Pergerakan Air Tanah dan Infiltrasi

Air bergerak melalui tanah melalui infiltrasi di permukaan dan melalui aliran jenuh dan tidak jenuh di dalam profil, mendistribusikan kembali kelembaban, mengisi ulang lapisan yang lebih dalam, dan memasok akar.

Definition

Pergerakan air tanah adalah aliran air melalui jaringan pori tanah yang didorong oleh gradien potensial hidrolik; infiltrasi adalah masuknya air melalui permukaan tanah, tahap pertama dari pergerakan tersebut.

Scope

Topik ini mencakup infiltrasi air ke dalam tanah, aliran jenuh yang dijelaskan oleh hukum Darcy, aliran tidak jenuh yang dijelaskan oleh persamaan Richards, dan redistribusi air setelah pembasahan. Ini menjelaskan bagaimana air masuk dan bergerak melalui jaringan pori tanah dan bagaimana aliran tersebut membagi curah hujan antara infiltrasi dan limpasan.

Core questions

• Apa yang mengontrol seberapa cepat air berinfiltrasi ke dalam tanah?
• Bagaimana hukum Darcy menjelaskan aliran jenuh dalam tanah?
• Bagaimana persamaan Richards memperluas hukum Darcy ke aliran tidak jenuh?
• Bagaimana air terdistribusi kembali di dalam profil setelah hujan atau irigasi?

Key concepts

• Laju dan kapasitas infiltrasi
• Konduktivitas hidrolik jenuh dan tidak jenuh
• Hukum Darcy
• Persamaan Richards
• Bagian depan pembasahan dan redistribusi
• Aliran preferensial

Key theories

Hukum Darcy dalam tanah

Untuk tanah jenuh, aliran sebanding dengan gradien hidrolik dan konduktivitas hidrolik jenuh, hukum konstitutif yang sama yang mengatur aliran air tanah.

Persamaan Richards untuk aliran tidak jenuh

Richards menggabungkan hukum Darcy dengan konservasi massa untuk tanah yang sebagian jenuh, di mana konduktivitas hidrolik menurun tajam seiring berkurangnya kadar air, menghasilkan persamaan pengatur untuk infiltrasi dan redistribusi.

Dinamika infiltrasi

Laju infiltrasi awalnya tinggi dan menurun menuju konduktivitas jenuh saat tanah membasahi dan gradien matrik melemah, perilaku yang ditangkap oleh model infiltrasi dan sentral untuk membagi curah hujan menjadi infiltrasi dan limpasan.

Mechanisms

Ketika air mencapai permukaan tanah, air ditarik oleh gravitasi dan oleh gradien matrik yang curam di bagian depan pembasahan, sehingga laju infiltrasi dimulai tinggi dan menurun menuju konduktivitas hidrolik jenuh saat profil membasahi. Di dalam tanah yang tidak jenuh, konduktivitas sangat bergantung pada kadar air karena hanya pori-pori yang terisi yang menghantarkan, sehingga aliran melambat tajam saat tanah mengering. Retakan struktural dan makropori dapat menciptakan aliran preferensial yang melewati matriks tanah.

Clinical relevance

Infiltrasi dan aliran air tanah menentukan seberapa banyak curah hujan yang masuk ke dalam tanah dibandingkan dengan yang mengalir untuk menyebabkan erosi dan banjir, seberapa dalam air irigasi menembus, dan seberapa efisien air mencapai akar tanaman; pengelolaannya sangat penting untuk irigasi, drainase, dan konservasi tanah.

History

Hukum Darcy tahun 1856 untuk aliran jenuh diperluas ke tanah tidak jenuh oleh Buckingham dan diberikan bentuk diferensial parsial modernnya oleh Richards pada tahun 1931. Teori infiltrasi abad kedua puluh dan solusi numerik persamaan Richards memungkinkan prediksi kuantitatif aliran air tanah.

Key figures

• Lorenzo A. Richards
• Daniel Hillel
• Henry Darcy

Seminal works

• richards1931
• hillel1998

Frequently asked questions

Mengapa air mengalir di beberapa tanah alih-alih meresap?

Ketika curah hujan datang lebih cepat daripada kemampuan tanah untuk menyerapnya, atau ketika permukaan tanah padat, berkerak, atau sudah jenuh, kapasitas infiltrasi terlampaui dan kelebihan air mengalir, yang merupakan pendorong utama erosi dan banjir.

Mengapa air bergerak sangat lambat melalui tanah kering?

Dalam tanah tidak jenuh, hanya pori-pori yang terisi air yang menghantarkan aliran, sehingga saat tanah mengering, jalur penghantar menyusut dan konduktivitas hidrolik turun beberapa tingkat besaran, membuat pergerakan melalui tanah kering sangat lambat.