فصل سوم: مواد و روش­ها

3-1- مقدمه …………………………………………..27

3-2- تجهیزات آزمایشگاهی………………………………………………………………27

3-2-1- مخزن بالا­دست ………………………………………………………..27

3-2-2- مخزن پایین­دست……………………………………………………..28

3-2-3- ستون خاک…………………………………………………………28

3-2-4- تابلو پیزومتری …………………………………………………………29

3-2-5- تجهیزات اسپکتروفتومتری………………………………………………………29

3-3- نمونه خاک­های مورد آزمایش……………………………………………………………….30

3-3-1- آزمایش دانه بندی مصالح…………………………………………………31

3-3-2- مشخصات فیزیکی خاک­های مورد استفاده………………………………………………32

3-3-3- تعیین قطر متوسط ذرات ……………………………………………………………32

3-3-4- تعیین تخلخل ذرات خاک …………………………………………………….32

3-3-5- تعیین هدایت هیدرولیکی خاک …………………………………………………………..33

3-4- ردیاب­های رنگی مورد استفاده در این پژوهش……………………………………..33

3-4-1- رنگ پانسیو 4-آر……………………………………………………………..33

3-4-1-1- طیف مربوط به رنگ پانسیو 4-آر…………………………………………….33

3-4-1-2- رسم منحنی کالیبراسیون رنگ پانسیو 4-آر…………………………………………..33

3-4-2- رنگ ویولت کوواسول……………………………………………………34

3-4-2-1-طیف مربوط به رنگ ویولت کوواسول……………………………………….. 34

3-4-2-2- رسم منحنی کالیبراسیون رنگ ویولت کوواسول…………………………..34

3-5- اجرای آزمایش­ها ………………………………………………………………36

3-5-1- آزمایش جذب ماده رنگی در نمونه خاک…………………………….36

3-5-2- اجرای آزمایش ردیابی……………………………………………………………36

3-6- بازیابی جرم ردیاب­ها……………………………………………………..37

3-7- مدل­سازی عددی جریان و ردیاب ………………………………………37

3-7-1- معرفی مدل Seep/w…………………………………………………………………37

3-7-1-1- مراحل مدل­سازی در Seep/w ………………………………….38

3-7-2- معرفی مدل Ctran/w…………………………………………………….38

3-7-3- معادله حاکم و شرایط مرزی……………………………………………….38

3-7-3-1-نحوه محاسبه ضریب انتشار طولی…………………………………….39

3-7-4- اجرای مدل عددی………………………………………………………………………..39

فصل چهارم: بحث و نتایج

4-1- مقدمه……………………………………………………………………………40

4-2- نتایج آزمایش جذب ماده رنگی در نمونه خاک……………………………………40

4-3- نتایج آزمایش­های ردیابی……………………………………………………………………….40

4-3-1- نتایج بازیابی ماده ردیاب پانسیو4-آر …………………………………………….40

4-3-1-1- نتایج بازیابی پانسیو 4-آر برای خاک ریز دانه(FS)………………………………41

4-3-1-2- نتایج بازیابی پانسیو 4-آر برای خاک درشت دانه(CS)………………………41

4-3-1-3- نتایج بازیابی پانسیو 4-آر برای خاک ترکیبی (MS)……………………………42

4-3-2- منحنی­های رخنه برداشت شده پانسیو4-آر………………………42

4-3-2-1- منحنی­های رخنه برداشت شده در خاک ریزدانه با ماده رنگی پانسیو 4-آر………………………………………..42

4-3-2-2- منحنی های رخنه برداشت شده در خاک درشت دانه با ماده رنگی پانسیو 4-آر………………………………..46

4-3-2-3- منحنی­های رخنه برداشت شده در خاک ترکیبی با ماده رنگی پانسیو 4-آر……………………………………….49

4-3-2-4- ضریب انتشار طولی پانسیو 4-آر…………………………………………………53

4-3-3- نتایج بازیابی ماده ردیاب ویولت کوواسول………………..53

4-3-3-1- نتایج بازیابی ویولت کوواسول برای خاک ریزدانه………………………………………….53

4-3-3-2- نتایج بازیابی ویولت کوواسول برای خاک درشت دانه…………………………….53

4-3-3-3- نتایج بازیابی ویولت کوواسول برای خاک ترکیبی……………………………………….54

4-3-4- منحنی­های رخنه برداشت شده برای ویولت کوواسول…………………………..54

4-3-4-1- منحنی­های رخنه برای خاک ریزدانه با ماده رنگی ویولت کوواسول…………………………………………………….54

4-3-4-2- منحنی­های رخنه برای خاک درشت دانه با ماده رنگی ویولت کوواسول……………………………………………..58

