بررسی برخی شاخص های کمی و کیفی جریان ترجیحی در ساختمان‌های مختلف خاک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

جریان ترجیحی با ایجاد مسیری مستقیم و سریع برای انتقال آلاینده­ها، آلودگی آب­های زیرزمینی را به دنبال دارد. به همین منظور، این مطالعه با هدف بررسی و مقایسه برخی شاخص های کمی و کیفی جریان ترجیحی در ساختمان­های مختلف خاک، در استان لرستان صورت گرفت. مطالعه به­صورت آزمایشگاهی و بر روی ستون­های دست­نخورده با سه نوع ساختمان مختلف (دانه­ای، مکعبی و فشرده) و یک خاک دست­خورده در قالب طرح کاملاً تصادفی (CRD) و با 3 تکرار صورت گرفت. به منظور رسم منحنی رخنه در هر ساختمان خاک، تزریق بروماید با غلظت 50 میلی­گرم بر لیتر توسط دستگاه نفوذسنج مکشی تحت مکش 15– میلی­متر به ستون­های خاک صورت گرفت. منحنی رخنه بروماید ساختمان­های مختلف رسم و بر اساس آن، شاخص­های کمی جریان ترجیحی از قبیل شاخص میانگین زمان منحنی رخنه ( ) و شاخص چولگی منحنی رخنه (S) محاسبه شدند. همچنین به منظور بررسی کیفی و مشاهده مسیرهای جریان ترجیحی، آزمایش نفوذ ماده ردیاب رنگی و پردازش تصاویر در ستون­های مختلف خاک انجام شد. نتایج نشان داد که نوع ساختمان خاک تأثیر معنی­داری بر وقوع جریان ترجیحی در خاک­های مختلف مورد مطالعه داشت. مقایسه شکل منحنی­های رخنه ساختمان­های مختلف، وقوع جریان ترجیحی را در خاک­های با ساختمان مکعبی و دانه­ای و عدم وقوع این پدیده را در خاک­های با ساختمان فشرده و دست­خورده به خوبی نشان داد. همچنین شاخص­ میانگین زمان رخنه (2/0 و 39/0) و شاخص چولگی منحنی رخنه (17/1 و 45/1) به­ترتیب در ساختمان­های مکعبی و دانه­ای تأیید کننده وقوع جریان ترجیحی در این خاک­ها بودند. نتایج حاصل از پردازش تصویر نشان داد که عمق نفوذ ماده ردیاب رنگی در خاک با ساختمان مکعبی به ترتیب 29، 62 و 70 درصد بیشتر از خاک­های با ساختمان دانه­ای، فشرده و خاک دست­خورده بود که نقش نوع و توسعه ساختمان را در ایجاد جریان ترجیحی نشان داد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of some quantitative and qualitative indices of preferential flow in different soil structures

نویسندگان [English]

  • Nooshin Ramezani
  • Ahmad Landi
  • A. Ragman Barzegar
  • GH Abbas Sayad
College of Agriculture, Shahid Chamran University, Ahwaz, Iran
چکیده [English]

The preferential flow is enhanced by the nature of the soil structure and by providing a direct and rapid flow for transferring pollutants, leads to pollution of groundwater. Therefore, the purpose of this study was to investigate and compare some quantitative and qualitative preferential flow indices in different soil structures in Lorestan province. The study was conducted on un distributed soil columns with three different structures namely: (Granular, Blocky, and Massive) and a distributed soil with 3 replicate in a completely randomized design. In order to the plot breakthrough curve in each soil structure, injections of bromide at a concentration of 50 mg/L were carried out using a tension infiltrometer device under tension of 15-millimeter to soil columns. The breakthrough curve of different structures was plotted and accordingly the quantitative parameters of the preferential flow such as the mean time of breakthrough curve ( ) and the skewness index of the breakthrough curve (S) were calculated. For the study the paths of preferential flow, the infiltration of the dye tracer and image processing in different soil columns were performed. The results showed that soil structure had a significant effect on preferential flow occurrence in different soils. The comparison of breakthrough curve shape for different structures, showed the occurrence of preferential flow in blocky and granular soils and non-occurrence of this phenomenon in massive and disturbed soils. Also, the index of mean breakthrough time (0.2 and 0.39) and the skewness of breakthrough curve (1.17 and 1.45), in blocky and granular structures respectively confirmed the occurrence of preferential flow in these soils. The results of image processing showed that the infiltration depth of the tracer material in blocky structure was 29, 62 and 70% higher than granular, massive and disturbed structures, which demonstrated the role of type and enhancement of structure on occurrence preferential flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Dye tracer
  • Mean breakthrough time
  • Skewness index
Ali G., Macrae M., Walker M., Laing J., and Lobb D. 2018. Preferential flow in vertisolic soils with and without organic amendments. Agricultural and Environmental Letters, 3 (1).

