Transcript 5.lekce - Hydromeliorace

Hydrofyzikální vlastnosti půd,
zasakování (infiltrace)
srážkových vod
TEZE:
Hlavní hydrofyzikální vlastnosti půd, související s RaA vod
Kategorie půdních pórů, vysvětlení a aplikace kapilárního modelu půdy
Retenční čára půdní vlhkosti, její sestrojení a laboratorní metody měření
Polní metody měření aktuálního obsahu vody v půdě
Darcyho zákon a způsoby stanovení propustnosti půdy
Proces infiltrace vody do půdy, metody aproximace průběhu infiltrace
Sestavení a užití pedotransferových funkcí
5.lekce
Hydrofyzikální parametry půdy
při popisu procesů infiltrace






kategorie půdní vody
typy půdních pórů, objemové změny
vztah k zrnitosti půdy, vlastnostem půdy
retence vody v půdě, vlhkost půdy
filtrační vlastnosti půdy, infiltrace
smáčivost půdního povrchu, vodoodpudivost
5.lekce
Zrnitost a velikost pórů




vyjádření zrnitosti
vztah zrnitosti a velikosti pórů
struktura (p.agregáty) a pórovitost půdy
vztah velikosti pórů na filtraci a infiltraci
Klasifikace - půdní druhy
Novákova klasifikační stupnice
Trojúhelníkový diagram
NRSCS USDA
Křivka zrnitosti
Význam pórovitosti půdy
VP
celkové
Objem
VZ
VW
VA
VS
Hmotnost
mZ
mW
mA
mS
zemina
voda
vzduch
W = voda
A = vzduch
kde index značí: Z = zemina
P = póry
Objemová vlhkost
𝑉𝑊
𝜃=
𝑉𝑆
Hmotnostní vlhkost
𝑤=
Provzdušněnost
PA = P - 𝜃
𝑚𝑊
𝑚𝑍
𝑊=
𝜃 ∙ 𝑑𝑧
0
- písčité půdy
(35-40 %)
- hlinité a jílovité (40-50 %)
S = sušina
% obj.
% hmotn.
% obj.
𝑧
Zásoba půdní vody
Běžná pórovitost:
- minerální půdy (25-80 %)
- organogenní (až 90 %)
mm
Optimum provzdušenosti půd:
louky (5-10 % obj.)
pšenice (10-20 % obj.)
ječmen (15-24 % obj.)
Pórovitost výpočtem:
𝑠−𝑜
𝑃=
∙ 100 [%𝑂𝐵𝐽. ]
𝑠
kde
s = specifická hmotnost
o = objemová hmotnost reduk.
Topografie půdních pórů


objem, velikost, tvar, rozmístění, proměnlivost
pórovitost texturální a strukturální/agregátová
Rozdělení velikosti pórů podle pohyblivosti vody:
 gravitační
Klasifikace půdní vody:
- hygroskopická voda
 kapilární
- kapilární voda
- gravitační voda
 semikapilární
Formace půdní vody:
- zavěšená voda
- voda vzlínající z HPV
- podepřená (gravitační) voda
Gravitační póry




funkce gravitačních pórů v půdě
metody stanovení
drenážní pórovitost a způsob stanovení
vliv preferenčních cest na proces
redistribuce vláhy
Hydrostatika půdního prostředí


