Infiltrasi dan Air Tanah

Infiltrasi adalah masuknya air ke dalam tanah, dan dinamika air-tanah di zona tak jenuh membagi presipitasi antara limpasan, penyimpanan, evapotranspirasi, dan pengisian kembali air tanah.

Definition

Infiltrasi adalah pergerakan air dari permukaan ke dalam tanah, dan air tanah adalah air yang tertahan di zona tak jenuh; dinamikanya, yang diatur oleh gaya kapiler dan gravitasi, menentukan bagaimana presipitasi terbagi di dan di bawah permukaan tanah.

Scope

Topik ini mencakup proses dan laju infiltrasi, fisika pergerakan air di zona tak jenuh (vadose), hubungan karakteristik air-tanah, dan peran air tanah dalam menghubungkan hidrologi permukaan dan bawah permukaan. Ini berfokus pada kolom tanah tak jenuh; aliran air tanah jenuh dibahas di area air tanah.

Core questions

• Apa yang mengontrol laju masuknya air ke dalam tanah?
• Bagaimana air bergerak melalui zona tak jenuh?
• Bagaimana air tanah ditahan terhadap gravitasi, dan bagaimana karakteristiknya?
• Bagaimana air tanah menghubungkan limpasan permukaan, evapotranspirasi, dan pengisian kembali?

Key concepts

• Laju dan kapasitas infiltrasi
• Zona tak jenuh (vadose)
• Potensial matrik dan kapilaritas
• Kurva karakteristik air-tanah
• Persamaan Richards
• Kapasitas lapangan dan titik layu

Key theories

Persamaan Richards

Richards menggabungkan hukum Darcy untuk media tak jenuh dengan kontinuitas untuk memberikan persamaan diferensial parsial yang mengatur aliran air di zona vadose, dasar fisik untuk memodelkan infiltrasi dan pergerakan air tanah.

Teori infiltrasi

Model infiltrasi analitis dan konseptual, seperti solusi Philip dan pendekatan Green-Ampt, menjelaskan bagaimana kapasitas infiltrasi menurun seiring waktu saat tanah menjadi basah, memprediksi kapan curah hujan mulai menghasilkan limpasan.

Mechanisms

Air yang masuk ke dalam tanah ditahan oleh gaya kapiler di dalam pori-pori dan didorong ke bawah oleh gravitasi; laju infiltrasi awalnya tinggi dan menurun menuju konduktivitas jenuh saat tanah menjadi basah dan gradien matrik melemah. Konduktivitas tak jenuh dan hubungan antara kadar air dan potensial matrik, yang ditangkap oleh kurva karakteristik air-tanah, mengatur seberapa cepat dan seberapa jauh air bergerak.

Clinical relevance

Perilaku infiltrasi dan air tanah mengontrol awal dan jumlah limpasan permukaan dan dengan demikian banjir, air yang tersedia untuk tanaman dan waktu irigasi, pengisian kembali akuifer, dan transportasi bahan kimia pertanian menuju air tanah.

History

Berdasarkan perluasan hukum Darcy oleh Buckingham ke tanah tak jenuh, Richards pada tahun 1931 merumuskan persamaan pengatur untuk aliran zona vadose. Karya pertengahan abad ke-20 oleh Philip dan oleh Green dan Ampt menghasilkan teori infiltrasi praktis yang menghubungkan fisika tanah dengan pembentukan limpasan daerah tangkapan air.

Key figures

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

Seminal works

• richards1931
• philip1957
• dingman2015

Frequently asked questions

Mengapa infiltrasi melambat selama badai?

Saat tanah menjadi basah, pori-porinya terisi dan gradien kapiler yang menarik air melemah, sehingga laju infiltrasi turun dari nilai awal yang tinggi menuju konduktivitas hidrolik jenuh tanah; setelah curah hujan melebihi laju ini, limpasan dimulai.

Apa itu zona vadose?

Zona vadose, atau tak jenuh, adalah tanah dan batuan antara permukaan tanah dan muka air tanah, di mana pori-pori menahan udara dan air; air bergerak melaluinya di bawah gabungan gaya kapiler dan gravitasi sebelum mencapai air tanah jenuh di bawahnya.