آبشویی و اصلاح اراضی شور و سدیمی، بخش اول: مفاهیم نظری و روابط حاکم بر آبشویی نمک ها از نیمرخ خاک

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه لرستان

2 اعضای هیئت علمی گروه آبیاری و زهکشی دانشگاه شهید چمران اهواز

3 دانشیار مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

بررسی مطالعات انجام‌شده در زمان­های متفاوت در خصوص اراضی شور تحت آبیاری در ایران، نشان می­دهد که سطح این اراضی در حال گسترش است. با تداوم ایجاد شبکه­های آبیاری و زهکشی در بخش­هایی از اراضی مسطح استان خوزستان، مقدار این اراضی بیشتر نیز خواهد شد. آبشویی تنها راه عملیِ شناخته‌شده برای احیاء اراضی شور می­باشد و انجام آن نیازمندِ مصرف مقادیر بسیار زیاد آب است. شناخت مفاهیم نظری و روابط حاکم بر پدیده، به درک بهتر فرآیند کمک می­کند و از اشتباهات و برداشت­های غلطی که در این زمینه وجود دارد جلوگیری خواهد کرد که نتیجه آن کاهش هزینه، زمان و بهبود عملیات آبشویی و البته صرفه­جویی در آب مصرفی خواهد بود. آبشویی نمک­ها از خاک نمونه­ای از جابه­جایی اختلاط­پذیر (جایگزینی سیال موجود در خلل و فرج با یک سیال دیگر) در محیط متخلخل است. ولی انتقال املاح در خاک به دلیل داشتن ساختمان و وجود منافذ ریز (درون خاکدانه‌ای) و درشت (بین خاکدانه‌ای)، با یک محیط متخلخل ساده متفاوت است. برای توصیف پدیده انتقال املاح در خاک ساختمان­دار و آگاهی از جزئیات آن در راستای جهت‌دهی بهتر عملیات آبشویی و حصول نتیجه مناسب، باید از راهبردی استفاده نمود که در آن تخلخل شامل دو ناحیه آب ساکن (منافذ درون خاکدانه‌ای) و آب متحرک (منافذ بین خاکدانه‌ای) فرض شود که انتقال املاح در آن‌ها به ترتیب توسط پخشیدگی و جریان روان و انتشار صورت می­گیرد. در این مقاله، پس از ارائه مفاهیم نظری مرتبط، معادلات ریاضی حاکم بر انتقال املاح در محیط­های متخلخل (در شکل عمومی)، به‌صورت مختصر معرفی‌شده و سپس مدل­های انتقال املاح در خاک (به­صورت اختصاصی) ارائه می­گردد. این معادلات شامل: معادله کلی انتقال املاح، انتقال املاح توسط پخشیدگی، انتقال املاح با جابه­جایی، مدل­های شبیه­سازی انتقال املاح در خاک به‌عنوان محیطی دارای پیوستاری دوگانه و مدل­سازی انتقال املاح بین نواحی آب ساکن و متحرک می­باشد. در قسمت دوم این سری مقالات، از دریچه مفاهیمی که در قسمت اول معرفی می­شوند، به مزایا و معایب روش­های مختلف آبشویی پرداخته خواهد شد و همچنین اثر عوامل محیطی و سیستمی با کمک همین مفاهیم بررسی می­شود. شناخت مفاهیم معرفی‌شده در این مقاله نه‌تنها برای انجام عملیات آبشویی اولیه، بلکه برای درک بهتر از مدیریت شوری در مزرعه در زمان بهره­برداری نیز مفید خواهد بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Leaching and Reclamation of Saline and Sodic Soils, Part I: Theoretical Concepts and Governing Relationships on Salts Leaching from Soil Profile

نویسندگان [English]

  • Majid Sharifipour 1
  • Abdali Naseri 2
  • Abdulrahim Hooshmand 2
  • Alireza Hassanoghli 3
  • Hadi Moazed 2
1 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Lorestan University, Khoramabad, Iran.
2 Scientific Staff Members, Department of Irrigation and Drainage, Shahid Chamran University of Ahwaz, Iran.
3 Associate Professor, Agricultural Engineering Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization. Karaj, Iran.
چکیده [English]

Saline irrigated lands in Iran are expanding and with developing irrigation networks in south Khuzestan, their quantity will be much more. Leaching is the only known method for reclamation of saline soils, which requires large amount of water. Cognation of theoretical and mathematical concepts will help understanding the leaching process and prevent mistakes and misconceptions, which led to enhancement of leaching operation, reducing the time and of course, reducing in water consumption. Leaching is an example of miscible displacement in pores medium. To describe salt movement in the structured soils, bi-continuum concept should be used. After introducing theoretical concepts and mathematical equations of salt transport in pores medium, salt transport models in soil will present specifically. These equations consist: general equation of salt transport, salt transport by diffusion, salt transport by dispersion and simulating models of salt transport in soil as a bi-continuum pores medium. In part two of these series of papers, through the window opened in part one, advantages and disadvantages of different leaching methods will be investigated. In addition, effect of environmental and systematic factors will be considered using these concepts. Understanding the concepts that introduced in this paper is not only useful for primary leaching in reclamation period, but it is useful for salt management in fields.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Breakthrough curve
  • Salt transport in soil
  • Salt diffusion
  • Salt dispersion
Addiscott, T. M. and Wagenet, R. A. 1985. Concepts of solute leaching in soils. A review of modeling approaches. Journal of Soil Science 36: 411-424.

Addiscott, T. M. 1977. A simple computer model for leaching in structured soil. Journal of Soil Science 28: 554-563.

Bachmat, Y. and Bear, J. 1964. The general equations of hydrodynamic dispersion in homogeneous isotopic porous medium. Journal of Geophysics Research, 69: 2561-2567. Bear, I., and Bachmat, Y. 1991. Modeling of transport phenomena in porous media. Series of theory and applications of transport in porous media. Vol. 4. Kluwer Academic Publishers Netherlands.

Biggar, J. W. and Nielsen, D. R. 1962. Miscible displacement II. Behavior of tracers. Soil Science Society of America Proceedings 26: 125-128.

Biggar, J. W. and Nielsen, D. R. 1980. Mechanisms of chemical movement in soils. In Agrochemical in Soils (eds A. Banin & U. Kafkafl), pp. 213-227. Pergamon Press. U. K.

Bresler, E. 1973. Simultaneous transport of solutes and water under transient unsaturated flow conditions. Water Resources Research, 9(4): 975-986.

Cheraghi, S. A. M. 2004. Institutional and scientific profiles of organizations working on saline agriculture in Iran. In Prospects of Saline Agriculture in the Arabian Peninsula: Proceedings of the International Seminar on Prospects of Saline Agriculture in the GCC Countries, 18–20 March 2001, Dubai, United Arab Emirates; pp. 399–412.

Coats K. H. and Smith, B. D. 1964. Dead end pore volume and dispersion in porous media. Society of Petroleum Engineering Journal, 4: 73 -84.

Dahiya, I. S., Malik, R. S. and Maharaj, S. 1981. Field studies on leaching behavior of a highly saline-sodic soil under two modes of water application in the presence of crops. Journal of Agricultural Science, Cambridge 97: 383-389.

Davidson, J. M., Rao, P. S. C., Green, R. F. and Selim, H. M. 1980. Evaluation of conceptual process models for behavior in soil-water system. In Agrochemicals in Soil (eds A. Banin & U. Kafkafi), pp. 241-252. Pergamon Press. U. K.

De Smedt, F. and Wierenga, P. J. 1979. Mass transfer in porous media with immobile water. Journal of Hydrology, 41: 59-67.

 

Elrick, D. E. and Clothier, I. I. E. 1990. Solute transport and leaching. In Irrigation of Agricultural Crops (eds B. A. Stewart & D. R. Nielsen), pp. 94-126. Agronomy No. 30P USA.

Freeze, I. L. A. and Cherry, J. A. 1979. Groundwater. Prentic-Hall Inc. Englewood Cliffs. New Jersey, 227.

