حركة مياه التربة والارتشاح
تتحرك المياه عبر التربة عن طريق الارتشاح عند السطح وعن طريق التدفق المشبع وغير المشبع داخل القطاع الجانبي، مما يعيد توزيع الرطوبة، ويغذي الطبقات الأعمق، ويزود الجذور.
Definition
حركة مياه التربة هي تدفق الماء عبر شبكة مسام التربة مدفوعًا بتدرجات الجهد الهيدروليكي؛ والارتشاح هو دخول الماء عبر سطح التربة، وهو المرحلة الأولى من تلك الحركة.
Scope
يغطي هذا الموضوع ارتشاح الماء في التربة، والتدفق المشبع الموصوف بقانون دارسي، والتدفق غير المشبع الموصوف بمعادلة ريتشاردز، وإعادة توزيع الماء بعد التبلل. ويوضح كيف يدخل الماء ويتحرك عبر شبكة مسام التربة وكيف يقسم هذا التدفق مياه الأمطار بين الارتشاح والجريان السطحي.
Core questions
- ما الذي يتحكم في سرعة ارتشاح الماء إلى التربة؟
- كيف يصف قانون دارسي التدفق المشبع في التربة؟
- كيف توسع معادلة ريتشاردز قانون دارسي ليشمل التدفق غير المشبع؟
- كيف يعاد توزيع الماء داخل القطاع الجانبي بعد المطر أو الري؟
Key concepts
- معدل الارتشاح وسعته
- الموصلية الهيدروليكية المشبعة وغير المشبعة
- قانون دارسي
- معادلة ريتشاردز
- جبهة التبلل وإعادة التوزيع
- التدفق التفضيلي
Key theories
- قانون دارسي في التربة
- بالنسبة للتربة المشبعة، يتناسب التدفق مع التدرج الهيدروليكي والموصلية الهيدروليكية المشبعة، وهو نفس القانون التأسيسي الذي يحكم تدفق المياه الجوفية.
- معادلة ريتشاردز للتدفق غير المشبع
- جمع ريتشاردز قانون دارسي مع حفظ الكتلة للتربة المشبعة جزئيًا، حيث تنخفض الموصلية الهيدروليكية بشدة مع انخفاض محتوى الماء، مما ينتج عنه المعادلة الحاكمة للارتشاح وإعادة التوزيع.
- ديناميكيات الارتشاح
- يكون معدل الارتشاح مرتفعًا في البداية وينخفض نحو الموصلية المشبعة مع تبلل التربة وضعف التدرج الماتريسي، وهو سلوك تلتقطه نماذج الارتشاح وله أهمية مركزية في تقسيم مياه الأمطار إلى ارتشاح وجريان سطحي.
Mechanisms
عندما يصل الماء إلى سطح التربة، يتم سحبه بفعل الجاذبية وبتدرج الجهد الماتريسي الحاد عند جبهة التبلل، لذا يبدأ معدل الارتشاح مرتفعًا وينخفض نحو الموصلية الهيدروليكية المشبعة مع تبلل القطاع الجانبي. داخل التربة غير المشبعة، تعتمد الموصلية بشدة على محتوى الماء لأن المسام الممتلئة فقط هي التي توصل، لذا يتباطأ التدفق بشكل حاد مع جفاف التربة. يمكن أن تخلق الشقوق الهيكلية والمسام الكبيرة تدفقًا تفضيليًا يتجاوز مصفوفة التربة.
Clinical relevance
يحدد الارتشاح وتدفق مياه التربة كمية الأمطار التي تدخل التربة مقابل الجريان السطحي الذي يسبب التعرية والفيضانات، ومدى عمق اختراق مياه الري، ومدى كفاءة وصول الماء إلى جذور النباتات؛ وتعد إدارتها أمرًا أساسيًا للري والصرف والحفاظ على التربة.
History
تم توسيع قانون دارسي لعام 1856 للتدفق المشبع ليشمل التربة غير المشبعة بواسطة باكنغهام، وأعطاه ريتشاردز شكله التفاضلي الجزئي الحديث في عام 1931. وقد أتاحت نظرية الارتشاح في القرن العشرين والحل العددي لمعادلة ريتشاردز التنبؤ الكمي بتدفق مياه التربة.
Key figures
- Lorenzo A. Richards
- Daniel Hillel
- Henry Darcy
Related topics
Seminal works
- richards1931
- hillel1998
Frequently asked questions
- لماذا تجري المياه على بعض الترب بدلاً من أن تتسرب إليها؟
- عندما تصل مياه الأمطار أسرع مما تستطيع التربة امتصاصه، أو عندما يكون السطح مضغوطًا أو متقشرًا أو مشبعًا بالفعل، يتم تجاوز سعة الارتشاح وتجري المياه الزائدة، وهو محرك رئيسي للتعرية والفيضانات.
- لماذا تتحرك المياه ببطء شديد عبر التربة الجافة؟
- في التربة غير المشبعة، توصل المسام الممتلئة بالماء فقط التدفق، لذا مع جفاف التربة تتقلص مسارات التوصيل وتنخفض الموصلية الهيدروليكية بمقادير كبيرة، مما يجعل الحركة عبر التربة الجافة بطيئة جدًا.