موضوع مقاله: نفوذ (آب‌شناسی) | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نفوذ (آب‌شناسی) | مقدمه: نفوذ از یک نقطه به نقطه دیگر بسیار متغیر است، زیرا سرعت نفوذ آب در خاک بستگی به خصوصیات فیزیکی و شیمیائی خاک دارد. | ## بخش 1: نفوذ (آب‌شناسی) | شرایط فیزیکی خاک مانند ساختمان خاک، بافت خاک، رطوبت اولیه خاک و شرایط فیزیولوژیک خاک مانند خلل و فرج ایجاد شده توسط کرمها و... بخشی از نزولات جوی بعد از رسیدن به سطح زمین به داخل خاک نفوذ می‌کند و این پدیده فقط شامل وارد شدن آب به داخل خاک است. نفوذ آب در خاک از دو جهت مورد بررسی قرار می‌گیرد، یکی شدت نفوذ ودیگری مقدار نفوذ تجمعی. شدت یا سرعت نفوذ به ارتفاع آبی گفته می‌شود که اگر در روی زمین وجود می‌داشت می‌توانست در واحد زمان در زمین نفوذ کند. آب فقط در زمانی در سطح زمین انباشته یا جاری می‌شود که شدت بارندگی از سرعت نفوذ آب در خاک بیشتر باشد.فیزیک خاک کاربردی، دکتر محبوبی (ع اَ) و نادری (ع اَ) صفحه۹۰ تابع نفوذ مقدار نفوذ تجمعی (I) یعنی ابی که از آغاز نفوذ تا این لحظه در خاک نفوذ کرده‌است. چنانچه مقدار نفوذ تجمعی آب به داخل خاک را بررسی کنیم،مشاهده می‌شود که نفوذ تجمعی در ابتدا بسیار سریع انجام می‌شود، بطوری‌که منحنی تغییرات نفوذ تجمعی نسبت به زمان (I-T) در ابتدا دارای شیب تندی است و در طول زمان مقدار شیب آن رفته رفته کاهش میابد تا به مقدار شیب ثابتی میرسد( شکل الف). علت زیاد بودن شیب منحنی نفوذ تجمعی در زمان‌های اولیه این است که در ابتدا خاک خشک تر و دارای پتانسیل مکش بیشتری است. بدین معنا که آب در ابتدا تحت تأثیر نیروی‌های ثقل و مویینگی به داخل خاک نفوذ می‌کند. ولی پس گذشت زمان و با افزایش رطوبت خاک خاصیت مویینگی اثر خود را در حرکت آب به سمت پایین از دست می‌دهد و آب تنها تحت اثر نیروی ثقل نفوذ می‌کند، لذا به تدریج یکی از نیروی‌های عامل حرکت آب حذف شده و سرعت نفوذ کاهش میابد. بنابراین سرعت نفوذ (i) یا شیب منحنی تجمعی نفوذ به مقدار رطوبت خاک (θ) وابسته است و با آن نسبت عکس دارد. ولی باید توجه داشت که مقدار سرعت نفوذ هیچگاه به صفر نخواهد رسید بلکه در زمان بینهایت به مقدار ثابتی خواهد رسید. | ## بخش 2: نفوذ (آب‌شناسی) | برای آنکه اثر جانبی نفوذ آب و شرایط مرزی به حداقل رسانده شود، توصیه می‌شود به جای یک حلقه ساده از حلقه‌های مضاعف یا متداخل که به صورت دو حلقه که در داخل یکدیگر قرار گرفته می‌باشد استفاده شود. با این کار فشار آب در حد فاصل دو حلقه باعث شود که نفوذ آب از حلقه داخلی در جهت عمودی صورت گیرد. مراحل انجام آزمایش: برای انجام آزمایش دو حلقه آهنی را که دارای ارتفاع 30 سانتیمتر بوده و قطر حلقه بزرگتر ۳۰-۴۵ سانتیمتر و قطر حلقه کوچکتر 20-25 سانتیمتر می‌باشد، بر روی خاک قرار داده