بررسی آزمایشگاهی انتقال آلودگی در محیط متخلخل اشباع تحت جریان آب زیرزمینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

3 قزوین بلوار امام خمینی دانشگاه بین المللی امام خمینی دانشکده فنی گروه عمران

چکیده

امکان ورود گسترده آلاینده ها بـه خاک‌های زیرسطحی و منابع آب زیرزمینی، بررسی خصوصیات انتقال آن ها را به موضوعی مهم تبدیل نموده است. در تحقیق حاضر، انتقال آلاینده محلول در آب در محیط متخلخل اشباع با استفاده از مدل آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از این مدل آزمایشگاهی، نمودارهایی کاربردی برای تعیین الگوی کلی انتقال آلودگی در خاک های همگن و ناهمگن لایه‌ای ارائه شده است. برای مدل فیزیکی، از سه نوع خاک ماسه‌ای درشت )mm 1=D50 با دانه بندی یکنواخت( و ریز )mm 0/22=D50 در دو حالت بدون الی و حاوی 10 درصد الی( استفاده شده است. نتایج آزمایشها نشان می‌دهد که در محیط درشت‌دانه با توجه به سرعت بالای تراوش و نرخ جابه جایی، حرکت آلاینده 10 برابر سریعتر از خاک ریزدانه حاوی الی و 1/5 برابر سریع‌تر از خاک ریزدانه بدون الی می‌باشد. نسبت نرخ افزایش طول به عرض آلودگی در خاک درشت به خاک ریزدانه حاوی لای،2/1 برابر و در خاک درشت به خاک ریزدانه بدون لای 1/4 برابر است. در مدل ناهمگن ریز به درشت سرعت دارسی در ناحیه درشت بیشتر است. این پدیده موجب افزایش قابل توجه جابه جایی در لایه دوم می‌شود. در این حالت، به علت اختلاف معنادار مقادیر سرعت‌ها در دو لایه، آلاینده پس از رسیدن به مرز دو ناحیه به سرعت به پایین دست منتقل می‌شود. همچنین در نمونه درشت به ریز، وجود محیط ریزدانه در پایین دست همانند یک دیوار عمل نموده و موجب افزایش پراکندگی در نمونه درشت شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Contaminant Transport Through Saturated Porous Media Under Groundwater Flow

نویسندگان [English]

  • Farzad Mostafazadeh 1
  • Fouad Kilanehei 2
  • Mahmoud Hassanlourad 3
1 Faculty of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University
2 Faculty of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University
3 Faculty of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University
چکیده [English]

Contaminant transport in groundwater has been growing concern during the last decades since pollution can leach through the soil and reach the groundwater. The present research has been investigated solute migration through saturated porous media by the physical modeling laboratory, resulting in a practical graph, determining the general pattern of a contaminant plume in both homogeneous and heterogeneous layers. Three types of sand are selected for the experimental model, which include both coarse and fine aggregates. The results indicated that in the coarse aggregate medium, the movement of pollution is 10 times faster than the fine aggregate containing 10% silt and 1.5 times faster than the fine aggregate sand without silt. The ratio of the length to width of the contaminated area in the coarse-grained soil in comparison to the fine-grained soil containing silt, and without silt increase 110 % and 40% respectively. In the heterogeneous fine- coarse model, darcy velocity magnitude in the coarse aggregate medium is much greater than fine aggregate result in more advection. In this case, because of the significant difference in velocity values in the two layers, the pollutant is rapidly transferred to the downstream after reaching the border of the two areas. Also, in the frontier of the coarse- fine medium, pollution is dispersed more for the fine aggregate medium acts as though it were the wall.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Unconfined Aquifer
  • Underground Water Flow
  • Advection and Dispersion of Contaminant
  • Experimental Model
  • Layered soi
[1]    E.J. Wexler, Analytical solutions for one-, two-, and three-dimensional solute transport in ground-water systems with uniform flow, US Government Printing Office, 1992.
[2]    J.C. Wang, J.R. Booker and J.P. Carter, Experimental investigation of contaminant transport in porous media. University of Sydney, Department of Civil Engineering and Centre for Geotechnical Research, 1998.
[3]    M.K. Kamon, I. Junichi, and T. Katsumi, Twodimensional DNAPL migration affected by groundwater flow in unconfined aquifer, Journal of Hazardous Materials, Vol.110, (2004), PP. 1–12.
[4]    F. Abbasi, J. Feyena, M.Th. Van Genuchten, Twodimensional simulation of water flow and solute transport below furrows: model calibration and validation, Journal of Hydrology, Vol. 290, (2004), PP. 63-79.
[5]    C.S. Wilson, J.W. Weaver, R.J. Charbeneau, A screening model for simulating DNAPL flow and transport in porous media: theoretical development, Environmental Modeling & Software, Vol. 21, (2006), PP. 16-32.
[6]    Luciano, P. Viotti, and M.P. Papini, Laboratory investigation of DNAPL migration in porous media, Journal of Hazardous Materials, 176.1-3, (2010), .7101-6001
[7]    M. Heidarpoor, M. Oliaei, Oil Contamination Propagation Patterns in Soils, Modares Civil Engineering journal, 13, (2013), 39-51. (in Persian)
[8]    A.M. Halugabali, C.H. Solanki, G.R. Dodagoudar, Contaminant Transport Modeling through Saturated Porous Media Using Finite Difference and Finite Element Methods, Journal of Mechanical and Civil Engineering, VOL. 30, (2014), PP 29-33.
[9]    Y. Ye, G. Chiognaa, O. Cirpkaa, P. Grathwohla, M. Rolle, Experimental investigation of compoundspecific dilution of solute plumes in saturated porous media: 2-D vs. 3-D flow-through systems, Journal of Contaminant Hydrology, Vol. 172, (2015), PP. 33-47.
[10] M. Armanyous, S. M. Ghoraba, I. Rashwan, M. A. Dapaon, A study on control of contaminant transport through the soil using equal double sheet piles, Ain Shams Engineering Journal, 7, (2015), 21-29.
[11] D. Citarella, F. Cupola, M.G. Tanda, A. Zanini, Evaluation of dispersivity coefficients by means of a laboratory image analysis, Journal of contaminant hydrology, 172, (2015), 10-23.
[12] H. Ahmadi, M.M. Namin, F. Kilanehei, Development a numerical model of flow and contaminant transport in layered soils, Advances in Environmental Research-An International Journal, 5(4), (2016), pp.263-282.
[13] F. Tatti, M. P. Papini, G. Sappa, M. Raboni, F. Arjmand, P. Viotti, Contaminant back-diffusion from low-permeability layers as affected by groundwater velocity: A laboratory investigation by box model and image analysis, Science of the Total Environment, 622, (2018), 164-171.
[14] C. D. Shackelford, D. E. Daniel, Diffusion in saturated soil. I: Background, Journal of Geotechnical Engineering, 117(3), (1991), 467-484.
[15] R. J. Millington, J. P. Quirk, Permeability of porous solids, Transactions of the Faraday Society, 57, (1961), 1200-1207.