بررسی انتقال تعادلی و غیرتعادلی بروماید در خاکهای جنگلی و مرتعی در مقیاس آزمایشگاهی

زمینه و هدف: لازمه مطالعه و مدیریت بهتر انتقال املاح در محیط­ های متخلخل، شناخت رفتار انتقال آن­ها با استفاده از مدل­های مناسب می­ باشد. در این تحقیق، مدل­ های انتقال توده­ای-پخش (CDE) و روان-راکد (MIM) به ترتیب به عنوان مدل­ های فیزیکی تعادلی و غیرتعادلی برای شبیه سازی انتقال بروماید در ستون های خاک جنگلی با بافت لوم رسی و خاک مرتعی با بافت لوم شنی (به طول ۱۰ و قطر ۶ سانتی­متر) در دو حالت اشباع و غیراشباع بکار گرفته شدند. روش پژوهش: ستون­های تهیه شده از خاک هوا خشک شده به قطر ۶ و ارتفاع ۱۰ سانتی­متر جهت آزمایش های رخنه برومید به کار گرفته شد. آزمایش رخنه بروماید در دو حالت نزدیک اشباع (تحت بار آبی ۱- سانتی­متر) و اشباع (تحت بار آبی ۳ سانتی­متر) انجام شد. اشباع نمودن ستون­ها از قسمت پایین با محلول زمینه ۰۱/۰ مولار Ca(NO۳)۲ انجام شد. در حالت نزدیک اشباع، محلول ردیاب CaBr۲ با غلظت ۰۱/۰ مولار (Co) برابر با یک حجم منفذی به صورت پالسی از طریق دیسک نفوذ وارد ستون­های اشباع شده از محلول زمینه گردید. در حالت اشباع نیز از یک ظرف ماریوت برای برقراری بار ثابت آبی سه سانتی­متری استفاده شد. با شروع ورود پالس به ستون­های خاک، نمونه­های محلول خروجی به حجم ۱/۰ حجم منفذی به همراه درج زمان جهت تعیین غلظت بروماید در ظروف پلاستیکی جمع ­آوری شد. پس از ورود کامل پالس ردیاب (CaBr۲) دوباره جریان اشباع ماندگار محلول زمینه (Ca(NO۳)۲) در ستون­ها برقرار و غلظت بروماید با استفاده از یک دستگاه pH متر مجهز به الکترود انتخاب گر برومید اندازه ­گیری شد. غلظت های اندازه گیری شده تبدیل به غلظت نسبی (C/Co) گردید و منحنی­های رخنه از ترسیم C/Co در مقابل زمان (t) و یا حجم منفذی به­دست آمد. یافته ها: پارامترهای ضریب تبادل جرمی (ω) و کسر جزء روان (β) به عنوان شاخص تشخیص انتقال تعادلی و غیرتعادلی، به ترتیب با داشتن مقادیر کوچک تر از ۱۰۰ و کوچک تر از ۱ در هر دو نوع خاک مورد مطالعه نشان دادند انتقال بروماید به ­صورت انتقال نامتعارف یا انتقال غیرفیکی و غیرتعادلی بوده و مدل روان-راکد، نسبت به مدل انتقال توده­ای-پخش که بر اساس قانون انتشار فیکی و فرض انتقال تعادلی املاح بنا شده است کارآمدتر بوده و برای شبیه سازی بروماید در ستون های خاک لوم رسی و لوم شنی توصیه می گردد. برازش و مقایسه منحنی­ های رخنه و مقادیر شاخص های آماری ضریب تبیین (R۲) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) نیز کارایی مدل غیرتعادلی MIM را در شبیه ­سازی انتقال بروماید در خاک­های جنگلی و مرتعی تائید کرد.نتایج: برازش بهتر منحنی­ های رخنه اندازه­ گیری شده و برآورد شده بروماید با مدل غیرتعادلی بخصوص در قسمت­ دم یا انتهایی منحنی­ های رخنه بیانگر دقت و کارایی بیشتر مدل غیرتعادلی می­ باشد. با توجه به اینکه نمونه­ ها به صورت دست­خورده در ستون­ ها جایگزین گشتند لذا می­ توان گفت شرایط ناهمگنی در ستون ­های مورد آزمایش برقرار بوده است و بر اساس گزارش Huang و همکاران (۲۰۰۵) و Berkowitz و همکاران (۲۰۰۸) ناهمگنی، می­ تواند یکی از دلایل توجیه­ کننده کارایی بهتر مدل­ های غیرتعادلی در تحقیق حاضر باشد. کارایی بهتر مدل غیرتعادلی روان-راکد نسبت به مدل تعادلی انتقال-پخش در این تحقیق آزمایشگاهی محدود و کنترل شده نمی­ تواند قضاوت محکم و مطمئنی در ارزیابی این مدل ها باشد قضاوت دقیق تر، در گرو انجام تحقیقات و آزمایش ­ها در شرایط واقعی و مزرعه ­ای و با لحاظ کردن بیشتر پارامترهای موثر و دخیل اشاره شده خواهد بود.

Keywords:

انتقال فیکی , انتقال نامتعارف , مدل انتقال توده ای-پخش (CDE) , مدل روان-راکد (MIM) , منحنی رخنه