Nguyên lý thủy văn ( NXB ĐH Quốc gia Hà Nội ) - Chương 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nước trong đất 6.1. Giới thiệu Nước trong đất thường được tính toán bao gồm cả nước trong tầng thông khí sát bề mặt đất và nước dưới tầng thông khí được giới hạn bởi bề mặt nước ngầm và tầng không thấm nước (xem mục 5.1). Như vậy định nghĩa nước trong đất bao gồm tất cả nước trong tầng thông khí và tầng sâu. Nước trong đới thông khí có thể sâu tới hàng chục hoặc hàng trăm mét ở dưới mặt đất. Tuy nhiên, nước trong tầng đất nông cây cối thực sự hấp thu được và giữ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nguyên lý thủy văn ( NXB ĐH Quốc gia Hà Nội ) - Chương 6

Ch¬ng 6 Níc trong ®Êt 6.1. Giíi thiÖu Níc trong ®Êt thêng ®îc tÝnh to¸n bao gåm c¶ níc trong tÇng th«ng khÝ s¸t bÒ mÆt ®Êt vµ níc díi tÇng th«ng khÝ ®îc giíi h¹n bëi bÒ mÆt níc ngÇm vµ tÇng kh«ng thÊm níc (xem môc 5.1). Nh vËy ®Þnh nghÜa níc trong ®Êt bao gåm tÊt c¶ níc trong tÇng th«ng khÝ vµ tÇng s©u. Níc trong ®íi th«ng khÝ cã thÓ s©u tíi hµng chôc hoÆc hµng tr¨m mÐt ë díi mÆt ®Êt. Tuy nhiªn, níc trong tÇng ®Êt n«ng c©y cèi thùc sù hÊp thu ®îc vµ gi÷ l¹i lîng h¬i Èm cho ®Êt nãi chung vµ cã ý nghÜa vÒ thuû v¨n rÊt lín vµ do ®ã lµ träng t©m chÝnh cña nghiªn cøu trong ch¬ng nµy. TÇng th«ng khÝ gåm c¸c líp ®Êt máng cã kh¶ n¨ng thÊm hoÆc kh«ng thÊm níc, lîng níc ma ch¶y nhanh trªn bÒ mÆt, thØnh tho¶ng g©y nªn sù xãi mßn vµ mét phÇn thÊm vµo trong ®Êt tÇng n«ng, do ®ã mét Ýt h¬i Èm ®îc gi÷ l¹i trong ®Êt ®Ó duy tr× sù sèng cña thùc vËt vµ ®éng vËt tíi tËn trËn ma tiÕp theo. Díi s©u h¬n gåm c¸c líp ®Êt thÊm ®îc, trong sù t¬ng ph¶n, cã thÓ hÊp thu vµ tÝch tr÷ chÊt lîng níc lín vµ cung cÊp lîng h¬i Èm dù tr÷ trong suèt thêi kú h¹n h¸n vµ cung cÊp mét lîng níc kh«ng ®æi cho dßng ch¶y trong s«ng. TÇm quan träng cña níc díi ®Êt ngoµi viÖc t¹o nªn sù c©n b»ng níc tÇng n«ng th× cßn lµ mét phÇn nhá trong tæng lîng cña c©n b»ng níc toµn cÇu (b¶ng 1.1). §©y lµ mét lîng níc cã thêi gian tån t¹i trung b×nh cña níc trong ®Êt ng¾n, kho¶ng ba th¸ng. Quan tr¾c thùc tÕ cho thÊy níc trong ®Êt quay trë l¹i bèn lÇn trong mét n¨m. Sù ®ãng gãp níc bèn lÇn hµng n¨m cã thÓ t¹o nªn mét lîng níc lín vµ biÕn ®æi tõ 65x13 3 tíi 260x103 km3. Tuy nhiªn, qua nhiÒu tµi liÖu quan tr¾c cho thÊy tÇm quan träng cña níc díi ®Êt vµ vai trß cña nã ®èi víi sù sèng nh mét nguån níc cho thùc vËt. Th«ng thêng, hiÓu biÕt vÒ nh÷ng nh©n tè ®iÒu khiÓn lîng níc tr÷ vµ sù di chuyÓn cña níc trong ®Êt lµ yÕu tè cÇn thiÕt cho sù hiÓu biÕt kh¸c víi ph¹m vi réng r·i cña c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt, bao gåm kh«ng chØ lµ nguån cung cÊp níc cho c©y mµ cßn cho sù ph¸t sinh dßng ch¶y, phôc håi l¹i lîng níc ngÇm n»m bªn díi vµ sù di chuyÓn vµ sù tÝch luü cña chÊt g©y « nhiÔm (Bear vµ Verrôit, 1987). Nh mét kÕt qu¶, nh÷ng thay ®æi ngîc l¹i cña t×nh tr¹ng níc trong ®Êt cã thÓ t¹o ra tõ nh÷ng thay ®æi vi khÝ hËu mét c¸ch tù nhiªn hay cã nguån gèc tõ con ngêi vµ ®ã lµ mèi quan t©m lín cña chóng ta (Gleick, 1993a). Níc trong ®Êt rÊt quan träng do ®ã ®îc sù quan t©m cña c¸c nhµ thuû v¨n häc, c¸c nhµ n«ng nghiÖp häc, khÝ hËu häc, l©m nghiÖp häc, ®Þa m¹o häc vµ c¸c kü s n«ng nghiÖp. 6.2. Nh÷ng ®Æc tÝnh vËt lý cña c¸c lo¹i ®Êt ¶nh hëng ®Õn níc trong ®Êt Tr¾c diÖn cña ®Êt lµ mÆt c¾t ngang líp ®Êt ch¹y tõ bÒ mÆt ®Êy xuyªn qua c¸c líp ®Êt b×nh thêng bao gåm mét sè líp hay mét sè mÆt n»m ngang cã ®Æc tÝnh vËt lý 173
kh¸c nhau ®Õn tÇng níc ngÇm. B¶n chÊt cña c¸c tr¾c diÖn ®Êt phô thuéc vµo mét ph¹m vi réng lín cña c¸c nh©n tè bao gåm nh÷ng nguyªn liÖu cã nguån gèc ®Çu tiªn, chiÒu dµi thêi gian cña sù ph¸t triÓn ®Þa chÊt vµ cña khÝ hËu ®ang thÞnh hµnh, còng nh th¶m thùc vËt vµ ®Þa h×nh. Ba pha trong hÖ thèng ®Êt: pha r¾n, hay chÊt ®Êt nÒn, bao gåm mét Ýt chÊt kho¸ng vµ mét Ýt chÊt h÷u c¬ cña m«i trêng cã c¸c lç rçng nhá li ti. Pha thÓ khÝ cña khÝ trong ®Êt vµ pha thÓ láng cña níc trong ®Êt. GÇn ®©y ®· cã mét kh¸i niÖm phï hîp h¬n ®ã lµ nh¾c ®Õn “sù hßa tan” cña ®Êt bëi v× nã lu«n chøa ®ùng mét vµi vËt chÊt hßa tan. HÖ thèng níc trong ®Êt lµ hÕt søc phøc t¹p, nhÊt lµ v× c¸c thuéc tÝnh trong ®Êt thêng thay ®æi trong ph¹m vi nhá vµ cã thÓ kh«ng gi÷ nguyªn tÝnh bÊt biÕn theo thêi gian cña ®Þa tÇng, bëi v× c¸c nh©n tè nh lµ sù në ra vµ co l¹i cña ®Êt sÐt, sù nÐn chÆt vµ sù nhiÔu lo¹n bëi thùc vËt, ®éng vËt vµ con ngêi lµ kh«ng nhiÒu. V× lý do nµy c¸c nhµ vËt lý ®Êt trong thêi gian tríc ®· ®Ò ra ph¬ng ph¸p ®Ó nghiªn cøu m«i trêng “lý tëng ho¸” bao gåm c¸c dät níc nhá do kiªn kÕt vËt lý vµ nh÷ng cét níc chøa trong c¸c èng mao dÉn. Bëi vËy, c¸c nhµ thuû v¨n häc thêng ¸p dông nh÷ng kh¸i niÖm lý luËn vµ kh¸i niÖm thÝ nghiÖm ®îc thùc hiÖn ë c¸c c¬ së thùc nghiÖm trªn c¸c c¸nh ®ång. Môc ®Ých cña ch¬ng nµy lµ cung cÊp c¸c th«ng tin giíi thiÖu vÒ c¸c hiÖn tîng quan träng cña häc thuyÕt níc trong ®Êt vµ c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm thiÕt thùc cho c¸c nhµ thuû v¨n. Lîng níc ®ã cã thÓ ®îc gi÷ trong mét thÓ tÝch nhÊt ®Þnh cña ®Êt vµ tèc ®é cña níc di chuyÓn qua ®Êt phô thuéc vµo c¶ kÕt cÊu ®Êt, nghÜa lµ thµnh phÇn cÊp phèi h¹t cña vËt chÊt trong ®Êt vµ vµo cÊu tróc ®Êt. Níc cã thÓ chøa trong c¶ cÊu tróc cña kho¶ng kh«ng trèng rçng vµ kho¶ng kh«ng cã kÕt cÊu (gi÷a c¸c phÇn nhá). ë nh÷ng chç chøa ®ùng h¬i Èm cao níc ch¶y qua nh÷ng chç cò cã thÓ bÞ chi phèi, nhng trë nªn kÐm quan träng h¬n khi ®Êt trë nªn kh« h¬n. Th«ng thêng, nh÷ng lç nhá lín h¬n sÏ x¶y ra gi÷a c¸c kho¶ng trèng do c¸c khe nøt, dÔ c©y vµ nã sÏ dÔ h¬n cho sù di chuyÓn cña níc trong kh«ng gian nµy. Nh vËy c¶ hai kh«ng gian nµy ®Òu cã kh¶ n¨ng hÊp thô níc chËm h¬n vµ dÉn níc chËm h¬n. C¸c vËt chÊt sÐt tù do trong ®Êt lµ quan träng nhÊt v× kÝch thíc thíc cña nã x¸c ®Þnh c¶ ®Æc tÝch vËt lý vµ ho¸ häc cña ®Êt. C¸t vµ phï sa nhá chñ yÕu bao gåm th¹ch anh vµ c¸c vËt chÊt ban ®Çu kh¸c ®· lµm biÕn ®æi tÝnh chÊt ho¸ häc trong ®Êt sÐt. Trong sù t¬ng ph¶n, c¸c s¶n phÈm t¹o ra tõ sù phong ho¸ ho¸ häc x¸c ®Þnh c¸c vËt chÊt thø yÕu lµ mét sù ®a d¹ng lín cña c¸c ®Æc tÝnh vËt lý cña ®Êt (White, 1987; Wild, 1988). Mét sù kh¸c biÖt lµ lîng nhá ®Êt sÐt ë c¸c vØa platey vµ bÒ mÆt cã hÖ sè cho níc cao h¬n, nghÜa lµ diÖn tÝch bÒ mÆt níc ngÇm trªn ®¬n vÞ thÓ tÝch cao h¬n (Brady, 1984; Carter cïng céng sù, 1986). PhÇn lín bÒ mÆt cña ®Êt sÐt tÝch ®iÖn ©m vµ c©n b»ng víi c¸c cation bªn ngoµi ®ã kh«ng ph¶i lµ mét phÇn cña cÊu tróc ®Êt sÐt vµ nã cã thÓ ®îc thay thÕ hoÆc thay ®æi bëi c¸c cation kh¸c (xem phÇn 8.5.2). Mét sè kiÓu ®Êt sÐt chØ liªn kÕt yÕu ít víi c¸c vØa liÒn kÒ, vµ c¸c bÒ mÆt “néi bé” cña c¸c h¹t ®Êt còng cã c¸c ph¶n øng hÊp phô níc lÉn nhau. §©y lµ ®iÒu quan träng cho sù duy tr× vµ sù gi¶i phãng níc cïng víi chÊt dinh dìng vµ muèi. Níc cã thÓ ®i vµo gi÷a c¸c vØa t¹o ra chóng ®Ó tån t¹i níc cã ®Æc ®iÓm riªng rÏ vµ ph¸t triÓn. NhiÒu lo¹i ®Êt sÐt në ra khi bÞ ít vµ co l¹i hay vì vôn ra khi kh«, nã rÊt quan träng t¹o nªn c¸c ®Æc tÝnh thuû lùc cña c¸c lo¹i ®Êt. 174
