Кривая удержания воды

Не путать с психрометрикой — свойствами влажного воздуха.

Кривая водоудержания песка (Ss), алеврита или суглинка (Uu), суглинка-пылевата или глины (Lu), а также глины или торфа (Tt).

Кривая удержания воды представляет собой соотношение между воды содержанием θ и потенциалом влаги в почве ψ. Эта кривая характерна для разных типов почв и называется еще характеристикой влажности почвы .

Он используется для прогнозирования запаса воды в почве, подачи воды растениям ( емкости поля ) и устойчивости почвенных агрегатов . Из-за гистерезисного эффекта заполнения и дренажа пор водой можно выделить различные кривые смачивания и высыхания.

Общие характеристики кривой водоудержания можно увидеть на рисунке, на котором объемное содержание воды θ показано в зависимости от матричного потенциала: $\Psi _{m}$. При потенциалах, близких к нулю, почва близка к насыщению, и вода удерживается в почве преимущественно за счет капиллярных сил. По мере уменьшения θ связывание воды становится сильнее, и при малых потенциалах (более отрицательных, приближающихся к точке увядания ) вода прочно связывается в мельчайших порах, в точках контакта между зернами и в виде пленок, связанных адсорбционными силами вокруг частиц.

Песчаные почвы будут иметь преимущественно капиллярное связывание и, следовательно, будут выделять большую часть воды при более высоких потенциалах, тогда как глинистые почвы с адгезионным и осмотическим связыванием будут выделять воду при более низких (более отрицательных) потенциалах. При любом данном потенциале торфяные почвы обычно имеют гораздо более высокое содержание влаги, чем глинистые почвы, которые, как ожидается, будут удерживать больше воды, чем песчаные почвы. Водоудерживающая способность любой почвы обусловлена ​​пористостью и характером связей в почве.

Кривые модели

Форму кривых водоудержания можно охарактеризовать несколькими моделями, одна из них известна как модель Ван Генухтена:

$\theta (\psi )=\theta _{r}+{\frac {\theta _{s}-\theta _{r}}{\left[1+(\alpha |\psi |)^{n}\right]^{1-1/n}}}$

где

$\theta (\psi )$ – кривая водоудержания [L ³ л ⁻³ ];

$|\psi |$ — давление всасывания ([л] или см вод. ст.);

$\theta _{s}$ содержание насыщенной воды [л ³ л ⁻³ ];

$\theta _{r}$ остаточное содержание воды [л ³ л ⁻³ ];

$\alpha$ связано с обратным всасыванием воздуха на входе, $\alpha >0$ ([Л ⁻¹ ], или см ⁻¹ ); и,

$n$ является мерой распределения пор по размерам, $n>1$ (безразмерный).

На основе этой параметризации была разработана модель прогнозирования формы зависимости ненасыщенной гидравлической проводимости-насыщенности-давления.

История

В 1907 году Эдгар Бэкингем построил первую кривую удержания воды. Он был измерен и изготовлен для шести почв различной текстуры: от песка до глины. Данные были получены в результате экспериментов, проведенных на почвенных столбах высотой 48 дюймов, где постоянный уровень воды поддерживался примерно на 2 дюйма выше дна за счет периодического добавления воды из боковой трубки. Верхние концы были закрыты для предотвращения испарения.

Метод

Параметры Ван Генухтена ( $\alpha$ и $n$) можно определить посредством полевых или лабораторных испытаний. Одним из методов является метод мгновенного профиля. где содержание воды $\theta$ (или эффективное насыщение $Se$) определяются для серии измерений давления всасывания $\psi$. численные методы, такие как нелинейный метод наименьших квадратов . Из-за нелинейности уравнения для решения параметров Ван Генухтена можно использовать Точность оцененных параметров будет зависеть от качества полученного набора данных ( $\theta$ и $\psi$). Когда кривые водоудержания аппроксимируются нелинейным методом наименьших квадратов, может произойти структурное завышение или недооценка. В этих случаях представление кривых водоудержания можно улучшить с точки зрения точности и неопределенности, применив регрессию Гауссова процесса к остаткам, полученным после нелинейного метода наименьших квадратов. В основном это связано с корреляцией между точками данных, которая учитывается регрессией гауссовского процесса через функцию ядра.

См. также

• Почвенная вода (удержание)

Ссылки

• Брэди, Северная Каролина (1999). Природа и свойства почв (12-е изд.). Река Аппер-Сэддл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. стр. 183–9. ISBN  0-13-852444-0 .

Внешние ссылки

• База данных моделей UNSODA по гидравлическим свойствам ненасыщенных почв ( просмотрщик UNSODA )
• SWRC Fit адаптирует гидравлические модели почвы к данным по удержанию влаги в почве