Chương I:HẠT CƠ GIỚI VÀ THÀNH PHẦN CƠ GIỚI ĐẤT
Chương 4: NƯỚC TRONG ĐẤT
4.5. TÍNH THẤM NƯỚC CỦA ĐẤT
Tính thấm nước của đất là quá trình đất tiếp nhận nước và để cho nước vận chuyển tự do trong đất.
Đây là một tính chất quan trọng cửa đất có liên quan đến hàng loạt các tính chất khác nhau của đất. Tính thấm nước của đất giúp phân phối lại chất dinh dưỡng trong đất đồng thời rửa trôi các chất độc hại xuống sâu. Tuy nhiên đó cũng chính là quá trình rửa trôi các chất dinh dưỡng xuống tầng sâu đặc biệt là các chất khoáng dễ tan, linh động như NO3- , K+, Na+...
Quá trình thấm nước trong đất giúp cho quá trình trao đổi khí giữa không khí đất và không khí khí quyển diễn ra một cách thuận lợi. Như ta đã biết nước và không khí được chứa chung trong các khe hở của đất, khi thấm, nước dần dần chiếm hoàn toàn chỗ của không khí trong các khe hở và đẩy không khí ra ngoài khí quyển. Tuy nhiên, nước không tồn tại lâu ở trong đất mà di chuyển nhanh xuống nước ngầm trả lại chỗ cho không khí từ khí quyển di chuyển vào. Quá trình này làm thay đổi cơ bản thành
phần không khí đất theo hướng tăng nồng độ oxy và giảm nồng độ CO2 song song với quá trình này, nước còn hoà tan và vận chuyển một lượng không khí nhất định vào đất.
Tính thấm nước của đất có những đặc điểm sau đây:
- Độ thấm của đất thường giảm theo thời gian. Nguyên nhân của sự thay đổi giảm dần này là do tính trương của đất, đồng thời do hiện tượng ma sát của nước tăng dần, lúc đầu thì ma sát với đất, sau đó là ma sát với những màng nước bao bọc xung quanh hạt đất. Đôi khi có hiện tượng không tuân theo "quy luật độ thấm giảm dần theo thời gian", có nghĩa là ở một thời điểm nào đó đi thấm đang giảm dần lại đột ngột tăng rồi sau đó lại giảm theo quy luật như cũ. Nguyên nhân được giải thích là do lớp không khí
"ẩn" ở trong đất. khi lớp không khí "ẩn" này bị "tống đuổi" ra do nước lấn chiếm thì cường độ thấm ở thời điểm đó đột ngột tăng lên và tạo nên một đoạn đường cong lồi trên đồ thị nhưng cuối cùng cũng sẽ giảm dần theo thời gian.
- Độ thấm của đất tự thay đổi rất nhanh, phụ thuộc vào trạng thái gồ ghề hay bằng phẳng của bề mặt thấm, hoặc trong đất có những hang hổng, những lối đi của giun và của các động vật đất, rễ cây mục, những khe nứt nẻ v.v.. Do vậy cùng một loại đất như nhau nhưng độ thấm sẽ thay đổi trong một phạm vi khá rộng và nước thấm trong đất sẽ không đồng đều.
Về phương điện sản xuất nông nghiệp, độ thấm được đánh giá là tốt khi chúng biểu hiện một cách đồng đều trên đồng ruộng. Với trạng thái đồng đều như vậy, sau khi mưa toàn bộ cánh đồng sẽ được thấm như nhau. Khi tưới, dễ dàng tính lượng nước cần tưới theo những độ sâu cần thiết.
Đánh giá độ thấm của đất theo bảng 4.2.
4.5.2. Nguyên lý tính thấm
Quá trình thấm nước vào đất có thể chia thành 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn I: Giai đoạn hút nước.
Giai đoạn này do đất chưa bão hoà nước nên nước được hút bởi lực thẩm thấu, lực mao quản và trọng lực tới tận khi nước được chứa đầy trong các khe hở của đất.
