کاربرد روش های تحلیلی و عددی در شبیه سازی آبشویی یون های نیترات و آمونیوم در یک خاک شنی

ﺳﺎﺑﻘﻪ و ﻫﺪف: آﺑﺨﻮان ﻫﺎ در ﻣﻌﺮض آﻟﻮدﮔﯽ ﻧﺎﺷﯽ از ﻓﻌﺎﻟﯿﺖﻫﺎی ﺻﻨﻌﺘﯽ و ﮐﺸﺎورزی ﻣﯽﺑﺎﺷﻨﺪ ﮐﻪ ﺳﻬﻢ ﺑﺨﺶ ﮐﺸﺎورزی از ﺑﻘﯿﻪ ﺑﯿﺶ ﺗﺮ اﺳﺖ. ﮐﻮدﻫﺎی ازﺗﻪ ﺑﯿﺶ ﺗﺮﯾﻦ ﻣﺼﺮف را در ﺑﺨﺶ ﮐﺸﺎورزی دارﻧﺪ. ﻧﯿﺘﺮات ﺑﻪ دﻟﯿﻞ داﺷﺘﻦ ﺑﺎر ﻣﻨﻔﯽ و ﻋﺪم ﺟﺬب ﺗﻮﺳﻂ ﺧﺎک، آﺑﺸﻮﯾﯽ و وارد آبﻫﺎی ﺳﻄﺤﯽ و زﯾﺮزﻣﯿﻨﯽ ﻣﯽ ﺷﻮد ﮐﻪ اﯾﻦ روﻧﺪ در ﺧﺎک ﻫﺎی ﺷﻨﯽ ﺳﺮﻋﺖ ﺑﯿﺶ ﺗﺮی دارد. ﺑﺮای ﺑﺮرﺳﯽ ﺣﺮﮐﺖ ﻧﯿﺘﺮات در ﺧﺎک و ﺗﺄﺛﯿﺮ آن ﺑﺮ آﻟﻮدﮔﯽ آبﻫﺎی زﯾﺮزﻣﯿﻨﯽ، از ﻣﺪل ﻫﺎی ﺗﺤﻠﯿﻠﯽ و ﻋﺪدی اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽ ﺷﻮد. ﮐﺎرﺑﺮد اﯾﻦ ﻣﺪلﻫﺎ، ﻣﻨﻮط ﺑﻪ ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺿﺮاﯾﺐ اﻧﺘﺸﺎر و ﺗﺄﺧﯿﺮ ﻣﯽ ﺑﺎﺷﺪ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﯾﻦ ﺗﺨﻤﯿﻦ ﮐﻤﯽ اﯾﻦ ﺿﺮاﺋﺐ ﺑﺮای ﺣﻞ ﻣﺴﺎﺋﻞ ﻣﺮﺗﺒﻂ ﺑﺎ ﺣﺮﮐﺖ آﻻﯾﻨﺪه ﻫﺎ ﺿﺮوری اﺳﺖ. ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ داده ﻫﺎی آزﻣﺎﯾﺸﮕﺎﻫﯽ ﯾﺎ ﺻﺤﺮاﺋﯽ در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﺌﻮری ﺑﻪ دﺳﺖ ﻣﯽ آﯾﺪ. ﻫﺪف، ﺗﺨﻤﯿﻦ ﻫﺮ ﭼﻪ دﻗﯿﻖ ﺗﺮ اﯾﻦ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ و ﮐﺎرﺑﺮد ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﺗﺨﻤﯿﻦ زده ﺷﺪه در ﭘﯿﺶ ﺑﯿﻨﯽ رﻓﺘﺎر ﺳﯿﺴﺘﻢ در ﺷﺮاﯾﻄﯽ ﻏﯿﺮ از ﺷﺮاﯾﻂ آزﻣﺎﯾﺶ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. ﻫﺪف از اﻧﺠﺎم اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ ﮐﺎرﺑﺮد ﺳﻪ ﻣﺪل ﻣﻨﺤﻨﯽ رﺧﻨﻪ، ﺣﺪاﻗﻞ ﻣﺮﺑﻌﺎت و ﻣﺪل ﻋﺪدی ﻫﺎﯾﺪروس ﺑﺮای ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺿﺮاﯾﺐ اﻧﺘﺸﺎر (d) و ﺗﺄﺧﯿﺮ (r) ﯾﻮن ﻫﺎی ﻧﯿﺘﺮات و آﻣﻮﻧﯿﻮم در ﯾﮏ ﺧﺎک ﻟﻮم ﺷﻨﯽ اﺷﺒﺎع اﺳﺖ. ﻣﻮاد و روش ﻫﺎ: ﺟﻬﺖ اﻧﺠﺎم اﯾﻦ آزﻣﺎﯾﺶ از ﺳﺘﻮن ﺧﺎک ﺑﻪ ارﺗﻔﺎع 50 ﺳﺎﻧﺘﯽ ﻣﺘﺮ و ﻗﻄﺮ داﺧﻠﯽ 10/5 ﺳﺎﻧﺘﯽ ﻣﺘﺮ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪ. ﮐﻮد ﻧﯿﺘﺮات آﻣﻮﻧﯿﻮم ﺑﺎ ﻏﻠﻈﺖ 10 ﮔﺮم ﺑﺮ ﻟﯿﺘﺮ ﺑﻪ ﺳﺘﻮن ﻫﺎی ﺧﺎک در ﻗﺎﻟﺐ 3 ﺗﮑﺮار اﺿﺎﻓﻪ ﮔﺮدﯾﺪ و ﺳﭙﺲ ﺳﺘﻮن ﻫﺎی ﺧﺎک آﺑﺸﻮﯾﯽ ﺷﺪﻧﺪ. ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻏﻠﻈﺖ ﻧﯿﺘﺮات و آﻣﻮﻧﯿﻮم در ﭘﺴﺎب ﺧﺮوﺟﯽ ﻣﻨﺤﻨﯽ رﺧﻨﻪ ﺗﺮﺳﯿﻢ ﺷﺪ و ﺑﺎ ﮐﺎرﺑﺮد اﯾﻦ ﻣﻨﺤﻨﯽ ﮐﻪ ﺑﻪ ﺷﮑﻞ ﺳﯿﮕﻤﻮﺋﯿﺪی اﺳﺖ ﺿﺮاﺋﺐ اﻧﺘﺸﺎر و ﺗﺄﺧﯿﺮ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﺷﺪ. در روش ﺣﺪاﻗﻞ ﻣﺮﺑﻌﺎت ﺧﻄﺎ، ﯾﮏ ﺗﺎﺑﻊ ﺧﻄﺎ ﺑﺎ دو ﭘﺎراﻣﺘﺮ ﻣﺠﻬﻮل ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺘﺸﺎر و ﺧﻄﺎ ﺑﺮ ﻣﻨﺤﻨﯽ رﺧﻨﻪ ﺑﺮازش داده ﻣﯽ ﺷﻮد ﮐﻪ ﺑﺎ ﮐﺎرﺑﺮد داده ﻫﺎی آزﻣﺎﯾﺸﮕﺎﻫﯽ و ﺑﺎ ﯾﮏ روش ﺣﺪاﻗﻞ ﺳﺎزی ﺿﺮاﺋﺐ ﻣﺠﻬﻮل ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻣﯽ ﺷﻮد. در ﻧﺮم اﻓﺰار hydrus-1d از دو ﻣﺪل ﺗﻌﺎدﻟﯽ ﺟﺎﺑﺠﺎﺋﯽ- اﻧﺘﺸﺎر و ﻏﯿﺮ ﺗﻌﺎدﻟﯽ روان- ﺳﺎﮐﻦ ﺑﺎ ﮐﺎرﺑﺮد ﻣﺪل ﺳﺎزی ﻣﻌﮑﻮس، در ﺑﺮآورد ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی اﻧﺘﻘﺎل اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪ. ﯾﺎﻓﺘﻪ ﻫﺎ: ﺿﺮاﺋﺐ اﻧﺘﺸﺎر و ﺗﺄﺧﯿﺮ ﺑﺮای ﺑﻮن ﻧﯿﺘﺮات در روش ﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﻪ ﺗﺮﺗﯿﺐ در رﻧﺞ 0/09-0/15 و 0/44-0/48 و ﺑﺮای ﯾﻮن آﻣﻮﻧﯿﻮم در رﻧﺞ 0/042-0/053 و 0/24-0/37 ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه اﺳﺖ. ﻧﺘﯿﺠﻪ ﮔﯿﺮی: در اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ ﺑﺮای ﺗﺨﻤﯿﻦ ﺳﺮﯾﻊ و دﻗﯿﻖ ﺿﺮاﺋﺐ اﻧﺘﺸﺎر و ﺗﺄﺧﯿﺮ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از دادهﻫﺎی ﺳﺘﻮن ﺧﺎک، از ﺳﻪ ﻣﺪل اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪ. ﻣﺪلﻫﺎی ﺑﻪ ﮐﺎر ﺑﺮده ﺷﺪه در اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ، ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﻘﺮﯾﺒﺎً ﯾﮑﺴﺎﻧﯽ در ﺑﺮآورد ﺿﺮاﺋﺐ اﻧﺘﺸﺎر و ﺗﺄﺧﯿﺮ داﺷﺘﻪ اﻧﺪ. ﯾﻮن ﻧﯿﺘﺮات ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﯾﻮن آﻣﻮﻧﯿﻮم ﺑﻪ ذرات ﺧﺎک ﺑﯿﺶ ﺗﺮ ﺟﺬب ﺷﺪه و در ﻧﺘﯿﺠﻪ ﺿﺮﯾﺐ اﻧﺘﺸﺎر و ﺗﺄﺧﯿﺮ ﺑﯿﺶ ﺗﺮ و آﺑﺸﻮﺋﯽ ﮐﻢ ﺗﺮی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﯾﻮن آﻣﻮﻧﯿﻮم داﺷﺘﻪ اﺳﺖ.