CÊu tróc ®Êt t¹o ra tõ sù kÕt hîp c¸c h¹t nguyªn sinh ®îc biÓu diÔn trong c¸c ®¬n vÞ cÊu tróc hay trong c¸c bã ®Êt. Nh÷ng ®¬n vÞ nµy t¸ch rêi khái ®¬n vÞ kh¸c bëi liªn kÕt bÒ mÆt tinh thÓ yÕu ít nã. §iÒu nµy cã tÇm quan träng quyÕt ®Þnh híng dßng ch¶y di chuyÓn qua tr¾c diÖn ®Êt. TÝnh c¬ häc cña sù h×nh thµnh cÊu tróc ®Êt vµ tÝnh æn ®Þnh lµ rÊt phøc t¹p vµ phô thuéc vµo mét sè c¸c nh©n tè ®Þa tÇng mÆt cña ®Êt vµ sù kÕt hîp sÏ thay ®æi theo thêi gian do thêi tiÕt vµ ho¹t ®éng ®Êt canh t¸c, nhng ë nh÷ng tÇng s©u h¬n chóng sÏ æn ®Þnh h¬n. Thùc vËt rÊt quan träng cho cÊu tróc cña c¸c tÇng mÆt tõ c¸c dÔ c©y kÕt l¹i thµnh nh÷ng phÇn nhá ®Ó gióp t¹o thµnh khèi liªn kÕt æn ®Þnh. VÝ dô, nh÷ng b·i cá cã t¸c ®éng phæ biÕn v× ®é s©u cña rÔ c©y cá n»m gÇn bÒ mÆt ®Êt (White, 1987). C¸c cÊu tróc cña ®Êt còng thay ®æi trong sù m« t¶ h×nh häc vµ thêng ®îc m« t¶ mét c¸ch ®Þnh tÝnh trong giíi h¹n cña sù cÊu t¹o cña ®Êt cã h×nh d¹ng: hét, khèi, l¨ng trô,... vµ bëi tr×nh ®é cña sù ph¸t triÓn cña thùc vËt (vÝ dô Hodgson, 1976). Tuy nhiªn, c¸c m« t¶ thêng chØ thuËt l¹i mét c¸ch kh«ng ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tÝnh thuû lùc trong ®Êt, nhÊt lµ trong cÊu tróc cña ®Êt sÐt. Nh kÕt qu¶, Bouma (1981) ®· giíi thiÖu sö dông chÊt phãng x¹ ®Ó ®¸nh dÊu ®Æc trng híng dßng ch¶y u tiªn qua nh÷ng lç rçng trong ®Êt. Sù m« t¶ kh¸i qu¸t cña c¸c thuéc tÝnh ®Êt chñ yÕu cung cÊp c¬ së cho c¸c phÇn tiÕp theo, m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh ®Çu tiªn chñ yÕu lµ lîng tr÷ vµ sù di chuyÓn cña níc trong c¸c ®iÒu kiÖn ®Êt lý tëng hãa (phÇn 6.3 vµ 6.4 tiÕp theo) vµ sau ®ã t¹o ra c¸c m« h×nh h¬i Èm trong ®Êt vµ tèc ®é dßng ch¶y cã thÓ t×m ®îc c¸c c¸nh ®ång x¶y ra trong c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn (phÇn 6.5 tiÕp theo). 6.3. Lîng tr÷ cña níc trong ®Êt Lêi b×nh luËn cã ¶nh hëng m¹nh ®Õn nh÷ng ph¸t triÓn vÒ sau, Terzaghi (1942) ®· nhËn xÐt r»ng nÕu träng lùc chØ t¸c dông lªn ho¹t ®éng cña níc trong ®Êt th× nã sÏ ch¶y hoµn toµn sau khi nhËp lîng ma vµo v× thÕ níc trong ®Êt sÏ ®ù¬c t×m thÊy chØ ë bªn díi mùc níc ngÇm. Trong t×nh tr¹ng, c©y cèi ph¸t triÓn sÏ h¹n chÕ tíi c¸c khu vùc nµy n¬i mµ ma rµo x¶y ra thêng xuyªn hay ë nh÷ng vÞ trÝ n¬i mµ mùc níc ngÇm s¸t bÒ mÆt. Trªn thùc tÕ c¸c lo¹i ®Êt trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn lu«n chøa ®ùng mét Ýt níc, thËm chÝ ë thêi gian cuèi cña thêi kú kh« h¹n tríc trong nhiÒu th¸ng hay thËm chÝ nhiÒu n¨m. §iÒu nµy cho biÕt r»ng cã rÊt nhiÒu lùc kh¸ m¹nh ®Ó gi÷ lîng h¬i Èm trong ®Êt. 6.3.1. C¸c lùc gi÷ níc trong ®Êt C¸c lùc chÞu tr¸ch nhiÖm chñ yÕu ®Ó gi÷ níc trong ®Êt lµ lùc mao dÉn, lùc hót tÜnh ®iÖn, vµ lùc thÈm thÊu. C¸c lùc mao dÉn g©y ra tõ sù c¨ng bÒ mÆt ë bÒ mÆt chung gi÷a kh«ng khÝ trong ®Êt vµ níc trong ®Êt. C¸c ph©n tö trong chÊt láng hót m¹nh h¬n ®èi víi mçi ph©n tö kh¸c so víi c¸c ph©n tö h¬i níc trong kh«ng khÝ, t¹o ra xu híng bÒ mÆt chÊt láng co l¹i. NÕu ¸p suÊt nh nhau trªn c¸c mÆt cña chóng th× bÒ mÆt chung kh«ng khÝ – níc sÏ b»ng ph¼ng, nhng ph©n bè ¸p suÊt kh¸c nhau t¹o ra ®êng cong trªn bÒ mÆt chung, ¸p suÊt lín h¬n ë trong níc, ë vÞ trÝ lßng ch¶o, ë c¸c vÞ trÝ uèn cong ¸p suÊt liªn kÕt nhá h¬n. ë bÒ mÆt chung trong c¸c kho¶ng trèng cña ®Êt kh«ng khÝ sÏ bÞ gi÷ l¹i víi ¸p suÊt khÝ quyÓn, nhng níc cã thÓ ë ¸p suÊt thÊp h¬n. Khi níc rót khái mÆt ®Êt th× sù kh¸c biÖt ¸p suÊt ë ®êng bao quanh bÒ mÆt chung t¨ng lªn vµ cã thÓ chØ gi÷ trong nh÷ng lç rçng nhá (h×nh 6.1). Lùc víi nh÷ng mµng máng phun lªn ®îc gi÷ lai sÏ thay ®æi. ë nh÷ng ®êng èng mao dÉn gièng nhau nh« 175
lªn trªn b·i cá c¸c èng tuýp mao dÉn nµy thay ®æi cïng víi b¸n kÝnh cña èng, ®é cong cña bÒ mÆt khum chÊt láng vµ søc c¨ng bÒ mÆt cña níc. Víi mét tÝnh nhít nhÊt ®Þnh vµ søc c¨ng mÆt níc nhÊt ®Þnh, níc sÏ gi÷ l¹i m¹nh ë nh÷ng lç hæng nhá h¬n so víi nh÷ng lç hæng lín h¬n. KÓ tõ ®©y khi søc chøa níc cña ®Êt gi¶m th× ë nh÷ng lç rçng lín h¬n cã søc chøa lín h¬n vµ t¹i c¸c mÆt c¾t thÊp h¬n nh÷ng lç rçng nhá h¬n cã søc chøa níc nhá h¬n. H×nh 6.1 Níc ®îc gi÷ bëi lùc mao dÉn gi÷a c¸c ph©n tö ®Êt vµ bëi sù hÊp phô nh mét líp níc máng Bªn c¹nh lùc hót mao dÉn, níc trong ®Êt ë thÓ láng hay h¬i cã thÓ bÞ hót lªn phÝa trªn bÒ mÆt cña c¸c ph©n tö ®Êt chñ yÕu do c¸c lùc hót tÜnh ®iÖn tån t¹i n¬i mµ ph©n tö níc ®îc g¾n kÕt víi nhau tíi bÒ mÆt tÝch ®iÖn cña chÊt r¾n. Trong khi c¸c lç rçng níc bÞ hót bëi lùc mao dÉn th× t¹i bÒ mÆt cña chÊt r¾n, chØ nh÷ng líp rÊt máng cña h¹t ®Êt níc cã thÓ bÞ gi÷ l¹i bëi lùc hót tÜnh ®iÖn (h×nh 6.1). Tuy nhiªn, nÕu tæng diÖn tÝch bÒ mÆt cña nh÷ng phÇn rÊt nhá nµy (nghÜa lµ bÒ mÆt ®Æc trng) lµ lín, vµ/hoÆc c¸c ®iÖn tÝch trªn mét ®¬n vÞ diÖn tÝch lµ lín, th× tæng lîng níc b¸m trong mét thÓ tÝch lµ ®¸ng kÓ. Trong trêng hîp níc ë thÓ h¬i, sù hót b¸m cã thÓ lµm t¨ng vµ lîng níc hót b¸m nµy thay ®æi hµng ngµy trong nh÷ng khu vùc ma rµo thÊp vµ sù thay ®æi lín h¬n trong khu vùc Ýt ma (cho vÝ dô Komas cïng céng sù, 1998). §é lín cña níc líp phñ bÒ mÆt ®Æc trng phô thuéc vµo kÝch thíc vµ h×nh d¹ng cña c¸c h¹t. ThÓ tÝch cña nã t¨ng khi kÝch thíc cña c¸c h¹t gi¶m vµ khi c¸c h¹t trë thµnh c¸c h×nh cÇu nhá vµ dÑt h¬n. KÝch thíc cña c¸c h¹t sÐt vµ c¸c chÊt h÷u c¬ ®ãng gãp phÇn lín vµo diÖn tÝch bÒ mÆt ®Æc trng cña ®Êt, víi ®êng kÝnh cña h¹t sÐt nhá h¬n 0.1m2g-1 ®¹i diÖn cho ®Êt sÐt mÞn vµ ®êng kÝnh trªn 800 m2g-1 cho c¸c líp ®Êt sÐt th« (h×nh 6.1). §iÒu nµy gióp gi¶i thÝch kh¶ n¨ng duy tr× cña níc ngÇm lín trong ®Êt sÐt trong suèt thêi k× kÐo dµi cña sù kh« h¹n. C¸c lùc nµy cã t¸c dông hÊp thô gi÷a níc vµ ®Êt vµ lµm gi¶m n¨ng lîng d thõa cña níc ngÇm. §iÒu nµy cã nghÜa lµ, ë n¬i ®Êt kh«ng b·o hßa, ¸p suÊt cña níc trong c¸c lç rçng lµ ©m (nghÜa lµ nhá h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn). V× lý do nµy nªn c¶ lùc hót mao dÉn vµ lùc hót ®iÖn tõ ®Òu cã thÓ coi nh chØ t¹o nªn mét sù c¨ng mÆt ngoµi hay sù hót níc rÊt yÕu trong ®Êt. C¸c lùc hót trªn lµ quan träng trong ®Êt cã sÐt lµ trong ®Êt cã c¸t vµ trë nªn quan träng h¬n ë trong tÊt c¶ c¸c lo¹i ®Êt khi lîng Èm gi¶m. Trong thùc tiÔn c¸c lùc nµy lu«n ë tr¹ng th¸i c©n b»ng víi c¸c lùc kh¸c vµ kh«ng thÓ dÔ dµng ®o ®¹c mét c¸ch riªng biÖt. Do ®ã ®Ó ®o ®¹c tÝnh to¸n thêng kÕt hîp ®o ®¹c tÝnh to¸n ¶nh hëng tíi ®êng mÆt níc trong ®ã níc ®îc gi÷ l¹i ®Êt mÑ 176
