دانلود ترجمه مقاله ذخیره سازی کناره ای در آبخوان های کارستی :: بیسین - سایت تخصصی مهندسی آب

ابزار وبمستر

Bootstrap Example

عضويت در خبرنامه ايـميـل پايگاه بيسيــن - عضويت پس از کليک بر روي لينک فعال سازي که براي شما ارسال خواهد شد تکميل مي شود

پشتيباني شده با بيسين

دانلود ترجمه مقاله ذخیره سازی کناره ای در آبخوان های کارستی

ذخیره سازی کناره ای در آبخوان های کارستی: اثر نفوذ موقت آب رودخانه بر انحلال کربنات و پویایی فلزات کمیاب

چکیده:

طوفان می تواند تغییراتی را در تراز سطح آب رودخانه، که شیب هیدرولیکی بین رودخانه ها و سفره های آبی مجاور را تغییر می دهد، آغاز کند. در سیستم eogenetic آبخوان های کارستی کربناته، طوفان، آب رودخانه را قادر می سازد تا بزور به اندازه حداقل 1 کیلومتر به سیستم آبخوان مجاور برای چند روز تا چند هفته داخل شود. این فرآیند شبیه به ذخیره تراکمی جریان در رسوبات آواری است، اما می تواند مقیاس مکانی-زمانی بزرگتر و طولانی تری را داشته باشد. نفوذ رودخانه می تواند موجب تغییرات در حالت اشباع مواد معدنی و شرایط اکسایش کاهش در آبخوان با توجه به پایین ترین pH ورودی، کمترین رسانایی ویژه (SPC)، و بالاترین میزان کربن آلی محلول (DOC) در آب سیل شود. 


برای بررسی اثر نفوذ آب رودخانه به سفره های آب کارستی، ما SPC، دما، pH، وضعیت اکسیداتیو و غلظت عناصر اصلی و کمیاب حل شده از طریق یک رویداد نفوذ در چشمه Madison Blue را در شمال فلوریدا، ایالات متحده آمریکا اندازه گیری کردیم. آب رودخانه، آب های زیرزمینی را در مجرا حداقل 1 کیلومتر به سمت آبخوان جابجا کرده و سبب شده تا آب، به سمت منافذ ماتریس آبخوان آزاد سرازیر شود. غلظت مشخصی از کلر بین آب رودخانه و آب های زیرزمینی، برآوردهایی را برای مخلوط شدن بخش های مختلف ارائه می دهد. محل و میزان اکسیداسیون مواد آلی در زیر سطح زمین، غلظت فلزات کمیاب، وضعیت اکسیداتیو و همچنین حالت اشباع آب با توجه به کلسیت را کنترل کرده است، وضعیت اکسیداتیو و حالت اشباع در رابطه با کلسیت (SIcal). اکسیداسیون مواد آلی در سطح تراز کانال، توسط ترمینال الکترون های پذیرنده ی (TEAs) موجود در مجرای آب محدود گشته بود. انحلال کلسیت و فلزات کمیاب جذبی، توسط سطح پایین تر تخلخل در خط لوله نسبت به ماتریس، محدود شده بود. اکسیداسیون مواد آلی در ماتریس با مخلوط کردن ماتریس آب با DO در دسترس، و همچنین NO3- افزایش یافته بود، و در نتیجه سبب تولید بیشتر CO2 و انحلال کلسیت نسبت به مجرا شده بود. پس از آنکه تخلیه آب رودخانه قطع گردید، شرایط باقی مانده نسبت به شرایط جریان پایه، در آبخوان با توجه به کاهش DO و NO3- در ماتریس آب، کاهش بیشتری یافت. مواد آلی انتقال یافته در طول درایوهای نفوذِ انحلال کربنات رودخانه در داخل آبخوان، باعث تغییر وضعیت اکسیداتیو، اثرات حرکت فلزات کمیاب و تأثیر کیفیت آبِ آب های زیرزمینی و سطحی، می شوند.


مقدمه

 سیستم کارستی کاربناته نسخه نهایی تعاملات آب های زیرزمینی-سطحی با توجه به ماهیت واکنش و نفوذپذیری ناهمگن مواد آبخوان را نشان می دهد. نفوذ پذیری ناهمگن سفره های آب کارستی توسط شکل گیری خطوط مجرایی و وجود چشمه هایی که ارائه دهنده جریان پایه به رودخانه ها می باشند، مشخص می گردد. هنگامی که رودخانه ای با شرایط کارستی طغیان می کند، چشمه ها می توانند به عنوان نقاط منبع تغذیه در مسیرهای ترجیحی جریان در داخل آبخوان ها، با تمرکز به واکنش آب های سطحی نسبت به خطوط مجرایی ارائه گردند (Hess و همکاران، 1989؛ Alberic، 2004؛ Gulley و همکاران، 2011) این نفوذ متمرکز از آب رودخانه می تواند واکنش هایی را که کیفیت آب در سفره و همچنین در رودخانه ها را به عنوان ترشحات چشمه ای تحت تاثیر قرار می دهد، آغاز کند.