Bảng 4.2. Đánh giá độ thấm của đất
Độ thấm (mm) ở giờ đầu nghiên cứu Đánh giá
> 1000 Quá mạnh
1000 - 500 Quá cao
500 - 100 Tốt nhất
100 - 70 Tốt
70 - 30 Trung bình
< 30 Không tốt
(Nguồn: Trần Kông Tấu, 1990)
Giai đoạn này nước di chuyển trong các khe hở lớn của đất theo hướng ít trên xuống dưới hoàn toàn do tác động của trọng lực.
Lượng nước thấm vào đất được tính theo công thức của Darcy như sau:
Trong đó:
Q: Lượng nước thấm (lưu lượng), cm3; K: Hệ số thấm;
S: Tiết diện thấm, cm2;
T: Thời gian thấm, giây, phút, giờ hoặc ngày đêm;
h: Độ chênh lệch (hiệu số) áp lực ở đầu trên và đầu dưới của cột thấm, có người gọi là chênh lệch đầu nước và ký hiệu là Δh;
l: Chiều dài đoạn đường thấm, cm.
Phương trình tốc độ thấm nước của đất dựa theo Định luật Darcy có thể được biểu thị như sau:
Trong đó:
V: Tốc độ thấm nước của đất (cm3 nước qua lcm2 trong 1 giây).
K: Hệ số thấm.
I: Độ chênh lệch áp lực thấm.
Trong đó:
h: Bề dày của lớp nước trên bề mặt đất a: Bề dày của lớp đất nước thấm qua
Để phản ánh tốc độ thấm khác nhau do tác động của thành phần cơ giới, năm 1952, A.H. Cotchiakop đưa ra công thức:
Trong đó, a dao động từ 1 đến 0,5 tuỳ thuộc vào thành phần cơ giới đất.
4.5.3. Yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ thấm nước của đất
Thành phần cơ giới đất có ảnh hưởng rất rõ rệt tới tốc độ thấm nước của đất Với
đất cát có nhiều khe hở lớn nên nước thấm nhanh, thấm nhiều hơn so với đất sét.
Ngoài ra với đất sét tốc độ thấm còn bị giảm nhanh do khi gặp nước sét trương ra lấp kín khe hở trong đất.
Kết cấu đất ảnh hưởng không những tới tốc độ thấm tại một thời điểm mà còn có tác dụng duy trì tốc độ thấm trong cả một quá trình. Với đất có kết cấu tết, độ bền của hạt kết cao thì nước thấm nhanh và duy trì được tốc độ thấm. Ngược lại với đất có kết cấu kém, độ bền kém khi mưa hay tưới kết cấu đất bị phá vỡ, các hạt cơ giới sẽ lấp đầy các khe hở trong đất làm cho tốc độ thấm giảm rõ rệt.
Ngoài ra thành phần keo đất và chuồn hấp phụ trên bề mặt keo cũng có liên quan tới tốc độ thấm nước của đất. Các loại keo sét khác nhau có tính trương co khác nhau.
Đất chứa các loại keo có độ trương co lớn như keo monmorilonit thì tốc độ thấm chậm và giảm nhanh hơn so với đất chứa keo kaolinit. Đất chứa nhiều can xi có tốc độ thấm lớn hơn so với đất chứa nhiều natri.
Tốc độ thấm phụ thuộc vào nhiệt độ. Hệ số thấm phụ thuộc vào tính chất của đất, đồng thời phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng (nước) - tức là độ nhớt của chúng, mà độ nhớt trước hết phụ thuộc vào nhiệt độ và mức độ khoáng hoá. Khi nhiệt độ giảm thì độ nhớt sẽ tăng và như vậy sẽ làm giảm tốc độ thấm và ngược lại. Xác định tính thấm của đất trong điều kiện nhiệt độ thay đổi thì không thể so sánh được, do vậy được quy về điều kiện tiêu chuẩn ở toác bằng cách tính hệ số thấm với việc sử dụng "hệ số điều chỉnh nhiệt độ" của Hazen: 0,7 + 0,03t.
Hệ số thấm theo nhiệt độ điều chỉnh được tính theo công thức:
Trong đó:
K10 - hệ số thấm ở điều kiện toạc.
Kt - hệ số thấm ở điều kiện nhiệt độ với thời điểm xác định;
t - nhiệt độ nước sử dụng khi xác định.