adsorpce vodních par (hygroskopičnost),
měření exikátorovou metodou (H2SO4)
kapilarita a smáčivost povrchu (γ)
Vlastnosti ideálních kapilár
ℎ=
2∙𝜎
𝑅 ∙ 𝑔 ∙ 𝜌𝑊 − 𝜌𝐺
kde
R = poloměr křivosti
g = gravitační zrychlení
ρW, ρG = hustota vody a její páry
Povrchové napětí vody σ = 7.28 . 10-2 N.m-1
Kapilárně zavěšená voda
Vzlínání vody v půdním prostředí
Aproximace reálného půdního prostředí
Retenční čára půdní vlhkosti
Retenční křivka vlhkosti (pF
křivka/čára)
= grafické znázornění závislosti
půdní vlhkosti v hodnotách pF
půdní vody.
Potenciál půdní vody celkový
= součet všech potenciálů, působících na půdní
vodu; vyjadřuje se v jednotkách práce [J.kg-1]. Pro
praxi je výhodný převod na cm vodního sloupce.
Retenční čára půdní vlhkosti
pF půdní vody = logaritmus sacího tlaku vody,
vyjádřeného v cm vodního sloupce.
Sací tlak půdní vody = negativní tlak, jímž se působí
na volnou vodu oddělenou polopropustnou
membránou od půdy s danou vlhkostí.
Hystereze
pF čáry:
- uzavírání vzduchu
- proměnlivost světlosti kapilár
- rozdílnost smáčecího úhlu
Aproximace pF čáry
θE - efektivní vlhkost
θr - reziduální
θs - saturační
𝜃 − 𝜃𝑟
𝜃𝐸 =
𝜃𝑠 − 𝜃𝑟
Rovnice Brookse a Coreyho:
ℎ𝑉
𝜃𝐸 =
ℎ
𝜆
Rovnice van Genuchtena:
𝜃𝐸 =
1
1+ 𝛼 ℎ
𝑛
1
𝑚 =1−
𝑛
𝑚
Laboratorní stanovení retenčních křivek
- podtlakové metody
- přetlakové aparatury
- výparné metody
Příklad pro uplatnění nástroje Excelu
"Řešitel": Minimalizace součtu čtverců odchylek
Integrální a diferenciální křivka rozdělení pórů
Příklad zpracování na základě měřených pF-čar
Použitá úprava vzorce pro zadání sacího tlaku v [barech]:
E13 = 14,82*2/(10000*D13) [mm]
Integrální a diferenciální křivka rozdělení pórů
Příklad zpracování na základě měřených pF-čar
Potenciál
půdní
vody
Měření v terénu: vodní tenziometr
Definice drenážní pórovitosti
Parametry filtrace:
nasycené a nenasycené proudění
Lineární závislost v =f(i)= f(Δh, L):
Darcyho zákon
∆ℎ
𝑣 = 𝐾𝑆 ∙ 𝑖 = 𝐾𝑆 ∙
𝐿
Řešení příkladů:
Stanovení KS z měření v laboratoři
Známe: Q, A, L, ∆ h
Metody měření K (sat. nebo unsat.)
laboratorní propustoměry
(konstantní a proměnlivý spád)
 terénní měření (JSM, MPS, Guelphský
permeametr, infiltrace, ...)
 další způsoby - viz ISO

Infiltrace do půdy




stacionární, nestacionární infiltrace
sorptivita při Philipově transformaci
rychlost infiltrace a kumulativní infiltrace
redistribuce vláhy při/po infiltraci
Infiltrace do půdy




stacionární, nestacionární infiltrace
sorptivita při Philipově transformaci
rychlost infiltrace a kumulativní infiltrace
redistribuce vláhy při/po infiltraci
Upravená rovnice Darcy-Buckinghama:
𝑣 = −𝐾(ℎ)
𝑑𝐻
𝑑𝑧
Parametry infiltrace







průběh rychlosti infiltrace = fce THETA
kumulativní infiltrace
tvary běžných průběhů křivek
způsoby aproximace (Philip atd.)
výjimky průběhů
způsoby měření v terénu (podtlaková, výtopa)
a v laboratoři
preferenční cesty (fauna, rozpukání, kořeny)
Vlastnosti povrchu, vrstevnatost




drsnost
sklonitost
půdní škraloup
agrotechnika zlepšující/zhoršující infiltaci
Mapa propustnosti a infiltrace půd
Retenční vodní kapacita půd
Mapa využitelné vodní kapacity půd
Definice hydrolimitů