vµ ®îc xem nh lµ nh÷ng mÆt c¾t c¬ b¶n hay mÆt c¾t nÒn (còng xem phÇn 6.3.5). Ba lùc nµy ho¹t ®éng ®Ó gi÷ níc trong ®Êt t¹o ra tõ ¸p suÊt thÈm thÊu v× c¸c chÊt tan cña níc trong ®Êt. MÆc dï, thêng ®îc lê ®i, ®Æc biÖt trong m«i trêng Èm ít, ¸p suÊt thÈm thÊu cã thÓ quan träng khi cã mét sù kh¸c biÖt trong sù tËp trung chÊt tan tõ bªn nµy sang bªn kia cña mµng thÈm thÊu. §iÒu nµy cã thÓ cã ë bÒ mÆt rÔ c©y vµ cã t¸c dông lµm cho níc ngÇm gi¶m vµ lµ lîng níc s½n cã cho c©y, ®Æc biÖt trong c¸c ®Êt mÆn. Trong ®Êt mÆn gi÷a tÇng ®Êt nµy sang tÇng ®Êt kh¸c cã líp ®Êt sÐt mÞn vµ trong c¸c lç rçng chøa ®Çy kh«ng khÝ lµm ng¨n c¶n sù khuyÕch t¸n h¬i níc gi÷a c¸c líp ®Êt, sau ®ã theo sù di chuyÓn cña h¬i níc, nhng kh«ng ph¶i lµ chÊt tan, h¬i níc di chuyÓn tõ bªn nµy sang bªn kia lç rçng lo·ng h¬n t¹o nªn sù hoµ tan nång ®é h¬i Èm trong lç rçng (Hillel, 1982). ë nh÷ng n¬i thiÕu vËt c¶n c¸c ion chÊt tan sÏ khuÕch t¸n qua ®Êt b·o hßa nh t¸c dông cña n¨ng lîng ®éng lùc häc cña níc trong ®Êt vµ t¹o ra trong sù tËp trung níc cè ®Þnh trong ®Êt (Baver cïng céng sù, 1972). Tæng c¸c lùc gi÷ níc trong ®Êt lµ tæng cña c¸c lùc gèc vµ lùc thÊm. Sù th¶o luËn tríc ®· thÓ hiÖn c¸c lùc gi÷ l¹i ®îc nµy thay ®æi nh thÕ nµo víi lîng Èm. PhÇn lín, c¸c lo¹i ®Êt cã mËt ®é lín c¸c lç rçng vµ phô thuéc vµo sù thay ®æi h×nh d¹ng h×nh häc vµ kÝch thíc cña h¹t ®Êt. Trong ®Êt lßng dÉn lín lµ n¬i cã ®é rçng lín vµ thêng ë mÆt c¾t ®Êt cao. Ngîc l¹i ë c¸c mÆt c¾t thÊp lßng dÉn hÑp vµ ®é rçng sÏ nhá. Mèi liªn hÖ nµy gi÷a mÆt c¾t Èm trong ®Êt vµ lîng Èm lµ râ rµng cã tÇm quan träng chñ yÕu cho sù hiÓu biÕt c¸c ho¹t ®éng cña níc trong ®Êt. 6.3.2 C¸c ®Æc tÝnh Èm trong ®Êt (c¸c ®êng cong duy tr×) NÕu c¸c mÆt c¾t ph©n c¸ch gi÷a níc vµ kh«ng khÝ t¨ng chËm ®îc ¸p dông ®Ó t×m ®íi ®Êt b·o hßa, bÒ mÆt chung kh«ng khÝ – níc b¾t ®Çu gi¶m xuèng bªn díi bÒ mÆt ®Êt vµ c¸c lùc c¬ b¶n cña sù gi÷ níc trong ®Êt cã ¶nh hëng lín ®Õn mÆt ph©n c¸ch níc vµ kh«ng khÝ nµy. Tríc tiªn, nh÷ng lç rçng lín sÏ rçng ë c¸c mÆt c¾t thÊp, trong khi nh÷ng lç rçng hÑp chèng ®ì bÒ mÆt chung kh«ng khÝ – níc lµ mÆt cong lín h¬n nhiÒu sÏ kh«ng rçng cho tíi tËn khi søc hót lín h¬n ®îc t¨ng cêng. Sù kÕt hîp gi÷a sù hót vµ tæng lîng níc chñ yÕu trong ®Êt cã thÓ x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm trong phßng thÝ nghiÖm b»ng sö dông ®êng cÊp phèi h¹t ®Êt (Klute, 1986b). Hµm thÓ hiÖn ®êng cÊp phèi h¹t ®îc biÕt ®Õn nh thÓ hiÖn ®Æc tÝnh Èm (hay ®êng cong gi÷ níc trong trêng hîp ®Êt kh«). VÝ dô ®êng ®Æc tÝnh Èm ®¹i biÓu cho c¸c kiÓu ®Êt kh¸c nhau ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 6.2. H×nh d¹ng cña c¸c ®êng cong liªn quan ®Õn sù ph©n lo¹i kÝch thíc h¹t ®Êt hay c¸c lç rçng trong ®Êt (Bouma, 1977). Nãi chung ®Êt cã chøa nhiÒu c¸t th× ®êng cong cÊp phèi h¹t - ®êng cong gi÷ Èm cong h¬n rÊt nhiÒu so víi ®Êt cã nhiÒu thµnh phÇn sÐt. §Êt cã sÐt kÝch thíc c¸c lç rçng bÞ thu nhá l¹i. Ngoµi c¸ch ph©n lo¹i ®é rçng theo ®é cong trªn cßn cã c¸ch ph©n lo¹i ®é rçng theo dèc æn ®Þnh cña ®êng cÊp phèi h¹t. C¬ chÕ cña sù gi÷ l¹i níc trong ®Êt thay ®æi cïng víi sù hót b¸m h¹t níc xung quanh h¹t ®Êt liªn quan ®Õn ®êng cÊp phèi h¹t. Sù hót b¸m níc rÊt thÊp nã phô thuéc vµo søc c¨ng bÒ mÆt cña lùc mao dÉn t¸c ®éng ®Çu tiªn vµ sau ®©y lµ sù ph©n chia kÝch thíc lç vµ kÕt cÊu ®Êt liªn quan ®Õn sù hót b¸m. ë nh÷ng lo¹i ®Êt cã sù hót b¸m cao h¬n (lîng Èm thÊp h¬n) sù gi÷ níc t¨ng søc hót b¸m vµ nã bÞ ¶nh hëng rÊt lín bëi kÕt cÊu vµ bÒ mÆt ®Æc trng cña vËt chÊt. V× sè c¸c lç mÞn nhiÒu lªn th× sù hót b¸m lín h¬n, ®Êt sÐt cã khuynh híng chøa lîng níc lín h¬n v× søc hót lín h¬n søc hót c¸c lo¹i ®Êt kh¸c. 177
H×nh 6.2 C¸c ®Æc trng Èm trong ®Êt cña c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau (®îc vÏ l¹i theo ®å thÞ gèc bëi Bouma, 1977) Khi mµ søc hót níc t¨ng lªn th× t¸c dông ®Çu tiªn lµm cho ®Êt b·o hßa vµ rÊt Ýt níc hoÆc kh«ng níc cã thÓ ®îc gi¶i phãng. Mét søc hót tíi h¹n ch¾c ch¾n ph¶i ®¹t ®îc tríc tiªn nhng kh«ng cã thÓ t¸c ®éng vµo nh÷ng lç lín nhÊt lµm cho níc tho¸t ®i. §iÒu nµy ®îc gäi lµ sù sñi t¨m hay lµ sù tiÕp nhËn ¸p suÊt kh«ng khÝ. Søc hót tíi h¹n sÏ hiÓn nhiªn lín h¬n ®èi víi lo¹i ®Êt ®îc cÊu t¹o bêi vËt chÊt cã kÕt cÊu mÞn nh lµ sÐt so víi cho c¸t th« víi kÝch thíc lç lín nhÊt. Tuy nhiªn, trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y thêng chän ®Êt cã kÝch thíc lç æn ®Þnh h¬n nªn ®Æc tÝnh Èm cña chóng cã thÓ thÓ hiÖn hiÖn tîng tiÕp nhËn kh«ng khÝ râ rµng h¬n trong c¸c ®Êt cã kÕt cÊu mÞn. Sù hót tíi h¹n thùc tÕ phô thuéc vµo ®êng dÉn vµo c¸c lç vµ thay ®æi nghÞch ®¶o víi b¸n kÝnh lç nghÜa lµ phô thuéc vµo ®Æc tÝnh Èm, kh¶ n¨ng chøa níc ®Æc trng hay kh¶ n¨ng chøa níc riªng biÖt cña c¸c lç vµ nã thêng cho biÕt c¸c lç cã ¶nh hëng tíi sù ph©n chia kÝch thíc lç cña ®Êt. NÕu søc hót dÇn dÇn t¨ng lªn khi ®êng kÝnh cña mét mÉu ®Êt nhá, th× thÓ tÝch níc rót khái tõ c¸c mÉu còng gia t¨ng mét lîng t¬ng øng. Søc hót hiÖn cã trong thÓ tÝch chiÕm gi÷ bëi c¸c lç nµy phô thuéc vµo ®êng kÝnh cña c¸c lç vµ quyÕt ®Þnh ph¹m vi cña søc hót. Trong qu¸ tr×nh ®¸nh gi¸ søc hót ph¶i lu«n nhí r»ng ë nh÷ng søc hót lín h¬n th× sù hót b¸m kh¸ h¬n, c¸c lùc c¨ng bÒ mÆt cã thÓ chiÕm u thÕ h¬n vµ híng dßng ch¶y thêng quanh co qua m«i trêng ®Êt. Mét mÉu ®Êt cã chøa ®Çy níc bao gåm c¸c lç lín vµ nh÷ng lç nhá h¬n, sù tho¸t níc trong mÉu ®Êt nµy ®îc thùc hiÖn theo thø tù kh«ng khÝ vµ níc ®îc tho¸t qua c¸c lç lín. Níc trong c¸c lç nhá tho¸t sau cïng. HiÖn tîng nµy cã thÓ x¶y ra thêng xuyªn trong ®Æc tÝnh cña níc trong ®Êt víi søc hót thÊp (Corey, 1977). Bouma (1977) ®· lu ý r»ng sù t¬ng øng gi÷a sù ph©n lo¹i kÝch thíc lç cã ¶nh hëng tíi søc hót níc vµ sù ph©n lo¹i kÝch thíc c¸c lç ®¹t ®îc bëi phÐp ph©n tÝch h×nh th¸i häc vi m« cña lç liªn quan ®Õn søc hót. §iÒu nµy cho kÕt qu¶ tèt h¬n viÖc sö dông ph©n tÝch ®Æc tÝnh Èm thu ®îc tõ mÉu ®Êt bÞ Èm ít hay tõ mét mÉu kh« h¬n. 6.3.3. HiÖn tîng trÔ Mét sù giíi h¹n chñ yÕu ®Ó sö dông nh÷ng ®êng cong ®Æc tÝnh Èm trong ®Êt lµ 178
lîng níc ë mét søc hót nhÊt ®Þnh phô thuéc kh«ng chØ vµo gi¸ trÞ ®ã cña søc Èm mµ cßn phô thuéc vµo c¶ lîng Èm ®îc ghi trong lÞch sö cña ®Êt. Sù hót Èm sÏ lín h¬n cho ®Êt kh« h¹n so víi ®Êt Èm ít (h×nh 6.3). Sù hót Èm phô thuéc vµo tr¹ng th¸i tríc cña níc trong ®Êt dÉn tíi c¸c ®iÒu kiÖn c©n b»ng hiÖn tr¹ng Èm vµ ®îc gäi lµ hiÖn tîng trÔ . Nh÷ng lç cßn rçng th× sù hót níc sÏ lín h¬n nh÷ng lç ®Çy vµ sù kh¸c biÖt nµy phÇn lín ®îc thÓ hiÖn râ ë nh÷ng lo¹i ®Êt cã sù hót thÊp vµ nh÷ng lo¹i ®Êt cã cÊu tróc th«. HiÖn tîng trÔ ®îc cho lµ do mét sè c¸c nh©n tè ¶nh hëng bao gåm sù phøc t¹p cña kh«ng gian lç h×nh häc, ¸p suÊt, ®é Èm cña kh«ng khÝ trong lç, sù co l¹i vµ sù phång ra cña gradient nhiÖt (Feddes cïng céng sù, 1988). Hai nguyªn nh©n quan träng cña hiÖn tîng trÔ lµ ¶nh hëng cña níc mao dÉn vµ ¶nh hëng cña ‘gãc tiÕp xóc’ (Bever cïng céng sù, 1972; bear vµ Verruijk, 1987). C¶ hai ®Òu phô thuéc vµo sù vËn ®éng cña h¬i níc trong c¸c lç. C¸c kÕt qu¶ tríc ®©y tõ thùc tÕ cho thÊy sù hót lín h¬n cho phÐp kh«ng khÝ ®i vµo nh÷ng cæ lç hÑp vµ tõ ®©y dÉn tíi lç kh¸c. T×nh tr¹ng Èm ít cña ®Êt quyÕt ®Þnh sù ¶nh hëng ®Õn ®é cong cña bÒ mÆt kh«ng khÝ – níc ë trong chÝnh b¶n th©n tÇng ®Êt cã lç réng lín (Childs, 1969). ¶nh hëng cña ‘gãc tiÕp xóc’ t¹o ra tõ thùc tÕ r»ng gãc tiÕp xóc cña bÒ mÆt láng trªn ®Êt r¾n cã xu híng lín h¬n khi diÖn tÝch tiÕp xóc bÒ mÆt chung t¨ng lªn (nghÜa lµ t×nh tr¹ng Èm ít). §iÒu nµy cã xu thª ngîc l¹i khi nã rót ®i (t×nh tr¹ng kh« h¹n), v× thÕ trong t×nh tr¹ng kh« h¹n cã mét lîng hót níc lín h¬n nhÊt ®Þnh so víi t×nh tr¹ng Èm ít (Bear vµ Verruijt, 1987). ¶nh hëng cña kh«ng khÝ gi¶ sÏ lµm gi¶m lîng níc cña ®Êt Èm ít míi, vµ t×nh tr¹ng kh«ng thÝch hîp ®Ó ®¹t ®îc c©n b»ng t¬ng ®èi trong c¸c ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm cã thÓ t¹o ra khi ®é Èm lµ 80 – 90% ®èi víi ®Êt xèp (Corey, 1986b), nhng ®é Èm cã thÓ t¨ng theo thêi gian v× sù biÕn ®æi dßng ch¶y vµ sù ngng tô Èm kh«ng khÝ biÕn thµnh níc. Trong ®Êt sÐt h¹t mÞn, t×nh tr¹ng Èm ít vµ t×nh tr¹ng kh« h¹n cã thÓ ®îc cung cÊp thªm bëi sù phång lªn vµ co l¹i cña thÓ tÝch mÉu ®Êt. §iÒu nµy dÉn tíi sù thay ®æi trong kÝch thíc lç vµ tû träng cña ®Êt vµ tõ ®©y t¹o nªn sù kh¸c biÖt trong thÓ tÝch lîng níc ë mét sù hót nhÊt ®Þnh nÕu cÊu t¹o vËt chÊt cña nÒn vÉn cßn æn ®Þnh. Khi níc rót khái tõ khe hë gi÷a c¸c ph©n tö nh phiÕn ®¸ (phiÕn máng), c¸c ph©n tö gÇn gièng nhau h¬n, do ®ã lµm gi¶m toµn bé thÓ tÝch níc. Trong mét sè ®iÒu kiÖn trong ®Êt cã xuÊt hiÖn c¸c phiÕn ®¸ kÐo dµi gÇn gièng nhau, chóng cã thÓ thay ®æi tr¹ng th¸i trong chÝnh b¶n th©n chóng th× t×nh tr¹ng kh«ng Èm ít cã thÓ t¹o ra mét lîng níc cã thÓ tÝch thÊp h¬n. Tuy nhiªn, sù phång lªn vµ ho¹t ®éng co l¹i cña ®Êt sÐt ph¶n ¸nh kh«ng chÝnh x¸c lîng níc cña chóng vµ søc hót níc còng cã sù ¶nh hëng lÉn nhau cña lùc hót vµ lùc ®Èy gi÷a c¸c phiÕn ®¸. §iÒu nµy bÞ ¶nh hëng bëi sù so s¸nh gi÷a sù tËp trung, sù hßa tan vËt chÊt cã trong ®Êt ®Æc biÖt lµ c¸c kiÓu ®Êt sÐt. Mét sè ph¬ng ph¸p cho x©y dùng m« h×nh hiÖn tîng trÔ c¸c ®êng cong quÐt ®îc xem xÐt bëi Jaynes (1985) vµ cã thÓ ®îc ¸p dông ®èi víi c¸c lo¹i ®êng cong cña ®Êt ë tr¹ng th¸i Èm ít vµ c¸c ®êng cong cña ®Êt ë tr¹ng th¸i kh« h¹n. Tuy nhiªn, trong thùc tiÔn cã nhiÒu vÊn ®Ò liªn quan ®Õn sù ®o ®¹c ®Æc tÝnh Èm chÝnh x¸c. HiÖn tîng trÔ thêng kh«ng ®îc chó ý (BÐª vµ Van der Ploeg, 1976; Hillel, 1982). MÆc dï sù ph©n lo¹i kÝch thíc lç còng liªn quan chÆt chÏ víi ®êng cong biÓu thÞ tr¹ng th¸i Èm ít (chi phèi bëi kÝch thíc lç ®i vµo c¸c r·nh), ®êng cong tr¹ng th¸i kh« h¹n (kh¶ n¨ng gi÷ l¹i). Nhng sù thiÕt lËp c¸c ®êng nµy b»ng thùc nghiÖm dÔ h¬n nhiÒu vµ do ®ã nã ®îc sö dông thêng xuyªn h¬n. §©y chÝnh lµ lý do mµ ®êng ®Æc tÝnh 179
Èm thêng ®îc cho lµ ®êng cong gi÷ Èm. H×nh 6.3 HiÖn tîng trÔ trong ®Æc tÝnh Èm, thÓ hiÖn sù lµm Èm ít chÝnh vµ c¸c ®êng cong danh giíi kh« vµ c¸c ®êng cong quÐt gi÷a (vÏ l¹i theo Childs, 1969) 6.3.4. H»ng sè cña níc díi ®Êt Mét sè h»ng sè cña níc díi ®Êt ®· ®ù¬c sö dông cã tÝnh chÊt truyÒn thèng vµ ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc so s¸nh gi÷a nh÷ng tr¹ng th¸i thuû v¨n cña c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau ®ã lµ h»ng sè níc cña ®Êt. C¸c h»ng sè nµy ®îc gi¶ thiÕt phï hîp víi c¸c gi¸ trÞ cô thÓ cña sù hót c¬ b¶n cña ®Êt vµ ®îc biÓu thÞ qua ®êng ®Æc tÝnh hót Èm. §êng nµy lµ mét hµm sè cña tÝnh chÊt thñy lý cña ®Êt. H¬n n÷a, díi ¶nh hëng cña c¸c ®iÒu kiÖn tù nhiªn nh ma vµ gi¸ng thuû lµ rÊt hiÕm, nÕu x¶y ra th× nh÷ng lîng níc trong ®Êt cho phÐp t¹o ra tr¹ng th¸i c©n b»ng trªn tÊt c¶ c¸c tr¾c diÖn. Do tÝnh chÊt ®éc ®o¸n cña hiÖn tîng nµy, c¸c h»ng sè níc cña ®Êt cã thÓ sö dông trong gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò thùc tÕ cña nghiªn cøu níc trong ®Êt. Nh÷ng vÊn ®Ò nµy liªn quan tíi sù rót níc, sù tíi vµ viÖc x©y dùng c¸c m« h×nh thuû v¨n cho lu vùc. C¸c h»ng sè nµy thêng xuyªn ®îc sö dông khi nghiªn cøu cÊp níc tù cã vµ kh¶ n¨ng khai th¸c ®ång ruéng. Lîng cung cÊp níc tù cã ®îc ®Þnh nghÜa lµ lîng níc nhá nhÊt cña ®Êt ë n¬i mµ c©y cèi cã thÓ rót níc ra. MÆc dï lîng níc nµy sÏ thay ®æi gi÷a c¸c lo¹i c©y vµ tr¹ng th¸i ph¸t triÓn cña chóng, sù kh¸c biÖt thùc sù x¶y ra khi tæng lîng níc trong ®Êt lµ rÊt nhá vµ ë lîng níc thÊp. Kh¶ n¨ng khai th¸c ®ång ruéng thêng quan t©m ®Õn tæng lîng níc gi÷ l¹i ë trong nh÷ng ®êng dÉn trong ®Êt sau khi sù hÊp thô, di chuyÓn cña níc dõng. MÆc dï mét sè lo¹i ®Êt tiÕp tôc dÉn cho nhiÒu tuÇn, kh¶ n¨ng khai th¸c ®ång ruéng thêng ph¶n ¸nh lîng níc trong ®Êt trong 48h sau khi ngõng trËn ma rµo lóc ®ã ®Êt hoµn toµn ë tr¹ng th¸i Èm ít. Trong thùc tiÔn, c¸c lo¹i ®Êt thÊm tèt sÏ dÉn nhanh h¬n c¸c lo¹i ®Êt kh«ng thÊm vµ ®¹t tíi mét tr¹ng th¸i b·o hßa nhanh h¬n vµ ngîc l¹i ë lo¹i ®Êt thÊm Ýt, ®Êt b·o hßa chËm h¬n vµ sù hót thÊp h¬n (Smedema vµ rycroft, 1983). C¸c nghiªn cøu nµy còng gi¶ thiÕt r»ng gi¸ng thuû kh«ng mÊt ®i vµ mùc níc ngÇm ®ñ s©u ®Ó xem xÐt lîng níc cña tr¾c diÖn ®Êt bªn díi mÆt ®Êt. MÆc dï cßn nhiÒu vÊn ®Ò h¹n chÕ, nhng c¸c h»ng sè níc trong ®Êt ®îc sö 180
dông réng r·i (vÝ dô Rao, 1998) trong nghiªn cøu sù kh¸c biÖt trong lîng Èm gi÷a kh¶ n¨ng khai th¸c ®ång ruéng vµ lîng cÊp níc tù cã, vÝ dô, ®îc dïng trong phÐp tÝnh xÊp xØ ®Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chøa níc cã thÓ cña sù sinh trëng cña c©y cèi trong c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau (h×nh 6.4). Trong khi sö dông nh÷ng kh¸i niÖm nµy lµ h÷u Ých cho sù so s¸nh, kh¸i qu¸t hãa quy ho¹ch bè trÝ ®ång ruéng chung th× sù am hiÓu ®Çy ®ñ nh÷ng ho¹t ®éng cña níc díi ®Êt phô thuéc vµo b¶n chÊt ®éng lùc häc cña hÖ thèng. Nh÷ng sù hiÓu biÕt nµy lµ c¬ së cho viÖc ®a ra nh÷ng kh¸i niÖm míi vµ nh÷ng ®Þnh luËt cña vËt lý ®Êt. 6.3.5. N¨ng lîng cña níc trong ®Êt (tiÒm n¨ng) Níc trong ®Êt di chuyÓn chËm do ®ã n¨ng lîng ®éng lùc häc cña nã lµ kh«ng quan träng. Tuy nhiªn, n¨ng lîng tiÒm n¨ng cña nã cã kh¶ n¨ng t¹o ra dßng níc ngÇm nãng phun tõ trong lßng ®Êt vµ phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn néi t¹i bªn trong lµ rÊt quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i vµ sù di chuyÓn cña nã. C¸c th«ng sè tiÒm n¨ng cña níc trong ®Êt m« t¶ n¨ng lîng tiÒm n¨ng níc trong ®Êt liªn quan tíi níc ë tr¹ng th¸i cña níc díi ®Êt. TiÒm n¨ng cña níc trong ®Êt ®îc ®Þnh nghÜa lµ c«ng trªn mét ®¬n vÞ khèi lîng cÇn thiÕt ®Ó di chuyÓn ngîc l¹i vµ vi ph©n khèi lîng níc tõ mét vòng níc tinh khiÕt t¹i chç n©ng lªn ®Æc trng (thêng ë bÒ mÆt ®Êt) vµ t¹i ¸p suÊt khÝ quyÓn tíi mét vÞ trÝ níc trong ®Êt nhÊt ®Þnh (ISSS, 1976). Tæng lùc tiÒm n¨ng trong ®Êt (  ) ë mét ®iÓm nhÊt ®Þnh bao gåm tæng cña mét vµi thµnh phÇn, bao gåm lùc hÊp dÉn tiÒm n¨ng (vg), ¸p suÊt tiÒm n¨ng (vp) vµ lùc thÊm tiÒm n¨ng (v0) thêng ®îc tÝnh to¸n nh sau: (6.1)   v g  v p  v0 Ngoµi