کاربرد روش های تحلیلی و عددی در شبیه سازی آبشویی یون های نیترات و آمونیوم در یک خاک شنی

Abstract

چکیده <br /> آبخوان ها در معرض آلودگی ناشی از فعالیتهای صنعتی وکشاورزی می باشند که سهم بخش کشاورزی از بقیه بیشتر است. کودهای ازته بیشترین مصرف را در بخش کشاورزی دارند. نیترات به دلیل داشتن بار منفی و عدم جذب توسط خاک، آبشویی و وارد آبهای سطحی و زیر زمینی می شود که این روند در خاکهای شنی سرعت بیشتری دارد. برای بررسی حرکت نیترات در خاک و تأثیر آن بر آلودگی آبهای زیرزمینی، از مدلهای تحلیلی و عددی استفاده می شود. کاربرد این مدلها، منوط به تعیین ضرایب انتشار و تأخیر می باشد. بنابراین تخمین کمی این ضرائب برای حل مسائل مرتبط با حرکت آلاینده ها ضروری است. مقادیر پارامترها به وسیلۀ مقایسه داده های آزمایشگاهی یا صحرائی مقابل نتایج تئوری بدست می آید. هدف، تخمین هر چه دقیق تر این پارامترها و کاربرد پارامترهای تخمین زده شده در پیش بینی رفتار سیستم در شرایطی غیر از شرایط آزمایش می باشد. هدف از انجام این تحقیق کاربرد سه مدل منحنی رخنه، حداقل مربعات و مدل عددی هایدروس برای تعیین ضرایب انتشار (D) و تأخیر (R) یونهای نیترات و آمونیوم در یک خاک لوم شنی اشباع است. <br /> مواد و روش‌ها: جهت انجام آزمایش از ستون خاک به ارتفاع 50 سانتیمتر و قطر داخلی 5/10 سانتیمتر استفاده شد. کود نیترات آمونیم با غلظت 10 گرم بر لیتر به ستون های خاک در قالب 3 تکرار اضافه گردید و سپس ستون های خاک آبشویی شدند. با استفاده از غلظت نیترات و آمونیوم در پساب خروجی منحنی رخنه ترسیم شد و با استفاده از این منحنی که به شکل سیگموئیدی است ضرائب انتشار و تأخیر محاسبه شد. در روش حداقل مربعات خطا، یک تابع خطا با دو پارامتر مجهول ضریب انتشار و خطا بر منحنی رخنه برازش داده می شود که با کاربرد داده های آزمایشگاهی و با یک روش حداقل سازی ضرائب مجهول محاسبه می شود. در نرم افزار Hydrus-1D از دو مدل تعادلی جابجائی-انتشار و غیر تعادلی روان- ساکن با کاربرد مدلسازی معکوس، در برآورد پارامترهای انتقال استفاده شد.<br /> یافته ها: ضرائب انتشار و تأخیر برای بون نیترات در روشهای مختلف به ترتیب در رنج 15/0- 09/0 و48/0- 44/0 و برای یون آمونیوم در رنج 053/0-042/0 و 37/0-24/0 بدست آمده است. <br /> نتیجه گیری: در این تحقیق برای تخمین سریع و دقیق ضرائب انتشار و تأخیر با استفاده از داده های ستون خاک، از سه مدل استفاده شد. مدلهای به کاربرد شده در این تحقیق، نتایج تقریباً یکسانی در برآورد ضرائب انتشار و تأخیر داشته اند. یون نیترات نسبت به یون آمونیوم به ذرات خاک بیشتر جذب شده و در نتیجه ضریب انتشار و تأخیر بیشتر و آبشوئی کمتری نسبت به یون آمونیوم داشته است.