PARAMETERS OF CONSERVATIVE SOLUTE
TRANSPORT IN THREE SEDIMENTS, EGYPT *

HUSSEIN, M.F.

Water and Soil Dept., Faculty of Agriculture,
Cairo University, Cairo, Egypt.

Key words: Solute transport, Earth sediments, Soil management.

مؤشرات انتقال الذائبات المحصنة عبر ثلاثة أنواع من الرواسب بمصر

محمد فهمى حسين

خلاصـة

يؤثر انتقال الذائبات على تملح وتسميد وتلوث الأراضى. وبغية تعيين قيم المؤشرات الفيزيوكيميائية لانتقال الكلوريد خلال الرواسب المستثارة تحت ظروف سريان مائى مستقر، تم تجهيز آلة دورانية منخفضة التكلفة لتجميع أجزاء محلول الراشح أسفل أعمدة ترسيم المنحنى التجريبى لمرور الذائبات بالرواسب. تم ملء كل عمود طوله 30 سنتيمتر بأحد الرواسب الثلاثة: رمال كثبان- شاطئ النيل بالجيزة- تجمعات بنائية من أرض جيرية بالنوبارية. وعقب كل تجربة، تم توفيق منحنى نظرى على النتائج بتشغيل حل رياضى يخص ظروف الحدود بالتجربة باستخدام برنامج CfitM على الحاسب الآلى حيث يحل الحاسب معادلة الحمل-الانتشار (CDE) المستندة إلى القانون الثانى لـ Fick. اشتملت المؤشرات الرئيسية والمشتقة التى تم الحصول عليها من الحل الرياضى التحليلى على كل من معامل الإبطاء، رقم بيكليت، التشتتية الطولية، معامل التشتت الهيدروينامى، الانتشار الجزئى الفعال، الالتوائية وغيرها من مؤشرات، كما استخدمنا برنامج RETC للحصول على القيم المثلى للمؤشرات الهيدروليكية استناداً إلى بيانات المنحنى الرطوبى (pF).

لقد كان من المستحيل الحفاظ على حالة التشبع الرطوبى برمال الكثبان وظهر أن معامل الإبطاء الخاص بها قريب للغاية من الواحد الصحيح مما يعنى انعدام تفاعل الذائبات مع الرمال حيث كانت قيمة رقم بيكليت متوسطة (من 49 إلى 61) وكذلك فإن التشتتية لتلك الرمال كانت متوسطة (من 0.49إلى 0.62 سنتيمتر) مما يعنى أن كفاءة الغسيل كانت معتدلة بتلك الرمال تحت سريان مائى قريب من التشبع. ولقد كان من المتوقع الحصول على قيم صغيرة لمؤشر التشتتية (أى كفاءة غسيل عالية) فيما لو كان السريان المائى تام التشبع قد تحقق بتلك الرمال.

أما رواسب شاطئ النيل، فقد أعطت قيماً مرتفعة لرقم بيكليت (من 117 إلى 180) وقيماً صغيرة لمؤشر التشتتية (من 0.17 إلى 0.26 سنتيمتر) مما يعنى أعلى كفاءة غسيل شاهدناها من تلك التجارب، فى حين كانت قيمة معامل الإبطاء تقل عن الواحد الصحيح برواسب شاطئ النيل مما يعنى وجود شىء من الطرد الأنيونى.

وفيما يخص التجمعات البنائية الجبرية طينية القوام، حصلنا على مجال واسع نسبياً لمدى قيم رقم بيكليت صغيرة (من 9 إلى 34) وقيم كبيرة لمؤشر التشتتية (من 0.95 إلى 3.4 سنتيمتر) وتزايدت التشتتية بزيادة حجم التجمعات البنائية مما يعنى انخفاض كفاءة الغسيل كلما زاد حجم التجمعات البنائية، أما قيمة معامل الإبطاء للتجمعات فكانت تقل عن الواحد الصحيح بقدر ملموس مما يعنى تعجيل تفريغ الكلوريد بفعل الطرد الأنيونى.

وعلى النقيض من التجمعات الجيرية فإن ارتفاع رقم بيكليت برواسب شاطئ النيل وبرمال الكثبان يعنى أن انتقال الذائبات مع حركة كتلة المياه المنصرفة هو الآلية السائدة بهذين النوعين من الرواسب، فى حين أن الانتقال بالانتشار متوار بهما.

ومن واقع الفوارق التى لاحظناها بقيم المؤشرات التى حصلنا عليها تتضح أهمية مراعاة ظاهرة انتقال الذائبات لما لها من مردود على الرى وإدارة الموارد الأرضية.

ABSTRACT

Solute transport has practical implications in soil salinization, fertilization and pollution. An inexpensive fraction collector was manufactured for BTC runs. Preliminary study was done to get physicochemical parameters that determine chloride transient transport in disturbed materials under steady state saturated flow. The 30 cm long column was packed with one of the following samples: dune sand, Nile bank sediments and calcareous aggregates. Also, certain dry sieved separates of these sediments were used.

In each case, a theoretical BTC was fitted to column experimental data using appropriate analytical solution (in CfitM computer code) corresponding to boundary conditions. The analytical solutions (models in CftiM) solve the convection-dispersion equation (CDE) based on Fick’s second law. The principal and the derived parameters from CfitM (and EXCEL spreadsheet that the author prepared) included the retardation factor, Peclet number, longitudinal dispersivity, hydrodynamic dispersion coefficient, effective molecular diffusion and tortuosity among others. RETC code (and another EXCLE spreadsheet that the author prepared) was used for optimization of hydraulic parameters using pF data.

Dune sands were impossible to keep full saturated and showed close to unity retardation factor, R, (no reaction with solute), intermediate Peclet number, P, (49-61) and intermediate dispersivity, a , (0.49-0.62 cm) indicating moderate leaching efficiency under close-to-saturated flow conditions. Much smaller dispersivity (higher leaching efficiency) is expected for such sands under saturated conditions. Finer sand material (Nile sediments) monitored high Peclet number (117-180), small dispersivity (0.17-0.26 cm) (indicating most efficient leaching) and very slightly less than unity retardation factor (some anion exclusion). Calcareous clay aggregates showed a relatively wide range of small Peclet numbers (9-34), large dispersivity (0.90-3.4 cm) that increased with aggregate size (indicating low leaching for large aggregates), and retardation factor significantly less than unity (rapid Cl discharge by anion exclusion).

In contrast to the calcareous aggregates, the high Peclet numbers for Nile bank and dune sand reflect higher importance of solute mass flow transport compared to dispersive transport. The differences in the obtained parameters show that solute transport should be considered in order to rationalize irrigation and to pertinently improve soil management.