Infiltration et eau du sol

L'infiltration est l'entrée de l'eau dans le sol, et la dynamique de l'eau du sol dans la zone non saturée répartit les précipitations entre le ruissellement, le stockage, l'évapotranspiration et la recharge des eaux souterraines.

Definition

L'infiltration est le mouvement de l'eau de la surface vers le sol, et l'eau du sol est l'eau retenue dans la zone non saturée ; leurs dynamiques, régies par les forces capillaires et gravitationnelles, déterminent la manière dont les précipitations sont réparties à la surface et sous la surface du sol.

Scope

Ce sujet couvre le processus et le taux d'infiltration, la physique du mouvement de l'eau dans la zone non saturée (vadose), les relations caractéristiques eau-sol, et le rôle de l'eau du sol dans la liaison entre l'hydrologie de surface et souterraine. Il se concentre sur la colonne de sol non saturée ; l'écoulement des eaux souterraines saturées est traité dans la section sur les eaux souterraines.

Core questions

• Qu'est-ce qui contrôle le taux d'infiltration de l'eau dans le sol ?
• Comment l'eau se déplace-t-elle dans la zone non saturée ?
• Comment l'eau du sol est-elle retenue contre la gravité, et comment est-elle caractérisée ?
• Comment l'eau du sol relie-t-elle le ruissellement de surface, l'évapotranspiration et la recharge ?

Key concepts

• Taux et capacité d'infiltration
• Zone non saturée (vadose)
• Potentiel matriciel et capillarité
• Courbe caractéristique eau-sol
• Richards equation
• Capacité au champ et point de flétrissement

Key theories

Richards equation

Richards a combiné la loi de Darcy pour les milieux non saturés avec la continuité pour obtenir une équation aux dérivées partielles régissant l'écoulement de l'eau dans la zone vadose, constituant la base physique de la modélisation de l'infiltration et du mouvement de l'eau dans le sol.

Théorie de l'infiltration

Les modèles d'infiltration analytiques et conceptuels, tels que la solution de Philip et l'approche de Green-Ampt, décrivent comment la capacité d'infiltration diminue avec le temps à mesure que le sol s'humidifie, prédisant le moment où les précipitations commencent à générer du ruissellement.

Mechanisms

L'eau pénétrant dans le sol est retenue par les forces capillaires dans les pores et entraînée vers le bas par la gravité ; le taux d'infiltration est initialement élevé et diminue vers la conductivité saturée à mesure que le sol s'humidifie et que le gradient matriciel s'affaiblit. La conductivité non saturée et la relation entre la teneur en eau et le potentiel matriciel, représentées par la courbe caractéristique eau-sol, régissent la vitesse et la distance de déplacement de l'eau.

Clinical relevance

L'infiltration et le comportement de l'eau du sol contrôlent le début et le volume du ruissellement de surface et donc les inondations, l'eau disponible pour les plantes et le moment de l'irrigation, la recharge des aquifères, et le transport des produits chimiques agricoles vers les eaux souterraines.

History

S'appuyant sur l'extension de la loi de Darcy aux sols non saturés par Buckingham, Richards a formulé en 1931 l'équation régissant l'écoulement en zone vadose. Les travaux du milieu du XXe siècle de Philip ainsi que de Green et Ampt ont produit des théories pratiques de l'infiltration qui ont relié la physique du sol à la génération de ruissellement dans les bassins versants.

Key figures

• Lorenzo A. Richards
• John R. Philip
• S. Lawrence Dingman

Seminal works

• richards1931
• philip1957
• dingman2015

Frequently asked questions

Pourquoi l'infiltration ralentit-elle pendant une tempête ?

À mesure que le sol s'humidifie, ses pores se remplissent et le gradient capillaire qui attire l'eau s'affaiblit, de sorte que le taux d'infiltration diminue d'une valeur initiale élevée vers la conductivité hydraulique saturée du sol ; une fois que les précipitations dépassent ce taux, le ruissellement commence.

Qu'est-ce que la zone vadose ?

La zone vadose, ou non saturée, est le sol et la roche situés entre la surface du sol et la nappe phréatique, où les pores contiennent à la fois de l'air et de l'eau ; l'eau s'y déplace sous l'effet combiné des forces capillaires et gravitationnelles avant d'atteindre les eaux souterraines saturées en dessous.