Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Дисковый пермеметр – полевой прибор, предназначенный для измерения инфильтрации воды в почву и определения её гидравлических свойств в насыщенном и ненасыщенном состояниях непосредственно в полевых условиях. Он в основном используется для оценки гидравлической проводимости почвы при приближении к насыщению.
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.
История
Обычные методы измерения инфильтрации in situ включают использование одно- или двухкольцевого инфильтрометра. Однокольцевые и двухкольцевые инфильтрометры измеряют только поток в условиях затопления (насыщенных), и при использовании в почве с выраженными макропорами преобладающим будет направленный поток. (См.: Закон Пуассейля) Это не отражает инфильтрацию при дожде или поливе дождеванием. Поэтому многие авторы пытались создать отрицательный потенциал (напряжение) в потоке воды, чтобы исключить макропоры из процесса потока и измерять только поток почвенной матрицы. Уиллард Гарднер и Уолтер Гарднер разработали пермеаметр с отрицательным напором еще в 1939 году. Диксон (1975) разработал кольцевой инфильтрометр закрытого типа для количественной оценки макропористости. Вода подается в замкнутую систему, позволяющую создавать отрицательный напор или давление на поверхность воды. Отрицательное напряжение можно рассматривать как имитацию положительного давления воздуха в почве, создаваемого отрицательным давлением воздуха над поверхностью воды. Упрощение было предложено Топпом и Зебчуком (1985). Ограничением этого устройства является необходимость начала инфильтрации путем заполнения инфильтрометра закрытого типа (создания положительного напора) с последующей регулировкой до отрицательного давления. Дальнейшие исследования в этой области были ограничены, основное внимание было уделено аппарату для определения сорптивности Дирксена (1975), в котором использовалась керамическая пластина в качестве основания. На основе этой конструкции Брент Клотхер и Ян Уайт (1981) разработали сорптивную трубку, способную поддерживать постоянный отрицательный потенциал (напряжение) на поверхности почвы. Однако сорптивная трубка имела ряд недостатков, что привело к модификации конструкции и разработке дискового пермеаметра Перру и Уайтом (1988) из CSIRO. В США он известен как инфильтрометр напряжения. Более подробную информацию о разработке первого пермеаметра, рассказанную Уолтером Гарднером, можно найти по адресу (http://www.decagon.com/agresearch/hydro/history.php).
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)
Математический анализ
Из-за трехмерного потока воды от диска требуется специальная формула, учитывающая латеральное поглощение воды. Аналитические выкладки основаны на простом анализе установившегося режима, предложенном Вудингом (1968). Для установившейся инфильтрации из круглой, неглубокой, затопленной области Вуддинг обнаружил, что замечательной особенностью этой кривой является то, что она практически не отклоняется от прямой линии:
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:
где Q* – безразмерный поток, r – радиус диска [см], а [1/см] – число сорбции или параметр функции гидравлической проводимости Гарднера (1958):
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:
где K – гидравлическая проводимость [см/ч], Ks – насыщенная проводимость, а h – потенциал водной энергии в почве [см]. Выражая это через фактическую установившуюся скорость инфильтрации q¥ [см/ч]:
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]: