استفاده از روش فراکتال جهت بررسی اثر مقیاس طولی بر ضریب انتشار عناصر ناپایدار در خاک

یکی از خصوصیات مهم در مدلسازی حرکت املاح در خاک، تعیین دقیق مقدار انتشار هیدرودینامیکی املاح در خاک می باشد. این پارامتر از دو قسمت پخشیدگی مولکولی و انتشار مکانیکی تشکیل شده است. در انتقال املاح در شرایط جریان اشباع مکانیسم انتشار مکانیکی اهمیت بسزایی را دارا می باشد. علت اصلی فرآیند انتشار مکانیکی تغییرات میکروسکوپی سرعت جریان در منافذخاک بوده و به صورت ضریبی از سرعت جریان بیان می گردد. این ضریب در پژوهشها به عنوان ضریب انتشار پذیری نامیده می شود. تحقیقات زیادی وابستگی این ضریب را به فاصله انتقال آلاینده نشان داده است. در این پژوهش با استفاده از تئوری هندسه فراکتال روشی برای تعیین ارتباط ضریب انتشارپذیری با فاصله انتقال ارائه میگردد. همچنین برای بررسی همزمان فرآیند جذب سطحی برانتقال املاح در خاک از ماده فسفر به دلیل استفاده معمول آن در فعالیتهای کشاورزی استفاده شده است. بمنظور تعیین میزان غلظت فسفر در آزمایشات جذب سطحی فسفر از روش مورفی و ریلی استفاده شد. بافت خاک مورد آزمایش از نوع سیلتی-کلی-لوم بود. برای انجام آزمایشات انتقال فسفر در ستون عمودی خاک، غلظت ماده محلول 33 میلی مول بر لیتر در نظر گرفته شد. مدل فیزیکی طرح شامل یک لوله pvc به ارتفاع cm120و قطرcm 10 بود. مدل از 3 قسمت ورودی، محیط تخلخل و خروجی تشکیل شده بود که بر روی یک چهار پایه قرار داده شده بود و جریان آب و آلاینده از قسمت ورودی که در کف مدل قرار داشت وارد محیط متخلخل می شد. در بدنه مدل و در فواصل 5، 12، 25، 50، 75 و 100 سانتی متر از کف مدل لوله هایی به منظور نمونه گیری تعبیه شده بود. همچنین در فواصل32، 55، 82 و120سانتی متر از کف مدل خروجی هایی وجود داشت.منبع ذخیره آب و آلاینده به منظور تأمین فشار روی سکویی با ارتفاع مناسب قرار داشت. آزمایشات در دو تکرار و با شدت جریانهای 84 و96 سانتیمتر بر روز انجام گرفت. با برازش مدلهای مختلف جذب سطحی فسفر مشخص گردیدکه هرکدام از مدلها به خوبی ارتباط فسفر محلول در تعادل و فسفر جذب سطحی شده را نشان می دهند و نتایج آزمون تفاوت میانگینها در سطح پنج درصد، برای هر یک از ایزوترمهای جذب، معنی دار نبود. از میان این روابط همدمای جذب خطی فسفر با رابطه دقت بالاتری داشت. در رابطه با شاخصهای بافری فسفر حاصل از نتایج آزمایشات جذب سطحی مشخص شد که نیاز استاندارد فسفر(spr) برابر 55/78و ظرفیت بافری حداکثر (mbc) برابر 4/77و ظرفیت بافر استاندارد (sbc) برابر 71و ظرفیت بافری فسفر(pbc) برابر 11و درجه اشباع فسفری(dps) برابر 8/8 و شاخص جذب فسفر (psi) برابر 205و شاخص بافری با استفاده از معادله فروندلیچ (bi) برابر 2/45 بدست آمد. در تحقیق حاضر بررسی انتشار پذیری با توجه به متوسط فاصله انتقال به دست آمده در مقیاس محلی مطالعه شد وروند افزایش ضریب انتشار پذیری نسبت به طول نمونه در کل ستون آزمایش مشاهده گردید که تابع افزایشی آن با توجه به نظریه فراکتال ژئو متری از نوع توانی بوده است. در این تحقیق، انتشار پذیری در طول نمونه از رابطه پیروی نمود، که در این رابطه عبارتند از ضریب انتشارپذیری طولی و مقیاس طولی نمونه می باشد.