Amiri E, Mahboubi A. A., Mosaddeghi M. R. and Shirani H. 2014. Breakthrough curve of bromide as affected by soil structure in saturated and unsaturated conditions. Journal of Water and Soil Science, 18 (68): 111-120. (In Persian)

Dousset S., Thevenot M., Pot V., Šimunek J. and Andreux F. 2007. Evaluating equilibrium and non-equilibrium transport of bromide and isoproturon in disturbed and undisturbed soil columns. Journal of Contaminant Hydrology94 (3-4), 261-276.

Ersahin S., Papendick R.I., Smith J.L., Keller C.K. and Manoranjan V.S. 2002. Macropore transport of bromide as influenced by soil structure differences. Geoderma, 108 (3-4), 207-223.

Flury M., and Flühler H. 1994. Brilliant blue FCF as a dye tracer for solute transport studies—a toxicological overview. Journal of Environmental Quality, 23 (5), 1108-1112.

Jiang Y., and Shao M.A. 2014. Effects of soil structural properties on saturated hydraulic conductivity under different land-use types. Soil Research52 (4), 340-348.

Kamra S.K., and Lennartz B. 2005. Quantitative Indices to characterize the extent of preferential flow in soils. Environmental Modeling and Software, 20 (7), 903-915.

Koestel J.K., Moeys J., and Jarvis N.J. 2011. Evaluation of nonparametric shape measures for solute breakthrough curves. Vadose Zone Journal, 10 (4), 1261-1275.

Larsbo M., Koestel J., Kätterer T., and Jarvis N. 2016. Preferential transport in macropores is reduced by soil organic carbon. Vadose Zone Journal, 15 (9).

Lee J., Horton R., Noborio K., and Jaynes D.B. 2001. Characterization of preferential flow in undisturbed, structured soil columns using a vertical TDR probe. Journal of contaminant hydrology, 51(3-4), 131-144.

Li Y., and Ghodrati M. 1994. Preferential transport of nitrate through soil columns containing root channels. Soil Science Society of America Journal, 58 (3), 653-659.

Müller K., Deurer M., McLeod M., Young I., Scott J., and Clothier B.E. 2014. Macropore networks affect the filtering function of soils.

Ohrstrom P., Persson M., Albergel J., Zante P., Nasri S., Berndtsson R., and Olsson J. 2002. Field-scale variation of preferential flow as indicated from dye coverage. Hydrological Journal, 257: 164–173.

Pales A.R. 2017. Preferential flow systems amended with biogeochemical components: imaging of a two-dimensional study (doctoral dissertation, Clemson University).

Sheng F., Liu H., Wang K., Zhang R., and Tang Z. 2014. Investigation into preferential flow in natural unsaturated soils with field multiple-tracer infiltration experiments and the active region model. Journal of hydrology, 508, 137-146.

Wu Q., Liu C., Lin W., Zhang M., Wang G., and Zhang F. 2015. Quantifying the preferential flow by dye tracer in the North China plain. Journal of Earth Science, 26 (3), 435-444.

Zhang Y., Zhang M., Niu J., and Zheng H. 2016. The preferential flow of soil: a widespread phenomenon in pedological perspectives. Eurasian soil science, 49 (6), 661-672.