viÖc gép kh¶ n¨ng thÊm, ph¬ng tr×nh 6.1 tÊt nhiªn ®óng víi ph¬ng tr×nh 5.4 cho níc ngÇm, nhÊn m¹nh r»ng gradient cña n¨ng lîng ®iÖn thÕ cho níc díi bÒ mÆt tiÕp tôc ë kh¾p ®é s©u cña ®íi kh«ng b·o hoµ vµ b·o hoµ. Kh¶ n¨ng hót t¨ng t¹o nªn sù chuyÓn ®éng, sù n©ng lªn cña níc ngÇm vµ mét lùc gi÷ kh«ng m¹nh lµ nh©n tè g©y c¶n trë chuyÓn ®éng cña níc dÉn tõ n¬i cao h¬n ®Õn n¬i thÊp h¬n. Tuy nhiªn, v× c¸c lùc gi÷ níc (phÇn 6.3.1), kh¶ n¨ng ¸p suÊt lµ ©m trong ®íi kh«ng b·o hoµ phÝa trªn mùc níc ngÇm. Trong c¸c ®iÒu kiÖn kh« h¹n ¸p suÊt ho¹t ®éng ®Ó gi÷ níc hoÆc hót níc vµo ®Êt vµ do ®ã tæng thÕ n¨ng cña níc ngÇm thÊp h¬n. Níc sÏ di chuyÓn tõ ®iÓm cã tæng n¨ng lîng thÕ n¨ng cao h¬n tíi mét ®iÓm n¬i mµ tæng n¨ng lîng thÕ n¨ng thÊp h¬n. V× thÕ tæng n¨ng lîng ®ã hoµn toµn quan träng vµ nã phÇn nµo t¬ng xøng víi c¸c mùc níc ngÇm trong nh÷ng vïng kh¸c nhau cña ®Êt. Sù kh¸c biÖt trong tæng ®iÖn thÕ gi÷a c¸c ®iÓm phô thuéc vµo c¶ sù kh¸c biÖt trong c¸c lùc gi÷ níc vµ trong c¸c lùc n©ng lªn cña níc ngÇm. Nh÷ng ®iÖn thÕ lùc hîp thµnh nµy cã thÓ kh«ng cÇn thiÕt cã sù ®ång nhÊt gi÷a c¸c líp ®Êt vµ ®iÒu quan träng lµ kh«ng cÇn c©n b»ng ®iÖn thÕ ®ã lµ trong nguyªn nh©n t¹o ra dßng ch¶y. 181
H×nh 6.4 Mèi quan hÖ tæng qu¸t thÓ hiÖn ®é rçng tæng céng, kh¶ n¨ng chøa níc vµ ®iÓm suy gi¶m cña c¸c lo¹i ®Êt kh¸c nhau. C¸c thÓ tÝch ®îc trÝch dÉn chØ lµ minh häa, nhng chøng tá sù gia t¨ng kh¶ n¨ng níc s½n cã cho c©y cá (gi÷a kh¶ n¨ng chøa níc vµ ®iÓm suy gi¶m) tõ c¸t tíi c¸c lo¹i ®Êt sÐt. (Theo s¬ ®å cña Dunne vµ c¸c céng sù, 1975) Trong sù m« t¶ n¨ng lîng thÕ n¨ng ph©n bæ trong ®íi kh«ng thÊm thêng biÓu lé (lu«n râ rµng) qua gi¸ trÞ n¨ng lîng níc trong mèi liªn hÖ duy nhÊt ®Ó t¹o ra trêng dßng ch¶y ®ang ®îc xem xÐt (xem phÇn 5.5.3). Tuy nhiªn, trong nh÷ng nghiªn cøu vÒ ®íi kh«ng thÊm, thÕ n¨ng ph©n bè cña níc ngÇm phæ biÕn h¬n lµ sö dông bÒ mÆt ®Êt nh nh÷ng møc thÕ n¨ng ®· biÕt thay cho c¸c gi¸ trÞ n¨ng lîng níc trong ®Êt. §Æc biÖt, cho sù nh×n nhËn trêng dßng ch¶y “snapshot”, hay trong c¸c ®iÒu kiÖn cña sù n©ng mùc níc ngÇm æn ®Þnh, mùc níc ngÇm cã thÓ ®îc sö dông ®Ó thay thÕ cho thÕ n¨ng vµ gióp cho ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng hót, kh¶ n¨ng nÐn vµ b»ng kh«ng t¹i c¸c mèc tÝnh to¸n. Tuy nhiªn, b¶n chÊt ®éng lùc häc cña trêng dßng ch¶y kh«ng b·o hoµ lµ rÊt hiÕm khi thùc hiÖn ®îc. Mét vÝ dô cña tæng n¨ng lîng tr¾c diÖn nhËn ®îc tõ viÖc sö dông bÒ mÆt ®Êt nh c¸c mèc tÝnh to¸n ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 6.5. ¸p suÊt thÊm ®· bÞ bá qua, mÆc dï nã ®îc tÝnh ®Õn trong nh÷ng vïng n¬i mµ kÕt qu¶ bèc h¬i cao vµ lµ mét thµnh phÈm cña níc trong ®Êt. Kh¶ n¨ng hót (vg) gi¶m dÇn ®Òu víi ®é s©u bªn díi bÒ mÆt ®Êt trong c¶ ®íi b·o hoµ vµ kh«ng b·o hoµ. Do ®ã tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ ©m khi nh¾c ®Õn ®Ó ¸m chØ gi¸ trÞ bÒ mÆt ®Êt b»ng kh«ng. Kh¶ n¨ng nÐn (vp) t¨ng theo mùc níc ngÇm bªn díi vµ sÏ trë thµnh d¬ng nÕu biÓu ®å ®îc më réng tíi mét ®é s©u ®ñ lín. ë phÝa trªn mùc níc ngÇm kh¶ n¨ng nÐn lµ ©m vµ t¨ng dÇn ë nh÷ng ®íi rÔ c©y gÇn mÆt ®Êt v× bÞ lµm kh« bëi sù bèc h¬i. Tæng ®iÖn thÕ cña níc trong ®Êt (  ) lµ tæng cña kh¶ n¨ng hót vµ kh¶ n¨ng nÐn vµ do ®ã trong vÝ dô nµy phÇn lín nhËn gi¸ trÞ ©m ë bÒ 182
mÆt ®Êt, tÝnh ©m gi¶m dÇn ë nh÷ng líp ®Êt Èm phÝa díi ®íi rÔ c©y nhng sau ®ã mÆc dï lîng níc trong ®Êt t¨ng. TÝnh ©m t¨ng lªn cho ®Õn mùc níc ngÇm vµ ®îc xem nh mét kÕt qu¶ cña thu nhá cña kh¶ n¨ng hót. ë bªn díi mùc níc ngÇm, c¸c ®iÒu kiÖn ®îc ®ång nhÊt trong h×nh 5.12, v× thÕ kh«ng cã thay ®æi nµo trong tæng thÕ n¨ng theo ®é s©u bëi v× sù t¨ng kh¶ n¨ng nÐn (vp) ®îc bï l¹i mét c¸ch chÝnh x¸c b»ng sù gi¶m trong kh¶ n¨ng hót (vg). H×nh 6.5 MÆt c¾t n¨ng lîng níc trong ®Êt tæng céng (  ) bªn díi mÆt ®Êt, biÓu thÞ c¸c thµnh phÇn thÕ n¨ng träng trêng ( g ) vµ ¸p suÊt ( p ) Trong tr¾c diÖn tæng ®iÖn thÕ ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 6.5 cã mét mèc ë ®íi kh«ng b·o hoµ n¬i mµ kh«ng cã gradient cña tæng thÕ n¨ng. ë mèc nµy, ®îc biÕt ®Õn nh lµ th«ng lîng mÆt ph¼ng b»ng kh«ng (ZFP) vµ ë ®©y sÏ kh«ng cã sù di chuyÓn cña níc theo ph¬ng th¼ng ®øng. Trong vÝ dô nµy, th«ng lîng mÆt ph¼ng b»ng kh«ng ph©n chia tr¾c diÖn di vµo mét ®íi cña m¹ch ch¶y ®i lªn phÝa trªn ZFP vµ cña dßng ch¶y ®i xuèng phÝa díi nã. Khi mét sù ph©n kú ZFP ph¸t triÓn ë bÒ mÆt ®Êt, nh lµ kÕt qu¶ cña sù bèc h¬i vît lîng ma vµ di chuyÓn xuèng phÝa díi cña níc ®i vµo ®Êt trong suèt mïa xu©n vµ mïa hÌ khi c¸c tr¾c diÖn tiÕp tôc kh« h¹n lµ kh«ng cã. Trong c¸c ®iÒu kiÖn kiÓu British (kiÓu Anh), nã trë nªn sù æn ®Þnh h¬n t¹i ®é s©u gi÷a 1m vµ 6m vµ phô thuéc vµo khÝ hËu, c¸c ®iÒu kiÖn cña ®Êt vµ ®é s©u cña mùc níc ngÇm (Welling vµ Bell, 1982). Khi ma b¾t ®Çu vît b·o hoµ vµo mïa thu, c¸c líp ®Êt bÒ mÆt trë nªn Èm ít vµ tæng ®iÖn thÕ cña níc trong ®Êt t¨ng. §©y lµ mét nguyªn nh©n míi vµ héi tô c¸c ®iÒu kiÖn ¶nh hëng ®Õn níc ngÇm nªn mÆt ZFP ph¸t triÓn ë bÒ mÆt vµ sau ®ã di chuyÓn nhanh xuèng phÝa díi tr¾c diÖn tíi tËn ®é s©u t¹i ®ã ®Çu tiªn cã sù ph©n kú cña mÆt ZFP. ë ®iÓm nµy c¶ hai mÆt ZFP ®Òu kh«ng xuÊt hiÖn vµ hÖ thèng tho¸t níc cña níc díi ®Êt ®i xuèng phÝa díi x¶y ra ë kh¾p n¬i trong tr¾c diÖn trong suèt nh÷ng th¸ng mïa ®«ng. Vßng tuÇn hoµn hµng n¨m cña dßng níc trong mét nhiÖt ®é khÝ hËu cña tr¾c diÖn ®Êt ®îc minh ho¹ trong h×nh 6.6. Cïng víi viÖc ®o ®¹c lîng níc trong ®Êt vµ c©n b»ng níc ta còng rÊt cÇn nh÷ng th«ng tin cã thÓ ®îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh sè lîng níc ngÇm vµ ®é s©u thÊm 183
xuèng phÝa díi tíi níc ngÇm vµ c¶ nh÷ng m¹ch phun lªn phÝa trªn do bèc h¬i (Bell, 1987; Moser cïng céng sù, 1986; Ragab cïng céng sù, 1997). H×nh 6.6 (a) Chu kú hµng n¨m cña chuyÓn ®éng níc vµ tiÕn tr×nh mÆt dßng b»ng 0 trong mét tr¾c diÖn ®Êt khÝ hËu «n ®íi (theo s¬ ®å cña Wellings vµ Bell, 1982); (b) C¸c mÆt c¾t tiÒm n¨ng níc trong ®Êt t¬ng øng víi c¸c thêi ®iÓm A, B, C. C¸c th«ng sè vµ c¸c ®¬n vÞ cho thÕ n¨ng (n¨ng lîng ®iÖn thÕ) N¨ng lîng ®iÖn thÕ (xem phÇn 5.5) ®ù¬c biÓu diÔn qua hÖ thèng sö dông c¸c ®¬n vÞ kh¸c nhau: N¨ng lîng trªn ®¬n vÞ khèi lîng (  ) N¨ng lîng trªn ®¬n vÞ thÓ tÝch (nghÜa lµ ¸p suÊt) (P) N¨ng lîng trªn ®¬n vÞ träng lîng (nghÜa lµ ®é cao thuû lùc) (H) Nh÷ng biÓu hiÖn nµy lµ t¬ng ®¬ng nhau vµ cã thÓ hiÓu trùc tiÕp theo mét c¸ch kh¸c nghÜa lµ: 184
