توزیع عمقی سزیوم-137 چرنوبیل در خاک: از پایش تا مدل سازی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده فیزیک، دانشگاه دامغان، دامغان، سمنان، ایران

چکیده

در مطالعات توزیع عمقی Cs137 مرسوم است که نتایج داده های تجربی سنجش موجودی سزیوم در لایه های مختلف خاک را با برازش پاسخ معادله 1-بعدی پخش-پهن رفت در زمان نمونه برداری مقایسه نمایند که این روش صرفاً نمایانگر فرایند تَرابُرد خالص Cs137 در خاک های دست نخورده می باشد. درجه صحت این روش تابعی از جنس بافت خاک منطقه مورد مطالعه می باشد. تحقیقات نشان داده اند که خاک های حاوی درصد بالاتر ترکیبات رُسی قادرند Cs137 را به نحو محسوسی تثبیت نمایند. اثر فعالیت های زیستی و جمعیت کرم های خاکی در خاک سطحی نیز منجر به بروز اختلال در توزیع عمقی خالص و باز توزیع غلظت می گردد. در این پژوهش، شبیه سازی عددی 3-بعدی از فرایند تَرابُرد Cs137 نِهشتی سانحه چرنوبیل در خاک منطقه که شامل فرایند های مهم فیزیکی- شیمیایی تاثیر گذار، ارائه گردیده است. مدل عددی بر مبنای نتایج گزارش سنجش توزیع عمقی Cs137 استخراج شده نِهشت سانحه چرنوبیل در خاک برگزیده استان گیلان می باشد و در آن، مفروضات ریزش سزیوم چرنوبیل با تابعیت پالسی و همچنین مشخصات خاک منطقه لحاظ گردیده است. نشان داده شده است که توزیع عمقی تولید شده از شبیه سازی با نتایج مدل 1-بعدی پخش-پهن رفت سازگاری قابل قبولی به ویژه در پیش بینی مکان قله زیر سطحی انباشت Cs137 دارا است که ناشی از وجود محتوی رس فراوان در خاک منطقه نمونه برداری است که در کاهش سرعت نفوذ عمقی موثر است. با این حال، الگوی توزیع عمقی پیش از قله انباشتی Cs137 در مدل نظری و نتایج تجربی اختلافاتی دارند. برای پی بردن به ماهیت این تفاوت، از نمایش توزیع کسری بهره می گیریم. در این حالت، آشکار می گردد که فعالیت تجمعی کل در ناحیه خاک سطحی در دو حالت با یکدیگر تقریباً برابر می گردد که علت این انطباق را می توان به فعالیت زیستی، حضور کرم خاکی و پوشش گیاهان سطحی مرتبط دانست. علاوه بر این، قدرمطلق بیشینه اختلاف مقادیر نظری-تجربی در هر لایه خاک، حداکثر بالغ بر 10 درصد می گردد و در لایه های عمیق تر این اختلاف به تدریج محو می شود. 

عنوان مقاله [English]

Depth distribution of Chernobyl derived 137Cs: From monitoring to modeling

نویسندگان [English]

  • Pouria Naseri
  • Soheil Khoshbinfar
چکیده [English]

It is common in the literature to confront the measured 137Cs depth profile with the analytical solution of 1D Advection-Dispersion Equation (ADE) calibrated for the time of sampling which is a pure transport model useful for undisturbed soils. The degree of accuracy is strongly associated to the soil texture. It has been proven that soil with high clay content can retain radiocesium better. Moreover, the effect of biological processes and earthworm population activities in topsoil may result in redistribution of 137Cs concentration, as well. In this research, a 3D numerical transport model of 137Cs Chernobyl fallout including main physicochemical reactions of 137Cs transport in soil was presented. The numerical model was constructed on the basis of recently reported Chernobyl derived 137Cs depth profile on some selected soil of Guilan Province of Iran. In the course of simulation process, the proper assumptions about 137Cs fallout scenario (pulse deposition) and soil parameters (forest soil) have been considered. It has been shown that the predicted depth profile is in good agreement with the experiment especially in the location of activity peak. The latter might be related to the high clay mineral content of the soil which strongly has been slowed down the downward migration. It however almost visually two different patterns appears on the left side of 137Cs peak between theoretical and experimental results. In order to understand it, we have employed a fractional distribution plot to compare these profiles in more detail. It is demonstrated that the total accumulated activities in topsoil behind the peak almost equally unchanged in theory and experiment. It might be associated to the biological, earthworm population activities in topsoil and surface vegetation. Moreover, we would observe that the maximum absolute difference of simulated-experiment data at each soil layer is as much as about 10 percent and disappears in deeper layers.