Determinarea Vitezei Medii de Infiltrație a Apei în Solurile Nisipoase

solurile nisipoase

1. Infiltrabilitatea şi infiltraţia totală

Intre sol si atmosferă au loc schimburi regulate sub formă de :

- aporturi intermitente datorate precipitaţiilor şi irigaţiilor;

- evaporaţie şi evapotranspiraţie (acestea au un regim variabil în funcţie de intensitatea radiaţiilor, temperatură şi de umiditatea relativă a aerului).

Apa se deplasează continuu fie spre suprafaţă (urcă) unde se evaporă sau este absorbită de rădăcini, fie spre pânza freatică (coboară). Apa poate urca dinspre pânza freatică prin capilaritate.

Vom numi infiltraţie pătrunderea apei în sol, prin traversarea suprafeţei solului. Procesul de pătrundere a apei în sol va fi caracterizat de:

- regimul de alimentare (ploaie, irigaţii),

- regimul de infiltraţii (fluxul maxim pe care solul poate să îl absoarbă la suprafaţă.

Regimul de infiltraţie este caracterizat de capacitatea de infiltraţie(infiltrabilitatea).

Există două situaţii:

a) regimul de alimentare < regimul de infiltraţie:

În acest caz solul nu ajunge la saturaţie, la suprafaţă şi toată apa se infiltrează în sol (infiltraţie sub flux = intensitatea ploii)

b) regimul de alimentare > regimul de infiltraţie.

Solul nu poate absorbi toată cantitatea de apă căzută. Apa în exces se acumulează la suprafaţă sau formează curgerea de suprafaţă. Infiltraţia se face sub sarcină(la capacitate) şi solul este saturat, la suprafaţă.

Fig. 1. Variaţia infiltrabilităţii în timpul unei ploi

Fig. (1) reprezintă variaţia infiltrabilităţii “i”în timpul unei ploi. Scăderea infiltrabilităţii “i” se datorează pe de o parte micşorării gradientului de sucţiune şi pe de altă parte modificării proprietăţilor solului (degradarea structurii, formarea unei cruste la suprafaţă, migrarea particulelor, umflarea argilelor, înglobarea bulelor de aer).

Fig 2. Variaţia infiltraţiei totale

Infiltraţia cumulată I va tinde către o valoare maximă.

Forţele ce provoacă infiltraţia provin din combinaţia gradienţilor de sucţiune şi gravitaţie. Pe măsură ce frontul de umiditate pătrunde mai profund, gradientul mediu de sucţiune scade (diferenţa de sucţiune între suprafaţă şi zona uscată se repartizează pe o distanţă crescătoare). După un timp gradientul de sucţiune devine neglijabil în partea superioară a profilului iar gradientul gravitaţional rămâne singura forţă motrice). Legea lui Darcy devine:

pentru ca iar (la saturaţie)

2 Modele empirice şi semiempirice de apreciere a infiltraţiei

1. Modelul empiric Kostiakov

deci modelul nu este util pentru infiltraţia verticală.

2. Modelul empiric Horton

Fig. 3.

3. Modelul semiempiric Green şi Ampt

Se poate utiliza pentru soluri grosiere, iniţial puţin umede, în care frontul de umezire este foarte bine definit (fig. 4).

Modelul este valabil în următoarele ipoteze:

- în zona de transmisie, este presupus constant şi egal cu (conţinutul volumic de umezeală la saturaţie) şi K = Ks;

- = constant; - frontul de umiditate abrupt (orizontal); - sarcina de presiune pe frontul hf este constantă, indiferent de poziţia frontului; - deplasarea apei este asemănătoare cu aceea de sub influenţa mişcării unui piston (efect piston).

Fig 4 Înaintarea frontului de umiditate