הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי...
DESCRIPTION
הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי. שירה רובין ישי דרור, הרווי שר ובריאן ברקוביץ. הקדמה. ניטור וניבוי של איכות מי התהום הם בעלי חשיבות גלובלית מדרגה ראשונה לרוב הסעת המומסים היא לא פיקיאנית (אנומלית) מרבית המזהמים במי התהום נספחים לפאזה המוצקה תוך כדי הסעתם - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/1.jpg)
הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך
נקבובי רווי
שירה רובין
ישי דרור, הרווי שר ובריאן ברקוביץ
![Page 2: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/2.jpg)
הקדמה
ניטור וניבוי של איכות מי התהום הם בעלי חשיבות גלובלית מדרגה ראשונה•
לרוב הסעת המומסים היא לא פיקיאנית )אנומלית(•
מרבית המזהמים במי התהום נספחים לפאזה המוצקה תוך כדי הסעתם•
של • האנומלי הרכיב את בחשבון לוקחים אינם נספחים מומסים הסעת של מודלים
ההסעה
![Page 3: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/3.jpg)
CTRW
הסעה אנומליתהסעה פיקיאנית
ADE
![Page 4: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/4.jpg)
מהירות נוזל ממוצעת = Dx = מקדם הדיספרסיה
ADE: משוואת האדבקציה-דיספרסיהAdvection Dispersion Equation
xv
Freeze and Cherry 1979
2
2
( , ) ( , ) ( , )x x
c x t c x t c x tv D
t x x
xv
XXDistance t1
0
1Time
c/co t2
t2t1
0
1
c/co
Piston flow, v
Diffusion and dispersion
0
1
c/co
Time
t0
t0
:הנחות
• Dx = מקדם הדיספרסיה מאפיין את
התווך הנקבובי, ומתנהג כמו דיפוזיה =<
התפלגות נורמלית במרחב
תווך הומוגני•
*x xv D
![Page 5: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/5.jpg)
Cortis and Berkowitz 2004
Scheidegger 1959:
Cortis et al. 2004
עדויות ל"שגיאות סיסטמטיות"
![Page 6: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/6.jpg)
Scher et al. 1991
Levy and Berkowitz 2003
סיכום: הסעה נורמלית/אנומלית
![Page 7: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/7.jpg)
:Random walkתהליך דיפוזיה עם קצב אחיד =
RW, CTRWמודל הליכה רנדומלית
1( ) ( ') ( ')n nP p P s'
s s s s
s
s’
CTRW:0
( , ) ( ', ') ( ', ') 't
R t t t R t dt s'
s s s s
הסתברות ליח' זמן ’s-s לקפוץ מרחק
’t-tבזמן
הסתברות ליח' זמן של חלקיק להגיע
tבזמן s לנק'
הטרוגניות•
תהליכים המשפיעים על ההסעה•
![Page 8: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/8.jpg)
' '0 0
( , )( ' , ') ( , ') ' ( ', ') ( ', ') '
t tc tt t c t dt t t c t dt
t
s s
ss s s s s sGME
f(t) טרנספורם לפלאס של
0
( ) ( )utf u e f t dt
0
( , )( ')[ ( , ') : ( , ')] '
tc tM t t c t c t dt
t
s
v s D s
CTRW משוואת ההסעה של מודל ה
1( )p ds
t v s s
1 1( )
2p ds
t D s ss
1
( )( )
1 ( )
uM u t u
u
ADE( ) 1M u
)()(),( sptts
![Page 9: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/9.jpg)
2/
11 1
( ) ,(1 / )
t tn et
t t t
1( ) ( )t u L
1( ) ~t t t1<<t<<t2
2/( ) ~ t tt e t>>t2
Cortis et al. 2004
Truncated power law )TPL( form of
β=0.5 t1=1
t2=106
t2=102
0>β>2
t1 זמן מהלך חציוני =
t2 = זמן החיתוך
βפרמטר "אי הסדר" של חוק החזקה =
התנהגות ע"פ חוק חזקה עבור
התנהגות אקספוננציאלית עבור
![Page 10: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/10.jpg)
RADE
Cortis et al. 2006 Hatano and Hatano 1998
2
2
( , ) ( , ) ( , )x xv Dc x t c x t c
R R
x t
t x x
- - - - RADE
0
1
c/co
Distance
With retardation
Without retardationb xx v t
a b
/a xx v t R
Roberts et al 1986
משוואת אדבקציה-דיספרסיה-ריאקציה
![Page 11: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/11.jpg)
שאלות המחקר
מהן האינטראקציות הדינמיות המשפיעות על ריכוז המזהם?•
מהן התרומות היחסיות של הסעה לא פיקיאנית )הנגרמת בשל •
הטרוגניות( ושל תהליכי חילופי מסה )כגון ספיחה(?
כיצד ניתן להפריד בין מידת התרומה של שני התהליכים, ולכמת •
אותם?
![Page 12: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/12.jpg)
גישת שתי הסקאלות
c=cf+cs cf
cs
הסעה לא פיקיאנית נגרמת הן בשל הטרוגניות של התווך הנקבובי והן בשל •
תהליכי חילוף מסה
לרוב קשה להפריד בין שני התהליכים המתרחשים בסקאלות זמן שונות •
)ומאופיינים ע"י זמני מעבר של חלקיק וקצבי חילוף מסה(
![Page 13: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/13.jpg)
0
( , )( ')[ ( , ') : ( , ')] '
( , )( , ) ( , )
t
f f
s ii f i s i
c tM t t c t c t dt
t
c tc t W c t
t
s
v s D s
ss s
קצב תפיסה = Wi = קצב שחרורi
Berkowitz et al. 2008
קירוב מסדר ראשון
( ) ( ) ( ; , )eff s i iM u M u M u W
c=cf+cscf
cs
0 0,W
0
( , )( ')[ ( , ') : ( , ')] '
t
eff
c tM t t c t c t dt
t
s
v s D s
מודל שתי סקאלות
![Page 14: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/14.jpg)
התאמה לנתונים ניסיוניים: חרוזים מוצקים / נקבוביים
Papathanasiou and Bijeljic )1998(
חרוזי זכוכית2 mm
Ca-alginate חרוזי 2 mm + pores
:שני קצבי זרימה
F1 = 9.33 cm3/s
F2 = 16.3 cm3/s
c/c 0
1-c/
c 0
a b
t [s] t [s]
S1S2P1P2
![Page 15: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/15.jpg)
חרוזי זכוכית מלאים
0 20 40 60 80 10010
-3
10-2
10-1
100
t [sec]
1-c
/c0
TPLADE
0 20 40 60 80 100 1200
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t [sec]
c/c 0
TPLADE
a b
0 10 20 30
10-1
100
0 20 40 60 8010
-4
10-3
10-2
10-1
100
t [sec]
1-c
/c0
TPLADE
0 100 200 3000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t [sec]
c/c 0
TPLADE
ba
5 10 15
10-1
100
F1
F2
ADE: v ,מדוד Dמותאם TPLמותאם :
ADEניבוי :TPL: vψ,Dψ ,מאולצים
שאר הפרמטרים מותאמים
![Page 16: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/16.jpg)
F1
F2
0
0
( ) 1/ (1 )sM uu W
מותאם
100
101
102
10-2
10-1
100
t [s]
1-c
/c0
0 200 400 6000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t [s]
c/c 0
a b
100
101
102
10-3
10-2
10-1
100
t [s]
1-c
/c0
0 100 200 300 400 5000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
t [s]
c/c 0
a b
חרוזים נקבוביים
vψ,Dψ מאולצים
![Page 17: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/17.jpg)
100
101
102
103
104
105
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
t [s]
c/c 0
single TPL )t(
0=1x10-6
0=1x10-5
0=1x10-4
0=1x10-3
100
101
102
103
104
105
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
t [s]
c/c 0
single TPL )t(
0=1x10-3.5
0=1x10-2.5
0=1x10-1
0=1x100
100
101
102
103
104
105
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
t [s]
c/c 0
single TPL )t(
0=1x100
0=1x101
0=1x101.5
0=1x102.5
חקר פרמטרים: דינמיקות בסקאלות שונות
