Hydraulic processes and properties of partially hydrophobic soils: The effect of water repellency on the characteristic curves estimated from dynamic flow experiments

Soil research done over the past decades, has proven that water repellent soils are widespread in all climates. In order to assess the effect of hydrophobicity in the estimated characteristic curves, inflow/outflow experiments were conducted in the laboratory for one soil and two artificial created hydrophobic mixtures. In the inflow/outflow experiments the pressure head at the bottom of the soil column was increased/decreased and the estimated curves were obtained by means of inverse modeling. Multistep inflow/outflow experiments were also conducted using ethanol instead of water in order to estimate the effect of liquid wetting properties on the estimated characteristic curves of the materials under study. The results have shown that the water retention functions and the unsaturated hydraulic conductivity functions estimated from the dynamic experiments are strongly dependent on the degree of hydrophobicity and the wetting/drying process

Inverse Modellierung des Wasserflusses unter Berücksichtigung dynamischen Ungleichgewichts mit einem effektiven Dual-Kontinuum-Modell

Der übliche Richards-Ansatz zur Modellierung des Wassertransports in porösen Medien beruht auf der Annahme lokalen Gleichgewichts zwischen den Statusgrößen Wassergehalt und Wasserspannung innerhalb eines repräsentativen Elementarvolumens. In diesem Ansatz werden die Retentionskurve und die Leitfähigkeitskurve als statische konstitutive Beziehungen gemessen und verwendet, um Wasserflüsse auf größeren Skalen zu modellieren. Experimente unter dynamischen Randbedingungen haben jedoch gezeigt, dass die lokale Gleichgewichtsannahme selbst auf der Laborskala oft nicht zutrifft. Um die damit verbundene Phänomene zu beschreiben werden die Ausdrücke „dynamische Effekte“ oder „dynamisches Ungleichgewicht“ benutzt. In diesem Beitrag wird ein einfaches Ungleichgewichtsmodell vorgestellt, das den Boden als duales Kontinuum abbildet. In einem der Teilbereiche wird der Wasserfluss über die normale Richards-Gleichung abgebildet, in dem zweiten über eine erweiterte Richards-Gleichung, welche den Ungleichgewichts-Ansatz von Ross und Smettem verwendet. Das vorgeschlagene Modell wird über inverse Modellierung an Daten von Multistep-Ausfluss-Experimenten getestet. Hierbei wird eine flexible Parametrisierung der konstitutiven Beziehungen verwendet, sodass interferierende Fehler durch mangelnde Flexibilität der hydraulischen Eigenschaften ausgeschlossen werden können. Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend und zeigen, dass das neue Modell die Messungen sehr viel besser beschreiben kann, als dies mit dem Standard-Richards-Modell oder dem Ross-Smettem-Modell allein möglich ist

Untersuchung von hydrologischen Parametern und Spektren der Induzierten Polarisation an Lockersedimentproben

Im Rahmen eines gemeinsamen Projektes des Instituts für Geophysik und extraterrestrische Physik und des Instituts für Geoökologie der TU Braunschweig werden Zusammenhänge zwischen bodenhydrologischen und elektrischen Parametern untersucht. Für die Messungen an verschiedenen Boden-proben wurde eine Messzelle entwickelt, die sowohl die Bestimmung der hydro-logischen Eigenschaften durch Multi-Step-Ausflussexperimente (MSO) als auch die Untersuchung mittels spektraler Induzierter Polarisation (SIP) an Locker-sedimenten ermöglicht. Das Proben-material verbleibt bei beiden Verfahren in derselben Messzelle. Eine Veränderung der Probeneigenschaften durch den Aus- und Wiedereinbau des Materials wird ausgeschlossen. Die Messzelle und Ergebnisse der ersten Untersuchungen werden vorgestellt

First application of hemi-body electron beam irradiation for Kaposi sarcoma at the lower extremities

