Ανάπτυξη εργαστηριακών μεθόδων προσδιορισμού των συντελεστών μεταφοράς σε εδάφη από δυναμικά πειράματα

Abstract

In the present work, transient displacement experiments are performed on soil columns in order to determine the transport coefficients, correlate them with the pore space heterogeneities and quantify the heterogeneity of soils. To this scope, a new experimental method (based on resistivity measurements) is developed. The electrical resistivity data are converted to: (i) solute concentration (miscible displacement) to determine the hydrodynamic dispersion coefficients and (ii) water saturation (immiscible displacement) to determine the capillary pressure and relative permeability curves. From miscible displacement experiments became clear that as the heterogeneity increases the one-region dispersion model fails, while two-region and multi-region models provide reliable values of dispersion coefficients. The multi-region model parameters to estimate are: (i) the longitudinal dispersivity and (ii) the standard deviation of the permeability distribution of the elementary regions. The width of the permeability distribution is indicative of the intensity of heterogeneities at the micro-scale. From immiscible displacement experiments became evident that the capillary pressure and relative permeability curves depend strongly on the heterogeneity and the capillary number. For strongly heterogeneous soils the multi-flow path model was developed where the pore space is represented by a system of flow paths characterized by a distribution of macro-scale permeability.

Στην παρούσα εργασία πραγματοποιούνται μεταβατικά πειράματα εκτόπισης σε εδάφη με σκοπό τον προσδιορισμό των συντελεστών μεταφοράς, τη συσχέτισή τους με τις ετερογένειες της πορώδους δομής και την ποσοτικοποίηση της ετερογένειας των εδαφών στις διάφορες κλίμακες. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε μια νέα πειραματική μέθοδος που στηρίζεται σε μετρήσεις της ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Οι ηλεκτρικές μετρήσεις μετατρέπονται σε συγκέντρωση ιχνηθέτη (αναμίξιμη εκτόπιση) για τον προσδιορισμό των συντελεστών υδροδυναμικής διασποράς και σε κορεσμό της μιας φάσης (μη αναμίξιμη εκτόπιση) για τον προσδιορισμό των καμπυλών τριχοειδούς πίεσης και σχετικών διαπερατοτήτων. Διαπιστώθηκε ότι όσο αυξάνει η ετερογένεια το πρότυπο διασποράς μιας περιοχής αποτυγχάνει και πρέπει να αντικατασταθεί από νέα πρότυπα (πρότυπα διασποράς (i) δύο περιοχών και ii) της κατανομής της μικρο-διαπερατότητας των στοιχειωδών περιοχών παρέχοντας πληροφορία σχετικά με την ετερογένεια στη μικρή κλίμακα. Η ετερογένεια επηρεάζει, επίσης, σημαντικά τις καμπύλες τριχοειδούς πίεσης και σχετικών διαπερατοτήτων. Για ισχυρά ετερογενή εδάφη αναπτύχθηκε το πρότυπο των πολλαπλών παράλληλων διαδρομών που εκτός από τον προσδιορισμό των παραπάνω καμπυλών παρέχει πληροφορία για την ετερογένεια των εδαφών στην μακροκλίμακα.