4-3-4-3- منحنی­های رخنه برای خاک ترکیبی با ماده رنگی ویولت کوواسول……………………………………………………61

4-3-4-4- ضریب انتشار طولی ویولت کوواسول…………………………………………………………….64

4-4- نتایج مدل­سازی با Ctran/w…………………………………………………………64

4-4-1- نتایج مدل­سازی ردیاب پانسیو 4-آر……………………………………………………….64

4-4-1-1- نتایج مدل­سازی ردیاب پانسیو 4-آر در خاک ریزدانه…………………………………….64

4-4-1-2- نتایج مدل­سازی ردیاب پانسیو 4-آر در خاک درشت دانه……………………………………………………………………67

4-4-1-3- نتایج مدل­سازی ردیاب پونسیو 4-آر در خاک ترکیبی…………………………………………………………………………70

4-4-2- نتایج مدلسازی ردیاب ویولت کوواسول……………………………………………..73

4-4-2-1- نتایج مدل­سازی ردیاب ویولت کوواسول در خاک ریزدانه…………………………………………………………………….73

4-4-2-2- نتایج مدل­سازی ردیاب ویولت کوواسول در خاک درشت دانه……………………………………………………………..76

4-4-2-3- نتایج مدل­سازی ردیاب ویولت کوواسول در خاک ترکیبی……………………………………………………………………79

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهاد ها

5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………..82

5-2- نتایج کلی…………………………………………………………………………………..82

5-3- پیشنهادها……………………………………………………………………………………….83

فهرست منابع…………………………………………………………………………84

– مقدمه

امروزه ردیابی در مسائل آب و خاک در مقایسه با گذشته كاربردی بسیار گسترده­تر یافته است. بررسی ارتباط هیدرولیكی و ویژگی­های هیدرودینامیكی سفره­های آب زیرزمینی، ارزیابی منشاء و گسترش آلودگی از مهم­ترین كاربردهای این روش هستند. در كشور ما نیز همگام با فرآیند توسعه و با رشد فزآینده صنعت سدسازی و مطالعات منابع آب و خاک در حوضه­های گوناگون، روش ردیابی در آب­های سطحی و زیر سطحی نیز افزایش یافته است.

در گذشته كاربرد عمده ردیاب­ها در آب­های زیرزمینی در پی بردن به مواردی همچون جهت، مسیر، سرعت و زمان عبور آب بوده است. امروزه با توجه به روند رو به افزایش آلودگی منابع آب­های سطحی و زیرزمینی، افزون بر موارد فوق مواردی همچون پخشیدگی و انتقال آلاینده­ها نیز مورد توجه می­باشد. به منظور شناخت و حفاظت كیفی منابع آب داشتن اطلاعات دقیق از رفتار مواد آلاینده در درون این سیستم ضروری است كه به كمك روش­های ردیابی می توان این رفتار را تا حدود زیادی شبیه سازی نمود.

1-2- کلیات پژوهش

آزمایش­های ردیابی از جمله روش­های تكمیلی است كه در مراحل پایانی مطالعات سیستماتیك منابع آب و خاک و ژئوتكنیك به كار می­رود. در این مطالعات با توجه به گسترش منطقه مورد مطالعه ممکن است از ایزوتوپ­های محیطی و ردیاب­های مصنوعی (شیمیایی، رنگی) استفاده شود. باید توجه داشت اگر عملیات ردیابی مطابق دستورالعمل و با رعایت احتیاط­های لازم انجام نگیرد، نه تنها مفید نبوده، بلكه نتایج گمراه­كننده­ای را نیز بدنبال خواهد داشت (بی­نام، 1388).

مطالعات ردیابی آب­های زیرزمینی همیشه بعد از انجام مطالعات كلاسیك هیدروژئولوژی و انجام بررسی­های ژئوفیزیكی و ژئوتكنیكی معمول انجام می­پذیرد، همچنین به كارگیری ردیاب­ها در منابع آب و خاک براساس ویژگی های محیط و خصوصیات ردیاب صورت می­گیرد. گاهی اوقات خصوصیات هیدرولوژیکی مکان مورد استفاده محدودیت­هایی را برای استفاده از برخی ردیاب­ها به وجود می­آورد. افزون بر ویژگی­های فوق عوامل دیگری مانند اثرات فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی نیز ممكن است بر نتایج ردیابی تأثیرگذار باشد.

