بخشی از مقاله
خلاصه
آلودگیهایی که در نتیجه فعالیت انسان وارد محیط زیست می شوند صرف نظر از غلظت آنها سبب تخریب مهمی در محیط زیست میگردند و نشت این آلایندهها از خاک به سمت آبهای زیرزمینی باعث آلودگی آنها میشود. ضریب انتشار طولی یکی از خواص مهم محیط متخلخل در حرکت آلاینده ها به سمت آب زیرمینی می باشد که در معادله جابجایی- انتشار به کار رفته است. از جمله فرایندهایی که باعث انتقال می شوند شامل فرآیندهای جابجایی، پخشیدگی مولکولی، و انتشار مکانیکی میباشد.
در این تحقیق حرکت یک بعدی آلودگی از میان یک لوله استوانه ای یک متری در شرایط آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت، از محلول سدیم کلراید به عنوان ماده آلوده در مخزن بالادست ستون خاک ماسه ای با غلظت ثابت استفاده شد. در واقع محاسبه ضریب انتشار طولی میزان پخش و جابجایی املاح و آلاینده ها را در خاک نشان می دهد و منحنی رخنه روند آلودگی در خاک را نشان می دهد که این کار از اهداف این تحقیق می باشد.ماده ردیاب پایدار - آلاینده - سدیم کلراید با غلظت ثابت از انتهای ستون خاک به داخل آن هدایت می گردد.
1. مقدمه
یکی از رفتارهای مهم خاک که در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است، نقش آن در توزیع و انتقال مواد مختلف میباشد. معمولا برای مطالعه این رفتار هیدرودینامیکی خاک، یکسری آزمایشات حرکت آب و املاح که به جابجایی اختلاطپذیر مشهور است انجام میشود معادله دیفرانسیلی که جریان توام آب و املاح را در این آزمایشات و در شرایط ماندگار بیان میکند. .
اندازهگیری t - زمان عبور جریان از پروفیل خاک، c - غلظت خروجی املاح از ستون خاک - ،x - طول ستون خاک مورد آزمایش - ، - غلظت اولیه مخزن آلاینده - در معادله انتقال املاح براحتی امکانپذیر است ولی تعیین صحیح D - ضریب انتشار - ، V - سرعت عبور جریان املاح - مشکل ترین و مهمترین مساله مطالعات انتقال املاح میباشد.
با توجه به اهمیت موضوع روشهای مختلفی برای تخمین تقریبی یا محاسبه دقیق دو پارامتر D ، V از منحنی تجربی جابجایی املاح پیشنهاد شده است. ولی در بسیاری از این موارد نتایج حاصل از این روشها تفاوت قابل ملاحظه ای با هم دارند. دلیل اهمیت بدست آوردن این ضریب برای ارزیابی میزان آلودگی در لایه های خاک و منابع آب زیرزمینی، و تخمین پارامترای انتقال آلودگی مانند ضریب پخش - D - ضروری است. این ضریب برای هر یون شیمیائی مشخص در یک خاک مورد نظر با درجه رطوبت مشخص توسط روشهایی قابل اندازه گیری است - محمدی و همکاران .[1] - 1387 در سال های اخیر توجه به حرکت املاح و شبیهسازی آن توجه بسیاری از مطالعات دانشگاهی را به خود جلب نموده است و مدلهای ریاضی مختلفی برای شبیه سازی حرکت املاح توسعه یافتهاند. اگر بخواهیم یک نتیجهگیری کنیم در مطالعات مربوط به جابجایی املاح مشکلترین کار بدست آوردن ضرایب D - ضریب انتشار - ، - V سرعت عبور جریان املاح - می-باشد، لذا این مشکل اساسی در این زمینه وجود دارد. ضریب انتشار به عنوان یکی از پارامتر های وردوی معادلات انتقال-انتشار و مدل کیفی در تعیین روند آلودگی و پیش بینی غلظت آلاینده از اهمیت زیادی برخوردار است، تزریق ردیاب در محیط متخلخل از روش های اندازه گیری ضریب انتشار میباشد. بنابراین فضای تحقیقاتی خوبی در این زمینه و به طور کامل و با بررسی بدست آوردن این ضریب D در قالب ستونهای آزمایشگاهی در مهندسی ژئوتکنیک وجود دارد.
پنج روش ریفای و همکاران - 1956 - 1، گوپتا و گرینکورن - 1974 - 2، الپرنس و دای - 1977 - 3، یاماگوشی و همکاران - 1989 - 4، و سیمونک و همکاران - 2005 - 5 برای ارزیابی انتقال یون کلر در 20 نمونه خاک سطحی مناطق مختلف با ویژگیهای فیزیکی متنوع مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. آزمایش جابجایی املاح بفرم مرحله ای و در شرایط اشباع و ماندگار در ستونهای کوچک خاک دست خورده انجام گردید. پارامتر های متوسط سرعت جریان آب در خلل و فرج خاک و ضریب پخشیدگی هیدرودینامیکی توسط هر روش تعیین و مقایسه گردید.