Kaposi’s sarcoma (KS) is a systemic neoplastic disease that can present cutaneous symptoms and is usually treated with a systematic approach due to its extent. Due to its radiosensitivity, radiotherapy is considered one of its main treatments, for palliation and local control of the skin and mucosal lesions. The aim of this paper was to report the first case of KS treated by hemi-body electron irradiation protocol in Greece. A fractionated 40 Gy hemi-body electron irradiation was prescribed to a 60-year-old male patient with KS at his legs. Dose uniformity was verified on a daily basis by thermo luminescence dosimetry (TLD). The treatment resulted to complete clinical response. Limited irradiation-derived side effects appeared. This is the first case ever to be treated with hemi-body electron irradiation protocol in Greece. To the best of our knowledge, this is also the first time that a single field hemi-body electron beam irradiation at a total skin electron beam (TSEB)-like configuration is reported to be used for KS

First treatment of mycosis fungoides by total skin electron beam (TSEB) therapy in Greece

BackgroundMycosis fungoides (MF), the most common subtype of cutaneous T-Cell Lymphoma (CTCL), is a rare chronic skin neoplasia. Total skin electron irradiation has been employed along with a variety of other topical or systemic treatments for MF management.AimTo report the first case treated by TSEB irradiation protocol in Greece.Materials and methodsA fractionated 36[[ce:hsp sp="0.25"/]]Gy total skin electron beam (TSEB) therapy was prescribed to a 65-years-old male patient with mycosis fungoides (MF), stage IIB, refractory to several treatments during a 20-year period. Dose uniform delivery was monitored by thermo-luminescence dosimetry.Results and discussionThe homogeneous skin dose distribution resulted in a complete clinical response. Limited, irradiation-oriented, side effects appeared.ConclusionsThe first TSEB irradiation prescription in Greek medical chronicles was proved effective in this case of tumor stage MF (T3-IIB), which had been refractory to several single or combination treatments

Strong sesquiterpene emissions from Amazonian soils

The Amazon rainforest is the world’s largest source of reactive volatile isoprenoids to the atmosphere. It is generally assumed that these emissions are products of photosynthetically driven secondary metabolism and released from the rainforest canopy from where they influence the oxidative capacity through reaction with hydroxyl radicals (OH) and ozone (O3). However, recent volatile organic compound (VOC) budgeting experiments (based on OH reactivity) show that further important sources remain to be discovered. Here we show that soil microorganisms are a strong, unaccounted source of highly reactive and previously unreported sesquiterpenes (C15H24; SQT). The emission rate and chemical speciation of soil SQTs were determined as a function of soil moisture, oxygen, and rRNA transcript abundance in the laboratory. Based on these results a model was developed to predict soil-atmosphere SQT fluxes. Simulated results compared closely with SQT flux measurements in the field, so a two-year period (2014-2015) was modelled based on in-situ rainfall and soil moisture measurements. It was found SQT emissions from a Terra Firme soil in the dry season were in comparable magnitude to current global model canopy emissions and dominated O3 reactivity on the forest floor, establishing an important ecological connection between soil microbes and atmospherically relevant SQTs

Mathematical simulation of infiltration, redistribution of soil water and root water uptake in the case of continuous and pulse surface drip irrigation

