Судың тоқталу қисығы: топырақ ылғалдылығының сипаттамасы мен маңызы
Water retention curve
Су реттенция қисығы: топырақ ылғалдылығы, су сақтау қабілеті, өсімдіктерге су жеткізу және топырақ құрылымын анықтауға көмектеседі. Топырақ түрлеріне тән.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Суды ұстау қисығы – судың мөлшері θ және топырақтың су потенциалы ψ арасындағы байланыс. Бұл қисық әртүрлі топырақ түрлеріне тән және топырақ ылғалдылығының сипаттамасы деп те аталады. Ол топырақтағы судың сақталуын, өсімдіктерге су жеткізуді (далалық сыйымдылық) және топырақ агрегаттарының тұрақтылығын болжау үшін қолданылады. Судың топырақ порыларын толтыру және олардан ағып шығу процесінің гистерезис әсерінен ылғалдану және кебу қисықтарының ерекшеліктері байқалады. Суды ұстау қисығының жалпы ерекшеліктерін суретте көруге болады, онда судың көлемдік мөлшері θ матрикалық потенциалға қарсы кестеленген. Потенциал нөлге жақын болғанда топырақ толыққандай ылғалды болады, ал су топыраққа капиллярлық күштер арқылы ұсталады. θ мөлшері азайған сайын судың байланысы күшейеді, ал потенциал төмендегенде (теріс мәнге жақындағанда, сорғылау нүктесіне дейін) су ең кішкентай порыларда, дәншелердің жанасу нүктелерінде және бөлшектердің бетінде адсорбциялық күштермен байланысқан пленкалар түрінде мықты ұсталады. Құмды топырақтарда негізінен капиллярлық байланыс басым болғандықтан, олар жоғары потенциалдарда судың көп бөлігін босатады, ал жабысқақтық және осмостық байланысы бар сазды топырақтар суды төменгі (теріс) потенциалдарда босатады. Кез келген потенциалда, құрамында органикалық заттар жоғары топырақтар (мысалы, шөгінді топырақтар) сазды топырақтарға қарағанда әлдеқайда жоғары ылғалдылық көрсетеді, ал сазды топырақтар құмды топырақтарға қарағанда көбірек су ұстайды деп күтіледі. Кез келген топырақтың су ұстау қабілеті оның кеуектілігіне және топырақтағы байланыстардың сипатына байланысты.
Water retention curve is the relationship between the water content, θ, and the soil water potential, ψ. This curve is characteristic for different types of soil, and is also called the soil moisture characteristic. It is used to predict the soil water storage, water supply to the plants (field capacity) and soil aggregate stability. Due to the hysteretic effect of water filling and draining the pores, different wetting and drying curves may be distinguished. The general features of a water retention curve can be seen in the figure, in which the volume water content, θ, is plotted against the matric potential, At potentials close to zero, a soil is close to saturation, and water is held in the soil primarily by capillary forces. As θ decreases, binding of the water becomes stronger, and at small potentials (more negative, approaching wilting point) water is strongly bound in the smallest of pores, at contact points between grains and as films bound by adsorptive forces around particles. Sandy soils will involve mainly capillary binding, and will therefore release most of the water at higher potentials, while clayey soils, with adhesive and osmotic binding, will release water at lower (more negative) potentials. At any given potential, peaty soils will usually display much higher moisture contents than clayey soils, which would be expected to hold more water than sandy soils. The water holding capacity of any soil is due to the porosity and the nature of the bonding in the soil.
Тарих
1907 жылы Эдгар Бэкингем алғашқы суды ұстап тұру қисығын жасады, онда судың мөлшері (немесе тиімді қанығу) сору қысымының бірнеше өлшемдері үшін анықталады. Теңдеудің сызықтық емес болуына байланысты, ван Генухтен параметрлерін шешу үшін сызықтық емес ең кіші квадраттар әдісі сияқты сандық әдістерді қолдануға болады. Бағаланған параметрлердің дәлдігі алынған деректер жиынтығының сапасына (және ) байланысты болады. Суды ұстап тұру қисықтары сызықтық емес ең кіші квадраттар арқылы сәйкестендірілген кезде, құрылымдық асыра бағалау немесе төмен бағалау пайда болуы мүмкін. Мұндай жағдайларда, сызықтық емес ең кіші квадраттардан кейін алынған қалдықтарға Гаусс процесінің регрессиясын қолдану арқылы суды ұстап тұру қисықтарының бейнеленуін дәлдік және белгісіздік тұрғысынан жақсартуға болады. Бұл негізінен деректер нүктелері арасындағы корреляцияға байланысты, ол Гаусс процесінің регрессиясымен ядролық функция арқылы ескеріледі.
In 1907, Edgar Buckingham created the first water retention curve. where water content (or effective saturation ) are determined for a series of suction pressure measurements Due to the non linearity of the equation, numerical techniques such as the non linear least squares method can be used to solve the van Genuchten parameters. The accuracy of the estimated parameters will depend on the quality of the acquired dataset ( and ). When water retention curves are fitted with non linear least squares, structural overestimation or underestimation can occur. In these cases, the representation of water retention curves can be improved in terms of accuracy and uncertainty by applying Gaussian Process regression to the residuals that are obtained after non linear least squares. This is mostly due to the correlation between the datapoints, which is accounted for with Gaussian Process regression through the kernel function.