Quantifying fluorescent tracer distribution in allophanic soils to image solute transport

摘要

The accurate prediction of solute transport through soils is a necessity to counter the worldwide degradation of aquifers. Dye tracers are widely used to visualize active flow paths in cross-sections of soil, but methods previously proposed to map concentrations have been very costly, demanding, or of coarse resolution and not always applicable in dark allophanic soils. We have developed a cheap and fairly easy experimental procedure and used multiple regression to map dye concentrations in two dimensions. We tested the method using the fluorescent dye, pyranine, in intact cores of an allophanic soil. The method requires a calibration step, which we made using eight dye concentrations. The main difficulty was to mix the soil homogeneously with the dye and to pack it evenly before acquisition of the images. The pyranine was infiltrated in soil cores under unsaturated conditions: its distribution on the vertical core faces was highly heterogeneous with fingered penetration. The maps of dye concentration obtained from each core section achieved fine spatial resolution (e.g. 0.25 mmpo per pixel) and satisfactory dye concentration localization and estimation. We could achieve better spatial resolution by sectioning the soil cores at finer intervals, and estimate the dye concentration more accurately by improving the correction for illumination variations. Quantification d'un traceur fluorescent dans des sols allophaniques Pouvoir prcbdire avec prcbcision le transport des solutcbs c travers les sols est essentiel pour contrecarrer la dcbgradation mondiale des aquifc.res. Les colorants sont communcbment utiliscbs comme traceur pour visualiser les chemins de flux prcbfcbrentiels dans des profils de sol, mais les mcbthodes proposcbes antcbrieurement pour obtenir la carte des concentrations cbtaient soit oncbreuses, complexes ou de faible rcbsolution, et pas toujours applicables c des sols allophaniques de couleur sombre. Nous dcbveloppons ici une expcbrience peu cocteuse et facile c mettre en ?uvre, et nous utilisons la rcbgression multiple pour obtenir les cartes de concentrations du colorant. Nous testons la mcbthode proposcbe c l'aide du colorant fluorescent, la pyranine, dans des monolithes intacts d'un sol allophanique. Nous avons premic.rement proccbdcbc une calibration, en utilisant huit concentrations. La principale difficultcb a cbtcb de mcblanger le sol avec le colorant de fac'on homogc.ne puis de le compacter avant l'acquisition des images. La pyranine a cbtcb infiltrcbe dans les monolithes de sol sous conditions non saturcbes: la distribution du colorant sur les faces verticales du monolithe est trc.s hcbtcbrogc.ne, avec un front d'infiltration p+/- en doigts p. Les cartes de concentrations de colorant obtenues pour chaque section du monolithe prcbsentent une bonne rcbsolution spatiale (0.25 mmpo par pixel) ainsi qu'une localisation et quantification des concentrations satisfaisantes. Une meilleure rcbsolution spatiale pourrait ctre obtenue en sectionnant les monolithes plus finement, et l'estimation des concentrations pourrait ctre plus prcbcise en amcbliorant la correction des inhomogcbncbitcbs d'cbclairage.