفت كه هيچگونه وابستگي ضريب انتشارپذيري خاك به ضخامت آن در خاكهاي ماسهاي همگن در شرايط اشباع وجود ندارد كه با تحقيقات معاضد و همكاران (6) همخواني داشته است. آل طبا و همكاران (1) نتيجه گرفتهاند كه با افزايش ضخامت خاك مقدار انتشارپذيري آن افزايش يافته به طوري كه با دو برابر شدن ضخامت خاك انتشارپذيري آن 18 درصد افزايش مييابد. در مورد نتايج آل طبا و همكاران (1) يادآوري نكات زير ضروري است: آزمايشهاي آل طبا و همكاران (1) در سه ضخامت 18 8 و 25 سانتيمتر خاك ماسهاي متوسط و با -5 شدت جريان 4/5 10 متر بر ثانيه انجام شده است. بنابراين از گستردگي ضخامت و يا تكرارهاي كافي برخوردار نيست. آل طبا و همكاران (1) براي خاك ماسهاي متوسط در ضخامتهاي 18 8 و 25 سانتيمتر مقدار انتشارپذيري را به ترتيب 6/3 5/3 و 7/2 سانتيمتر به دست آوردهاند. ملاحظه ميشود مقادير انتشارپذيري به دست آمده با نتايج مطالعات آزمايشگاهي ساير محققين (8 و 13) تطابق ندارد به طوري كه مقادير به دست آمده در مطالعات آزمايشگاهي در محدوده 0/01 تا 1 سانتيمتر بوده است. مقدار افزايش بيان شده براي انتشارپذيري خاك با دو برابر شدن ضخامت آن آنقدر كم است كه ميتوان گفت به دليل خطاهاي اجتناب ناپذير اين مقدار افزايش و يا حتي بيشتر در شدت جريانهاي متفاوت براي يك ضخامت ثابت خاك امكانپذير است. منحنيهاي تعداد حجم آب تخلخل بكار رفته را ميتوان در شكل 2 مشاهده نمود. در اين نمودار محور عمودي غلظت نسبي و محور افقي تعداد حجم آب تخلخل به كار رفته در آزمايشها با گذشت زمان ميباشد. همانطور كه مي دانيم آزمايش هاي انتقال با استفاده از بررسي ضريب انتشارپذيري منحنيهاي رخنه و تعداد حجم آب تخلخل به كار گرفته شده ارزيابي ميشوند. با مقايسه منحنيهاي رخنه آزمايش مذكور ملاحظه گرديد كه در همه ضخامت ها منحنيهاي رخنه رسم شده از حالت متقارن خارج شده است. در همه ضخامت ها قبل از غلظت نسبي 0/5 حجم آب تخلخل برابر يك گرديده است. نتيجه به دست آمده با تحقيقات آل طبا و همكاران (1) كه گزارش كردهاند در فواصل انتقال كوتاه زمان رسيدن به غلظت نسبي 0/5 با خروج يك حجم آب تخلخل انجام نميشود بلكه در نسبت كمتري اتفاق ميافتد مطابقت داشته است. با مقايسه زمانهاي رسيدن به غلظت هاي نسبي 0/16 و 0/84 در تمامي آزمايشها ملاحظه مي شود كه خاك ماسه اي با ضخامت 100 سانتي متر از مدت زمان بيشتري براي رسيدن به غلظت نسبي 0/16 و 0/84 برخوردار مي باشد. همچنين ملاحظه ميشود كه سرعت انتقال آلاينده در اين ضخامت كمتر از ساير ضخامت ها ميباشد. به طوري كه براي رسيدن به غلظت نسبي 0/5 خاك ماسه اي با ضخامت 100 سانتي متر بيشترين حجم آب تخلخل بكار رفته را به خود اختصاص داده است. در اين تحقيق تمامي پارامترها ثابت و فقط ضخامت خاك متغير -3 بود. شدت جريان انتقال در آزمايش خاك ماسهاي 10 2/3 متر بر ثانيه بود. پنج آزمايش از ضخامتهاي 20 تا 100 سانتيمتر انجام شد. در موقع افزودن ماسهها به داخل تانك آزمايشگاهي و كوبيدن ماسهها با تخته چوبي سعي شد كه محيط متخلخل يكنواخت و همگني بدست آيد. انتشارپذيری ) (cm 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 80 100 120 ضخامت خاک (cm) شكل - 1 مقادير انتشارپذيري براي خاكهاي ماسه اي در ضخامت هاي مختلف
