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12.5 acqua neisuoli-swrc

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This slides introduce the Soil Water Retention Curves. They discuss their parameterisations and their meaning.

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12.5 acqua neisuoli-swrc

  1. 1. L’acqua nei suoli e nel sottosuolo Curve di ritenzione idrica Riccardo Rigon SamRoloff-Laurelwood12x12-2012
  2. 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
  3. 3. L’acqua nei suoli e nel sottosuolo Alessandro Tarantino TT T T TT Fase liquida Aria umida (gas) Matrice solida Fluido bifase 3
  4. 4. 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
  5. 5. L’acqua nei suoli e nel sottosuolo Alessandro Tarantino T particella acqua 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
  6. 6. 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
  7. 7. 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 TT TT TT TT T TT Type to TT TT TT TT TT TTTT T T T Terreno non saturo 7 A flash-back sui suoli non saturi la suzione
  8. 8. 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 finer coarser coarsesw rTu /2=finesw rTu /2= finer finer finesw rTu /2=finesw rTu /2= (a) (b) Una versione semplificata Non equilibrio Equilibrio AfterLuandGodt,2012-Chapter3
  9. 9. R. Rigon 9 ng Knowledge ing Learning Capillary Barrier: Vertical Direction much water does the fine layer can hold? /rfine fine fineswt rTu /2= wtwb uu = wu ozz = finer fineswt rTu /2= transr transswb rTu /2= fineswt rTu /2= coarseswt rTu /2= wuwu coarser (a) (b) (c) The height of water a flat capillary barrier can hold is: hcritical = 1 !w 1 "fine ! 2 "coarse " # $ $ % & ' ' Advancing Knowledge Promoting Learning Capillary Barrier: Vertical Direction !  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= swt Tu 2= wt Tu 2= wu coarser (a) (b) (c) The height of water a flat capillary barrier can hold is: hcritical = 1 !w 1 "fine ! 2 "coarse " # $ $ % & ' ' Non equilibrio Equilibrio Effetto della forza di gravità AfterLuandGodt,2012-Chapter3
  10. 10. R. Rigon Scala di Darcy 10 Vogliamo una descrizione “macroscopica” dell’energia!
  11. 11. R. Rigon 11 Scala di Darcy Vogliamo una descrizione “macroscopica” dell’energia! AfterLuandGodt,2012-Chapter3
  12. 12. 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. ChahalandYong,1965 12
  13. 13. 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)
  14. 14. 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)
  15. 15. L’acqua nei suoli e nel sottosuolo Alessandro Tarantino ln (s) S 1 Curva in drenaggio Curva di infiltrazione “Scanning curves” La SWRC non è una curva Isteresi idraulica 15
  16. 16. 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
  17. 17. R. Rigon La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori 17 L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
  18. 18. 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
  19. 19. R. Rigon 19 3.2 water in soils 27 0 2 4 6 8 r [cm] 10−3 0 20 40 60 80 100 120 f(r)[cm−1] R Figure 7: The pore-size distribution is described by a two-parameters lognormal distribution [50] for θs = 0.4, θr = 0.1, σ = 0.6, rm = 2.1 10−3[cm]. According with Mualem’s assumption water fulfills pores with radius r R. where θr is the residual water content. Furthermore, the relation between Se and R is Se = 1 θs − θr R −0 f(r)dr (14) At the beginning Rigon et al. Is just the pore size distribution
  20. 20. R. Rigon raggio dei pori 20 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 Kosugy,1994
  21. 21. R. Rigon 21 La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
  22. 22. R. Rigon 22 La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori = L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
  23. 23. 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: 23 La capacità idraulica è proporzionale alla distribuzione dei pori L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
  24. 24. R. Rigon 24 Forme parametriche della SWRC L’acqua nei suoli e nel sottosuolo
  25. 25. R. Rigon 25 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
  26. 26. R. Rigon 26 FORMEPARAMETRICHEDELLASWRC
  27. 27. R. Rigon 27 FORMEPARAMETRICHEDELLASWRC
  28. 28. R. Rigon 28 Forme parametriche della SWRC
  29. 29. R. Rigon 29 Forme parametriche della SWRC

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