بررسي آزمايشگاهي تغييرات انتشارپذيري آلاينده ها در محيط هاي متخلخل همگن و غيرهمگن اشباع

Laboratory investigation of dispersivity variations of contaminants in saturated homogeneous and heterogeneous porous media

تخمين دقيق پارامترهاي انتقال آلاينده يكي از گام هاي بسيار مهم براي شبيه سازي انتقال آلاينده در محيط هاي متخلخل مي باشد. در اين تحقيق، متوسط سرعت آب منفذي و ضريب انتشار در سه نوع محيط متخلخل اشباع تخمين زده شده و تغييرات انتشارپذيري با مقياس بررسي گرديد. مقادير متوسط سرعت آب منفذي و ضريب انتشار با برازش حل تحليلي معادله ي جابجايي-انتشار بر منحني هاي رخنه ي آزمايشگاهي با استفاده از نرم افزاز CXTFIT2.1 به دست آمد. داده هاي مورد نياز، با انجام آزمايش هاي رديابي در يك تانك شن به ابعاد داخلي سانتي-مترمكعب جمع آوري شد. آزمايش ها در سه نوع محيط متخلخل (خاك ماسه اي همگن، خاك ماسه اي غيرهمگن با چيدمان تصادفي و خاك ماسه اي غيرهمگن با چيدمان طبيعي) تحت سه گراديان هيدروليكي 017/0، 025/0 و 034/0 انجام گرديد. نتايج نشان داد كه در هر سه محيط متخلخل و در هر سه گراديان هيدروليكي، انتشارپذيري با مقياس افزايش پيدا كرد. همچنين مشاهده شد كه با افزايش درجه ي غيرهمگني، تغييرات انتشارپذيري با مقياس افزايش يافت. تحت گراديان هيدروليكي 017/0، انتشارپذيري محيط متخلخل همگن به صورت غيرخطي افزايش پيدا كرد و در دو گراديان هيدروليكي ديگر، تغييرات آن از توابع خطي پيروي نمود. در محيط هاي متخلخل غيرهمگن مطالعه شده، تحت گراديان هيدروليكي 017/0، تغييرات انتشارپذيري به صورت نامنظم بود. در حالي كه در دو گراديان هيدروليكي ديگر تغييرات آن به صورت تابع نمايي يا تابع تواني بود. بنابراين، به طور كلي، در يك آبخوان همگن تحت گراديان هاي هيدروليكي زياد و در يك آبخوان غيرهمگن مي توان تغييرات انتشارپذيري را به ترتيب به-صورت يك تابع خطي و يك تابع تواني يا يك تابع نمايي تقريب زد.

An Accurate estimation of contaminant transport parameters is one of the most important steps for simulation of contaminant transport in porous media. In this work, the mean pore water velocity and the dispersion coefficient in three kinds of saturated porous media were estimated and their dispersivity variations with scale were investigated. The values of the mean pore water velocity and the dispersion coefficient were obtained by fitting the analytical solution of advection-dispersion equation to experimental breakthrough curves by using software CXTFIT2.1. The required data were collected by conducting tracer tests on a sand tank of internal dimensions cm3. The tests were conducted in three kinds of porous media (homogeneous sandy soil, randomly heterogeneous sandy soil and natural heterogeneous sandy soil) under three hydraulic gradients 0.017, 0.025 and 0.034. The results showed that the dispersivities of each three porous media at each three hydraulic gradients increased with scale. Also, it was observed that with increasing the heterogeneity degree, the dispersivity variations with scale increased. Under hydraulic gradient 0.017, the dispersivity of the homogenous porous medium increased as a nonlinear function and in two other hydraulic gradients, its variations followed the linear functions. In the studied heterogeneous porous media, under hydraulic gradient 0.017, the dispersivity variations were erratic. However, in two other hydraulic gradients, its variations were as a power function or an exponential function. Therefore, in general, in a homogeneous aquifer and under high hydraulic gradients and in a heterogeneous aquifer, one can approximate the variations of the dispersivity using a linear function and a power function or an exponential function, respectively.