اثر فاصله انتقال بر انتشارپذيري كلريد سديم... 827 C/C 0 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 حجم آب تخلخل ٢٠ ۴٠ ۶٠ ٨٠ ١٠٠ شكل - 2 منحني رخنه مربوط به خاك ماسه بادي با ضخامت هاي مختلف با توجه به نحوه حركت آلاينده در داخل محيط متخلخل كه بيانگر عدم يكسان بودن هدايت هيدروليكي خاك در نقاط مختلف و در جهات مختلف ميباشد ميتوان اين موضوع را يكي از دلايل اختلافات ناچيز بين انتشارپذيري محاسبه شده براي خاك مورد مطالعه بيان نمود. نتايج به دست آمده از HYDRUS شبيه سازي حركت كلريد سديم در خاك مورد مطالعه در چهار مرحله براي هر يك ازضخامت هاي مورد مطالعه در شكلهاي 6-3 نشان داده شده است. مدت زمان آزمايش براي هر يك از بافت ها به چهار مرحله تقسيم گرديده است. شكل 3 نتايج شبيه سازي را در مرحله اول زمان اجراي مدل پس از مدت زمان 75 70 44 19/8 و 106 دقيقه به ترتيب براي ضخامت هاي T1 تا T5 نشان مي دهد. همانطور كه مشاهده مي گردد در T1 كلريد سديم به سرعت در ستون خاك پخش گرديده است و با افزايش ضخامت سرعت پخش كلريد سديم كاهش يافته است. هنوز در هيچ يك ازضخامتها كلريد سديم به انتهاي ستون نرسيده بنابراين غلظت خروجي صفر مي باشد. شكل 3 تغييرات غلظت خروجي كلريد سديم را در مقابل طول ستون خاك در مرحله اول زماني نشان مي دهد. در T4 T3 T2 T1 و T5 كلريد سديم به ترتيب تا 30 25 15 10 و 40 سانتيمتري ازسطح خاك پيشروي نموده است. سرعت پخش كلريد سديم در طول T1 بيشتر و در طول T5 كمتر از ساير ضخامت ها مي باشد. شكل 4 تغييرات غلظت خروجي كلريد سديم را در مقابل طول ستون خاك در مرحله دوم زماني نشان مي دهد. در T3 T2 T1 T4 و T5 كلريد سديم به ترتيب تا 50 40 30 15 و 65 سانتيمتري ازسطح خاك پيشروي نموده است كه نشان دهنده سرعت پخش بالاي كلريد سديم در ضخامت T1 و سرعت پايين تر در ضخامت T5 مي باشد. T3 T2 T1 T5 T4 شكل - 3 منحني تغييرات غلظت كلريد سديم براي ضخامت هاي مختلف خاك در مرحله اول زماني
828 نشريه آب و خاك جلد 27 شماره 4 مهر - آبان 1392 T3 T2 T1 T5 T4 شكل - 4 منحني تغييرات غلظت كلريد سديم براي ضخامت هاي مختلف خاك در مرحله دوم زماني شكل 5 تغييرات غلظت خروجي كلريد سديم را در مقابل ضخامت خاك در مرحله سوم زماني نشان مي دهد. در T3 T2 T1 T4 و T5 كلريد سديم به ترتيب تا 70 60 40 20 و 90 سانتيمتر از ستون خاك پيشروي نموده است. با توجه به شكل 6 در ضخامتهاي T2 T1 و T3 كلريد سديم در تمام ضخامت خاك پخش گرديده است كه به دليل ضخامت كمتر آنها در مقايسه با T4 و T5 و سرعت پخش بالاي كلريد سديم در آنها مي باشد. شكل 7 نتايج شبيه سازي مراحل زماني مختلف را درطول هاي مختلفT1 T4 T3 T2 و T5 را نشان مي دهد. T3 T2 T1 T5 T4 شكل 5 - منحني تغييرات غلظت كلريد سديم براي ضخامت هاي مختلف خاك در مرحله سوم زماني
ب( ب( ج( د( د( اثر فاصله انتقال بر انتشارپذيري كلريد سديم... 829 T3 T2 T1 T5 T4 شكل - 6 منحني تغييرات غلظت كلريد سديم براي ضخامت هاي مختلف خاك در مرحله چهارم زماني (الف ( (ب) (ج) ( شكل - 7 نتايج شبيه سازي كلريد سديم با استفاده از نرم افزار Hydrus در طول هاي مختلف ستون خاك T1-T5) ( در چهار مرحله زماني با توجه به شكل 7 فلا( )كلريد سديم در مرحله اول زماني براي طول هاي مختلفT1 T4 T3 T2 و T5 پس از گذشت مدت زمان 75 64 44 40 و 106 دقيقه به صورت نشان داده شده پخش گرديده