Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Диск пермеаметрі – топырақтағы су сіңуін өлшеуге арналған далалық құрал, ол топырақтың орнындағы қаныққан және қанықпаған гидравликалық қасиеттерімен сипатталады. Ол негізінен топырақтың қанығуға жақын гидравликалық өткізгіштігін бағалау үшін қолданылады.
The disc permeameter is a field instrument used for measuring water infiltration in the soil, which is characterized by in situ saturated and unsaturated soil hydraulic properties. It is mainly used to provide estimates of the hydraulic conductivity of the soil near saturation.
Тарих
Инфильтрацияны in situ өлшеудің дәстүрлі әдістері бір немесе екі сақиналы инфильтрометрді пайдалануды қамтиды. Бір және екі сақиналы инфильтрометр тек тоғандағы (қаныққан) жағдайдағы ағынды ғана өлшейді, ал ерекше макропорлары бар топырақта қолданылғанда, басым ағын үстемдік етеді. (Қараңыз: Пуазеуилл заңы) Бұл жаңбыр немесе спринклерлік суару кезіндегі инфильтрацияны көрсетпейді. Сондықтан көптеген авторлар су ағынына теріс потенциал (кернеу) жасауға тырысты. Бұл ағын процесінен макропорларды жою үшін, демек, тек топырақ матрицасының ағынын өлшеу үшін жасалды. Уиллард Гарднер мен Уолтер Гарднер 1939 жылы теріс бас периметрін жасады. Диксон (1975) макропорларды анықтау үшін жабық жоғарғы сақиналы инфильтрометрді әзірледі. Су жабық жүйеге құйылады, бұл тоғандағы су бетінде теріс бас немесе қысым жасауға мүмкіндік береді. Теріс кернеуді топырақтағы оң ауа қысымын имитациялау деп қарастыруға болады, ол тоғандағы су бетінің үстіндегі теріс ауа қысымымен туындайды. Топп пен Зебчук (1985) оны қарапайымдастырды. Бұл құрылғының шектеуі – инфильтрацияны жабық жоғарғы инфильтрометрді толу арқылы (оң бас қолдану) бастау қажет, содан кейін теріс қысымға реттеу керек. Бұл салада көп зерттеу жүргізілмеді, керісінше, Дирксеннің (1975) керамикалық тақтаны негіз ретінде қолданған сорптивті аппаратына көбірек назар аударылды. Осы дизайн негізінде Брент Клотхер мен Ян Уайт (1981) топырақ бетінде тұрақты теріс потенциалды (кернеуді) қамтамасыз ететін сорптивтік түтікті жасады. Алайда, сорптивтік түтіктің көптеген кемшіліктері болды, сондықтан дизайнға енгізілген өзгерістер CSIRO-дан Перру мен Уайттың (1988) дискілі периметрін әзірлеуіне әкелді. АҚШ-та ол кернеулі инфильтрометр деп белгілі. Уолтер Гарднердің айтуынша, алғашқы периметрдің дамуы туралы толық ақпарат алу үшін (http://www.decagon.com/agresearch/hydro/history.php) сайтына кіріңіз.
Conventional techniques for measuring in situ infiltration include the use of a single or double ring infiltrometer. Single and double ring infiltrometer only measures flow under ponded (saturated) conditions, and when used in soil with distinct macropores, preferential flow will dominate the flow. (See: Poiseuille's law) This does not reflect infiltration under rainfall or sprinkler irrigation. Therefore, many authors attempted to create a negative potential (tension) on the water flow. This is to exclude macropores in the flow process, hence only measuring the soil matrix flow. Willard Gardner and Walter Gardner developed a negative head permeameter as early as 1939. Dixon (1975) developed a closed top ring infiltrometer to quantify macropores. Water is applied to a closed top system, which permits the imposition of negative head or pressure on the ponded water surface. Negative tension can be considered as simulating a positive soil air pressure, created by a negative air pressure above ponded surface water. A simplification was made by Topp and Zebchuk (1985). The limitation of this device is the infiltration has to be started by ponding the closed top infiltrometer (applying a positive head), then adjusted to a negative pressure. Little research effort was continued in this area, instead attention has been given mainly to the sorptivity apparatus of Dirksen (1975) which used a ceramic plate as a base. Based on this design, Brent Clothier and Ian White (1981) developed the sorptivity tube which can provide a constant negative potential (tension) on the soil surface. However, the sorptivity tube had many shortcomings, hence modifications to the design led to the development of the disc permeameter by Perroux and White (1988) from CSIRO. In the US it is known as the tension infiltrometer. For more on the development of the first permeameter as told by Walter Gardner, visit (http://www. decagon. com/ag research/hydro/history. php)
Математикалық талдау
Дискіден судың үш өлшемді ағыны болғандықтан, судың бүйірлік сіңуін ескеретін арнайы формула қажет. Талдаулар Вудингтің (1968) қарапайым, тұрақты күйдегі талдауынан туындайды. Дөңгелек, беткей, су басқан аймақтан тұрақты инфильтрация үшін Вуддинг бұл қисықтың ерекше қасиеті – ол тура сызықтан көп алшақтамайтынын анықтады:
Due to the three dimensional water flow from the disc, a special formulation is needed to take into account the lateral absorption of water. The analyses are derived from the simple, steady state analysis of Wooding (1968). For steady infiltration from a circular, shallow, inundated area, Wooding found that a remarkable feature of this curve is the fact that it never departs far from the straight line:
мұнда Q* – өлшемсіз ағын, r – дискінің радиусы [см] және [1/см] – сорпция саны немесе Гарднердің (1958) гидравликалық өткізгіштік функциясының параметрі:
where Q* is the dimensionless flux, r is the radius of the disc [cm] and [1/cm] is the sorptive number or the parameter of Gardner's (1958) hydraulic conductivity function:
мұнда K – гидравликалық өткізгіштік [см/сағ], Ks – толық қанығу өткізгіштігі және h – топырақ суының потенциалы [см]. Нақты тұрақты күйдегі инфильтрация жылдамдығы q¥ [см/сағ] есебімен:
where K is the hydraulic conductivity [cm/h], Ks is saturated conductivity and h is soil water potential [cm]. In terms of the actual steady state infiltration rate q¥ [cm/h]: