İnfiltrasyon ve Toprak Suyu
İnfiltrasyon, suyun toprağa girişi olarak tanımlanmaktadır ve doymamış bölgedeki toprak suyu dinamikleri, yağışı yüzeysel akış, depolama, buharlaşma-terleme ve yeraltı suyuna beslenme arasında bölüştürmektedir.
Tanım
İnfiltrasyon, suyun yüzeyden toprağa hareketi olarak tanımlanmaktadır ve toprak suyu, doymamış bölgede tutulan sudur; kılcal ve yerçekimi kuvvetleri tarafından yönetilen dinamikleri, yağışın arazi yüzeyinde ve altında nasıl bölündüğünü belirlemektedir.
Kapsam
Bu konu, infiltrasyon süreci ve hızını, doymamış (vadoz) bölgedeki su hareketinin fiziğini, toprak-su karakteristik ilişkilerini ve toprak suyunun yüzey ile yüzeyaltı hidrolojisini birbirine bağlamadaki rolünü kapsamaktadır. Doymamış toprak sütununa odaklanılmaktadır; doymuş yeraltı suyu akışı ise yeraltı suyu alanında ele alınmaktadır.
Temel sorular
- Suyun toprağa sızma hızını ne kontrol etmektedir?
- Su, doymamış bölgede nasıl hareket etmektedir?
- Toprak suyu yerçekimine karşı nasıl tutulmaktadır ve nasıl karakterize edilmektedir?
- Toprak suyu, yüzeysel akış, buharlaşma-terleme ve beslenmeyi nasıl birbirine bağlamaktadır?
Anahtar kavramlar
- İnfiltrasyon hızı ve kapasitesi
- Doymamış (vadoz) bölge
- Matris potansiyeli ve kılcallık
- Toprak-su karakteristik eğrisi
- Richards denklemi
- Tarla kapasitesi ve solma noktası
Temel kuramlar
- Richards equation
- Richards, doymamış ortamlar için Darcy yasasını süreklilik ile birleştirerek, vadoz bölgedeki su akışını yöneten bir kısmi diferansiyel denklem ortaya koymuştur; bu da infiltrasyon ve toprak suyu hareketini modellemek için fiziksel bir temel oluşturmaktadır.
- İnfiltrasyon teorisi
- Philip çözümü ve Green-Ampt yaklaşımı gibi analitik ve kavramsal infiltrasyon modelleri, toprak ıslandıkça infiltrasyon kapasitesinin zamanla nasıl azaldığını tanımlamakta ve yağışın ne zaman yüzeysel akış oluşturmaya başlayacağını tahmin etmektedir.
Mekanizmalar
Toprağa giren su, gözeneklerde kılcal kuvvetlerle tutulmakta ve yerçekimi ile aşağı doğru hareket ettirilmektedir; infiltrasyon hızı başlangıçta yüksek olmakla birlikte, toprak ıslandıkça ve matris gradyanı zayıfladıkça doymuş iletkenliğe doğru azalmaktadır. Doymamış iletkenlik ve toprak-su karakteristik eğrisi ile ifade edilen su içeriği ile matris potansiyeli arasındaki ilişki, suyun ne kadar hızlı ve ne kadar uzağa hareket ettiğini belirlemektedir.
Klinik önem
İnfiltrasyon ve toprak suyu davranışı, yüzeysel akışın başlangıcını ve miktarını, dolayısıyla selleri, bitkilere sağlanan suyu ve sulama zamanlamasını, akiferlerin beslenmesini ve tarım kimyasallarının yeraltı suyuna taşınmasını kontrol etmektedir.
Tarihçe
Buckingham'ın Darcy yasasını doymamış topraklara genişletmesine dayanarak, Richards 1931'de vadoz bölge akışı için yönetici denklemi formüle etmiştir. 20. yüzyıl ortalarında Philip ile Green ve Ampt tarafından yapılan çalışmalar, toprak fiziğini havza akış üretimiyle ilişkilendiren pratik infiltrasyon teorileri ortaya koymuştur.
Öne çıkan isimler
- Lorenzo A. Richards
- John R. Philip
- S. Lawrence Dingman
İlgili konular
Temel eserler
- richards1931
- philip1957
- dingman2015
Sıkça sorulan sorular
- Bir fırtına sırasında infiltrasyon neden yavaşlamaktadır?
- Toprak ıslandıkça, gözenekleri dolmakta ve suyu içeri çeken kılcal gradyan zayıflamaktadır, bu nedenle infiltrasyon hızı yüksek bir başlangıç değerinden toprağın doymuş hidrolik iletkenliğine doğru düşmektedir; yağış bu hızı aştığında ise yüzeysel akış başlamaktadır.
- Vadoz bölge nedir?
- Vadoz veya doymamış bölge, arazi yüzeyi ile su tablası arasındaki toprak ve kayadır; burada gözenekler hem hava hem de su tutmaktadır; su, aşağıdaki doymuş yeraltı suyuna ulaşmadan önce birleşik kılcal ve yerçekimi kuvvetleri altında bu bölgeden geçmektedir.