است. شكل ) 7 نتايج شبيه سازي مرحله دوم را درضخامت هايT1 T4 T3 T2 و T5 به ترتيب پس از گذشت مدت زمان 150 128 88 80 و 212 دقيقه از شروع آزمايش نشان مي دهد. با توجه به شكل ) 7 درضخامت هاي T1 و T2 كلريد سديم تقريبا به يك اندازه در ستون خاك پخش گرديده است. هنوز در هيچ يك از ضخامت ها غلظت خروجي با غلظت ورودي برابر نشده است. شكل ) 7 نتايج شبيه سازي مرحله سوم را درطولهاي T4 T3 T2 T1 و T5 به ترتيب پس از گذشت مدت زمان 75 263 150 و 461 دقيقه نشان مي دهد. شكل ( 7 نيز تغييرات غلظت خروجي كلريد سديم را در مقابل ضخامت خاك در مرحله آخر نشان مي دهد. پس از گذشت مدت زمان 461 320 220 200 و 600 دقيقه از گذشت آزمايش همه ضخامت هاي مورد مطالعه كل ستون خاك داراي غلظت 3 ميلي موس بر سانتيمتر كلريد سديم شده وغلظت خروجي با غلظت ورودي برابرگرديده است. با توجه به نتايج به دست آمده از شبيه سازي كلريد سديم با استفاده از نرم افزار
830 نشريه آب و خاك جلد 27 شماره 4 مهر - آبان 1392 HYDRUS نشان داد كه با افزايش متوسط فاصله انتقال مدت زمان و ميزان انتشارپذيري كلريد سديم در خاك افزايش يافته به طوري كه با نزديك شدن غلظت نمونهها به غلظت نهايي آلاينده مقدار آن ثابت شده است. اما ميزان افزايش انتشارپذيري معني دار نبوده است. نتايج به دست آمده با تحقيقات اندرسون و همكاران (2) مطابقت داشته است نتيجه گيري با توجه به نتايج به دست آمده انتشارپذيري خاك تقريبا مقداري ثابت بوده كه در دامنه قابل قبولي نوسان داشت و در محدوده نتايج به دست آمده از ساير مطالعات بود و هيچگونه وابستگي آن به ضخامت خاك ملاحظه نگرديد. مطالعات گذشته نشان داده است كه در فواصل انتقال كوتاه سرعت حركت آلاينده از سرعت واقعي سيال درداخل محيط متخلخل بيشتر بوده و زمان رسيدن به غلظت نسبي 0/5 در تعداد حجم آب تخلخل كمتري از واحد روي مي دهد كه نتايج پژوهش حاضر نيز با آن مطابقت داشته است. مطالعات متعددي وابستگي انتشارپذيري خاك را به متوسط فاصله انتقال گزارش كردهاند. اين وابستگي به اشتباه تحت عنوان اثرات مقياس در گزارشها و مطالعات آزمايشگاهي و ميداني بيان شده است. متوسط فاصله انتقال در واقع بيانگر موقعيت پيشاني جبهه آلاينده در زمان مشخص t مي باشد. نتايج به دست آمده از نرم افزار HYDRUS نشان داد كه با افزايش متوسط فاصله انتقال مقدار انتشارپذيري خاك افزايش يافته به طوري كه با نزديك شدن غلظت نمونهها به غلظت نهايي آلاينده مقدار آن ثابت شده است. 1- Al Tabbaa A. and Ayotamuno J.M. 2000. One dimensional solute transport in stratified sands at short travel distances. Journal of Hazardous Materials. 73: 1-15. 2- Andersona S.H., Haeffnerb B. and Peytonc R.L. 2012. Influence of Scale on Chemical Dispersivity in Geomedia, Procedia Computer Science 12:242 247. 3- Ayotamuno J.M. 1998. Cotaminant Transport and immobilization in Stratified Sands. Ph. D Thesis, University of Birmangham, UK. 4- Besharat S., Nazemi A.H., Sadroldini A.A. and SHahmorad S. 2012. Applications of HYDRUS and the Proposed SWMRUM Software in SimulatingWater Flow with RootWater Uptake through Soils. Water and Science Journal. 21(4). 