Skip to main content
SUPERVISOR
Majid Afyuni,Mohammad-Ali Hajabbasi,Mohammad Reza Mosaddeghi
مجید افیونی مبارکه (استاد مشاور) محمدعلی حاج عباسی جورتانی (استاد مشاور) محمدرضا مصدقی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdieh Kermanpour shahreza
مهدیه کرمانپورشهرضا

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Effect of petrolium contamination on soil hydraulic properties¬, available water and water repellency in Bakhtiardasht, Isfahan
Petroleum pollution is an important environmental problem in countries with oil industry. In addition to the harmful effects on human health, petroleum pollution impacting soil and water resources and natural ecosystems, could adversely affect living organisms, especially plants. This study was done to investigate the effects of petroleum pollution on soil hydraulic properties and water repellency in Bakhtiardasht region, Isfahan. Polluted locations with various soil texture and oil concentration (total petroleum hydrocarbons, TPHs in the range of 2?10%) and adjacent non-polluted locations were selected to be representative in the green space around the Isfahan Oil Refinery. In the first part, the impact of soil petroleum pollution on in situ unsaturated infiltration and soil hydraulic properties was evaluated using tension infiltrometer at four consecutive matric suctions (15, 10, 5 and 2 cm). Soil hydraulic parameters were then predicted using Wooding's analytical and DISC numerical methods. Persistence of soil water repellency was assessed using water drop penetration time (WDPT) and soil structural stability was evaluated using the wet sieving method and mechanically dispersible clay (MDC). The data were analyzed using two-way ANOVA of 4 soil texture groups and 4 levels of petroleum contamination (none, TPHs of zero; low, TPHs of 1?3%; moderate, TPHs of 3?6%; high, TPHs 6%) with dissimilar replicates. In the second part which was done in the laboratory, petroleum pollution of water (well water in the region) was also considered in addition to the aged-petroleum pollution of the soils. Soil samples with specific degree of compactness (80% of the reference bulk density) were repacked. The soils were wetted and dried for 13 cycles using unpolluted and petroleum-polluted waters. Then, saturated hydraulic conductivity ( K s ) and water characteristic curve of the soil samples were measured using constant-head method and at 16 matric suctions, respectively. The soil water characteristic data were modeled using van Genuchten and Durner dual-porosity models and soil hydraulic parameters were predicted. Furthermore, pore size distribution, Dexter's physical quality index ( S Dexter ), and soil available water for plant (AW) were calculated. Several indices for soil water repellency were measured/calculated using molarity of ethanol droplet (MED), capillary rise method (CRM) and intrinsic sorptivity of water-ethanol. Results of the first part showed that cumulative infiltration into the soil was significantly decreased due to petroleum pollution. Likewise, petroleum pollution significantly reduced K s and near-saturated hydraulic conductivity, soil sorptivity ( S ) and steady-state flow rate ( q ) at all matric suctions. Results of numerical analysis also indicated that petroleum pollution significantly decreased K s and saturated ( ? s ) and near-saturated water contents. Overall, petroleum pollution up to TPHs of 6% did not considerably affect water infiltration and soil hydraulic properties, but high pollution (TPHs 6%) could significantly alter these properties. A positive and significant relation was found between log WDPT and TPHs independent of soil texture (i.e. TPHs/clay). Presence of petroleum hydrocarbons in soil significantly increased the water-stable aggregates and decreased MDC. Results of the second part showed that petroleum pollution of soil and water intensified soil hydrophobicity (i.e. significant increase in soil-water contact angle and water repellency indices). Through increased stability of pores and macroporosity, petroleum pollution resulted in significant and non-significant increase of ? s and K s , respectively. Besides the S Dexter was significantly increased as a result of petroleum pollution. Despite greater ? s and S Dexter in polluted treatments, soil was rapidly dewatered with matric suction increment and consequently AW severely decreased due to lower water retention in capillary pores. Results of fitting Durner model indicated that petroleum pollution in soil significantly affected parameters of structural pores, such as higher slope at the first inflection point, greater contribution of structural pores to water retention and lower matric suction at the first inflection point. However, water pollution did not significantly influence soil water retention properties and parameters. Overall, it might be concluded that one of the reasons for plant cover degradation in Bakhtiardasht region is petroleum wastes (especially for the locations having TPHs 6%) which intensifies soil water repellency, decreases water infiltration, alters soil hydraulic properties and consequently decrease soil water retention and available water for plant.
مسئله آلودگی نفت یکی از بحران های مهم زیست محیطی است که کشورهای دارای صنعت نفت با آن مواجه می باشند. علاوه بر آثار مخربی که آلودگی نفتی بر سلامت انسان ها دارد، با تخریب منابع آب و خاک و تأثیر بر اکوسیستم های طبیعی می تواند زندگی جانداران به ویژه گیاهان را تحت تأثیر قرار دهد. در این پژوهش تأثیر آلودگی نفتی بر ویژگی های هیدرولیکی و آب گریزی خاک در منطقه ی بختیاردشت اصفهان مورد بررسی قرار گرفت. مکان هایی با بافت خاک و آلودگی نفتی مختلف (غلظت کل پلی هیدروکربن های نفتی، TPHs در دامنه 2 تا 10 درصد) و مکان های غیرآلوده مجاور در بخشی از فضای سبز اطراف پالایشگاه نفت اصفهان به گونه ای انتخاب شدند که نماینده منطقه مورد پژوهش باشند. در بخش اول، تأثیر آلودگی نفتی خاک بر نفوذ غیراشباع و ویژگی های هیدرولیکی خاک در منطقه توسط دستگاه نفوذسنج مکشی و در چهار مکش ماتریک متوالی (15، 10، 5 و 2 سانتی متر) ارزیابی شد. سپس توسط مدل سازی وودینگ (حل تحلیلی) و مدل سازی با برنامه ی رایانه ای DISC (حل عددی) پارامتر های هیدرولیکی خاک برآورد شد. هم چنین پایداری آب گریزی خاک به روش زمان نفوذ قطره آب ( WDPT) و پایداری ساختمان خاک به روش های الک تر و رس قابل پراکنش مکانیکی (MDC) اندازه گیری شد. طرح آزمایشی نامتعادل دوطرفه با چهار گروه بافت خاک و چهار گروه آلودگی نفتی (بدون آلودگی، TPHs برابر صفر؛ کم، TPHs برابر 1 تا 3%؛ متوسط، TPHs برابر 3 تا 6%؛ زیاد، TPHs بیش از 6%) برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده شد. در بخش دوم پژوهش که به صورت آزمایشگاهی اجرا شد، علاوه بر آلودگی نفتی خاک، تیمار آب آلوده به ترکیبات نفتی (آب چاه منطقه) نیز افزوده شد. بدین منظور نمونه های خاک با درجه تراکم مشخص (80 درصد چگالی ظاهری مرجع) ساخته شدند. سپس با استفاده از آب های غیرآلوده و آلوده به مواد نفتی، در 13 چرخه خاک ها تر و خشک شدند. سپس هدایت هیدرولیکی اشباع ( K s ) نمونه ها به روش بار ثابت و منحنی مشخصه ی رطوبتی خاک در 16 مکش ماتریک اندازه گیری شد. به کمک مدل ون گنوختن و دو-تخلخلی دورنر، منحنی مشخصه ی رطوبتی خاک مدل سازی شده و پارامترهای هیدرولیکی خاک برآورد شد. هم چنین توزیع اندازه منافذ، شاخص کیفیت فیزیکی دکستر ( S Dexter ) و آب قابل استفاده خاک برای گیاه (AW) محاسبه شد. شاخص های متعدد آب گریزی خاک به روش های مولاریته قطره اتانول (MED)، صعود مویینه (CRM) و جذب پذیری ذاتی آب-اتانول اندازه گیری و محاسبه شد. بر اساس نتایج بدست آمده در بخش اول نفوذ تجمعی آب به خاک در اثر آلودگی نفتی کاهش معنی داری یافت. هم چنین آلودگی نفتی سبب کاهش معنی دار هدایت هیدرولیکی اشباع ( K s ) و نزدیک اشباع، و کاهش جذب پذیری خاک ( S ) و دبی جریان ماندگار ( q ) در تمامی مکش های ماتریک شد. نتایج حل عددی نیز نشان داد که آلودگی نفتی سبب کاهش معنی دار K s و رطوبت های اشباع ( ? s ) و نزدیک اشباع شده است. در کل تا مقادیر TPHs حدود 6%، اثر آلودگی نفتی بر پارامترهای نفوذ و ویژگی های هیدرولیکی خاک شدید نبوده و آلودگی های بیش تر پیامدهای چشم گیری بر آنها داشتند. رابطه مثبتِ قوی و معنی داری بین log WDPT و غلظت کل پلی هیدروکربن های نفتی مستقل از بافت خاک (TPHs/clay) بدست آمد. وجود هیدروکربن های نفتی در خاک سبب افزایش معنی دار خاکدانه های پایدار در آب و کاهش MDC شد. نتایج بخش دوم نشان داد آلودگی نفتی آب و خاک سبب تشدید آب گریزی خاک (افزایش معنی دار زاویه تماس آب-خاک و شاخص های آب گریزی) شد. آلودگی نفتی به علت افزایش پایداری منافذ و تخلخل درشت، سبب افزایش معنی دار ? s و افزایش غیرمعنی دار K s شد. هم چنین با افزایش آلودگی نفتی، S Dexter افزایش معنی داری یافت. اما علی رغم افزایش ? s و S Dexter ، به دلیل کاهش نگهداشت آب در منافذ مویینه خاک های آلوده، آب خاک با افزایش مکش ماتریک به سرعت تخلیه شده و AW کاهش شدیدی یافت. هم چنین نتایج برازش مدل دورنر نشان داد که آلودگی نفتی خاک اثر معنی داری بر پارامترهای منافذ ساختمانی مانند افزایش شیب در نقطه ی عطف اول و سهم منافذ ساختمانی در نگهداشت آب و کاهش مکش ماتریک در نقطه ی عطف اول شد. ولی آلودگی آب بر ویژگی ها و پارامترهای نگهداشت آب خاک اثر معنی داری نداشت. در کل می توان نتیجه گیری کرد که یکی از علل تخریب پوشش گیاهی منطقه بختیاردشت، به ویژه در مکان های با TPHs بیش از 6%، نقش ضایعات نفتی در تشدید آب گریزی خاک، کاهش نفوذ آب، تغییر ویژگی های هیدرولیکی خاک و کاهش نگهداشت آب و آب قابل استفاده خاک برای گیاه می باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی