Controls on the spatial distribution of soil moisture and solute transport in a sloping reclamation cover

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Abstract

A detailed field study was conducted to map the spatial distribution of soil moisture and salt transport within a sloping clay-rich reclamation cover overlying a saline-sodic shale overburden landform. The soil moisture data suggest that: lower-slope positions are wetter in spring due to the down-slope movement of surface run-off; infiltration occurs via preferential flow paths while the ground is frozen; and, interflow occurs along the cover–shale surface when the ground thaws. Soil moisture conditions also remain wetter in lower-slope positions throughout the summer and fall. Salt transport from the shale into the overlying cover is affected predominantly by soil moisture conditions and lateral groundwater flux. Quasi one-dimensional modelling of in situ profiles of pore-water Na+ concentration demonstrate that: (i) increased soil moisture conditions in lower-slope positions accelerate salt transport into the cover through diffusion; (ii) snow melt infiltration water bypasses the soil matrix higher in the cover profile; (iii) drier conditions in the mid- and upper-slope positions limit salt transport through diffusion; (iv) advection accelerates upward salt transport in lower-slope positions; and, (v) interflow and (or) deep percolation are key mechanisms mitigating vertical salt movement in lower- and upper-slope positions.

On a réalisé une étude détaillée sur le terrain pour faire la cartographie de la distribution spatiale de l'humidité du sol et du transport de sel dans un couvert de réhabilitation en pente riche en argile recouvrant une plate-forme de surcharge de schiste salin-sodique. Les données d'humidité du sol suggèrent que: les positions dans la partie inférieure de la pente sont plus humides au printemps à cause du mouvement vers le bas de la pente du ruissellement en surface; l'infiltration se produit le long de cheminements d'écoulement préférentiels lorsque le sol est gelé; et, un écoulement en travers se produit sur la surface de schiste lorsque le sol dégèle. Les conditions d'humidité du sol demeurent aussi plus humides dans les positions inférieures de la pentes pendant tout l'été et l'automne. Le transport du sel partant du schiste vers le couvert au-dessus est influencé principalement par les conditions d'humidité du sol et par le flux latéral de l'eau souterraine. Une modélisation quasi unidimensionnelle des profils in situ de la concentration en Na+ de l'eau interstitielle démontre que: (i) l'augmentation des conditions d'humidité du sol dans les postions inférieures de la pente accélère le transport du sel dans le couvert par diffusion; (ii) l'eau d'infiltration de la fonte de la neige contourne la matrice du sol plus haut dans le profil du couvert; (iii) des conditions plus sèches dans les positions du milieu et du haut de la pente limitent le transport du sel par diffusion; (iv) l'advection accélère le transport vers le haut du sel dans les positions inférieures de la pente; et (v) l'écoulement en travers et (ou) la percolation en profondeur sont les mécanismes clés qui atténuent le mouvement vertical du sel dans les positions inférieures et supérieures de la pente.

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