5- Freeze R.A. and Cherry J.A. 1979. Groundwater, 604 pp., Prentice-Hall, Englewood Cliffs. 6- Moazed, H., Maroufpour E., Kashkouli H.A. and Samani J.M.V. 2009. Laboratory Scale Effect of Aquifer Thickness on Dispersivity of Porous Media. Journal of Applied Sciences 9(3):542-548.ISSN1812-5654. 7- Pickens J.F. and Grisak G.E. 1981. Scale dependent dispersion in a stratified granular aquifer, Water Resource: Res. 17(4): 191-121 8- Simunek J., Sejna M. and Van Genuchten M.Th. 2006. The HYDRUS software package for Simulating the Twoand Three-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media, User Manual Version 1.0, PC-Progress, Prague, Czech Republic. 9- Starr J.L., Parlange J.Y. and Frink C.R. 1986. Water and chloride movement through a layered field soil. Soil Sci. Soc. Am.J. 50: 1384-1390. 10- Van Genuchten M.Th. 1980. A close-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci Soc Am J 44: 892 898. 11- Wierenga P.J. and Van Genuchten M.Th. 1989. Solute transport through small and large on Saturated Soil Columns. Groundwater, 27:35-42. منابع
Journal of Water and Soil اثر فاصله انتقال بر انتشارپذيري كلريد سديم... Vol. 27, No.4, Sept.-Oct. 2013, p. 823-831 831 نشريه آب و خاك (علوم و صنايع كشاورزي) جلد 27 شماره 4 مهر آبان 1392 ص. 823-831 Effect of Scale on NaCl Dispersivity by HYDRUS 2D M. Farasati 1 *- S.M. Seyedian 2 Received:13-03-2013 Accepted:15-09-2013 Abstract Dispersivity is an important property of a porous medium and Advection-Dispersion equation (ADE). It is used in solving problems related to pollutants migration by groundwater. Numerical models are frequently used for simulation of water movement in soils. In the present study, the dependence of NaCl dispersivity on thickness of the aquifer materials has been investigated. In orther to perform it, 5 different thickness of soil column (20, 40, 60, 80 and 100 cm) selected. The physical model used in the study consisted of a cylindrical tank with inner diameter of 6cm and 5 thicknesses 20, 40, 60, 80 and 100 cm of soil column designated by T1, T2, T3, T4 and T5 respectively. Sodium chloride with an electrical conductivity (EC) of 3 dsm -1 was selected as conservative pollutant. For calculation of dispersivity Brigham model and for simulation of NaCl movement HYDRUS software used. Results of the study indicated that the dispersivity of sandy porous was not dependent on the thickness. The result of HYDRUS showed that with increase of aquifer length, dispersivity increased but it was not significant. Keywords: Dispersivity, Soil thickness, HYDRUS, Brigham model, NaCl 1- Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah, Iran (*Corresponding Author Email: farasati2760@gmail.com) 2- Assistant Professor, Department of Watershed Management, College of Agriculture, Gonbad Kavoos University, Gonbad Kavoos, Iran