Toprak Su Hareketi ve İnfiltrasyon
Su, toprak yüzeyindeki infiltrasyon ve profil içindeki doygun ve doymamış akış yoluyla toprakta hareket etmekte, nemi yeniden dağıtmakta, daha derin katmanları beslemekte ve köklere su sağlamaktadır.
Tanım
Toprak su hareketi, hidrolik potansiyel gradyanları tarafından yönlendirilen suyun toprak gözenek ağı içindeki akışıdır; infiltrasyon ise suyun toprak yüzeyinden girişi olup, bu hareketin ilk aşamasıdır.
Kapsam
Bu konu, suyun toprağa infiltrasyonunu, Darcy yasası ile tanımlanan doygun akışı, Richards denklemi ile tanımlanan doymamış akışı ve ıslanma sonrası suyun yeniden dağılımını kapsamaktadır. Suyun toprak gözenek ağına nasıl girdiğini ve bu ağ içinde nasıl hareket ettiğini, ayrıca bu akışın yağış suyunu infiltrasyon ve yüzey akışı arasında nasıl bölüştürdüğünü açıklamaktadır.
Temel sorular
- Suyun toprağa ne kadar hızlı sızdığını ne kontrol etmektedir?
- Darcy yasası toprakta doygun akışı nasıl tanımlamaktadır?
- Richards denklemi, Darcy yasasını doymamış akışa nasıl genişletmektedir?
- Yağmur veya sulamadan sonra su, profil içinde nasıl yeniden dağılmaktadır?
Anahtar kavramlar
- İnfiltrasyon hızı ve kapasitesi
- Doygun ve doymamış hidrolik iletkenlik
- Darcy yasası
- Richards denklemi
- Islanma cephesi ve yeniden dağılım
- Tercihli akış
Temel kuramlar
- Toprakta Darcy yasası
- Doygun toprak için akış, hidrolik gradyan ve doygun hidrolik iletkenlik ile orantılıdır; bu, yeraltı suyu akışını yöneten aynı bünye yasasıdır.
- Doymamış akış için Richards denklemi
- Richards, Darcy yasasını kısmen doygun toprak için kütle korunumu ile birleştirmiştir; burada hidrolik iletkenlik, su içeriği azaldıkça keskin bir şekilde düşmekte ve infiltrasyon ile yeniden dağılım için yönetici denklemi üretmektedir.
- İnfiltrasyon dinamikleri
- İnfiltrasyon hızı başlangıçta yüksek olmakta ve toprak ıslandıkça ve matris gradyanı zayıfladıkça doygun iletkenliğe doğru azalmaktadır; bu davranış infiltrasyon modelleri tarafından yakalanmakta ve yağışın infiltrasyon ile yüzey akışı arasında bölüştürülmesinde merkezi bir rol oynamaktadır.
Mekanizmalar
Su toprak yüzeyine ulaştığında, yerçekimi ve ıslanma cephesindeki dik matris gradyanı tarafından içeri çekilmektedir; bu nedenle infiltrasyon hızı başlangıçta yüksek olmakta ve profil ıslandıkça doygun hidrolik iletkenliğe doğru azalmaktadır. Doymamış toprak içinde, iletkenlik su içeriğine büyük ölçüde bağlıdır, çünkü sadece dolu gözenekler iletim yapmaktadır; bu yüzden toprak kurudukça akış keskin bir şekilde yavaşlamaktadır. Yapısal çatlaklar ve makrogözenekler, toprak matrisini atlayan tercihli akış (preferential flow) oluşturabilmektedir.
Klinik önem
İnfiltrasyon ve toprak-su akışı, yağışın ne kadarının toprağa girdiğini veya erozyon ve sellere neden olmak üzere yüzeyden aktığını, sulama suyunun ne kadar derine nüfuz ettiğini ve suyun bitki köklerine ne kadar verimli ulaştığını belirlemektedir; bunların yönetimi, sulama, drenaj ve toprak koruma açısından merkezi bir öneme sahiptir.
Tarihçe
Darcy'nin 1856 tarihli doygun akış yasası, Buckingham tarafından doymamış toprağa genişletilmiş ve 1931'de Richards tarafından modern kısmi diferansiyel formu verilmiştir. Yirminci yüzyıl infiltrasyon teorisi ve Richards denkleminin sayısal çözümü, toprak-su akışının nicel tahminini mümkün kılmıştır.
Öne çıkan isimler
- Lorenzo A. Richards
- Daniel Hillel
- Henry Darcy
İlgili konular
Temel eserler
- richards1931
- hillel1998
Sıkça sorulan sorular
- Su neden bazı topraklara sızmak yerine yüzeyden akıp gitmektedir?
- Yağış, toprağın emebileceğinden daha hızlı geldiğinde veya yüzey sıkışmış, kabuk bağlamış ya da zaten doygun olduğunda, infiltrasyon kapasitesi aşılmakta ve fazla su yüzeyden akıp gitmektedir; bu durum erozyon ve sellerin önemli bir nedenidir.
- Su neden kuru toprakta bu kadar yavaş hareket etmektedir?
- Doymamış toprakta sadece su dolu gözenekler akışı iletmektedir; bu nedenle toprak kurudukça iletken yollar küçülmekte ve hidrolik iletkenlik büyüklük mertebeleri kadar düşmekte, bu da kuru toprakta hareketi çok yavaşlatmaktadır.