Thấm và Nước trong Đất

Thấm là sự xâm nhập của nước vào đất, và động lực học nước-đất trong vùng không bão hòa phân chia lượng mưa giữa dòng chảy mặt, lưu trữ, bốc thoát hơi nước và bổ sung nước ngầm.

Definition

Thấm là sự di chuyển của nước từ bề mặt vào đất, và nước trong đất là lượng nước được giữ trong vùng không bão hòa; động lực học của chúng, được điều chỉnh bởi lực mao dẫn và trọng lực, xác định cách lượng mưa được phân chia tại và dưới bề mặt đất.

Scope

Chủ đề này bao gồm quá trình và tốc độ thấm, vật lý của sự di chuyển của nước trong vùng không bão hòa (vùng thấm), các mối quan hệ đặc trưng nước-đất, và vai trò của nước trong đất trong việc liên kết thủy văn bề mặt và dưới bề mặt. Nó tập trung vào cột đất không bão hòa; dòng chảy nước ngầm bão hòa được xử lý trong lĩnh vực nước ngầm.

Core questions

• Điều gì kiểm soát tốc độ nước thấm vào đất?
• Nước di chuyển qua vùng không bão hòa như thế nào?
• Nước trong đất được giữ chống lại trọng lực như thế nào, và nó được đặc trưng ra sao?
• Nước trong đất kết nối dòng chảy mặt, bốc thoát hơi nước và bổ sung như thế nào?

Key concepts

• Tốc độ và khả năng thấm
• Vùng không bão hòa (vùng thấm)
• Thế năng ma trận và mao dẫn
• Đường cong đặc trưng nước-đất
• Phương trình Richards
• Dung tích đồng ruộng và điểm héo

Key theories

Phương trình Richards

Richards đã kết hợp định luật Darcy cho môi trường không bão hòa với tính liên tục để đưa ra một phương trình vi phân riêng phần điều chỉnh dòng chảy của nước trong vùng thấm, cơ sở vật lý để mô hình hóa sự thấm và sự di chuyển của nước trong đất.

Lý thuyết thấm

Các mô hình thấm phân tích và khái niệm, chẳng hạn như giải pháp của Philip và phương pháp Green-Ampt, mô tả cách khả năng thấm giảm dần theo thời gian khi đất ẩm ướt, dự đoán khi nào lượng mưa bắt đầu tạo ra dòng chảy.

Mechanisms

Nước đi vào đất được giữ bởi lực mao dẫn trong các lỗ rỗng và được đẩy xuống dưới bởi trọng lực; tốc độ thấm ban đầu cao và giảm dần về độ dẫn bão hòa khi đất ẩm ướt và gradient ma trận yếu đi. Độ dẫn không bão hòa và mối quan hệ giữa hàm lượng nước và thế năng ma trận, được thể hiện bằng đường cong đặc trưng nước-đất, điều chỉnh tốc độ và quãng đường nước di chuyển.

Clinical relevance

Sự thấm và hành vi của nước trong đất kiểm soát sự khởi đầu và lượng dòng chảy mặt, do đó ảnh hưởng đến lũ lụt, lượng nước có sẵn cho thực vật và thời điểm tưới tiêu, sự bổ sung tầng chứa nước, và sự vận chuyển hóa chất nông nghiệp về phía nước ngầm.

History

Dựa trên sự mở rộng định luật Darcy của Buckingham cho đất không bão hòa, Richards vào năm 1931 đã xây dựng phương trình điều chỉnh dòng chảy vùng thấm. Công trình giữa thế kỷ 20 của Philip và của Green và Ampt đã tạo ra các lý thuyết thấm thực tiễn, liên kết vật lý đất với sự hình thành dòng chảy lưu vực.

Key figures

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

Seminal works

• richards1931
• philip1957
• dingman2015

Frequently asked questions

Tại sao sự thấm chậm lại trong một trận mưa bão?

Khi đất ẩm ướt, các lỗ rỗng của nó đầy nước và gradient mao dẫn kéo nước vào yếu đi, do đó tốc độ thấm giảm từ giá trị ban đầu cao xuống độ dẫn thủy lực bão hòa của đất; một khi lượng mưa vượt quá tốc độ này, dòng chảy mặt bắt đầu.

Vùng thấm là gì?

Vùng thấm, hay vùng không bão hòa, là đất và đá giữa bề mặt đất và mực nước ngầm, nơi các lỗ rỗng chứa cả không khí và nước; nước di chuyển qua nó dưới tác động kết hợp của lực mao dẫn và trọng lực trước khi đến nước ngầm bão hòa bên dưới.