حرکت آب در خاک و نفوذپذیری
آب از طریق نفوذ در سطح و جریان اشباع و غیراشباع در داخل پروفیل خاک حرکت میکند و رطوبت را بازتوزیع کرده، لایههای عمیقتر را تغذیه نموده و ریشهها را تأمین میکند.
Definition
حرکت آب در خاک، جریان آب از طریق شبکه منافذ خاک است که توسط گرادیانهای پتانسیل هیدرولیکی هدایت میشود؛ نفوذ، ورود آب از طریق سطح خاک است که اولین مرحله از این حرکت محسوب میشود.
Scope
این موضوع شامل نفوذ آب به خاک، جریان اشباع توصیف شده توسط قانون دارسی، جریان غیراشباع توصیف شده توسط معادله ریچاردز، و بازتوزیع آب پس از مرطوب شدن است. این مبحث توضیح میدهد که چگونه آب وارد شبکه منافذ خاک شده و از آن عبور میکند و چگونه این جریان، بارندگی را بین نفوذ و رواناب تقسیم میکند.
Core questions
- چه عواملی سرعت نفوذ آب به خاک را کنترل میکنند؟
- قانون دارسی چگونه جریان اشباع در خاک را توصیف میکند؟
- معادله ریچاردز چگونه قانون دارسی را به جریان غیراشباع تعمیم میدهد؟
- آب پس از باران یا آبیاری چگونه در داخل پروفیل بازتوزیع میشود؟
Key concepts
- نرخ و ظرفیت نفوذ
- هدایت هیدرولیکی اشباع و غیراشباع
- قانون دارسی
- معادله ریچاردز
- جبهه خیسشونده و بازتوزیع
- جریان ترجیحی
Key theories
- قانون دارسی در خاک
- برای خاک اشباع، جریان متناسب با گرادیان هیدرولیکی و هدایت هیدرولیکی اشباع است، همان قانون اساسی که جریان آب زیرزمینی را کنترل میکند.
- معادله ریچاردز برای جریان غیراشباع
- ریچاردز قانون دارسی را با حفظ جرم برای خاک نیمهاشباع ترکیب کرد، جایی که هدایت هیدرولیکی با کاهش محتوای آب به شدت افت میکند، و معادله حاکم بر نفوذ و بازتوزیع را تولید نمود.
- دینامیک نفوذ
- نرخ نفوذ در ابتدا بالا است و با خیس شدن خاک و تضعیف گرادیان ماتریک، به سمت هدایت اشباع کاهش مییابد، رفتاری که توسط مدلهای نفوذ ثبت شده و برای تقسیم بارندگی به نفوذ و رواناب محوری است.
Mechanisms
هنگامی که آب به سطح خاک میرسد، توسط گرانش و گرادیان ماتریک شیبدار در جبهه خیسشونده به داخل کشیده میشود، بنابراین نرخ نفوذ بالا شروع شده و با خیس شدن پروفیل، به سمت هدایت هیدرولیکی اشباع کاهش مییابد. در خاک غیراشباع، هدایت به شدت به محتوای آب بستگی دارد زیرا تنها منافذ پر شده آب را هدایت میکنند، بنابراین با خشک شدن خاک، جریان به شدت کند میشود. ترکهای ساختاری و ماکروپورها میتوانند جریان ترجیحی ایجاد کنند که از ماتریکس خاک عبور میکند.
Clinical relevance
نفوذ و جریان آب در خاک تعیین میکند که چه مقدار بارندگی وارد خاک میشود در مقابل چه مقدار به صورت رواناب باعث فرسایش و سیلاب میگردد، آب آبیاری تا چه عمقی نفوذ میکند و آب با چه کارایی به ریشههای گیاه میرسد؛ مدیریت آنها برای آبیاری، زهکشی و حفاظت خاک محوری است.
History
قانون دارسی در سال ۱۸۵۶ برای جریان اشباع، توسط باکینگهام به خاک غیراشباع تعمیم داده شد و در سال ۱۹۳۱ توسط ریچاردز به شکل مدرن دیفرانسیل جزئی خود رسید. نظریه نفوذ در قرن بیستم و حل عددی معادله ریچاردز، پیشبینی کمی جریان آب در خاک را ممکن ساخت.
Key figures
- Lorenzo A. Richards
- Daniel Hillel
- Henry Darcy
Related topics
Seminal works
- richards1931
- hillel1998
Frequently asked questions
- چرا آب به جای نفوذ به داخل برخی خاکها، از روی آنها جاری میشود؟
- هنگامی که بارندگی سریعتر از توانایی جذب خاک باشد، یا زمانی که سطح فشرده، پوستهپوسته یا از قبل اشباع شده باشد، ظرفیت نفوذ بیش از حد میشود و آب اضافی به صورت رواناب جاری میگردد که عامل اصلی فرسایش و سیلاب است.
- چرا آب در خاک خشک بسیار آهسته حرکت میکند؟
- در خاک غیراشباع، تنها منافذ پر از آب جریان را هدایت میکنند، بنابراین با خشک شدن خاک، مسیرهای هدایتکننده کوچک میشوند و هدایت هیدرولیکی به میزان قابل توجهی کاهش مییابد، که باعث میشود حرکت در خاک خشک بسیار کند باشد.