نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• سعید قائدی ¹
• پیمان افراسیاب ²
• معصومه دلبری ²
• حسین باقری ³

¹ دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

² دانشیار،گروه مهندسی آب، دانشگاه زابل، زابل، ایران.

³ دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی آب، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران.

چکیده

شدت جریان و سرعت متوسط در نقاط مختلف آبخوان‌ها علی‌رغم تفاوت‌هایی که در ویژگی‌های فیزیکی محیط‌های متخلخل وجود دارد، می‌تواند یکسان باشد. در این شرایط، جابه‌جایی مواد محلول، متاثر از عوامل منفذی محیط از قبیل اندازه‌ی دانه‌ها و سرعت آب‌حفره‌ای است. از این رو، برای شناخت بهتر ضرایب جذب و واجذب و فرآیندهای انتقال مواد، انجام شبیه‌سازی ضروری است. لذا، مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر اندازه ذرات محیط متخلخل بر انتقال املاح در شرایط هیدرولیکی یکسان به‌کمک مدل‌های آزمایشگاهی و شبیه‌سازی با مدل‌های عددی تعادلی و غیرتعادلی اجرا شد. ستون‌های آزمایشگاهی از جنس پی‌وی‌سی به طول 25 سانتی‌متر و قطر داخلی ۸ سانتی‌متر و محیط‌های متخلخل مورد آزمایش از ذرات شن و ماسه‌ی طبیعی بود. نیترات پتاسیم به صورت تزریق مقطعی به‌عنوان ماده محلول به ستون‌های خاک تزریق شد. مطابق نتایج آزمایشگاهی، بیشینه‌ی غلظت (C/C0) در محیط‌های ریز، متوسط و درشت دانه به‌ترتیب برابر5/0، 27/0 و 3/0 و ضرایب توزیع آن‌ها (KD) به‌ترتیب 2/23، 8/1 و 1/2 lit/kg که نشان‌دهنده رقیق شدن آلاینده‌ها در محیط‌های درشت دانه و نگهداشت آنها در محیط‌های ریزدانه است. نتایج شبیه‌سازی نشان‌دهنده دقیق‌تر بودن مدل‌های غیرتعادلی دو‌مکانی (RMSE=0.01) و تک‌مکانی (RMSE=0.01- 0.03) در مقایسه با مدل تعادلی (RMSE=0.01-0.09) بود که مبین وجود فرآیندهای جنبشی زمانبر در فرآیندهای انتقال املاح است. لذا، استفاده از مدل‌های مشمول فرآیند جنبشی و تعادلی در شبیه‌سازی انتقال مواد در محیط‌های متخلخل توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

• منحنی رخنه
• جذب دومکانی
• ستون آزمایشگاهی
• مدل تعادلی
• مدل غیرتعادلی

موضوعات

• آبخوان وقنات

عنوان مقاله [English]

Simulation and experimental study of the effect of porous media grain size on solute displacement under same hydraulic conditions

نویسندگان [English]

• Saeed Ghaedi ¹
• Payman Afrasiab ²
• Masoumeh Delbari ²
• Hossain Bagheri ³

¹ PhD Candidate, Water Engineering Department, University of Zabol, Zabol, Iran.

² Associate Professor, Water Engineering Department, University of Zabol, Zabol, Iran.

³ PhD Graduate, Water Engineering Department, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.

چکیده [English]

Despite differences in the physical characteristics of porous media, flow intensity and average velocity can be identical at various points within aquifers. Under such conditions, solute transport is influenced by pore-scale factors such as grain size and pore water velocity. Therefore, in order to better understand adsorption/desorption coefficients and solute transport processes, simulation is essential.

This study was conducted to investigate the effect of porous media grain size on solute transport under uniform hydraulic conditions using laboratory experiments and both equilibrium and nonequilibrium numerical simulation models. The laboratory columns were made of PVC, with a length of 25 cm and an internal diameter of 8 cm, and the porous media consisted of natural sand and gravel particles. Potassium nitrate was used as the tracer and injected into the soil columns in a pulse-input manner.

According to experimental results, the peak concentration (C/C₀) in fine, medium, and coarse-grained media was 0.50, 0.27, and 0.30, respectively, and their distribution coefficients (K_D) were 23.2, 1.8, and 2.1 L/kg, respectively. These results indicate greater dilution of solutes in coarse-grained media and increased retention in fine-grained media.

Simulation results showed that nonequilibrium dual-site (RMSE = 0.01) and single-site models (RMSE = 0.01–0.03) provided better accuracy compared to the equilibrium model (RMSE = 0.01–0.09), suggesting the presence of time-dependent kinetic processes in solute transport. Therefore, incorporating both kinetic and equilibrium-based models is recommended for simulating solute transport in porous media.

کلیدواژه‌ها [English]

• Breakthrough curve
• Dual-site sorption
• Laboratory column
• Equilibrium model
• Nonequilibrium model