Determination of dispersivity values from experiments in homogeneous and non homogeneous porous media

Abstract

Bu çalışmada hem homojen hem de heterojen gözenekli ortamlarda kirliliğin taşınmasını araştırmak için Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuarında kapsamlı bir deney sistemi tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Yeraltısuyunda kirliliğin yayılmasında önemli bir rol oynayan dispersivite değerleri homojen ve heterojen ortamların her ikisi için üç boyutlu yeraltısuyu akımı durumunda deneysel olarak belirlenmişlerdir. İnşaat Mühendisliği Bölümü Hidrolik Laboratuarında 12 m uzunluğunda, 135 cm genişliğinde ve 60 cm yüksekliğinde yerden 70 cm yukarıda bir kanal inşa edilmiştir. Kanaldaki gözenekli ortamlar farklı boyutlarda kumlar vasıtasıyla oluşturulmuş ve izleyici deneyleri kirletici olarak NaCl kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Değişik doğrultulardaki konsantrasyonlar ölçülmüş ve dağılımları belirlenmiştir. Buna bağlı olarak akım boyunca ve akıma dik yönlerdeki dispersivite değerleri deneme yanılma yöntemi ilgili teorik bağıntılara uygulanarak Mass Transport 3 Dimensional (MT3DMS) yazılımının kullanımıyla belirlenmiştir. Heterojen ortam farklı daneli malzemeler içeren üç yatay tabakayla oluşturulmuştur. Konsantrasyon dağılımı gözlenmiş ve dispersivite değerleri adveksiyon-dispersiyon denklemine deneme yanılma yöntemi uygulanarak belirlenmiştir. 3-5 mm kuvars kumu için en iyi uyum boyuna dispersivite değeri 12.2 cm, yatay dispersivite değerinin boyuna dispersivite değerine oranı 0.21 ve düşey dispersivitenin boyuna dispersivite değerine oranı 0.05 değerleri ile elde edilirken, bu değerler 1-3 mm kuvars kumu için 5.5 cm, 0.25 ve 0.07æ 0.6-1.2 mm kuvars kumu için de 3 cm, 0.18 ve 0.055 olarak belirlenmiştir. Bu oranlar arazi çalışmaları sonucu elde edilen ve literatürde verilen değerlerle aynı büyüklüktedir. Deney sistemi gerekli ölçüm cihazları sağlanması şartıyla kararlı rejimde olduğu kadar kararsız akım durumunda da kirlilik taşınmasını araştırmak için tasarlanmıştır. Gerekli ölçüm cihazlarının temin edilip bu araştırmaya kararsız akım durumunda da devam edilmesi faydalı olacaktır. In this study, an elaborate experimental system is designed and constructed in Hydraulics Laboratory of the Civil Engineering Department of Dokuz Eylül University, in order to study contaminant transport in homogeneous as well as heterogeneous porous media. A flume 12 m long, 135 cm wide and 60 cm high is built 70 cm over the floor, within Hydraulics Laboratory of Civil Engineering Department of Dokuz Eylül University. The porous media in the channel are constituted by sands of different size, and the tracer tests are carried out by using NaCl as contaminant. The concentrations in various directions are measured and their distributions are determined. Accordingly, the dispersivity values along the flow and in the two directions vertical to flow are determined applying the trial and error method to the relevant theoretical equation, by using Mass Transport 3 Dimensional (MT3DMS) software. The heterogeneous medium is constituted from three horizontal layers with different kind of granular material. The concentration pattern is observed and dispersivity values are determined by trial and error method applied to the advection-dispersion equation. The best match for 3-5 mm quartz sand is obtained for longitudinal dispersivity value of 12.2 cm. The ratios of horizontal transverse dispersivity to longitudinal dispersivity and vertical transverse dispersivity to longitudinal dispersivity are 0.21 and 0.05, respectively. The corresponding values for 1-3 mm quartz sand are 5.5 cm, 0.25 and 0.07 for 1-3 mm quartz sand and for 0.6-1.2 mm quartz sand 3 cm, 0.18 and 0.055. These ratios are in the order of magnitude with those obtained from in-situ tests, given in the related literature. This experimental system is designed to investigate contaminant transport in steady as well as unsteady flow, provided that some required measurement devices are supplied. It will also be beneficial to procure necessary instruments and pursue this study in the case of unsteady flow.