12.5 acqua neisuoli-swrc
DESCRIPTION
This slides introduce the Soil Water Retention Curves. They discuss their parameterisations and their meaning.TRANSCRIPT
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo Curve di ritenzione idrica
Riccardo Rigon
Sam
Rolo
ff -
Lau
relw
ood
12
x12
- 2
01
2
R. Rigon
Obbiettivi:
!2
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
•Introdurre le curve di ritenzione idrica (SWRC)
•Introdurre le principali parametrizzazioni delle SWRC
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
Alessandro Tarantino
TTTT
TT
Fase liquida
Aria umida (gas)
Matrice solida
Fluido bifase
!3
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
Alessandro Tarantino
Se l’angolo di contatto è θ<90°, il liquido entra nel tubo capillare ed è detto bagnare la superficie e risale di una altezza inversamente proporzionale al raggio del tubo !4
La capillarità
T
uw<0
pw=0
pw=0
h
pa=0
pw = �2�cos ✓
r
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
Alessandro Tarantino
T
particellaacqua interstiziale
T
pw < 0 L’angolo di contatto è inferiori ai 90°
Il menisco è concavo nella direzione dell’aria e la pressione è negativa
I grani sono tenuti insieme anche dalla tensione superficiale e dalla
pressione negativa-pw
T
Effetti capillari nei suoli
!5
A flash-back sui suoli non saturi
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
Alessandro Tarantino
Il suolo risulta come un sistema complesso di tubi capillari
!6
A flash-back sui suoli non saturi
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
Alessandro Tarantino
Un suolo non saturo è capace di assorbire acqua dalla fase liquida e gassosa. Questa proprietà si chiama suzione
TT
TT
TT
TT
TTTT
TT
TTT
TT
Type to
TT
TT
TTTT
TT
TTTT
TT
TTerreno non saturo
!7
A flash-back sui suoli non saturi la suzione
R. Rigon
!8
Advancing Knowledge Promoting Learning�
3.#Steady#Infiltra/on�
! Where is the equilibrium position of air-water interface?
Capillary Barrier: Horizontal Direction
33
fine coarse
finercoarser
coarsesw rTu /2=finesw rTu /2=
finer finer
finesw rTu /2=finesw rTu /2=
(a) (b)
Una versione semplificata
Non equilibrio Equilibrio
Aft
er L
u a
nd
God
t, 2
01
2 -
Ch
apte
r 3
R. Rigon
!9
Advancing Knowledge Promoting Learning�
3.#Steady#Infiltra/on�
Capillary Barrier: Vertical Direction
34
! How much water does the fine layer can hold?
fine
coarse
/rfine
fine
fineswt rTu /2=
wtwb uu =
wu
ozz =
finer
fineswt rTu /2=
transr transswb rTu /2=
fineswt rTu /2=
coarseswt rTu /2=
wuwucoarser
(a) (b) (c)The height of water a flat capillary barrier can hold is:
hcritical =1!w
1" fine
!2
"coarse
"
#$$
%
&''
where" fine = inverse of the air-entry pressure for fine layer
"coarse = inverse of the air-entry pressure for coarse layer
Advancing Knowledge Promoting Learning�
3.#Steady#Infiltra/on�
Capillary Barrier: Vertical Direction
34
! How much water does the fine layer can hold?
fine
coarse
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fine
fineswt rTu /2=
wtwb uu =
wu
ozz =
finer
fineswt rTu /2=
transr transswb rTu /2=
fineswt rTu /2=
coarseswt rTu /2=
wuwucoarser
(a) (b) (c)The height of water a flat capillary barrier can hold is:
hcritical =1!w
1" fine
!2
"coarse
"
#$$
%
&''
where" fine = inverse of the air-entry pressure for fine layer
"coarse = inverse of the air-entry pressure for coarse layer
Non equilibrio Equilibrio
Effetto della forza di gravità A
fter
Lu
an
d G
od
t, 2
01
2 -
Ch
apte
r 3
R. Rigon
Scala di Darcy
!10
Vogliamo una descrizione “macroscopica” dell’energia!
R. Rigon
!11
Scala di Darcy
Vogliamo una descrizione “macroscopica” dell’energia!
Aft
er L
u a
nd
God
t, 2
01
2 -
Ch
apte
r 3
R. Rigon
La Relazione tra Saturazione (contenuto d’acqua) e Suzione a livello macroscopico
si chiama curva di ritenzione idrica (Soil Water Retention Curve) SWRC ed illustra i diversi stati dell’acqua nei suoli.
Soil-water retention curve for initially saturated coarse silt
Soil-water retention curve for initially saturated coarse silt.
Ch
ahal
an
d Y
on
g, 1
96
5
!12
R. Rigon
S
ln (s)
1
!13
Suolo parzialmente saturo
(“funicolar state”)
Saturazione residua
(idratazione)
Suolo saturo
Suolo quasi saturo
(capillarità)
Curva di ritenzione idrica (SWRC)
R. Rigon
S
ln (s)
1
Sr
sb sr
sb = valore di entrata dell’aria
sr = suzione residua
Sr = grado di saturazione residua
!14
Curva di ritenzione idrica (SWRC)
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
Alessandro Tarantino
ln (s)
S1
Curva in drenaggio
Curva di infiltrazione
“Scanning curves”
La SWRC non è una curva
Isteresi idraulica
!15
R. Rigon
Capacità idraulica dei suoli
Ma di solito non ce ne curiamo e pensiamo le SWRC come una funzione
⇤�(⇥)⇤t
=⇤�(⇥)⇤⇥
⇤⇥
⇤t� C(⇥)
⇤⇥
⇤t
!16
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori
!17
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
Distribuzione dei pori, i.e. quanto di Vs occupano i
pori di una certa dimensione
Porosità
!18
La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
raggio dei pori
!19
La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori
potenziale di suzione
energia per unità di
superficie
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
Se assumiamo che riempimento e drenaggio dei pori avvengano in modo ordinato riempiendo prima i pori piccoli e svuotando i pori grandi
peso specifico acqua
Kosu
gy,
19
94
R. Rigon
!20
La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
!21
La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori
=�
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
d
dx
� b(x)
a(x)s(y) dy = s(b(x))
db(x)dx
� s(a(x))da(x)dx
Dove si è usata l’identità:
!22
La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
!23
Forme parametriche della SWRC
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
!24
La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori
d✓w
d = ��s
↵ m n(↵ )n�1
[1 + (↵ )n]m+1(✓r + �s)
L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
R. Rigon
!25
FO
RM
E P
AR
AM
ET
RIC
HE D
ELLA
SW
RC
R. Rigon
!26
FO
RM
E P
AR
AM
ET
RIC
HE D
ELLA
SW
RC
R. Rigon
!27
Forme parametriche della SWRC
R. Rigon
!28
Forme parametriche della SWRC