Hall, D. G. M. 1993. An amended functional leaching model applicable to structured soils. I. Model description. Journal of Soil Science, 44(4): 579-588.

Hillel D. 2005. Soil salinity: Historical and contemporary perspectives. Proceedings of the International Salinity Forum, Riverside, California, April 2005, 235–240.

Huyakorn, P. S., Lester, B. H. and Mercer, J. W. 1983. An efficient finite element technique for modeling transport in fractured porous media: 1. Single species transport. Water Resources Research, 19(3): 841-854.

Jury, W., Gardner, W. R. and Gardner, W. H. 1991. Soil physics. John Wiley & Sons. New York, USA.

Kemper, W. D. and Van Schaik, J. C. 1966. Diffusion of salts in clay-water system. Soil Science Society of America. Proceedings 30:534-540.

Kirkham, D. and Powers, W. L. 1972. Advanced soil physics. Wiley-Inter Science. USA.

Krupp, H. K. and Elrick, D. E. 1968. Miscible displacement in unsaturated glass bed media. Water Resources Research, 4: 809-815.

Lafolie, F. and Hayot, Ch. 1993. One-dimensional solute transport modeling in aggregated porous media, part one: model description and numerical solution. Journal of Hydrology, 143: 63-83. Malangol, D. S. and Tsang, C. 1991. A summary of subsurface hydrochemical models. Review of Geophysics, 29: 51-79.

Marshall, T. J. and Holmes, J. W. 1988. Soil physics. Cambridge University Press. Cambridge. U. K.

Millington, R. J. and Quirk, J. P. 1961. Permeability of porous solids. Transaction of Faraday Society, 57: 1200-207.

Olsen, S. R. and Kemper, W. D. 1968. Movement of nutrients to plant roots. Advances in Agronomy, 20: 91-15 1.

Passioura, J.D.and Rose, D.A. 1971. Hydrodynamic dispersion in aggregated media, II: effect of velocity and aggregate size. Soil Science, 111:345-351.

Passioura, J. B. 1971. Hydrodynamic dispersion in aggregated media. Theory of Soil Science, 111: 339-344.

Qadir, M., Qureshi, A. S. and Cheraghi, S. A. M. 2008. Extent and characterization of salt-affected soils in Iran and strategies for their amelioration and management. Land Degradation and Development. Volume 19, Issue 2, pp. 214-227.

Rose, C. W., Chichester, F. W., Williams, J. R. and Ritchie, J. T. 1982. A contribution to simplified models of field solute transport. Journal of Environmental Quality, 11(1), pp.146-151.

Rose, D. A. 1973. Some aspects of the hydrodynamic dispersion of solutes porous media. Journal of Soil Science, 24: 284-293

Rose, D. A. 1977. Hydrodynamic dispersion in porous materials. Soil Science, 123(5): 277-283. 

Selim, H. M. 1992. Modeling the transport and retention of inorganics in soils. Advances in Agronomy, 47: 331-384

Tanji, K. K. 1990. Agricultural salinity assessment and management. In American Society of Civil Engineers, Vol. 54, pp. 413-415

Tillman, I. L. W., Scotter, D. K., Clotheir, D. E. and White, I. L. E. 1991. Solute movement during intermittent water flow in a field soil and some implications for irrigation and fertilizer in a field soil application. Agricultural Water Management, 20:119-133.

Van Genuchten, M. T. and Cleary, R. W. 1979. Movement of solutes in soil: computer-simulated and laboratory results. Developments in Soil Science, 5, pp.349-386.

Van Genuchten, M. T. and Wierenga, P. J. 1976. Mass transfer studies in sorbing porous media: analytical solution. Soil Science Society of America Journal, 40: 473-480.

Wagenet, R. C. 1983. Principles of salt movement in soils. In chemical mobility and reactivity in soil systems (ed. D. W. Neilsen), pp. 123-140. Soil Science Society of America Publication, No. 11. USA.

Wallender, W. W. and Tanji, K. K. 2011. Agricultural salinity assessment and management (ed.). American Society of Civil Engineers (ASCE), New York.