Tracer vs. Druckwellen-Geschwindigkeiten durch ungesättigten Saprolit

Saprolit ist eine Form von verwittertem Festgestein, die häufig als Wirtsmaterial an Abfallentsorgungsstandorten im Südosten des Piedmont verwendet wird. Die Schätzung der ungesättigten hydraulischen und Transporteigenschaften von Saprolit ist jedoch aufgrund der geringen Durchlässigkeit von Saprolit schwierig. Wir zeigen die Verwendung von kurzzeitigen Flüssigkeitsbewässerungspulsen zur Aufrechterhaltung ungesättigter Bedingungen in intakten Saprolit-Säulen. Begleitende Cl − Tracer-Experimente zeigen, dass bewässerte Wasser durch eine effektive volumetrische Porosität (0,038–0,108 cm 3 cm −3 ) erheblich weniger bewegte als die umgebende wassergefüllte Porosität (0,44 cm 3 cm −3 ). Wir beobachteten das unerwartete Ergebnis, dass die druckwelleninduzierten Geschwindigkeiten (1983–3670 cm d −1 ) etwa 1000 Mal schneller waren als die Tracergeschwindigkeiten (2,04–6,00 cm d −1 ). Die Beziehung zwischen Druckwellen-Geschwindigkeiten und Flüssigkeitsgeschwindigkeiten wird unter Verwendung der kinematischen Wellentheorie beschrieben, die für vier parametrische Darstellungen (Brooks–Corey, van Genuchten–Mualem, Broadbridge–White und die Galileo-Zahl) präsentiert wird und vorhersagt, dass die Flüssigkeitsdruckgeschwindigkeiten etwa zwei- bis fünfzehnmal schneller sein sollten als die Tracergeschwindigkeiten von Saprolit. Keines der kinematischen Modelle war in der Lage, die beobachteten schnellen Druckwellen-Geschwindigkeiten nachzubilden. Eine hydraulische Form der Advektions-Diffusions-Gleichung, die auf Richards' Gleichung basiert, wird präsentiert, die die Form der Druckantwortkurven günstig vorhersagt, nur wenn die kinematische Geschwindigkeit ignoriert und die hydraulische Diffusivität des ungesättigten Saprolit berücksichtigt wird. Basierend auf der Advektions-Diffusions-Gleichung sollten die druckwellen-Geschwindigkeiten von diffusionsdominiertem Bodenwasser mit der Tiefe abnehmen und schließlich der kinematischen Wellentheorie entsprechen. Die Überwachung der Druckpuls-Geschwindigkeit könnte ein zusätzliches Werkzeug zur Schätzung der ungesättigten hydraulischen Eigenschaften in Medien mit niedriger Durchlässigkeit sein.