آبهای زیر زمینی و بررسی آماری انتقال آلاینده ها در آنها - وبلاگ جناب خان

به گزارش وبلاگ جناب خان، مواردی از آلودگی آب های زیر زمینی در سطح وسیع که در چندین گزارش منعکس شده این نگرانی را ایجاد نموده است که چنین رویدادهایی می تواند یک تهدید جدی برای بهداشت عمومی باشد. واکنش سیاسی نسبت به این نگرانی، تشدید مقررات

مترجم: فرید احسانلو

منبع:راسخون

مواردی از آلودگی آب های زیر زمینی در سطح وسیع که در چندین گزارش منعکس شده این نگرانی را ایجاد نموده است که چنین رویدادهایی می تواند یک تهدید جدی برای بهداشت عمومی باشد. واکنش سیاسی نسبت به این نگرانی، تشدید مقررات مربوط به محیط زیست در قوانین RCRA و CERCLA بوده است. احتیاج به برآوردن این قوانین منجر به انجام فعالیت های پژوهشی جدی در فرایندهای ترابرد آلاینده ها در محیط های زمین شناختی و پیش بینی آهنگ مهاجرت عوامل آلاینده در سیستم های شارش آب های زیر زمینی شده است. متدوال ترین منابع آلاینده عبارت اند از مدفن های فضولات مضر، استخرهای پسماندها، چاه های تفاله ها، و مخازن پوشیده زباله ها. چنین جاهایی منابع آلودگی متمرکزند، که در مقابل آلودگی غیر متمرکز ناشی از کاربرد کودها، علف کش ها و مواد ضد آفات در کشاورزی قرار می گیرند. آلاینده هایی چون فلزات، حلال های آلی و ایزوتوپ های پرتوزا بیشترین نگرانی را به وجود می آورند.

سازوکار اساسی ترابرد گونه های شیمیایی به وسیله آب های زیر زمینی سال ها پیش از این شناخته شده بود. این سازوکارها شامل فرارفت، پخش، پاشیدگی، و پس افتادگی است. ترابرد فرارفتی، یا حرکت آلاینده ها همراه با شارش آب زیر زمینی، منجر به جابه جایی آب هایی می گردد که غلظت آلودگی زمینه آن ها ممکن است از استانداردهای قابل قبول بیشتر باشد. در شرایط حالت پایا آب های زیر زمینی اشباع، و در خصوص منبعی با قدرت ثابت، شارش فرارفتی منجر به یک جبهه تیز از مواد شناور می گردد که با همان سرعت شارش آب های زیر زمینی حرکت می نماید. آهنگ مهاجرت به گرادیان هیدرولیک طبیعی و رسانندگی تخلخلی و هیدرولیک طبقه آبخیز زمین بستگی دارد.

پاشیدگی هیدرودینامیکی، تحت تأثیر چند گنیهای موجود در میدان رسانندگی هیدرولیکی، موجب توسعه جبهه مواد شناور می گردد. چنین چندگنی هایی در نهشتهای زمین شناختی با منشأ یخچالی یا آب رفتی که از نظر چینه شناسی پیچیده و ناپیوسته اند و عموماً طبقه آبخیز مورد نظر را به وجود می آورند، بیشتر یک قاعده است تا یک استثنا.

پس افتادگی یک اصطلاح کلی است که شامل تأثیر واکنش های شیمیایی میان آب و محیط های متخلخل، و هم تأثیر واکنش های میان آب های آلوده و طبیعی بر آهنگ جابه جایی هم می گردد. معمول ترین سازوکارهای پس افتادگی عبارت اند از تبادل یونی و برآشامی در خاک رس و مواد آلی.

این سازوکارهای ترابرد را می توان در یک مسئله مقادیر مرزی بر اساس معادله فرا رفت - پاشیدگی - پس افتادگی گنجانید. چنین مدل هایی معمولاً با روش عناصر متناهی حل می شوند. این مدل ها امکان پیش گویی آهنگ مهاجرت مواد شناور، زمان های ترابرد آلاینده ها و شارهای جرمی را فراهم می آورند، که از این پیش گویی ها می توان در امر تحلیل مخاطرات مخازن موجود یا مورد نظر برای دفن زباله ها استفاده کرد.

در گذشته، این مسائل مقادیر مرزی در یک چارچوب قطعیتی حل می شدند، اما در سال های اخیر روشن شده است که چندگنی موجود در میدان های هیدرولیکی رسانندگی منجر به نوعی عدم قطعیت در کاربردهای واقعی آبزمین شناختی می گردد و بنابراین برای حل این مسائل باید به روش های آماری متوسل شد. جواب های مسئله را می توان یا به وسیله حل تحلیلی معادلات دیفرانسیل استوکاستیکی با استفاده از روش های پریشیدگی و یا به وسیله شبیه سازی مونت کارلو به دست آورد. نتایج حاصل از چنین شبیه سازی هایی منجر به توابع چگالی احتمال (یا گشتاورهای مرتبه اول و دوم آن ها) برای زمان های حرکت و شارهای جرمی می گردد. این نتایج برای تحلیل مخاطره و طراحی های فنی مربوط به آن کاملاً مناسب است.

کاربرد شبیه سازی آماری به برترین نحو در چارچوبی عملی می گردد که در آن بتوان با استفاده از نتایج میزان گیری های میدان رسانندگی هیدرولیکی در محل، تازهترین مقادیر گشتاورهای تابع چگالی احتمال را برای رسانندگی هیدرولیکی براورد کرد و عدم قطعیت های قابل پیش بینی در زمان حرکت را کاهش داد. در یک مقاله مروری تازه آمده است که کاربرد فعلی مفاهیم آماری در نظریه ترابرد محلول زیر سطحی، نشان گر آغاز کوششی برای درک تغییر پذیری در مقیاس - میدان برحسب یک معادله فرارفتی - پاشیدگی آماری است. اما نویسندگان مقاله این را هم گوش زد می نمایند که بسیاری از تقریب ها نه تنها با آزمایش های مشروح در محل امتحان نشده اند، بلکه از نتایج معین نظریه فرایندهای کتره ای هم حاصل نمی شوند.