P   Hg  P    Hg P H  g g trong ®ã  lµ mËt ®é cña níc vµ g lµ gia tèc träng trêng. Thêng sö dông c¸c ®¬n vÞ trong ®o ®¹c níc ngÇm vµ ®iÖn thÕ cña níc trong ®Êt lµ: bar (1 bar = 0.99 khÝ quyÓn chuÈn) pascal (1 newton/m2) centimet níc (cm) pF (log10 (cm)) trõ ®i nh÷ng sè lín ë sù hót cao vµ sö dông ®Ó biÓu diÔn ®iÖn thÕ cña níc trong ®Êt. Nh÷ng giíi h¹n cña søc c¨ng, søc hót vµ ¸p suÊt ®îc sö dông ®Ó cã thÓ thay thÕ trong nh÷ng nghiªn cøu cña níc trong ®Êt. Søc hót hay søc c¨ng lµ ¸p suÊt ©m (nghÜa lµ ¸p suÊt ®ã nhá h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn). Søc hót/søc c¨ng ®îc biÓu diÔn b»ng mét sè lîng x¸c ®Þnh trong c¸c ®iÒu kiÖn kh«ng b·o hoµ (vÝ dô 100 cm). C¸c gi¸ trÞ nh nhau ®îc biÓu diÔn b»ng mét ¸p suÊt sÏ lµ mét sè lîng ©m (-100 cm) hay cã thÓ ®îc biÓu diÔn b»ng pF=2.0. §iÖn thÕ cña níc ngÇm lµ d¬ng vµ do ®ã ®îc biÓu diÔn b»ng mét ¸p suÊt. NhiÒu ký hiÖu kh¸c nhau ®íc sö dông trong c¸c tµi liÖu vÒ níc trong ®Êt vµ cè g¾ng tiªu chuÈn ho¸ chóng ®Ó sö dông tiÖn lîi h¬n (vÝ dô ISSS, 1976). C¸c chuÈn hãa nµy cÇn thiÕt cho sù hiÓu biÕt nh÷ng ®Þnh nghÜa vµ nh÷ng trÝch dÉn cña nh÷ng ký hiÖu ®a ra trong mét ®Ò tµi liªn quan. 6.3.6 Sù ®o ®¹c níc trong ®Êt Nh÷ng th¶o luËn tríc cña lîng níc trong ®Êt vµ søc hót cña níc trong ®Êt nãi r»ng nghiªn cøu ®é Èm cña níc trong ®Êt sÏ lµm c¬ së cho sù ®o ®¹c lîng níc trong ®Êt cña chóng hay thÕ n¨ng cña níc trong ®Êt nhê sù chuyÓn ho¸ tõ mét c¸i kh¸c bëi viÖc sö dông ®Æc tÝnh Èm cña ¸p suÊt. Trong thùc tÕ, c¸c sai sè trong ®o ®¹c cña hai yÕu tè ¸p suÊt vµ thÕ n¨ng cña níc ngÇm cã thÓ biÕn ®æi, ®Æc biÖt lµ c¸c vÊn ®Ò vÒ mÉu vµ hiÖn tîng trÔ, thêng sai sè ®o trùc tiÕp c¶ hai yÕu tè trªn ®Òu cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi. PhÇn 6.4 ®îc xem nh lµ mét kÕt qu¶ ®o ®¹c b»ng viÖc sö dông nh÷ng thiÕt bÞ cã søc m¹nh lín ®Ó nghiªn cøu c¸c m¹ch níc trong líp ®Êt kh«ng b·o hoµ. Trong phÇn 6.4 nµy c¸c ph¬ng ph¸p ®o ®¹c thay ®æi lµ cã thÒ x¶y ra vµ tiÕp theo ®ã lµ nh÷ng m« t¶ tãm t¾t cña mét vµi ph¬ng ph¸p ®· sö dông trong nh÷ng tr¹ng th¸i cña m«i trêng thùc hµnh. Sù ®o ®¹c lîng níc trong ®Êt (  ) Tiªu chuÈn vµ phÇn lín c¸c ph¬ng ph¸p kü thuËt ®îc sö dông réng r·i cho sù ®o ®¹c trùc tiÕp lîng níc cña ®Êt lµ ph¬ng ph¸p ph©n tÝch träng lîng. §iÒu nµy cÇn ph¶i lÊy mét sè mÉu ®Êt ph©n biÖt ®îc víi thÓ tÝch bëi nh÷ng ®iÓm trung t©m hay nh÷ng mòi khoan vµ x¸c ®Þnh träng lîng cña chóng mÊt ®i khi bÞ sÊy kh« ë nhiÖt ®é 105 0C. X©y dùng ph¬ng ph¸p luËn lµ mét c«ng viÖc khã nhäc ®ßi hái tèn 185
nhiÒu thêi gian vµ cã thÓ g©y ra nh÷ng sai sè trong viÖc ph©n tÝch c¸c mÉu vµ do ®ã träng lîng ®o ph¶i lÆp l¹i nhiÒu lÇn. Khi ph©n tÝch mÉu kh«ng ph©n biÖt gi÷a níc cã “cÊu tróc” vµ “kh«ng cÊu tróc”, sau khi lß sÊy kh« ®Êt sÐt vÉn chøa ®ùng sè lîng ®¸ng kÓ níc hÊp thô (dÉn tíi sù ®¸nh gi¸ kh«ng ®óng thÓ tÝch níc) trong khi mét sè chÊt h÷u c¬ cã thÓ «xy ho¸ vµ ph©n huû ë nhiÖt ®é díi 500C. Do c¸c nguyªn nh©n nµy Gardner (1986) ®· ®Æt ra vÊn ®Ò phæ biÕn thõa nhËn sù phª ph¸n cña c¸c gi¸ trÞ ph©n tÝch träng lîng lµ “®óng ®¾n”. Ph¬ng ph¸p còng lµm háng c¸c kÕt qu¶ ®o ë nh÷ng ®Þa ®iÓm vµ râ rµng kh«ng phï hîp víi mét sè lín sè lÇn ®o tuy r»ng ë ®©y cã nh÷ng sù ®o ®¹c lÆp ®i lÆp l¹i theo thêi gian. Kh¾c phôc mét vµi vÊn ®Ò nµy mét sè ph¬ng ph¸p trùc tiÕp ®· ®îc ph¸t triÓn ®Ó x¸c ®Þnh träng lîng mÉu ®Êt, lîng níc vµ ph¸t hiÖn c¸c m©u thuÉn cã thÓ x¶y ra trong ®o ®¹c vµ cã thÓ ®îc sö dông lÆp ®i lÆp l¹i c«ng viÖc ®o ®¹c ®îc nhanh h¬n, dÔ h¬n vµ Ýt lµm x¸o trén h¬n (Schmugge cïng céng sù, 1980). C¸c m¸y dß n¬tron hÇu hÕt ®îc sö dông mét c¸ch gi¸n tiÕp ®o ®¹c níc trong ®Êt (cho vÝ dô Boucher, 1997). Mét nguån phãng x¹ “bÒn v÷ng” (n¨ng lîng cao) n¬tron bÞ kÐo vµo c¸c lç khoan trong lßng ®Êt vµ sè n¬tron “bÒn v÷ng” bÞ lµm chËm ®i vµ biÕn ®æi nhiÖt bëi sù va ch¹m víi c¸c h¹t nh©n hydro, chñ yÕu níc trong ®Êt ®îc ®o ®¹c bëi c¸c m¸y dß. ThÓ tÝch hiÖu dông cña sù ®o ®¹c thay ®æi nghÞch ®¶o víi lîng níc trong ®Êt tõ b¸n kÝnh kho¶ng 10 cm cho ®Êt Èm ít tíi 25 cm trong ®Êt kh«. Cã mét mèi liªn hÖ tuyÕn tÝnh kh¸ râ nÐt gi÷a tèc ®é ®Õm ®îc cña m¸y dß vµ lîng níc, nhng nã thay ®æi tõ lo¹i ®Êt nµy sang lo¹i ®Êt kh¸c. Sù gi¶i thÝch thêng ®îc x¸c ®Þnh cho mét lo¹i ®Êt nhÊt ®Þnh t¬ng ph¶n víi ph¬ng ph¸p ph©n tÝch träng lîng. Nhng v× tÝnh thay ®æi vèn cã cña c¸c m¸y dß n¬tron thêng sö dông ®o ®¹c sù kh¸c nhau trong ®é Èm tuyÖt ®èi ®óng h¬n nh÷ng lîng Èm cã trong ®Êt. C¸c m¸y ®o ®iÖn dung ®îc sö dông ë nh÷ng chÊt ®iÖn m«i kh«ng ®æi cña ®Êt nh mét sù ®o ®¹c lîng Èm cña nã. ë ®©y cung cÊp mét ph¬ng ph¸p kh«ng phãng x¹ cña sù ®o ®¹c níc trong ®Êt ë trong mét trêng (Dean cïng céng sù, 1985; Bell cïng céng sù, 1987; Boucher, 1997). Nh víi c¸c m¸y ®o ®¹c n¬tron, sù x¸c ®Þnh ®êng kÝnh víi c¸c mÉu ph©n tÝch träng lîng lµ cÇn thiÕt cho mçi lo¹i ®Êt vµ ®©y lµ ph¬ng ph¸p tèt nhÊt cho toµn bé ®o ®¹c sù thay ®æi lîng níc ®óng h¬n qua c¸c gi¸ trÞ tuyÖt ®èi. V× ph¹m vi ¶nh hëng cña nã nhá h¬n so víi c¸c m¸y dß ®iÖn dung cã ®iÖn thÕ ®Ó ®o ®¹c sù khÐp kÝn cña bÒ mÆt ®Êt vµ nghiªn cøu sù thay ®æi trong lîng níc gi÷a c¸c tÇng kh¸c nhau cña tr¾c diÖn ®Êt. Tuy nhiªn, qu¸ tr×nh th©m nhËp xuyªn t©m nhá nghÜa lµ tÝnh ®ång nhÊt t¹i c¸c vÞ trÝ ®ã lµ quan träng vµ c¸c èng cã níc d©ng lªn ph¶i ®îc l¾p ®Æt rÊt cÈn thËn trong ®Êt v× tõ lç hæng kh«ng khÝ sÏ ¶nh hëng ®Õn sù ®äc. Nãi chung, m¸y ®o n¬tron ®îc u tiªn h¬n m¸y ®o ®iÖn dung ë ®é s©u lín h¬n 0.15 m trong ®Êt vµ 0.2 m trong ®Êt mïn (Boucher, 1997). Sù ph¸t triÓn ®¸ng kÓ cña thiÕt bÞ ®o víi viÖc øng dông g¬ng ph¶n x¹ ph¹m vi thêi gian (TDR). C«ng cô nµy x¸c ®Þnh lîng níc trong ®Êt bëi sù ®o ®¹c chÊt ®iÖn m«i kh«ng ®æi cña ®Êt. M¸y TDR cã kÝch thíc nhá cïng víi nã lµ mét bé phËn d©y c¸p dÔ mang theo vµ kü thuËt ph¸t thanh ®îc l¾p ®Æt ®Ó ®o ®¹c ®iÖn m«i theo chiÒu th¼ng ®øng hay theo chiÒu ngang trong tr¾c diÖn ®Êt. C¸c kÕt qu¶ ®Çu tiªn lµ rÊt kh¶ quan v× nã ®· cã mét ®é chÝnh x¸c cã thÓ so s¸nh ®îc víi c¸c mÉu ph©n tÝch träng lîng tríc ®©y(Topp vµ Davis, 1985). Ngµy nay TDR ®· ®îc c«ng nhËn réng r·i vÒ tÝnh u viÖt cña nã vµ ®îc sö dông (vÝ dô Person vµ berndtsson, 1998) vµ cã hai lîi thÕ quan träng trong viÖc sö dông ph¬ng ph¸p nµy so víi dïng m¸y th¨m dß n¬tron, 186