می‌شوند. بین دو حلقه مقداری آب به ارتفاع h می ریزیم که حدوداً معادل آبیاری کرتی در آبیاری در مزرعه می‌باشد. در زمانی که فقط در بین دو حلقه آب وجود دارد، به دلیل خشک بودن خاک هر دوی نفوذهای عمودی و افقی وجود دارند. در مرحله بعد داخل استوانه میانی یک پلاستیک قرار داده می‌شود تا از دست خوردگی وبر هم خوردن ساختمان خاک جلوگیری شود. سپس به همان ارتفاع h در استوانه داخلی یعنی بر روی پلاستیک قرار گرفته در حلقه داخلی آب ریخته می‌شود. یک اشل در داخل حلقه میانی قرار داده می‌شود تا توسط آن مقدار نفوذ لحظه‌ای را بااندازه‌گیری ارتفاع آب در حلقه داخلی بدست آوریم.در این حالت چون خاک اطراف استوانه کوچک تقریباً اشباع شده‌است، نفوذ آب از حلقه داخلی عمودی خواهد بود. الف- حالت بار افتان: در این حالت ارتفاع آب در طول زمان در استوانه داخلی مرتباً کاهش می یابد. ب- حالت بار ثابت: در حالت بار ثابت در طی آزمایش با افزودن آب به استوانه میانی سطح آب در آن ثابت نگهداشته می‌شود. یعنی هر چه آب نفوذ می‌کند،همان مقدار آب به استوانه میانی اضافه میگردد تا ارتفاع آب در همان ارتفاع اولیه ثابت بماند. | ## بخش 3: نفوذ (آب‌شناسی) | در حالت بار ثابت آزمایش دقیقتر است و در حدود 8-9% خطا نسبت به حالت اول کاهش می‌یابد. = m ,A سرعت نفوذ (سانتیمتر بر دقیقه)= i معادله کوستیاکف برای دوره‌های زمانی کوتاه (حدود چند ساعت)، نتایج رضایت بخشی می‌دهد. برای اندازه‌گیری نفوذ توسط حلقه‌های مضاعف،معمولاً این زمان بین 15 تا 160 دقیقه می‌باشد. معادله کوستیاکف فقط تا زمانی صادق است که سرعت نفوذ آب در خاک معادل ضریب آبگذری اشباع خاک یا هدایت هیدرولیکی نشده و هنوز در مراحل ابتدایی نفوذ آب در خاک هستیم. چنانکه توضیح داده شد در زمان طولانی نرخ نفوذ به مقدار ثابتی میرسد که همان ضریب آبگذری اشباع خاک است. 0 <m <1 : سرعت نهایی نفوذ آب در خاک , -1 <n <0 مقدار bتابعی از هدایت هیدرولیکی خاک است و تقریباً همان سرعت نفوذ پایه یا سرعت نفوذ نهایی می‌باشد. سرعت نهایی نفوذ هنگامی اتفاق می افتد که تغییرات زمانی سرعت نفوذ برابر 0.1 - سرعت نفوذ لحظه‌ای (برحسب ساعت) یا برابر 600/1 – سرعت نفوذ لحظه‌ای (برحسب دقیقه) شود. یعنی کاهش (وجود علامت منفی) در سرعت نفوذ در یک ساعت 0.1 برابر خود سرعت نفوذ باشد یا این تغییر در یک دقیقه که زمان آن یک شصتم ساعت است سرعت نفوذ باشد. بنابراین با استفاده از روابط روش اول : باید گفته شود که چون n عددی منفی است مقدار ib عددی مثبت بدست خواهد آمد.متذکر می‌شود که مقدار ضرایب n و a با استفاده از روش اول (کوستیاکف) و برازش خط به منحنی‌های لگ –لگ بدست می‌آید. | ## جمع‌بندی | در معادله لوئیس- کوستیاکف، مشکل حالت اول معادله کوستیاکف(صفر شدن سرعت نفوذ در بی‌نهایت)که مشکل مهمی نیز می‌باشد ، رفع شده‌است.