Solute mass transfer through the macropore-matrix interface during preferential flow in structured soils: model development

结构化土壤优先流动过程中溶质通过大孔-基质界面的传质:模型开发

基本信息

项目摘要

The objective of this project is to develop an extended two-region macroscopic scale mass transfer term in two-domain models for describing preferential transport of reactive solutes in structured soils. This term should be related to mm-scale spatial distributions of local scale physico-chemical properties at the macropore-matrix interface. The idea is to include up-scaled information on locally heterogeneous sorption sites observed at intact surfaces of macropores (e.g., biopore walls, cracks and coated soil aggregates) as effective retardation parameter in the kinetic mass transfer description of the macroscopic scale model. Simulated local scale 2D and 3D mass transfer scenarios will serve as a reference. The local scale simulations will be calibrated using dye staining experiments and X-ray CT-based information on the pore structure of coating and matrix. A macroscopic transfer term will then be evaluated by comparing the averaged locally-distributed with the macroscopic mass transfer rates for various initial and boundary conditions and for samples from three structured soils. The evaluated mass transfer term will finally be tested by comparing soil column percolation experiments for the three soils with simulation results obtained with a 1D dual-permeability model with the improved mass transfer term.We expect further improvement un understanding the relation between soil structure and preferential flow, and of effects soil manangement on the movement of solutes, in particular reactive solutes, during preferential transport.
本计画的目的是发展一个扩展的两区域宏观尺度的质量传递项,以描述反应性溶质在结构性土壤中的优先迁移。这一术语应与大孔-基质界面处局部尺度物理化学性质的mm尺度空间分布有关。该想法是包括在大孔的完整表面处观察到的局部非均质吸附位点的放大信息(例如,生物孔壁、裂缝和涂覆的土壤聚集体)作为宏观尺度模型的动力学传质描述中的有效阻滞参数。模拟的局部尺度2D和3D质量转移场景将作为参考。将使用染料染色实验和基于X射线CT的涂层和基质孔隙结构信息校准局部尺度模拟。然后,通过比较不同初始和边界条件下以及三种结构化土壤样品的平均局部分布与宏观传质速率,对宏观传质项进行评估。最后,通过比较三种土壤的土柱渗流实验与一维双渗透模型与改进的传质项的模拟结果,我们预计进一步改善不了解土壤结构和优先流之间的关系,以及土壤管理对溶质,特别是活性溶质的运动的影响,在优先运输。

项目成果

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Representation of Plot‐Scale Soil Heterogeneity in Dual‐Domain Effective Flow and Transport Models with Mass Exchange
  • DOI:
    10.2136/vzj2018.09.0174
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    V. Filipović;Y. Coquet;H. Gerke
  • 通讯作者:
    V. Filipović;Y. Coquet;H. Gerke
Brilliant Blue sorption characteristics of clay-organic aggregate coatings from Bt horizons
  • DOI:
    10.1016/j.still.2020.104635
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.5
  • 作者:
    S. Beck-Broichsitter;Marisa R. Gerriets;H. Gerke;M. Sobotková;J. Dusek;R. Dohrmann;R. Horn
  • 通讯作者:
    S. Beck-Broichsitter;Marisa R. Gerriets;H. Gerke;M. Sobotková;J. Dusek;R. Dohrmann;R. Horn
Volume‐related quantification of organic carbon content and cation exchange capacity of macropore surfaces in Bt horizons
  • DOI:
    10.1002/vzj2.20069
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    M. Leue;D. Uteau;S. Peth;S. Beck-Broichsitter;H. Gerke
  • 通讯作者:
    M. Leue;D. Uteau;S. Peth;S. Beck-Broichsitter;H. Gerke
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  • DOI:
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    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Beck-Broichsitter;Gerriets;Sobotkova
  • 通讯作者:
    Sobotkova
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  • 期刊:
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  • 作者:
    Ellerbrock
  • 通讯作者:
    Ellerbrock
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