مقاله پراکندگی هیدرودینامیک در تل ماسه اشباع نشده

چکیده:
این مقاله به بررسی پراکندگی هیدرودینامیک در تل ماسه های اشباع نشده می پردازد و تحلیل حرکت محلول ها در طول جریان آب از طریق شبکه پیچیده منافذ خاک ارائه می دهد. ضریب پراکندگی هیدرودینامیک به عنوان شاخص اصلی گسترش محلول ها در معادله پراکندگی همرفتی مورد استفاده قرار گرفته و با انجام آزمایشات جریان شیب واحد و استفاده از ردیاب های شوری، رفتار پراکندگی و پارامترهای حمل برای مدل متحرک و غیرمتحرک تعیین شده است. نتایج نشان دهنده تغییرات پراکندگی بر اساس میزان اشباع و ویژگی های ستون های ماسه ای است.

مقدمه:
پراکندگی هیدرودینامیک یکی از موضوعات بنیادی در مطالعه انتقال محلول ها در محیط های متخلخل به ویژه خاک ها و تل های ماسه ای است. این پدیده، نشان دهنده گسترش و پیچش محلول ها نسبت به مسیر جابه جایی میانگین جریان آب است و نقش مهمی در درک فرآیندهای انتقال جرم، همرفتی و انتشار در محیط های اشباع و نیمه اشباع دارد. حرکت آب و محلول ها در تل های ماسه ای اشباع نشده تحت تأثیر ساختار منفذی پیچیده، میزان اشباع آب و ویژگی های فیزیکی ماسه ها قرار دارد و تحلیل دقیق آن نیازمند آزمایش ها و مدل سازی های دقیق است.

ضریب پراکندگی هیدرودینامیک، پارامتری کلیدی برای تحلیل گسترش محلول ها در طول جریان آب است و معمولاً در معادله پراکندگی-همرفتی به کار گرفته می شود. این ضریب در خاک های اشباع شده به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته، اما رفتار آن در شرایط اشباع نشده، به ویژه در تل های ماسه ای غیرانباشته، هنوز به طور کامل شناسایی نشده است. تغییرات میزان اشباع آب، هندسه ستون ها و ویژگی های منافذ، بر میزان پراکندگی و نحوه جابه جایی محلول ها اثر قابل توجهی دارند و نیازمند اندازه گیری دقیق پارامترهای جریان و تحلیل نتایج آزمایشگاهی است.

در این مطالعه، آزمایش های جریان شیب واحد در ستون های ماسه ای با قطر ۵ سانتی متر و طول ۲۵ تا ۴۰ سانتی متر انجام شد. ردیاب های شوری با چهار الکترود در عمق های مختلف ستون نصب شدند تا منحنی های پیشرفت محلول در طول ستون ثبت و تحلیل شوند. داده های به دست آمده امکان تعیین پارامترهای حمل در معادله پراکندگی-همرفتی و همچنین مدل متحرک-غیرمتحرک را فراهم کردند. مدل متحرک-غیرمتحرک برای تحلیل بخش آب متحرک و غیرمتحرک در شرایط مختلف اشباع کاربرد دارد و نشان می دهد که با افزایش اشباع، بخش آب متحرک به تدریج با واحد شدن در اشباع کامل افزایش می یابد و رفتار پراکندگی دستخوش تغییر می شود.

نتایج نشان می دهند که حداکثر ضریب پراکندگی هیدرودینامیک در تتا برابر با ۰٫۱۳ به میزان ۰٫۹۷ سانتی متر یافت شد، در حالی که برای جریان اشباع شده، گاما حدود ۰٫۱ سانتی متر باقی می ماند و تغییرات ضریب پراکندگی با سرعت آب منفذی از ۲۰۸ تا ۵۸۷۸ d⁻¹ مشاهده شده است. این تفاوت ها بیانگر تأثیر میزان اشباع و دینامیک جریان آب بر پراکندگی محلول ها است و اهمیت درک رفتار جریان اشباع نشده را برجسته می سازد.

تحلیل دقیق جریان اشباع نشده و ترکیب محلول ها با استفاده از معادلات همرفتی و مدل های تحلیلی، امکان پیش بینی رفتار انتقال محلول در تل ماسه های طبیعی را فراهم می کند. فهم پراکندگی هیدرودینامیک نه تنها برای تحلیل فرآیندهای زمین شناسی و هیدرولوژیکی مهم است، بلکه در مدیریت منابع آب، کنترل آلاینده ها و مطالعه فرآیندهای محیطی نیز کاربرد دارد.

این مطالعه با تمرکز بر پراکندگی هیدرودینامیک در تل ماسه های اشباع نشده، چارچوبی تحلیلی برای بررسی حرکت محلول ها و رفتار جریان آب ارائه می دهد. نتایج حاصل، نشان دهنده رابطه مستقیم بین میزان اشباع، ویژگی های ستون ماسه ای و ضریب پراکندگی هیدرودینامیک است و امکان تحلیل پیشرفته و مدل سازی دقیق فرآیندهای همرفتی و پراکندگی در محیط های متخلخل را فراهم می سازد.

فهرست مطالب
پراکندگی هیدرودینامیک درتل ماسه اشباع نشده : ۱
خلاصه : ۱
مواد و روشها : ۵
آزمایش جابه جایی : ۵
مدل های انتقال : ۸
نتایج و بحث : ۱۰
جریان آب اشباع نشده : ۱۰
منحنی های پیشرفت و تخمین پارامتر : ۱۲
پراکندگی هیدرودینامیک : ۱۴
معادله پراکندگی –همرفتی : ۱۴
مدل متحرک و غیر متحرک : ۱۵
جریان اشباع نشده و ترکیب محلول : ۱۸
نتیجه گیریها : ۱۹