 

نفوذ آب رودخانه به چشمه ها به ذخیره سازی تراکمی در سیستم های آواری، که در آن ذخیره سازی موقت از آب های سطحی در مخازن رودخانه ها، می تواند دوره های افزایش واکنش پذیری biogeochemical را آغاز کند، شباهت دارد (McClain و همکاران، 2003؛ Gu و همکاران، 2012). گرچه نفوذ آب رودخانه به سفره های آب کارستی متفاوت از ذخیره تراکمی در سفره آواری به علت وجود خطوط مجرایی در سفره کارست، ترکیب آبهای زیرزمینی و محل قاچ پتانسیل واکنش است. ذخیره سازی تراکمی به طور کلی به ورود رسوبات نفوذ پذیر مجاور به داخل کانال رودخانه محدود می شود (به عنوان مثال، Gu و همکاران، 2012). در سیستم های کارستی، خطوط مجرایی اجازه می دهند تا آب رودخانه تا صدها هزار متر به داخل آبخوان و در اعماق تا ده ها متر زیر تراز سطح آب، جریان یابند (Alberic، 2004؛ Gulley و همکاران، 2011). در سنگ آهکی که نفوذپذیری ماتریس کم است، ذخیره سازیِ آب نفوذ کرده عمدتا در بخش های پر از هوای مجاری رخ می دهد (Hess و همکاران، 1989). در سنگ آهکی که نفوذپذیری ماتریس بالا می باشد، نفوذ رودخانه می تواند در مقیاسی بزرگتر رخ دهد؛ چرا که تغییر در شیب هیدرولیکی بین مجاری و ماتریس آنها سبب ذخیره سازی و جریان از ماتریس آبخوان مجاور به خطوط مجرا می شود (Martin و همکاران، 2006؛ Wong و همکاران. ، 2012).

 

مقدار بزرگی واکنش های ناشی از ذخیره سازی و  نفوذ آب رودخانه های موقت، توسط ترکیب های شیمیایی در تعامل با آب، هیدرولوژی سیستم، ترکیب مواد آبخوان، و مدت زمانی که آب در آبخوان می تواند ذخیره شود، کنترل گردیده است، اما رابطه بین نفوذ رودخانه و انواع و مقدار واکنش ها مورد بررسی قرار نگرفته است. واکنش های ناشی از نفوذ آب های سطحی در محیط های که در آن رودخانه به طور مداوم آب را به سمت آبخوان های مجاور از دست داده، مانند محیط های نفوذ تراکمی و سینک رودخانه ها مورد مطالعه قرار گرفته است (Alberic و Lepiller، 1998؛ Bourg و Bertin، 1993). در این محیط، DOC مزاحم در امتداد شیب اکسایش کاهش، اکسید شده است (جدول 1، واکنش 1-3) (Jacobs و همکاران، 1988؛ Farnsworth و Hering، 2011). واکنش های مشابه در سینک رودخانه ها با ورود به سفره های آب کربناتی رخ می دهند، اما علاوه بر این، CO2 تولید شده توسط اکسیداسیون DOC منجر به هیدرات دی اکسید کربن، و افزایش انحلال کلسیت خواهد شد (جدول 1، واکنش 4) (Alberic و Lepiller، 1998، Katz و همکاران، 1998). مطالعاتی مشابه از واکنش های ناشی از ذخیره سازیِ موقت و گذرا از آب رودخانه ها در سفره های کربناته وجود ندارند.

 

 


همراه با املاح مهم و آب های سطحی مزاحم، همچنین فلزات کمیاب به داخل سفره های آب کارست، جایی که آنها تجمع می کنند انتقال می باند (Vesper و White، 2003، 2004). این فلزات کمیاب ممکن است به صورت ریز مغذی ها و یا سموم، بسته به غلظت و گونه خود، در نتیجه برای کیفیت هر دو آب سطحی و آب های زیرزمینی بسیار مهم باشند. فلزات کمیابی مانند آهن، منگنز، مس، نیکل و سرب در بسیاری از اشکال مختلف در سطح آب، از جمله فاز محلول و کلوئیدی، و کلات با ذرات مواد آلی می توانند موجود باشند (Gibbs، 1973؛ Tipping و همکاران، 1998؛ Allard و همکاران، 2004؛ Hartland و همکاران، 2012؛ Karlsson و Persson، 2012). بخش عمده ای از آهن ایجاد شده به عنوان ذرات تعلیقی توده، تجمع یافته؛ و به عنوان کنگلومراهای ذرات آلی و غیر آلی با یکدیگر تعریف شده، و توسط یک چارچوب بیولوژیک ارائه می گردند (Droppo و همکاران، 1997؛ Aiken و همکاران، 2011؛ ​​Plach و همکاران، 2011). ذرات توده انباشته می توانند برای غلظت فلزات مهم باشند، به این دلیل که آشفتگی در طول نفوذ آب های سطحی می تواند مواد معلق را به عمق زیرین زمین انتقال دهد (Atteia و همکاران، 1998؛ Mahler و Lynch، 1999؛ Vesper و White، 2003؛ Hartland و همکاران 2012).

 

 سرنوشت این مواد کمیاب ممکن است در طول و پس از نفوذ آب های سطحی متفاوت باشد. آزمایش بررسی نفوذ آب های سطحی به زیر سطح زمین این نتیجه را در بر داشت که غلظت آهن در آب به علت جذب و ایجاد توده ها کاهش یافته است، اما دیگر فلزات کمیاب مانند مس، سرب، احتمالا توسط اکسیداسیون مواد آلی تجمیع شده اند (Jacobs و همکاران، 1988؛ Atteia و همکاران، 1998، 2001).

 

 رسوب فلزات کمیاب نیز اغلب در مرزهای اکسایش کاهش در غارهای پر از هوا و نیمه مستغرق رخ می دهد (White و همکاران، 2009؛ Florea و همکاران، 2011؛ Frierdich و همکاران، 2011؛ ​​Frierdich و Catalano در 2012). این رسوبات اکسید آهن/منگنز حاوی غلظت بالایی از مس، نیکل و سرب می باشند (White و همکاران، 2009 هستند؛ Frierdich و همکاران، 2011؛ Frierdich و Catalano در 2012). مشابه رسوبات اکسید آهن/منگنز در سیست