در مناطق خشک و نیمه خشک منابع آبی با کیفیت مطلوب کمیاب هستند و این منابع بیشتر به تأمین آب شهری اختصاص داده شده اند .به همین دلیل در این مناطق ممکن است به مصرف آب­های زیرزمینی با کیفیت کم، پساب زهکشی و دیگر پساب­ها روی آورده شود (بلتران[1]،1999). کاربرد پساب­ها در مزارع ممکن است منجر به بهبود و پایداری تولیدات کشاورزی شود. در عین حال، آبیاری با پساب می­تواند خطراتی برای تولیدات و محیط خاک داشته باشد.کمبود آب در مناطق خشک و نیمه خشک ممکن است خطر شوری خاک را در این مناطق تشدید کند. زیرا آب کافی برای آبشویی نمک وجود ندارد. کیفیت پایین آب­ها و پساب­های در دسترس در این مناطق خطر فوق را باز هم شدت می­بخشد. بنابراین به منظور جلوگیری از شوری ثانویه خاک به علت آبیاری با آب با غلظت نمک بالا، نمک­های اضافه شده باید به خارج از ناحیه بالایی ریشه که در جذب آب و مواد غذایی فعا ل­تر است، شسته شوند. نمک­های حل شده در آب نفوذ عمقی یافته می­تواند در قسمت­های عمیق تر خاک تجمع یابد و از طریق زهکشی طبیعی یا سیستم­های زهکشی زیر سطحی تخلیه شود (بلتران، 1999).

با توجه به محدودیت منابع آبی در مناطق خشك و نیمه خشك، علیرغم مسئله شوری استفاده از منابع آبی با كیفیت پایین­تر امری لازم است ولی باید ضمن استفاده از منابع آبی با كیفیت پایین بهآلودگی محیط زیستو حركت املاح و مواد شیمیایی در خاك و مسئله­ی شوری خاك توجه شود و امر فوق جزء با اعمال مدیریت آبیاری صحیح امكان پذیر نمی­باشد. مدیریت آبیاری می­تواند نقش مهمی درحركت املاح و آلاینده­ها به اعماق خاك و به طرف آب­های زیرزمینی و همچنین نقش مهمی در شوری خاك بویژه درناحیه توسعه ریشه­ی گیاهان داشته باشد، بهترین مدیریت آبیاری باید مقدار شوری در آب آبیاری، درخاك و در ناحیه ریشه­ی گیاهان و حركت آلاینده­ها به طرف آب­های زیرزمینی را در نظر بگیرد (ذکری[2]، ۲۰۰۵).

باتوجه به مطالب فوق بررسی حركت املاح درخاك از لحاظ اقتصادی، اكولوژیکی و سلامتی محیط زیست امری اجتناب ناپذیر است. بنابراین حرکت آب و املاح در خاک از سال­های پیش مورد توجه بوده است. این مسئله توجه بسیاری از پژوهش­های دانشگاهی را درچند دهه­ی اخیر به خود جلب نموده است و اما از دهه­ی پنجاه قرن بیستم بطور جدی به آن پرداخته شده است. پژوهش در این خصوص در دو دهه­ی اخیر به عنوان یکی از مباحث قابل توجه مطرح بوده به طوری که اخیرًا حجم زیادی از مطالعات در زمینه­ خاکشناسی را به خود اختصاص داده است.

در بیشتر مطالعات انجام شده درمورد حركت املاح و شبیه سازی آن با استفاده از مدل به عناصر سنگین از قبیل كادمیم و سرب و حركت آفتكش­ها و علفكش­ها درخاك پرداخته شده است. این تركیبات درخاك در معرض پدیده های تولید و تخریب و رسوب وجذب سطحی كلوئیدهای خاك قرار می­گیرند. در مطالعات دیگر به بررسی حركت آنیون­ها درخاك، كه كمتر در معرض پدیده های تولید و تخریب درخاك هستند و سریع­تر همراه آب درخاك حركت می­كنند به ویژه كلر و برم پرداخته شده است. از برماید به دلیل پایین بودن مقدار زمینه آن در خاک مناطق خشک و نیمه خشک نسبت به کلر، غیر فعال بودن در خاک و سادگی تعیین غلظت آن در خاک بیشتر استفاده می­شود.

ردیاب­ها انواعی از ماده یا انرژی هستند كه به منظور تعیین توزیع زمانی و مكانی آب و مواد آلاینده آن در منابع آب و خاک به كار می­روند.

از جمله ویژگی­های عمده ردیاب­ها عبارتند از (بی­نام، 1388):

− پایداری ردیاب در طول مدت عملیات ردیابی

− بی خطر بودن برای محیط زیست حتی در غلظت كم

− امكان استفاده توام از ردیاب­های مختلف

− امكان آشكارسازی با دقت بالا در غلظت كم