بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی عددی انتقال آلودگی در خاک های مدفن زباله منطقه سراوان رشت

نفوذ شیرابه زباله ها به داخل خاک یکی از عوامل آلودگی آب های زیرزمینی است. در اثر انباشته شدن زباله ها بر روی هم و دسترسی آن به رطوبت کافی، شیرابه زباله به وجود می آید که می تواند تحت تاثیر مکانیزم های مختلف در خاک زیرین خود نفوذ کرده و پس از عبور از آن به سفره های آب زیرزمینی وارد شود. ورود مواد آلاینده به آب های زیرزمینی و افزایش آن به مرور زمان باعث آلودگی دائمی سفره های آب زیرزمینی می شود. متاسفانه در ایران طراحی و ساخت محل های دفن زباله به صورت مهندسی-بهداشتی از اهمیت لازم برخوردار نبوده و همچنان زباله های شهری یا به صورت روباز بر روی زمین رها شده و یا به صورت غیر اصولی و غیر مهندسی دفن می شوند. یکی از مناطقی که با معضلات عدیده در این خصوص مواجه است محل دفن زباله سراوان در نزدیکی شهر رشت می باشد. با توجه به وضعیت نامساعد این منطقه می باید مطالعات دقیق و کافی صحرایی، آزمایشگاهی و عددی در این زمینه انجام شود تا با شناختی بهتر و کامل تر به منظور کنترل و رفع این معضل، گام های اساسی برداشته شود. به همین منظور در این تحقیق ابتدا با استفاده از روش های آزمایشگاهی ضرایب پراکندگی هیدرودینامیک و پخشیدگی مولکولی خاک مورد مطالعه به دست آمد. سپس در گام بعدی با استفاده از ضرایب پراکندگی هیدرودینامیک و پخشیدگی مولکولی به دست آمده، مدل سازی عددی الگوی انتقال آلاینده در خاک های محل دفن زباله منطقه سراوان رشت، تحت شرایط اولیه و مرزی مشخص صورت گرفت و دقت آن مورد بررسی قرار گرفته و واسنجی شد. در انتها نیز به منظور ارائه روشی ساده، ارزان قیمت و دقیق برای اندازه گیری غلظت آلاینده در محیط متخلخل، آزمایش هایی مبتنی بر روش ثبت تصاویر و پردازش آن ها انجام شد و دقت آن با استفاده از مدل عددی المان محدود واسنجی شده مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور تعیین ضرایب پراکندگی هیدرودینامیکی و پخشیدگی مولکولی از آزمایش های ستون خاک استفاده شد و تاثیر عواملی از جمله ارتفاع شیرابه و غلظت اولیه آن و همچنین ضخامت ماتریس محیط متخلخل بر این ضرایب مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که تنها عامل تاثیرگذار بر ضریب پراکندگی هیدرودینامیکی ضخامت ماتریس محیط متخلخل بوده و مقدار آن مستقل از سایر پارامترها می باشد. مقدار ضریب پخشیدگی مولکولی نیز با تغییر هیچ یک از عوامل مورد بررسی، تغییر نکرده و در تمامی آزمایش ها مقداری ثابت به دست آمد. به منظور شبیه سازی عددی انتقال آلاینده در خاک مورد بررسی از مدل عددی المان محدود ctran/w استفاده شد و دقت عملکرد آن از طریق مقایسه با اندازه گیری های آزمایشگاهی انجام پذیرفت. بررسی نتایج به دست آمده نشان داد که مدل عددی المان محدود ctran/w قادر به پیش بینی انتقال آلاینده با دقت بالایی می باشد، به طوری که مقدار خطای نسبی آن در مقایسه با اندازه گیری های مستقیم در سه آزمایش انجام شده به ترتیب 1/4، 5 و 9/2 درصد به دست آمد. به منظور ارزیابی دقت روش پردازش تصاویر در مطالعات مربوط به انتقال آلاینده در محیط متخلخل از یک مدل آزمایشگاهی با شرایط اولیه و مرزی مشابه با مدل عددی المان محدود ctran/w استفاده شد. به منظور بررسی کارایی این روش سه آزمایش با غلظت آلاینده یکسان و غلظت ردیاب رنگی متفاوت انجام گرفت و نتایج حاصل از مدل پردازش تصویر ارائه شده با استفاده از نتایج مدل عددی المان محدود مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان دهنده وابستگی شدید این روش به شرایط نوردهی و غلظت ردیاب رنگی مورد استفاده می باشد. به طوری که نتایج حاصل از آزمایش اول با غلظت ردیاب رنگی برابر با 50 گرم بر لیتر، در بهترین و بدترین شرایط دارای خطای نسبی 3/30 و 74/46 درصد بود. در آزمایش دوم با دو برابر شدن غلظت ردیاب رنگی مقدار خطا کاهش یافته و در بهترین و بدترین شرایط خطای نسبی برابر با 81/16 و 67/34 درصد به دست آمد. اما در آزمایش سوم با افزایش غلظت ردیاب رنگی به 200 گرم بر لیتر نتایجی به مراتب دقیق تر به دست آمد، به طوری که در بهترین و بدترین حالت مقدار خطای نسبی 25/4 و 15/18 درصد محاسبه شد. بنابراین مشاهده می شود که با افزایش غلظت ردیاب رنگی و ایجاد کنتراست مناسب بین محیط متخلخل و توده آلاینده رنگی می توان نتایجی با دقت مناسب به دست آورد.