浸潤と土壌水

浸潤とは、水が土壌に浸透することであり、不飽和帯における土壌水の動態は、降水を流出、貯留、蒸発散、地下水への再充填に分配します。

Definition

浸潤とは、地表から土壌への水の移動であり、土壌水とは不飽和帯に保持されている水のことです。これらの動態は、毛管力と重力によって支配され、降水が地表および地下でどのように分配されるかを決定します。

Scope

このトピックでは、浸潤のプロセスと速度、不飽和帯（バドース帯）における水の移動の物理学、土壌水分特性の関係、および地表と地下水文学を結びつける土壌水の役割について扱います。不飽和土壌柱に焦点を当てており、飽和地下水流は地下水領域で扱われます。

Core questions

• 水が土壌に浸潤する速度を制御する要因は何ですか？
• 不飽和帯を水はどのように移動しますか？
• 土壌水は重力に逆らってどのように保持され、どのように特徴づけられますか？
• 土壌水は表面流出、蒸発散、涵養をどのように結びつけますか？

Key concepts

• 浸潤速度と浸潤能
• 不飽和帯（バドース帯）
• マトリックポテンシャルと毛管現象
• 土壌水分特性曲線
• リチャーズ方程式
• 圃場容水量と萎凋点

Key theories

リチャーズ方程式

リチャーズは、不飽和媒体に対するダルシーの法則と連続の式を組み合わせ、バドース帯における水の流れを支配する偏微分方程式を与え、浸潤と土壌水移動のモデリングの物理的基礎を築きました。

浸潤理論

フィリップの解やグリーン・アンプのアプローチなどの解析的および概念的浸潤モデルは、土壌が湿潤するにつれて浸潤能が時間とともにどのように低下するかを記述し、降雨がいつ流出を生成し始めるかを予測します。

Mechanisms

土壌に浸入した水は、毛管力によって間隙に保持され、重力によって下方に移動します。浸潤速度は初期には高く、土壌が湿潤し、マトリック勾配が弱まるにつれて飽和透水係数に向かって低下します。不飽和透水係数と、土壌水分特性曲線によって捉えられる含水率とマトリックポテンシャルの関係は、水がどれだけ速く、どれだけ遠くまで移動するかを支配します。

Clinical relevance

浸潤と土壌水の挙動は、表面流出の発生と量、ひいては洪水、植物が利用できる水と灌漑のタイミング、帯水層の涵養、および農業化学物質の地下水への輸送を制御します。

History

不飽和土壌へのダルシーの法則のバッキンガムによる拡張に基づき、リチャーズは1931年にバドース帯流の支配方程式を定式化しました。20世紀半ばには、フィリップとグリーン・アンプによる研究が、土壌物理学と集水域の流出生成を結びつける実用的な浸潤理論を生み出しました。

Key figures

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

Seminal works

• richards1931
• philip1957
• dingman2015

Frequently asked questions

嵐の間、浸潤が遅くなるのはなぜですか？

土壌が湿潤すると、その間隙が満たされ、水を引き込む毛管勾配が弱まるため、浸潤速度は高い初期値から土壌の飽和水理伝導度に向かって低下します。降雨量がこの速度を超えると、流出が始まります。

バドース帯とは何ですか？

バドース帯、または不飽和帯とは、地表と地下水面の間にある土壌と岩石の層であり、間隙には空気と水の両方が保持されています。水は、毛管力と重力の複合的な力によってこの層を移動し、下にある飽和地下水に到達します。