مطالعه ی آزمایشگاهی و عددی تأثیر حصار sهیدرولیکی بر کنترل انتقال آلودگی سطحی به آب زیرزمینی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آب

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در این مطالعه با استفاده از مدلهای آزمایشگاهی، انتقال آلودگی از منبع آلاینده سطحی به منبع آب زیرزمینی از طریق یک سیستم هیدرولیکی متشکل از سه لایه خاک به صورت دو لایه ریزدانه و یک لایه درشت دانه در بین آنها بررسی شد. به این ترتیب که عملکرد لایه ها از بالا به پایین شامل یک مخزن آلودگی حاوی محلول کلرید سدیم بمنزله منبع آلاینده، یک لایه خاک رسی با رویکرد مقابله فیزیکی با نشت سیال، یک لایه خاک ماسه ای با رویکرد حصار هیدرولیکی، یک لایه خاک رسی به منزله زمین طبیعی و در نهایت یک مخزن پذیرنده آلودگی به منزله سفره ی آب زیرزمینی مورد ارزیابی قرارگرفتند. پس از تعیین مشخصات فیزیکی و هیدرولیکی مصالح بکار رفته، این مشخصات در مدل CTRAN/W برای بررسی عملکرد حصار هیدرولیکی واسنجی شد. بعد از واسنجی مدل، اعتبارسنجی مدل به کمک داده های مشاهداتی انجام شد. و در نهایت عملکرد حصار هیدرولیکی در گرادیانها و بارهای مختلف آبی توسط مدل عددی ارزیابی شد. نتایج بررسی نشان داد که در حالت گرادیان صفر در لایه رس فوقانی عملکرد حصار هیدرولیکی در بهترین شرایط قرار دارد. در این شرایط میزان کاهش ورود آلاینده نسبت به حالت عدم کاربرد حصار هیدرولیکی بیش از هفتاد درصد است. همچنین بررسی ها نشان داد که انتقال آلودگی به مخزن پذیرنده در شرایط گرادیان مثبت (جریان رو به پایین در لایه رس) بیشتر از حالتی است که گرادیان منفی (جریان رو به بالا در لایه رس) می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory and Numerical Study of the Hydraulic Barriers on Contaminant Transport

نویسندگان [English]

  • AmirAli Sirous-Rezaei 1
  • Hojjat Ahmadi 2
1 Urmia University
2 Associate Professor, Department of Water Engineering , Faculty of Agriculture, Urmia University., Urmia., Iran
چکیده [English]

In this study, contaminant transport from surface pollutant source to groundwater source through a hydraulic system consisting of three layers of soil is considered by using laboratory models and a numerical model. Three soil layers included two fine-grained layers and one coarse-grained layer between them. Arrangement from top to bottom consisted of a contamination tank containing sodium chloride solution as a source of contaminant, a clay layer with a physical barrier, a sand layer with a hydraulic barrier and a bottom placed clay layer as natural land and ultimately a fresh water tank as the groundwater source, receiving contamination. To study the performance of the hydraulic barrier, the physical and hydraulic properties of the used materials were calibrated in the CTRAN / W model. Then the calibrated model was validated using observational data with the extra conducted testes. Finally, hydraulic barrier performance at different hydraulic gradients and pressures was evaluated by numerical model. The results showed that the performance of hydraulic barrier is in the best condition when there is no gradient in the upper clay layer. Comparison revealed the hydraulic barrier efficiency is almost seventy percent better than the regular compacted liners without a hydraulic barrier. The studies also showed that the transmission of contamination to the receiving reservoir under positive gradient (downstream flow in the clay layer) was more in comparison to the negative gradient (upstream flow in the clay layer).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Clay layer
  • Contaminant
  • Environment
  • Injection wells
  • Sand layer
احمدی، ح. 1396. بررسی آزمایشگاهی عملکرد حصـار هیدرولیکی در انتقـال آلاینده‌های سطحی به آب‌های زیرزمینی. مجله تحقیقات کاربردی مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، 66،17: 42-31.

بدو، ک. و نجف زاده. 1392. مقایسه عملکرد تله هیدرولیکی در مقابله با انتقال آلودگی با استفاده از مدل‌های آزمایشگاهی. نشریه علوم آب و خاک، 23. 2: 84-71.

Aleksandra, K., Lara, S., Merce, B. R., Martin, E., Josep, M.P., Corinne, L. and Christine, S. 2019. Sorption properties and behavior at laboratory scale of selected pharmaceuticals using batch experiments. Journal of Contaminant Hydrology I25.5: 390-403

Brachman, R.W.I. and Gudina, S. 2008. Gravel contacts and geo-membrane strains for a GM/CCL composite liner Geotext Geomembranes 26.6: 448-459.

Cabral, A., Demers, I. and Ciubotario, R. 2000. Potential contaminant migration at a contaminated soils landfill site in Quebec. In: zomberg. J.G. and Christopher. B. R. Advance in Transportation and Geoenvironmental systems. Using Geosynthetics. Proceeding of Sessions of Geo- Denver Congress.

El Salam, M.M. and AbuZuid, G.I. 2015. Impact of Landfill leachate on the groundwater quality a case study in Egypt. J. Adv. Research. 6.4: 579-586.

Feddes, R.A., Kabat, P., Bakel, P.J.T., Bronswijk, J.J.B. and Halbertsma, J. 1988. Modeling soil water dynamics in the unsaturated zone: state of the art. J. Hydraulics. 100: 69–111.

Giroud, J.P., Badu Tweneboah, K. and Soderman, K. I. 1997. Comparison of leachate flow through compacted clay liners in landfill liner systems Geosenth Int. 4(3-4): 391-431.

Han, D., Tong, X., Currell, M.J., Cao, G., Jin., M. and Tong, C. 2014. Evaluation of the impact of an uncontrolled landfill on surranding groundwater quality. Zhoukou, China. J.Geochem. Explor. 136: 24-39

Javadi, A., AlNajiar, M. and Evans, B. 2008. Numerical modeling of contaminant transport through soils: case study J. Geotech. Geoenviron. 134.2: 214-230

Kjeldsen, P., Morton A. Barlaz, Alix P. Rooker, Anders Baun, Anna Ledin & Thomas H. Christensen .2002. Present and Long-Term Composition of MSW Landfill Leachate: A Review, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 32:4, 297-336

Martinez, F. S. G., Pachepsky, Y. A. and Rawls, W. J. 2010. Modeling solute transport in soil columns using advective dispersive equations with fractional spatial derivatives. Adv. Eng. Softw. 41.1:  4-8.

Manassero, M. 2019. The second ISSMGE Kerry Rowe Lecture: On the intrinsic, state and fabric parameters of active clays for contaminant control. Canadian Geotechnical Journal. 16 April. Online

McWatters, R.S., Jones, D.D., Rowe, R.K. and Markle, J.M. 2018. Investigation of a decommissioned landfill barrier system containing PCB waste after 25 years in service. Canadian Geotechnical Journal. 09 Nowember. Online

Pu, H., Fox, P. and Shacklford, C. 2016. Assessment of consolidation-induced contaminant transport for compacted clay liner systems. J. Geotech Geoenviron. Doi: 10.1061/(ASCE)GT 1943-5606.0001426.

Revanse, A., Ross. D., Gregory. B., Meadows. M., Harries. C. and Gronow, J. 1999. Long term fate of metals in landfill. Proceeding of the 7th International Waste Management and Land Symposium Cagliari Italy.

Rowe, K. R., Caers, C. J., and Barone, F. S. 1988.laboratory determination of diffusion and distribuision coefficients of contaminants using un distributed clayey soil. Can. Geotechnical Journal., 25:108-118

Rowe, K.R. and Badv, K. 1996a. Chloride migration through clayey silt underlain by fine sand or silt. J. Geotech. Eng. 122.1: 60-68.

Rowe, K.R. and Badv, K. 1996b. Advection diffusive contaminant migration in unsaturated sandand gravel. J. Geotech. Eng. 122.12: 965-975.

Sample-Lord, K., Zhang, W., Tong, S., and Shackelford, D.C. 2019. apparent salt diffusion coefficients for soil-bentonite backfills. Canadian Geotechnical Journal. 28 January, online

Shackelford, D.C. 2014. The ISSMGE Kerry Rowe Lecture: The role of diffusion in environmental geotechnics. 5.11: 1219-1242

Varnak, G., Demir, A., Yenilmezsoy, K., Bilgili, M.S., Top, S. and Sekman, E. 2011. Estimation of transport parameters of public compounds and inorganic contaminants through composite landfill liners using one dimensional transport model. Waste Manage. 31.11: 2263-2274

Xiaomeng S., Chesheng Zh., Jan X. and Fanzhe K., Zh. 2012. An efficient global sensitivity. Approach for distributed hydrological model. Journal of Geographical Sciences., 22.209: 222