In this thesis the simulation of local infiltration from equally spaced surface point sources in cultivated fields is presented. The physical problem is described mathematically by the Richards’ water flow equation in cylindrical coordinates r, z. For the numerical solution of the water flow equation and the corresponding initial and boundary conditions, the Alternating Direction Implicit Method (ADI) was used. This method requires the completion of two time stages for a total applying cycle. In order to control the accuracy of the numerical solution, the model is validated with the analytical model of Warrick and Lomen (1976) for a surface disc source. Furthermore, in all numerical experiments the relative volume balance error remained about 1%. The above mathematical model incorporates the phenomenon of hysteresis in the soil moisture characteristic curve Θ(H) using the empirical model of Scott et al. (1983). With the numerical solution of the above mentioned mathematical model the effect of hydraulic properties, discharge rate, dripper spacing and irrigation duration on soil water dynamics under surface trickle irrigation was studied. Also, the effect of pulse drip irrigation on the wetting front advance patterns, on the soil moisture dynamics and on deep percolation was examined. Moreover, it was studied, the effect of hysteresis in the soil water characteristic curve, on soil moisture dynamics and on deep percolation under the root zone. Final, the effect of hysteresis on redistribution and deep percolation at continuous and pulse drip irrigation was studied. Concerning the effect of hydraulic properties, discharge rate, dripper spacing and irrigation duration on soil water dynamics under surface trickle irrigation the numerical results showed that: • for the same irrigation depth, the same soil and the same dripper spacing, the vertical component of the wetting front is deeper for the smaller than the higher discharge rate. • for the same irrigation depth, the same soil and the same dripper spacing, deep percolation is higher in the coarser soil than in the fine one. Also, the numerical results showed that the average water content is dependent on the dripper discharge rate, on soil hydraulic properties, on irrigation dose and on dripper spacing. Concerning irrigation uniformity, the numerical results showed that the initial value of the coefficient of uniformity was followed by a diminution. This indicates a kind of heterogeneity due to partial wetting of regions near the drippers. A minimum value, depending on the dripper spacing-discharge rate combination, was reached. For the same soil and the same dose of irrigation, this minimum value of the coefficient of uniformity was achieved faster in the case of the smaller dripper spacing and/or the greater discharge rate. Thereafter, an increase of the coefficient of uniformity indicating an improvement of the bulb moisture distribution was noted. Concerning the effect of pulse drip irrigation on the wetting front advance patterns, on the soil moisture dynamics and on deep percolation the numerical results showed that for time equal to irrigation duration, for the same soil and the same discharge rate, the vertical component of the wetting front was greater for the pulse than for the continuous irrigation. However, this difference was practically eliminated for a longer time. Moreover, pulse irrigation slightly reduced the water losses. Concerning the effect of hysteresis, on soil moisture dynamics and on deep percolation under the root zone the numerical results showed that for both soils, when hysteresis is considered, the maximum value of the water content is located near the surface. On the other hand, when hysteresis is neglected the maximum value of the water content is located at a greater depth. Also, the water content values in the lower part of the soil profile (near the wetting front) are smaller than those predicted from the model in which hysteresis is neglected. For greater distances from the point source