نتایج آنها نشان داد که روش الپرنس و دای - 1977 - بدلیل اینکه دارای دقت بیشتری نسبت به دیگر روشهای فوق الذکر و نیز پارامترهای حاصل از آن نسبت به روش سیمونک و همکاران - 2005 - دارای صحت بیشتری میباشند، مناسبترین روش تعیین دو پارامتر سرعت جریان آب در منافذ خاک و ضریب پخشیدگی هیدرودینامیکی از منحنی جابجایی املاح تجربی تشخیص داده شد
اوگوتا و بنکس - - 1961 با در نظر گرفتن شرایط مرزی زیر و حل تحلیلی معادله - 1 - را برای یک منبع آلودگی دائمی در یک نقطه با شرط مرزی و اولیه و محیط متخلخل همگن اشباع به صورت زیر میباشد:
هوپس - - 1967 این محقق در یک خاک ماسه باقطر دانهای 1/67 میلیمتری در یک ستون خاکی و با استفاده از ردیاب سدیم کلراید مقدار ضریب انتشارپذیری را 0/15 سانتیمتر بدست آورد . [4]
بریگهام - - 1974 بریگهام با ترسیم غلظت نسبی سیال خروجی در مقدار را روی یک کاغذ احتمالی پیشنهاد کرد. به شرط ثابت بودن متوسط سرعت و غلظت منبع آلاینده در صورتی که داده ها روی یک خط راست منطبق شوند از معادله جابجایی - انتشار می توان استفاده کرد و ضریب انتشارهیدرودینامیکی از شیب خط بدست آمده محاسبه میشود. با تعریف Y = ضریب انتشار هیدرودینامیکی از رابطه زیر بدست میآید:
شاکلفورد و دنیل - - 1991 عوامل موثر برای بدست آوردن ضریب پخشیدگی موثر - - را معرفی کرده اند
با توجه به عوامل موثر بر آن میتوان تعریفهای گوناگونی را برای این ضریب پیشنهاد کردند. آنها برای خاک رس این ضریب را بدست آوردند. نحوه بدست آوردن ضریب پخشیدگی در محلول آزاد را بدست آوردند. به بیان دیگر این محققین معادلات انتقال - انتشار انواع مواد شیمیایی در املاح آزاد و در خاکها را ارائه دادند.
بدو وماهوتی - - 2004 دو مدل ازمایشگاهی از یک مدفن زباله شبیهسازی کردند، مدل اول یک لایه رس متراکم شده بالای یک لایه ماسهای و در مدل دوم، یک لایه ماسه در وسط دو لایه لای قرار دادند. آنها در دو حالت جریان رو به بالا و جریان رو به پایین و با ردیاب کلراید آزمایشات را انجام دادند، نتایج آنها نشان داد که وجود تله هیدرولیکی - ستون های خاکی - باعث به حداقل رساندن پخش ردیاب میشود، و همچنین غلظت آلاینده هنگام عبور از تله هیدرولیکی کاهش مییابد. آنها ضرایب پخش را در دو مدل بدست آوردند.
.2 مواد و روش ها
طراحی و ساخت دستگاه پرمئامتر: پرمئامترمتشکل از 5 قسمت کلی، شامل مخزن بالادست، مخزن پاییندست، لوله مصالح، تابلو پیزومتری و مخزن اندازهگیری دبی میباشد.
مخزن بالادست: از این مخزن برای ذخیره کردن آب برای انجام آزمایش استفاده میشود. ابعاد آن 100cm*50cm*50cm میباشد. جنس این مخزن از شیشه به ضخامت 8 میلیمتر میباشد و درون یک قاب فلزی قرار گرفته است. جهت قرائت تغییرات هد از روی مخزن، خط کشی به طول یک متر روی بدنه آن از کف مخزن تا لبه بالای آن تعبیه شده است
مخزن پایین دست: این مخزن برای جمعآوری آب خروجی از لوله مصالح و هدایت آن به مخزن اندازهگیری دبی استفاده میشود. ابعاد این مخزن 50cm*50cm*50cm میباشد. این مخزن نیز مانند مخزن بالادست از شیشه و قاب فلزی تشکیل شده است. برای قرائت اختلاف هد با مخزن بالادست خطکشی به طول 50 سانتیمتر از کف مخزن تا لبه بالای آن نصب شده است
لوله مصالح: لولهای به قطر 10 سانتیمتر، از جنس پلکسی میباشد که مصالح مورد نظر درون آن قرار داده و با توری، جهت جلوگیری از ریختن مصالح به بیرون، دو سر آن بسته میشود. در لوله مذکور، 10 سوراخ به قطر 8 میلیمتر، در دو ردیف موازی و هم راستای 5تایی جهت اتصال لولههای تخته پیزومتری و نمونه گیری و یا برداشت با بطری جهت اندازه غلظت ایجاد شده است و برای هواگیری 2 سوراخ برروی لوله ایجاد شده است
