Hydrofyzikální vlastnosti půd, zasakování (infiltrace) srážkových vod

Prezentace na téma: "Hydrofyzikální vlastnosti půd, zasakování (infiltrace) srážkových vod"— Transkript prezentace:

1 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

2 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

3 Zrnitost a velikost pórů
vyjádření zrnitosti vztah zrnitosti a velikosti pórů struktura (p.agregáty) a pórovitost půdy vztah velikosti pórů na filtraci a infiltraci

4 Klasifikace - půdní druhy
Novákova klasifikační stupnice Trojúhelníkový diagram NRSCS USDA Křivka zrnitosti

5 Význam pórovitosti půdy
Běžná pórovitost: minerální půdy (25-80 %) organogenní (až 90 %) písčité půdy (35-40 %) hlinité a jílovité (40-50 %) VP celkové Objem VZ VW VA VS Hmotnost mZ mW mA mS zemina voda vzduch kde index značí: Z = zemina W = voda A = vzduch S = sušina P = póry Optimum provzdušenosti půd: louky (5-10 % obj.) pšenice (10-20 % obj.) ječmen (15-24 % obj.) Objemová vlhkost 𝜃= 𝑉 𝑊 𝑉 𝑆 % obj. Hmotnostní vlhkost 𝑤= 𝑚 𝑊 𝑚 𝑍 % hmotn. Provzdušněnost PA = P - 𝜃 Zásoba půdní vody 𝑊= 0 𝑧 𝜃∙𝑑𝑧 mm Pórovitost výpočtem: 𝑃= 𝑠−𝑜 𝑠 ∙100 [ % 𝑂𝐵𝐽. ] kde s = specifická hmotnost o = objemová hmotnost reduk.

6 Topografie půdních pórů
objem, velikost, tvar, rozmístění, proměnlivost pórovitost texturální a strukturální/agregátová Rozdělení velikosti pórů podle pohyblivosti vody: gravitační kapilární semikapilární Klasifikace půdní vody: hygroskopická voda kapilární voda gravitační voda Formace půdní vody: zavěšená voda voda vzlínající z HPV podepřená (gravitační) voda

7 Gravitační póry funkce gravitačních pórů v půdě metody stanovení
drenážní pórovitost a způsob stanovení vliv preferenčních cest na proces redistribuce vláhy

8 Hydrostatika půdního prostředí
adsorpce vodních par (hygroskopičnost), měření exikátorovou metodou (H2SO4) kapilarita a smáčivost povrchu (γ)

9 Vlastnosti ideálních kapilár
ℎ= 2∙𝜎 𝑅∙𝑔∙ 𝜌 𝑊 − 𝜌 𝐺 kde R = poloměr křivosti g = gravitační zrychlení ρW, ρG = hustota vody a její páry Povrchové napětí vody σ = N.m-1 Kapilárně zavěšená voda

10 Vzlínání vody v půdním prostředí

11 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.

12 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

13 Aproximace pF čáry θE - efektivní vlhkost θr - reziduální
θs - saturační Rovnice van Genuchtena: Rovnice Brookse a Coreyho: 𝜃 𝐸 = 𝛼 ℎ 𝑛 𝑚 𝜃 𝐸 = 𝜃− 𝜃 𝑟 𝜃 𝑠 − 𝜃 𝑟 𝜃 𝐸 = ℎ 𝑉 ℎ 𝜆 𝑚=1− 1 𝑛

14 Laboratorní stanovení retenčních křivek
podtlakové metody přetlakové aparatury výparné metody

15 Příklad pro uplatnění nástroje Excelu
"Řešitel": Minimalizace součtu čtverců odchylek

16 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]

17 Integrální a diferenciální křivka rozdělení pórů
Příklad zpracování na základě měřených pF-čar

18 Potenciál půdní vody

19 Měření v terénu: vodní tenziometr

20

21 Definice drenážní pórovitosti

22 Parametry filtrace: nasycené a nenasycené proudění
Lineární závislost v =f(i)= f(Δh, L): Darcyho zákon Řešení příkladů: Stanovení KS z měření v laboratoři Známe: Q, A, L, ∆ h 𝑣= 𝐾 𝑆 ∙𝑖= 𝐾 𝑆 ∙ ∆ℎ 𝐿

23 Metody měření K (sat. nebo unsat.)
laboratorní propustoměry (konstantní a proměnlivý spád) terénní měření (JSM, MPS, Guelphský permeametr, infiltrace, ...) další způsoby - viz ISO

24 Infiltrace do půdy stacionární, nestacionární infiltrace
sorptivita při Philipově transformaci rychlost infiltrace a kumulativní infiltrace redistribuce vláhy při/po infiltraci

25 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

26 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)

27 Vlastnosti povrchu, vrstevnatost
drsnost sklonitost půdní škraloup agrotechnika zlepšující/zhoršující infiltaci

28 Mapa propustnosti a infiltrace půd

29 Retenční vodní kapacita půd

30 Mapa využitelné vodní kapacity půd

31 Definice hydrolimitů