Vliv uzavřeného vzduchu na transport látek v půdě

Abstract

Hlavním cílem disertační práce bylo vyhodnotit vliv uzavřeného vzduchu na transport rozpuštěných látek v proměnlivě nasyceném pórovitém prostředí. Infiltračně-výtokové a průnikové experimenty byly provedeny na velkých neporušených vzorcích půdy a hutněném vzorku křemičitého písku v laboratoři. Vzorky byly odebrány na experimentální ploše v Korkusově Huti na Šumavě a na povodí Uhlířská v Jizerských horách, zatímco pískový vzorek byl připraven v laboratoři. První infiltrační běh byl proveden do přirozeně suchého vzorku. Následující dva opakované infiltrační běhy byly provedeny do vzorku s vyšší počáteční vlhkostí. Během třetího infiltračního běhu byla do vzorku infiltrována odplyněná voda. Běhen každého infiltračního běhu byla na horním okraji vzorku udržována konstantní hladina výtopy, zatímco na spodním okraji voda volně odtékala ze vzorku. Koncentrační puls roztoku bromidu draselného a deuteria byl dávkován do výtopy na povrchu vzorku po dosažení kvazi-ustálené fáze proudění. Průnikové čáry bromidu byly kontinuálně měřeny pomocí nově představené metody online elektrochemické analýzy. Navíc, na výtoku byly vzorky odebírány sběračem frakcí k následné analýze deuteria laserovou spektroskopií. Výsledky ukazují zřetelné snížení kvazi-ustálené výtokové rychlosti mezi prvním a druhým infiltračním během pro neporušené vzorky půdy. Pro pískový vzorek dosáhly kvazi-ustálené výtokové rychlosti obdobných hodnot. Infiltrování částečně odplyněné vody vedlo k postupnému zvýšení kvazi-ustálené rychlosti u všech tří vzorků. Tento efekt byl pravděpodobně způsoben rozpouštěním uzavřeného vzduchu. Dle očekávání se tvary průnikových čar bromidu a deuteria téměř shodovali pro všechny experimentální běhy provedené na pískovém vzorku. Překvapivým zjištěním bylo, že přestože změny kvazi-ustálené rychlosti dosažené pro kambizemní půdy byly významné, neovlivnily výrazně tvar průnikových čar.

The main objective of this Ph.D. thesis was to assess the effect of entrapped air on solute transport in variable porous material. Infiltration-outflow and tracer breakthrough experiments were done on large undisturbed soil samples and uniformly packed sample of quartz sand in laboratory. Samples were collected at the experimental site in Korkusova Hut (Sumava Mountains) and Uhlirska (Jizera Mountains) while the sand sample was prepared in the laboratory. First infiltration run was started into naturally dry soil. Subsequent two runs were conducted into the soil with the high initial water content. The third infiltration was conducted using partly degassed water. Constant level of ponding was maintained during each infiltration run at the top of the sample while water drained freely at the bottom. The concentration pulse of potassium bromide and deuterium was applied in the ponding water at the top of the sample during quasi steady state flow. Breakthrough curves of bromide tracer were acquired by newly introduced electrochemical online analysis method. In addition, the samples of the effluent were taken regularly in the fraction collector for subsequent analysis of deuterium by laser spectroscopy. The results show clearly drop in quasi-steady outflow rates between first and second infiltration run for undisturbed soil samples. Ponding infiltration of partly degassed water led to a gradual increase of quasi-steady outflow rates in all three samples. This effect is probably the consequence of entrapped air dissolution. The breakthrough curves of bromide and deuterium were nearly identical for all experimental runs done on the packed sand sample. Interestingly, even when changes caused significant variation of the quasi steady state flow rate in Cambisol soil samples they did not affect significantly the shape of the breakthrough curve.