اثر اندازه ذرات خاک بر انتشارپذیری دو بعدی املاح در خاکهای ماسه ای همگن

انتشارپذیری مهم ترین و مبهم ترین پارامتر موجود در معادله توده ای- انتشار در محیط متخلخل است. با وجود اینکه انتشارپذیری طولی عامل مهمی در انتقال و اختلاط املاح بشمار می رود، اما پژوهشهای مختلف آزمایشگاهی و صحرایی نشان می دهند که انتشار پذیری جانبی نیز اهمیت خاصی دارد و برای تعیین شکل توده آلاینده باید از انتشارپذیری طولی و جانبی استفاده شود. بنابراین، برخلاف بسیاری از مطالعات گذشته، عوامل تاثیرگذار بر انتشارپذیری باید حداقل در دو بعد طولی و جانبی بررسی شوند. بدین منظور، یک مدل فیزیکی مستطیلی شکل از جنس پلکسی گلاس به ابعاد110 سانتیمتر (طول)، 23 سانتیمتر (عرض) و70 سانتیمتر (ارتفاع) طراحی و ساخته شد. خاک مورد استفاده در این پژوهش ماسه کوارتزی همگن و در سه اندازه ریز، متوسط و درشت و به ترتیب با اندازه میانگین ذرات (d50) 21/0، 36/0 و 47/1 میلیمتر بود. کلرید (کلرور) سدیم به عنوان آلاینده پایدار انتخاب شد. آزمایشها در دو مرحله انجام شد. آزمایشهای مرحله اول (مقدماتی) شامل آزمایشهای انتقال با غلظت های متفاوت آلاینده، آزمایشهای انتقال با شدت جریانهای متفاوت و آزمایشهای با ضخامت های متفاوت آبخوان و آزمایشهای اصلی که شامل آزمایش بررسی انتشار بر خاک با میانگین اندازه ذرات متفاوت بودند. در آزمایشهای با غلظت متفاوت، از آلاینده با غلظت های 25/2، 5/4، 75/6، 9 و 18 گرم بر لیتر با آب استفاده شد. شدت جریانهای معادل دبی 30، 45 و 60 میلی لیتر بر دقیقه در آزمایشهای بررسی تاثیر شدت جریان استفاده شد. همچنین در آزمایشهای تاثیر ضخامت آبخوان بر انتشارپذیری از ضخامت های 16، 24، 32، 40، 48 و 56 سانتیمتر استفاده شد. در آزمایشهای اصلی پارامتر متغیر اندازه میانگین ذرات خاک بود. در این آزمایشها دبی جریان 30 میلی لیتر بر دقیقه و ضخامت آبخوان 56 سانتیمتر و اختلاف غلظت 5/4 گرم برلیتر بود. مقادیر غلظت در نقاط مختلف طول و عمق مدل با استفاده از روش هدایت سنجی اندازه گیری شد. مدل جریان آب زیرزمینی سه-بعدیmodflow با شرایط مرزی موجود برای شبیه سازی جریان آب در شرایط ماندگار استفاده شد. برای حل معادله توده ای– انتشار نیز از مدل سه بعدی انتقال (mt3d) استفاده شد. ترکیب های مختلف انتشارپذیری طولی و نسبت انتشارپذیری جانبی به انتشارپذیری طولی برای محاسبات مدل جهت حصول بهترین ترکیب بین غلظتهای اندازه گیری شده و محاسبه شده در دو نوبت مورد استفاده قرار گرفت. در تعیین انتشار پذیری طولی و جانبی دو پارامتر اصلی برای تطبیق غلظتهای مشاهداتی و محاسباتی حداکثر غلظت در دو توده و نیز شکل آنها بود. بطور کلی، نتایج حاصل از آزمایشهای اختلاف غلظت بین آلاینده و آب بر انتشارپذیری دو بعدی نشان داد که در هر دو خاک ماسه-ای درشت و متوسط با افزایش اختلاف غلظت، حداکثر غلظت نسبی در توده آلاینده به صورت غیر خطی کاهش می یابد. همچنین مقادیر انتشارپذیری طولی برای مقادیر اختلاف غلظت25/2 تا 18 گرم بر لیتر با روندی صعودی در خاکهای ماسه ای متوسط به ترتیب بین 96/0 تا 54/1 میلیمتر و در خاک ماسه ای درشت به ترتیب بین14/1تا 63/9 میلیمتر بود. مقادیر انتشارپذیری جانبی برای مقادیر اختلاف غلظت 25/2 تا 18 گرم بر لیتر با روندی صعودی در خاکهای ماسه ای متوسط به ترتیب بین 18/0 تا 39/0 میلیمتر و در خاک ماسه ای درشت به ترتیب بین20/0 تا 11/2 میلیمتر تعیین شد. همچنین نسبت انتشارپذیری جانبی به طولی برای مقادیر اختلاف غلظت مذکور با داشتن روندی صعودی در خاکهای ماسه ای متوسط به ترتیب بین 19/0 تا 253/0 و در خاک ماسه ای درشت به ترتیب بین 18/0 تا 219/0 بود. آزمایشهای بررسی تاثیر میزان شدت جریان و میانگین اندازه ذرات بر انتشارپذیری دو بعدی به صورت توامان انجام شد. با افزایش دبی از 30 به 60 میلی لیتر بر دقیقه، انتشارپذیری طولی در خاکهای ماسه ای ریز، متوسط و درشت به ترتیب72، 51 و 55 درصد افزایش یافتند. همچنین با افزایش دبی از 30 میلی لیتر به 60 میلی لیتر، انتشارپذیری جانبی در خاکهای ماسه ای ریز، درشت و متوسط به ترتیب51، 18 و 18 درصد افزایش یافتند. نسبت انتشارپذیری جانبی به طولی نیز در سه خاک ماسه ای ریز، متوسط و درشت به ترتیب 5/12، 27 و 26 درصد کاهش نشان داد. نتایج به دست آمده نشان داد در دبی های30 تا 60 میلی لیتر بر دقیقه، با افزایش میانگین اندازه ذرات متوسط مقدار انتشارپذیری طولی طی روندی افزایشی، در خاک ماسه ای ریز بین 76/0 تا 31/1 میلیمتر، در خاک ماسه ای متوسط بین 05/1 تا 59/1 میلیمتر و در خاک ماسه ای درشت بین 67/4 تا 28/7 میلیمتر در نوسان بود. همچنین مقدار انتشارپذیری جانبی نیز با داشتن روند افزایشی در دبی های 30 تا 60 میلی لیتر بر دقیقه، در خاک ماسه ای ریز بین 16/0 تا 24/0 میلیمتر، در خاک ماسه ای متوسط بین 21/0 تا 25/0 میلیمتر و در خاک ماسه ای درشت بین 9/0 تا 07/1 در نوسان بود. با افزایش میانگین اندازه ذرات، نسبت انتشارپذیری جانبی به طولی نیز در دبی های 30، 45 و 60 میلی لیتر بر دقیقه در خاک ماسه ای ریز به ترتیب 21/0، 197/0 و 18/0، در خاک ماسه ای متوسط 202/0، 184/0 و 16/0 و در خاک ماسه ای درشت نیز به ترتیب 19/0، 16/0 و 14/0 بود. آزمایشهای بررسی تاثیر ضخامت آبخوان به انتشارپذیری دو بعدی تنها در خاک متوسط انجام شد. مقادیر متوسط انتشارپذیری طولی در ضخامت های 16، 24، 32، 40، 48 و 56 سانتیمتر به ترتیب 59/2، 52/1، 34/1، 04/1، 05/1 میلیمتر بود. نتایج نشان داد که ضخامت آبخوان رابطه مستقیمی با انتشارپذیری جانبی ندارد. همچنین نسبت انتشارپذیری جانبی به طولی با دارا بودن روند افزایشی برای ضخامت های ذکر شده به ترتیب 082/0، 115/0، 145/0، 172/0، 185/0، 202/0 بود.