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

لازمه مطالعه و مدیریت بهتر انتقال املاح در محیط های متخلخل، شناخت رفتار انتقال آن ها با استفاده از مدل های مناسب می باشد. در این تحقیق، مدل های انتقال توده ای-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 10 و قطر 6 سانتی متر) در دو حالت اشباع و غیراشباع بکار گرفته شدند.

ستون های تهیه شده از خاک هوا خشک شده به قطر 6 و ارتفاع 10 سانتی متر جهت آزمایش های رخنه برومید به کار گرفته شد. آزمایش رخنه بروماید در دو حالت نزدیک اشباع (تحت بار آبی 1- سانتی متر) و اشباع (تحت بار آبی 3 سانتی متر) انجام شد. اشباع نمودن ستون ها از قسمت پایین با محلول زمینه 01/0 مولار Ca(NO3)2 انجام شد. در حالت نزدیک اشباع، محلول ردیاب CaBr2 با غلظت 01/0 مولار (Co) برابر با یک حجم منفذی به صورت پالسی از طریق دیسک نفوذ وارد ستون های اشباع شده از محلول زمینه گردید. در حالت اشباع نیز از یک ظرف ماریوت برای برقراری بار ثابت آبی سه سانتی متری استفاده شد. با شروع ورود پالس به ستون های خاک، نمونه های محلول خروجی به حجم 1/0 حجم منفذی به همراه درج زمان جهت تعیین غلظت بروماید در ظروف پلاستیکی جمع آوری شد. پس از ورود کامل پالس ردیاب (CaBr2) دوباره جریان اشباع ماندگار محلول زمینه (Ca(NO3)2) در ستون ها 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 منحنی های رخنه از ترسیم C/Co در مقابل زمان (t) و یا حجم منفذی به دست آمد.

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 100 و کوچک تر از 1 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 توده ای-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 (R2) و جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) نیز کارایی مدل غیرتعادلی MIM را در شبیه سازی انتقال بروماید در خاک های جنگلی و مرتعی تایید کرد.

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 دست خورده 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 (2005) و Berkowitz و همکاران (2008) 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 مطمینی 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.