W0=101 s-1
W0=10-4 s-1
W0=10-2 s-1
F1 F2
נתונים שניתחנו
חילוף מסה איטי
חילוף מסה מהיר
![Page 18: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/18.jpg)
ניסויי הסעה וספיחה שנעשו במסגרת המחקר
וקולונותbatch מדידות ספיחה ושחרור בניסויי •
בחינת האינטראקציות בין הסעה וספיחה של מומסים שונים בקרקע•
הפרדת התהליכים ע"י פולס של מומס קונסרבטיבי ומומס שנספח•
קצב הזרימה מבוקר ושולט במידת האנומליות•
סדרי גודל לפחות כדי לאפשר בחינה של 3 יכולת מדידה אנליטית של •
זנב עקום הפריצה
![Page 19: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/19.jpg)
תוצאות ניסיוניות ראשוניות
תכונות קרקע מבית דגן
pH 7.7
16.2% clay
6.3% silt
77.5% sand
Tribromoneopentyl Alcohol )TBNPA(
ניקל
![Page 20: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/20.jpg)
y = 0.2543x0.6287
R2 = 0.9903
0.01
0.1
1
10
100
0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000
solution concentration [mg/L]
adso
rbed
co
nce
ntr
atio
n [
mg
/kg
]
איזותרמות לא לינאריות
TBNPA
Ni
batch 1. ניסויי
![Page 21: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/21.jpg)
pump
Teflon tubing
3-way ball valve
fraction collector
ניסויי הסעה בקולונה .2
![Page 22: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/22.jpg)
עקומי פריצה של ברומיד
10 20 30 40 50 60 70 8010
-4
10-3
10-2
10-1
100
time [min]
c/c 0
ADE fit of bromide
TPL fit of bromide
200 400 600 800 1000 1200 1400
10-4
10-3
10-2
10-1
100
t [s]
c/c 0
ADE fit of bromide
TPL fit of bromide
20 30 40 50 60 70 80 90 10010
-4
10-3
10-2
10-1
100
t [min]
c/c 0
ADE fit of bromide
TPL fit of bromide
5 10 15 20 25 30 35 4010
-4
10-3
10-2
10-1
100
t [min]
c/c 0
ADE fit of bromide
TPL fit of bromide
![Page 23: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/23.jpg)
עקומי פריצה של מומסים נספחים
TBNPA
Ni
![Page 24: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/24.jpg)
סיכום
כימתנו באופן מדויק את ההתנהגות הדינמית במקרה של CTRW ע"י מודל ה •
הסעה לא פיקיאנית באיזור המובילי, וכן במקרה שנוספים חילופי מסה.
חקר פרמטרים של מודל שתי הסקאלות מלמד לגבי אינטראקציות בין תהליכי •
הסעה הטרוגנית ותהליכי עיכוב מסה בסקאלות זמן שונות, לגבי מיקום וגודל זנב
עקום הפריצה.
• TBNPA.וניקל נספחים על קרקע מבית דגן באופן לא לינארי
תוצאות נסיוניות ראשונות מצביעות על הסעה לא פיקיאנית של נותב קונסרבטיבי •
במערכת המעבדה, ומעלות את הצורך בניתוח ע"י מודל שתי הסקאלות לשם כימות
התרומות היחסיות לזנב עקום הפריצה של מומסים ספיחים.
![Page 25: הסעה אנומלית ולא קונסרבטיבית של מומסים בתווך נקבובי רווי](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062322/56814eff550346895dbc8f06/html5/thumbnails/25.jpg)
תודה!