and for times greater than irrigation time we have greater values of the water content when hysteresis is neglected. This is due to the fact that hysteresis “keeps” water close to the trickle source. When the total simulation times were compared, it was concluded that hysteresis retard the whole draining procedure. Hysteresis significantly reduces the water losses under the root zone. Moreover, this reduction seems to be more significant due to the fact that when hysteresis is included the irrigation interval is increased. Final, concerning the effect of hysteresis on redistribution and deep percolation at continuous and pulse drip irrigation the numerical results showed that hysteresis plays an important role during the redistribution phase because hysteresis retards that whole drainage process. This retardation is higher in the case of the more coarse soil than in the fine one. Hysteresis reduced the deep percolation under the root zone more at higher discharge rates and consequently at higher water content at the soil surface. When evaporation from the soil surface is neglected, deep percolation was slightly higher for all cases. The comparison between continuous and pulse irrigation with and without hysteresis resulted that pulse irrigation slightly reduces the water losses under the root zone although at pulse irrigation the wetting process reverses into a drying process and vice versa.Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η προσομοίωση του φαινομένου της τοπικής διήθησης από ισαπέχουσες σημειακές πηγές στάγδην άρδευσης σε καλλιεργούμενο έδαφος. Το φυσικό πρόβλημα περιγράφεται από την εξίσωση ροής του Richards σε κυλινδρικές συντεταγμένες r, z. Η αριθμητική επίλυση της εξίσωσης ροής σε συνδυασμό με τις αντίστοιχες κάθε φορά αρχικές και οριακές συνθήκες πραγματοποιήθηκε με την πεπλεγμένη μέθοδο εναλλασσόμενων διευθύνσεων (ADI). Η μέθοδος αυτή απαιτεί τη συμπλήρωση δυο βημάτων χρόνου για έναν πλήρη κύκλο εφαρμογής. Η ακρίβεια της αριθμητικής λύσης πιστοποιήθηκε συγκρίνοντας τη με αναλυτική λύση για την περίπτωση διήθησης νερού από επιφάνεια δίσκου σταθερής ακτίνας σε έδαφος του οποίου οι καμπύλες Θ(Η) και Κ(Η) περιγράφονται από αναλυτικές σχέσεις τέτοιες που να γραμμικοποιείται η εξίσωση ροής. Επίσης, το ισοζύγιο του όγκου παρέμεινε κάτω από το 1% για το σύνολο των αριθμητικών πειραμάτων. Στο παραπάνω μαθηματικό μοντέλο ενσωματώθηκε το φαινόμενο της υστέρησης στη χαρακτηριστική καμπύλη υγρασίας Θ(Η) με τη χρησιμοποίηση του εμπειρικού μοντέλου των Scott et al. (1983). Με την αριθμητική επίλυση του αναπτυχθέντος μαθηματικού μοντέλου μελετήθηκε η επίδραση των υδραυλικών ιδιοτήτων του εδάφους, της παροχής, της ισαπόστασης των σταλακτήρων και του χρόνου άρδευσης στη δυναμική του εδαφικού νερού υπό καθεστώς στάγδην άρδευσης. Επίσης μελετήθηκε η επίδραση της διακοπτόμενης στάγδην άρδευσης στο μέτωπο διαβροχής, στις κατατομές εδαφικής υγρασίας και στις απώλειες λόγω βαθιάς διήθησης. Έπειτα εξετάστηκε η επίδραση του φαινομένου της υστέρησης στις κατατομές εδαφικής υγρασίας και στις απώλειες λόγω βαθιάς διήθησης και τέλος μελετήθηκε η επίδραση του φαινομένου της υστέρησης στην ανακατανομή του εδαφικού νερού και στις απώλειες λόγω βαθιάς διήθησης στην περίπτωση συνεχούς και διακοπτόμενης στάγδην άρδευσης. Όσον αφορά την επίδραση των υδραυλικών ιδιοτήτων του εδάφους, της παροχής του σταλακτήρα, της ισαπόστασης των σταλακτήρων και του χρόνου άρδευσης στη δυναμική του εδαφικού νερού υπό καθεστώς στάγδην άρδευσης τα αριθμητικά αποτελέσματα έδειξαν ότι: • για την ίδια δόση άρδευσης, το ίδιο έδαφος και την ίδια ισαπόσταση των σταλακτήρων, η κατακόρυφη συνιστώσα του μετώπου διαβροχής είναι βαθύτερη στην περίπτωση της μικρότερης παροχής. • για την ίδια δόση άρδευσης, το ίδιο έδαφος και την ίδια ισαπόσταση των σταλακτήρων, οι απώλειες λόγω βαθειάς διήθησης είναι μικρότερες στο λεπτόκοκκο έδαφος. Επίσης τα αριθμητικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η τιμή της μέσης υγρασίας στο ριζόστρωμα εξαρτάται από την παροχή του σταλακτήρα, τις υδραυλικές ιδιότητες του εδάφους, τη δόση άρδευσης και την ισαπόσταση των σταλακτήρων. Όσον αφορά την ομοιομορφία τα αποτελέσματα έδειξαν ότι την αρχική ομοιομορφία της εδαφικής υγρασίας ακολουθεί μια ετερογένεια στην εδαφική υγρασία λόγω της μερικής διαβροχής της περιοχής που βρίσκεται κοντά στο σταλακτήρα. Η ελάχιστη τιμή του συντελεστή ομοιομορφίας που παρατηρήθηκε ανάλογα με το συνδυασμό παροχής-ισαπόστασης σταλακτήρων, σημαίνει μια μέγιστη χωρική μεταβολή της εδαφικής υγρασίας στο ριζόστρωμα. Για το ίδιο έδαφος και για την ίδια δόση άρδευσης, η ελάχιστη αυτή τιμή του συντελεστή ομοιομορφίας επιτεύχθηκε πιο γρήγορα στην περίπτωση της μικρότερης ισαπόστασης και/ή της μεγαλύτερης παροχής. Στη συνέχεια, παρατηρήθηκε μια αύξηση του συντελεστή ομοιομορφίας λόγω βελτίωσης της κατανομής της εδαφικής υγρασίας στο ριζόστρωμα. Όσον αφορά την επίδραση της διακοπτόμενης στάγδην άρδευσης στο μέτωπο διαβροχής, στις κατατομές υγρασίας και στις απώλειες λόγω βαθιάς διήθησης τα αριθμητικά αποτελέσματα έδειξαν ότι για χρόνο ίσο με το χρόνο άρδευσης η διακοπτόμενη άρδευση έχει σαν αποτέλεσμα βαθύτερη κίνηση της κατακόρυφης συνιστώσας του μετώπου διαβροχής. Παρόλα αυτά για χρόνο μεγαλύτερο από το χρόνο άρδευσης οι παραπάνω διαφορές μεταξύ της συνεχούς και της διακοπτόμενης άρδευσης εξαφανίζονται. Τέλος, η διακοπτόμενη άρδευση μειώνει σε μικρό ποσοστό τις απώλειες του αρδευτικού νερού λόγω βαθειάς διήθησης. Όσον αφορά την επίδραση του φαινομένου της υστέρησης στις κατατομές της εδαφικής υγρασίας και στις απώλειες λόγω βαθιάς διήθησης στην περίπτωση συνεχούς άρδευσης, τα αριθμητικά αποτελέσματα έδειξαν ότι και για τα δύο εδάφη, στην περίπτωση κατά την οποία λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο της υστέρησης, οι κατατομές της εδαφικής υγρασίας εμφανίζουν τη μέγιστη τιμή τους κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Στην αντίθετη περίπτωση, όταν δηλαδή δεν λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο της υστέρησης, οι κατατομές της εδαφικής υγρασίας εμφανίζουν τη μέγιστη τιμή τους σε μεγαλύτερα βάθη. Επίσης, στο κάτω μέρος του εδάφους (κοντά στο μέτωπο διαβροχής) η εδαφική υγρασία είναι μικρότερη όταν λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο της υστέρησης. Μακριά από τη σημειακή πηγή και για χρόνους μεγαλύτερους από το χρόνο άρδευσης παρατηρηθήκαν μεγαλύτερες τιμές εδαφικής υγρασίας όταν δεν λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο της υστέρησης. Αυτό συμβαίνει γιατί η υστέρηση έχει την τάση να κρατά το νερό κοντά στην πηγή κατά την ανακατανομή. Συγκρίνοντας τις τιμές του συνολικού χρόνου προσομοίωσης συμπεραίνεται ότι η υστέρηση καθυστερεί σε μεγάλο βαθμό τη διαδικασία ανακατανομής. Η υστέρηση μειώνει τις απώλειες αρδευτικού νερού κάτω από το ριζόστρωμα. Η μείωση αυτή είναι ακόμη πιο σημαντική λόγω του ότι όταν λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο της υστέρησης ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δυο διαδοχικών αρδεύσεων (tend) αυξάνεται. Τέλος, όσον αφορά την επίδραση του φαινομένου της υστέρησης στην ανακατανομή του εδαφικού νερού και στις απώλειες λόγω βαθιάς διήθησης στις δύο περιπτώσεις συνεχούς και διακοπτόμενης στάγδην άρδευσης τα αριθμητικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η υστέρηση επηρεάζει σημαντικά την ανακατανομή του αρδευτικού νερού καθώς καθυστερεί σημαντικά το φαινόμενο της στράγγισης. Η καθυστέρηση αυτή είναι μεγαλύτερη στο πιο χονδρόκοκκο έδαφος από ότι στο πιο λεπτόκοκκο. Επίσης, η υστέρηση μειώνει περισσότερο τις απώλειες του αρδευτικού νερού λόγω βαθιάς διήθησης στη μεγαλύτερη παροχή και συνεπώς σε μεγαλύτερες τιμές της εδαφικής υγρασίας κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Αν αγνοηθεί το φαινόμενο της εξάτμισης του εδαφικού νερού από την επιφάνεια του εδάφους οι απώλειες αρδευτικού νερού κάτω από το ριζόστρωμα αυξάνονται σε μικρό βαθμό. Η σύγκριση συνεχούς με διακοπτόμενη άρδευση (με υστέρηση και χωρίς υστέρηση), έδειξε ότι η διακοπτόμενη άρδευση μειώνει ελάχιστα τις απώλειες παρότι στην διακοπτόμενη άρδευση έχουμε εναλλαγή διαβροχής με στράγγιση