Quantifying fluorescent tracer distribution in allophanic soils to image solute transport

Quantifying fluorescent tracer distribution in allophanic soils to image solute transport Summary 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 mm2 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 Résumé Pouvoir prédire avec précision le transport des solutés à travers les sols est essentiel pour contrecarrer la dégradation mondiale des aquifères. Les colorants sont communément utilisés comme traceur pour visualiser les chemins de flux préférentiels dans des profils de sol, mais les méthodes proposées antérieurement pour obtenir la carte des concentrations étaient soit onéreuses, complexes ou de faible résolution, et pas toujours applicables à des sols allophaniques de couleur sombre. Nous développons ici une expérience peu coûteuse et facile à mettre en œuvre, et nous utilisons la régression multiple pour obtenir les cartes de concentrations du colorant. Nous testons la méthode proposée à l’aide du colorant fluorescent, la pyranine, dans des monolithes intacts d’un sol allophanique. Nous avons premièrement procédéà une calibration, en utilisant huit concentrations. La principale difficulté a été de mélanger le sol avec le colorant de façon homogène puis de le compacter avant l’acquisition des images. La pyranine a été infiltrée dans les monolithes de sol sous conditions non saturées: la distribution du colorant sur les faces verticales du monolithe est très hétérogène, avec un front d’infiltration « en doigts ». Les cartes de concentrations de colorant obtenues pour chaque section du monolithe présentent une bonne résolution spatiale (0.25 mm2 par pixel) ainsi qu’une localisation et quantification des concentrations satisfaisantes. Une meilleure résolution spatiale pourrait être obtenue en sectionnant les monolithes plus finement, et l’estimation des concentrations pourrait être plus précise en améliorant la correction des inhomogénéités d’éclairage. http://www.deepdyve.com/assets/images/DeepDyve-Logo-lg.png European Journal of Soil Science Wiley

Quantifying fluorescent tracer distribution in allophanic soils to image solute transport

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Publisher
Wiley
Copyright
2007 British Society of Soil Science
ISSN
1351-0754
eISSN
1365-2389
DOI
10.1111/j.1365-2389.2007.00970.x
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Abstract

Summary 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 mm2 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 Résumé Pouvoir prédire avec précision le transport des solutés à travers les sols est essentiel pour contrecarrer la dégradation mondiale des aquifères. Les colorants sont communément utilisés comme traceur pour visualiser les chemins de flux préférentiels dans des profils de sol, mais les méthodes proposées antérieurement pour obtenir la carte des concentrations étaient soit onéreuses, complexes ou de faible résolution, et pas toujours applicables à des sols allophaniques de couleur sombre. Nous développons ici une expérience peu coûteuse et facile à mettre en œuvre, et nous utilisons la régression multiple pour obtenir les cartes de concentrations du colorant. Nous testons la méthode proposée à l’aide du colorant fluorescent, la pyranine, dans des monolithes intacts d’un sol allophanique. Nous avons premièrement procédéà une calibration, en utilisant huit concentrations. La principale difficulté a été de mélanger le sol avec le colorant de façon homogène puis de le compacter avant l’acquisition des images. La pyranine a été infiltrée dans les monolithes de sol sous conditions non saturées: la distribution du colorant sur les faces verticales du monolithe est très hétérogène, avec un front d’infiltration « en doigts ». Les cartes de concentrations de colorant obtenues pour chaque section du monolithe présentent une bonne résolution spatiale (0.25 mm2 par pixel) ainsi qu’une localisation et quantification des concentrations satisfaisantes. Une meilleure résolution spatiale pourrait être obtenue en sectionnant les monolithes plus finement, et l’estimation des concentrations pourrait être plus précise en améliorant la correction des inhomogénéités d’éclairage.

Journal

European Journal of Soil ScienceWiley

Published: Feb 1, 2008

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