cô thÓ lµ nã kh«ng phãng x¹ vµ cã thÓ ®Æt tù ®éng ho¸, qu¸ tr×nh ho¹t ®éng kh«ng thñ c«ng. Cuèi cïng, viÖc ®o ®¹c ®îc c¬ giíi ho¸ b»ng ra ®a më nh©n t¹o (SAR) cã kh¶ n¨ng lín, chñ yÕu cho sù ®o ®¹c lîng níc trong ®Êt ë ph¹m vi lu vùc hÖ thèng tho¸t níc. Gièng nh TDR, SAR x¸c ®Þnh lîng níc trong ®Êt b»ng viÖc kiÓm tra ®Þnh lîng nh÷ng thay ®æi ë ®Æc tÝnh cña chÊt ®iÖn m«i trong ®Êt. Nh÷ng dông cô Rada cÇn thiÕt cã thÓ ®em l¹i thµnh c«ng qua ®o ®¹c xuyªn qua líp m©y dµy bao phñ phÝa trªn vµ vµo ban ®ªm tõ ®é cao cña vÖ tinh, c¸c tin tøc thuéc vïng ®ã ®îc ®a vÒ m«t c¸ch tháa ®¸ng trªn mÆt b»ng lín bªn ngoµi nh÷ng vÞ trÝ ®o sù thay ®æi cña lîng níc trong ®Êt. KÕt qu¶ ®o ®¹c ®· x¸c nhËn tÝnh hîp lÖ cña ®o ®¹c thÝ nghiÖm ë vïng thîng lu Thames, UK, vµ ë Zimbabwe (IH, 1997) thËt ®¸ng khÝch lÖ. §o ®¹c sù hót níc trong ®Êt M¸y ®o ®é Èm cã lÏ lµ l©u ®êi nhÊt vµ ®îc sö dông réng r·i trong ph¬ng ph¸p kü thuËt cho viÖc ®o ®¹c sù hót cña ®Êt. M¸y nµy gåm nh÷ng lç nhá li ti chøa ®Çy chÊt láng cã quan hÖ víi dông cô ®o ®¹c ¸p suÊt nh c¸i ®o ¸p thuû ng©n hay mét c¸i biÕn ®æi ¸p suÊt. C¸c èng sens¬ (èng c¶m biÕn) ®îc ®a vµo trong ®Êt trùc tiÕp, vµ níc cã thÓ ch¶y gi÷a ®Êt vµ èng sens¬ cho tíi tËn khi thÕ n¨ng ¸p suÊt ë bªn trong èng c¶m biÕn trë nªn c©n b»ng víi lîng níc trong ®Êt. Thêi gian mang ®Õn cho sù c©n b»ng ®¹t ®îc phô thuéc vµo tèc ®é dßng ch¶y qua c¸c èng c¶m biÕn nµy vµ c¸c lo¹i ®Êt bao quanh cïng thÓ tÝch níc cÇn thiÕt ®Ó thay thÕ ®ång hå ghi sù thay ®æi ¸p suÊt. C¸c m¸y ®o ®é Èm cã thÓ ®o ®îc ®é cao cét ¸p suÊt ë bªn díi mùc níc ngÇm. Trong trêng hîp nµy m¸y ho¹t ®éng nh mét c¸i ®o ¸p suÊt, nhng thêng ®îc sö dông ®Ó ®o ®¹c sù hót Èm ¸p suÊt trong ®íi kh«ng b·o hoµ. ¸p suÊt thÊp nhÊt cã thÓ ®o ®¹c ®îc b»ng ph¬ng ph¸p kü thuËt nµy lµ kho¶ng -800 cm (80 kPa) v× sù t¸c ®éng cña c¸c khÝ hoµ tan tõ bªn ngoµi vµo níc ngÇm ë ¸p suÊt thÊp sÏ lµm cho hÖ thèng kh«ng hiÖu qu¶ (Koorevaar cïng céng sù, 1983; Cassel vµ Klute, 1986). Trêng hîp nµy xÈy ra t¬ng øng víi c¸c trêng hîp trong ®Êt cã cÊu tróc th« kh«ng nhiÒu níc l¾m vµ ®èi víi lo¹i c©y cèi cã søc hót lín vµ trong c¸c trêng hîp ®iÖn trë h÷u Ých cña ®Êt lín. Hai ®iÖn cùc cña m¸y ®o ®îc g¾n vµo hai lç rçng ë trong ®Êt. Sù hót Èm cña ®Êt trong c¸c khèi ®Çu vµo sÏ ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng víi níc trong ®Êt vµ ®iÖn trë ®i tõ bªn nµy sang bªn kia c¸c ®iÖn cùc thay ®æi t¬ng øng víi lîng níc ®îc ®o trong ®Êt. Welling cïng c¸c céng sù (1985) ®· m« t¶ viÖc sö dông c¸c khèi ®iÖn trë th¹ch cao cho viÖc ®o ®¹c ®iÖn thÕ thÊp b»ng -15000cm (1500 kPa), vµ c¸c ph¬ng ph¸p nµy ®· th¶o luËn vµ x¸c ®Þnh ®êng kÝnh, quy tr×nh thùc hiÖn vµ d÷ liÖu cÇn thiÕt. Nh÷ng vÊn ®Ò ¶nh hëng ®Õn ph¬ng ph¸p ®o nµy bao gåm tÝnh nh¹y c¶m cña m¸y theo nhiÖt ®é vµ ®é mÆn cña ®Êt vµ sù thay ®æi tõ tõ trong c¸c khèi ®iÖn trë theo thêi gian. Tuy nhiªn, khã kh¨n lín nhÊt thêng ë trong sù x¸c ®Þnh ®êng kÝnh cña ®Êt vµ ®Æc biÖt x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng ®¶m b¶o tÝnh t¬ng thÝch gi÷a nh÷ng ®Æc tÝnh Èm cña c¶ ®Êt vµ thÓ tÝch khèi níc trong ®Êt. Sù kh«ng t¬ng thÝch trong ®Æc tÝnh Èm ®îc minh ho¹ trong h×nh 6.7. H×nh nµy thÓ hiÖn r»ng trong ®Êt cã sù kh¸c biÖt rÊt lín cña lîng níc (  ) ®îc ®o so víi mét sù thay ®æi nhá h¬n nhiÒu cña sù hót Èm cña ®Êt (v). Tuy nhiªn, trong c¸c kÕt qu¶ ®o ®é lín cña sù hót Èm ®o ®îc cã sù kh¸c biÖt víi mét ph¹m vi nhá h¬n nhÊt ®Þnh so víi lîng h¬i Èm trong ®Êt. Nh mét kÕt qu¶, sù thay ®æi cña lîng níc trong ®Êt ®îc ph¶n håi chØ trong mét vµi phót víi sù thay ®æi cña ®iÖn trë tõ bªn nµy sang bªn kia ®iÖn cùc, lµm cho sù x¸c ®Þnh ®êng kÝnh cña ®Êt qua ®iÖn trë t¬ng øng víi lîng níc trong ®Êt lµ rÊt khã kh¨n. 187
H×nh 6.7 Mét vÝ dô vÒ c¸c ®Æc tÝnh Èm kþ nhau cho mét lo¹i ®Êt gi¶ thuyÕt vµ mét khèi chèng l¹i 6.4 Sù di chuyÓn cña níc trong ®Êt Sù di chuyÓn cña h¬i Èm trong ®Êt ®i qua c¸c tiÕt diÖn ®Êt sím h¬n sù di chuyÓn cña níc trong ®Êt díi t¸c ®éng cña mét sè lùc. Do träng lùc kh«ng nhÊt thiÕt chi phèi c¸c lùc, dßng cha b·o hoµ cã thÓ kh«ng bÞ ¶nh hëng cña lùc nµy. Tuy nhiªn, cã mét khuynh híng cho r»ng c¸c lùc ®iÒu khiÓn chñ yÕu tíi c¸c ho¹t ®éng cña chóng tõ bÒ mÆt ®Êt (sù thÊm, sù bèc h¬i) hay tõ ®¸y c¸c líp cña ®íi th«ng khÝ (níc ngÇm phôc håi, èng mao dÉn d©ng lªn) lµ ¸p lùc kh«ng khÝ, lùc mao dÉn, lùc thÊm. §iÒu nµy dÉn tíi sù t¨ng lªn cña gradient thÕ n¨ng cña níc trong ®Êt theo chiÒu th¼ng ®øng vµ kÕt qu¶ lµ sù di chuyÓn th¼ng ®øng cña níc trong ®Êt thêng chiÕm u thÕ. C¸c phÇn tiÕp theo sÏ bµn vÒ nguyªn t¾c chung cña dßng ch¶y trong ®íi cha b·o hoµ vµ vÒ sù di chuyÓn cña níc theo ph¬ng th¼ng ®øng lªn trªn hay xuèng díi. C¸c nh©n tè ¶nh hëng tíi tèc ®é níc cã thÓ thÊm vµo ®Êt ®îc ®Ò cËp sau ®©y. C¸c nh©n tè nµy ®îc ph©n chia thµnh nhiÒu phÇn bao gåm lîng ma ®i vµo bÒ mÆt vµ híng dßng ch¶y díi mÆt. Vai trß cña ®Þa h×nh vµ cÊu t¹o ®Þa chÊt cña c¸c líp ®Êt ®îc nghiªn cøu. Bªn c¹nh c¸c vÊn ®Ò trªn, níc trong ®Êt ch¶y xuèng c¸c dèc vµ t¹o ra nh÷ng kiÓu thay ®æi trong kh«ng gian cña lîng níc trong ®Êt vµ sù di chuyÓn ®ã còng ®îc quan s¸t trong c¸nh ®ång vµ nã rÊt quan träng cho nhiÒu vïng s¶n sinh dßng ch¶y. 6.4.1 Nh÷ng nguyªn lý c¬ b¶n cña dßng cha b·o hoµ Chóng ta biÕt r»ng níc trong ®Êt sÏ di chuyÓn tõ vïng cã tæng lîng ®iÖn thÕ cao h¬n ®Õn vïng cã tæng lîng ®iÖn thÕ thÊp h¬n (xem phÇn 6.3.5). Bëi v× sù di chuyÓn cña níc trong ®Êt lµ qu¸ chËm, c¸c thµnh phÇn n¨ng lîng ®éng lùc häc ®îc bá qua trong tr¹ng th¸i c¸c gi¸ trÞ cña thÕ n¨ng tæng céng. Do ®ã, cho hÇu hÕt c¸c môc ®Ých thùc tÕ, thÕ n¨ng tæng céng (  ) ®îc coi lµ tæng thÕ n¨ng t¹o nªn sù hót níc (sô hót) (  ) vµ thÕ n¨ng hÊp dÉn (z). Sö dông bÒ mÆt ®Êt nh lµ mét mùc mèc ®o lêng c¬ b¶n, ph¬ng thøc nghiªn cøu thÕ n¨ng hÊp dÉn vµ thÕ n¨ng c¬ b¶n bao gåm viÖc nghiªn cøu ¶nh hëng cña sù di chuyÓn cña níc trong ®Êt liªn quan tíi hai ®o ®é Èm ë ®é s©u 40 vµ 60 cm (h×nh 6.8). Tõ mèc ®o lêng lµ bÒ mÆt ®Êt vµ ®Êt ban ®Çu cha b·o hoµ, c¶ sù hót cña tÇng cha b·o hßa vµ c¸c th«ng sè cña sù n©ng lªn trong thÕ n¨ng tæng céng lµ ©m. T¹i thêi ®iÓm A, sù hót cña tÇng cha b·o hßa lµ nh 188
nhau ë c¶ hai ®é s©u, nhng v× sù kh¸c biÖt trong sù d©ng lªn cña níc ngÇm, níc ch¶y trong c¸c líp ®Êt gi÷a c¸c ®iÓm nµy sÏ x¶y ra híng xuèng phÝa díi, tøc lµ tõ n¬i thÕ n¨ng cao h¬n tíi thÕ n¨ng thÊp h¬n (nghÜa lµ ©m h¬n). Theo thêi gian trªn ®Êt kh« nhanh h¬n ë ®é s©u lín h¬n tíi tËn thêi ®iÓm B, t¹i ®©y sù kh¸c biÖt trong søc hót cña tÇng ®Êt c©n b»ng víi sù n©ng lªn cña lùc kh¸c. ThÕ n¨ng tæng céng lµ nh nhau, tõ ®©y kh«ng cã dßng ch¶y gi÷a c¸c ®é s©u nµy vµ th«ng lîng mÆt ph¼ng b»ng kh«ng. Th«ng lîng (ZFP) sÏ lµ ®Æc trng cho mét sè ®é s©u gi÷a chóng. NÕu ®Êt ë phÝa trªn tiÕp tôc kh«, thÕ n¨ng cña nã sÏ trë nªn ©m h¬n so víi ®Êt ë nh÷ng n¬i s©u h¬n vµ dßng ch¶y híng xuèng phÝa díi sÏ x¶y ra tõ ®é s©u 60 ®Õn 40 cm gi÷a thêi ®iÓm B vµ C. Sau khi nhËp lîng ma vµo, ®Êt trë nªn Èm ít, sù hót cña tÇng ®Êt sÏ gi¶m ®i vµ trong vÝ dô nµy, mùc níc ngÇm sÏ d©ng lªn tíi 60 cm cña bÒ mÆt ®Êt. §iÒu nµy ®îc thÊy râ ë mét Ýt diÖn tÝch ë thêi ®iÓm D vµ minh chøng cho tÝnh h÷u Ých cña thÕ n¨ng ¸p suÊt cho c¸c trêng hîp n¬i mµ c¶ ®iÒu kiÖn b·o hoµ vµ cha b·o hoµ ®Òu bÞ chÊt phãng x¹ hoµ tan. Nh÷ng chu kú hµng n¨m cña sù di chuyÓn níc trong ®Êt vµ ®é s©u ZFP ë c¸c ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é khÝ hËu ®Æc trng ®îc thÓ hiÖn trong h×nh 6.6. §Þnh luËt Darcy (xem phÇn 5.5.1), thÓ hiÖn r»ng tèc ®é di chuyÓn cña níc qua mét m«i trêng rçng ®· b·o hoµ t¬ng øng víi gradient thuû lùc, còng ®îc ¸p dông cho dßng ch¶y cña níc trong ®Êt ë c¸c ®iÒu kiÖn cha b·o hoµ. Ph¬ng tr×nh Darcy cã thÓ ®îc gi¶i thÝch ®¬n gi¶n cho c¸c ®iÒu kiÖn cha b·o hoµ nh sau  h v   K   (6.2) l     trong ®ã v lµ tèc ®é vÜ m« cña níc, K lµ ®é dÉn thuû lùc (trong c¸c ®iÒu kiÖn cha b·o hoµ, thay ®æi theo lîng nø¬c,  ) vµ  h /  l lµ gradient thuû lùc gåm cã sù thay ®æi trong cét níc tÜnh (h) víi kho¶ng c¸ch däc theo ph¬ng cña dßng ch¶y (l). Nh biÓu thÞ tríc ®©y, gradient thÕ n¨ng vµ dßng ch¶y t¹o ra cã thÓ kh«ng cã híng. Th«ng lîng tÝnh to¸n cã thÓ ®îc minh häa trong hai trêng hîp ®¬n gi¶n cho (a) dßng ch¶y n»m ngang hoµn toµn theo ph¬ng x, nghÜa lµ chØ cã gradient thÕ n¨ng cña tÇng ®Êt  vµ kh«ng cã gradient träng lùc:  v  v   K    (6.3)  x     vµ (b) dßng ch¶y th¼ng ®øng hoµn toµn híng xuèng díi theo ph¬ng z vµ víi mét gradient cña thñy lùc nh trªn lµ:  v  z  v  K   z (6.4)  v    K      z 1     189
H×nh 6.8 S¬ ®å minh häa c¸c thµnh phÇn sù hót Èm ( ) vµ cao ®é (z) cña thÕ n¨ng tæng céng (  ). Nh÷ng thay ®æi cña sù hót Èm, ®îc ®o ®¹c trong m¸y ®o øng suÊt t¹i c¸c ®é s©u 40cm vµ 60cm bªn díi mÆt ®Êt, suy ra c¸c thêi kú chuyÓn ®éng híng xuèng vµ híng lªn cña níc díi ®Êt. ë mét vµi tr¹ng th¸i d÷ liÖu cã thÓ lÊy ®îc trªn gradient lîng níc trong ®Êt ®óng h¬n gradient cña thÕ n¨ng. Nhê cã tÝnh khuÕch t¸n cña níc trong ®Êt D (Childs vµ Collis – George, 1950) cho phÐp ph¬ng tr×nh dßng ch¶y biÕn ®æi ®Ó th«ng lîng liªn kÕt gradient cña lîng níc (  ) tèt h¬n cña thÕ n¨ng. Nh ®é dÉn thñy lùc, ®é khuÕch t¸n còng lµ mét hµm cña lîng níc vµ hai thµnh phÇn trªn ®îc liªn hÖ nh sau:  D    K   (6.5)  §é nghiªng cña ®Æc tÝnh Èm   /  v lµ søc chøa níc ®Æc trng C(  ), theo ®ã ta cã K   D    (6.6) C   Sau ®ã mèi liªn hÖ gi÷a th«ng lîng vµ gradient lîng níc lµ:  v   D  (dßng ngang) (6.7) x    v   K    D   z  (dßng th¼ng ®øng) (6.8)    Trong lêi giíi thiÖu vÒ giíi h¹n cña ®é khuÕch t¸n cã ®a ra chØ dÉn ®¬n gi¶n ®ã lµ mét sù cè g¾ng cho viÖc nghiªn cøu to¸n häc cña dßng cha b·o hoµ b»ng viÖc nh¾c l¹i ph¬ng tr×nh Darcy trong mét cÊu tróc t¬ng tù víi ph¬ng tr×nh khuÕch t¸n vµ tÝnh dÉn nhiÖt, cho sù hoµ tan cã thÓ ®¹t ®îc trªn nhiÒu mÆt cña ®êng biªn vµ c¸c ®iÒu kiÖn ban ®Çu. Tuy nhiªn sù so s¸nh lµ kh«ng chÝnh x¸c, tõ c¸c qu¸ tr×nh cña sù di chuyÓn níc trong ®Êt lµ mét khèi dßng ch¶y hçn lo¹n vµ kh«ng cã mét sù khuÕch t¸n ph©n tö nµo. §Ó sù hçn lo¹n ®îc ng¨n ngõa, Hillet (1982) ®· ®Ò xuÊt r»ng tÝnh 190
khuÕch t¸n nªn ®îc hiÓu nh lµ ®é khuÕch t¸n thuû lùc bëi sù t¬ng øng víi dÉn xuÊt thuû lùc. Sù ¸p dông cña ph¬ng tr×nh Darcy, hay ph¬ng tr×nh chuyÓn ho¸ tõ nã cho sù di chuyÓn cña níc trong ®íi kh«ng b·o hoµ lµ chñ ®Ò lín khi nghiªn cøu c¸c ®iÒu kiÖn ®îc chó ý trong phÇn 5.5.1 KhÝa c¹nh chi tiÕt nhÊt ®îc m« t¶ cña nã lµ dßng vÜ m« vµ c¸c giíi h¹n cña nã ®Ó c¸c vÞ trÝ cña nã ®¹t tr¹ng th¸i æn ®Þnh, n¬i mµ gradient thuû lùc vµ c¸c th«ng lîng kh«ng thay ®æi, hay chØ thay ®æi rÊt chËm theo thêi gian. Sù di chuyÓn cña níc cã thÓ lµm biÕn ®æi gradient vµ gi¸ trÞ cña ®é dÉn thñy lùc vµ v× thÕ vÞ trÝ uèn cong trong dßng ch¶y thay ®æi theo kh«ng gian vµ thêi gian, Richards (1931) ®· gép ph¬ng tr×nh cña Darcy víi ph¬ng tr×nh liªn tôc (  /  z   v /  z ) ®Ó thÊy ®îc tÇm quan träng cña ®iÓm uèn trong ph¬ng tr×nh ®êng cong mang tªn cña «ng:       K     (6.9)   t  z   v    1      z    trong ®ã t lµ thêi gian vµ dßng ch¶y theo ph¬ng th¼ng ®øng. H×nh 6.9 §é dÉn thñy lùc cha b·o hßa (K(  )) lµ mét hµm cña thÕ n¨ng t¹o nªn sù hót níc (theo ®å thÞ cña Bouma, 1977) H¬i níc sÏ di chuyÓn qua nÒn ®Êt nh mét kÕt qu¶ cña sù chªnh lÖch ¸p suÊt h¬i g©y ra bëi sù thay ®æi trong lîng níc hay nhiÖt ®é ®Êt vµ gÇn ®©y ®îc cho lµ rÊt quan träng. H¬i níc sÏ di chuyÓn tõ n¬i ®Êt nãng sang n¬i ®Êt l¹nh, mÆc dï chØ chËm so víi khèi dßng ch¶y níc láng. Sù gãp phÇn cña dßng h¬i níc cho sù di chuyÓn tæng céng cña níc trong ®Êt cã thÓ bá qua, trõ n¬i mµ lîng níc lµ rÊt nhá. §é dÉn thuû lùc §é dÉn thuû lùc cña ®Êt b·o hoµ, gièng nh cña vËt chÊt rçng b·o hoµ, phô thuéc vµo d¹ng h×nh häc vµ sù ph©n bè cña kh«ng gian lç (xem phÇn 5.5.2). C¸c ph©n 191
tö nµy kh«ng chØ cã kÕt cÊu rçng mµ cßn cã nh÷ng lç rÊt lín, nh lµ nh÷ng cÊu tróc r¹n nøt vµ nh÷ng èng dÉn cña rÔ c©y, nã cã thÓ ¶nh hëng lín tíi ®é dÉn thuû lùc. §iÒu nµy cã thÓ ®îc minh häa trong c¸ch gi¶ thuyÕt vÒ ®Êt sÐt víi mét tr¹ng th¸i cÊu tróc xèp 1% vµ mét ®é dÉn cña tÇng ®Êt sÐt lµ 0.01 cmh-1. Nh÷ng lç rçng vÜ m« cã ®êng kÝnh lµ 1 mm, ®é réng khe nøt lµ kho¶ng kh«ng gian 10 cm, cã thÓ ph¸t triÓn theo tõng mïa vµ gãp phÇn thªm vµo tr¹ng th¸i cÊu tróc xèp cña ®Êt. MÆc dï lç rçng ë ®©y còng chØ lµ 1% nhng ¶nh hëng cña nã tíi sù t¨ng ®é dÉn thñy lùc b·o hoµ cña ®Êt t¨ng lªn rÊt lín víi bËc 1000 cm-1 (Childs, 1969). Râ rµng, mÆc dï ®é dÉn thuû lùc b·o hoµ b»ng nhau nhng ®Ó t¬ng quan víi cÊu tróc ®Êt vµ víi sù m« t¶ cña mét vµi cÊu tróc ®· ®îc nghiªn cøu (McKeague cïng céng sù, 1982; Rawls cïng céng sù, 1982), th× sù t¬ng quan ®ã cã thÓ bÞ nguy hiÓm do kÕt qu¶ ®¸nh gi¸ cña K cã thÓ m¾c nh÷ng sai sè nghiªm träng. B»ng sù ®Þnh nghÜa, ®íi th«ng khÝ lµ kh«ng th¬ngg xuyªn b·o hoµ, ®Ó sù di chuyÓn cña níc trong ®Êt lu«n ®îc ®iÒu khiÓn bëi ®é dÉn thuû lùc cha b·o hoµ (K(  )) vµ nã thay ®æi theo ®é Èm (ph¬ng tr×nh 6.2). Ngîc l¹i ®é dÉn thuû lùc b·o hoµ (K) cã thÓ xem nh lµ æn ®Þnh h¬n hay kh«ng cho bÊt kú mét tÇng ®Þa chÊt nhÊt ®Þnh nµo ®ã, K(  ) sÏ thay ®æi theo lîng níc trong ®Êt vµ do ®ã theo sù hót cña tÇng ®Êt. H×nh 6.9 thÓ hiÖn r»ng, cho mét vµi lo¹i ®Êt, ®é dÉn thuû lùc lín nhÊt t¹i tr¹ng th¸i b·o hoµ hay gÇn tr¹ng th¸i ®ã vµ cã tèc ®é gi¶m cïng víi sù gi¶m lîng níc. Sù gi¶m nµy t¹o ra tõ thùc tÕ r»ng sù di chuyÓn cña níc trong ®Êt cã thÓ chØ mang tÝnh ®Þa ph¬ng th«ng qua líp mµng máng hiÖn t¹i cña níc ë trªn vµ ë gi÷a nh÷ng h¹t ®Êt. Trong ®Êt b·o hoµ, tÊt c¶ kh«ng gian rçng ®Òu h×nh thµnh mét phÇn níc hiÖn h÷u cña hÖ thèng dÉn níc. Trong ®Êt cha b·o hoµ, c¸c lç chøa ®Çy kh«ng khÝ ho¹t ®éng nh lµ mét phÇn kh«ng dÉn níc cña hÖ thèng, lµm gi¶m diÖn tÝch mÆt c¾t h÷u hiÖu tõ bªn nµy sang bªn kia cã thÓ cho dßng ch¶y ch¶y qua. §a sè sù gi¶m lîng níc trong ®Êt, phÇn lín sÏ bÞ thu nhá l¹i trong sù ¶nh hëng cña hÖ thèng dÉn vµ do ®ã, gi¸ trÞ cña ®é dÉn thuû lùc nhá h¬n. Sù thay ®æi cña K(  ) theo lîng níc trong ®Êt chÞu ¶nh hëng lín bëi sù ph©n chia kÝch thíc lç cña ®Êt. Trong ®Êt Èm ít, ®é dÉn cã mèi liªn hÖ chÆt chÏ víi cÊu tróc ®Êt vµ t¨ng khi cÊu tróc ®Êt trë nªn th« h¬n (h×nh 6.9). §iÒu nµy lµ do níc sÏ ®îc truyÒn dÔ dµng h¬n qua c¸c lç lín chøa ®Çy níc so víi qua c¸c lç nhá h¬n. §Êt c¸t gÇn b·o hßa cã mét sù t¬ng quan cao víi c¸c lç chøa ®Çy níc, v× thÕ K(  ) lín h¬n trong ®Êt sÐt. Khi ®Êt kh«, c¸c lç lín h¬n sÏ bÞ trèng rçng ®Çu tiªn vµ sù hót níc sÏ thÊp vµ K(  ) gi¶m tèc ®é. Khi mµ sù hót t¨ng lªn vµ lîng Èm gi¶m, th× mèi liªn hÖ gi÷a ®é dÉn thñy lùc vµ cÊu tróc lµ nghÞch ®¶o v× thÕ trong c¸c ®iÒu kiÖn ®Êt kh«, ®Êt sÐt cã tÝnh dÉn suÊt cao h¬n ®Êt phï sa vµ ®Êt c¸t. §iÒu nµy ph¶n ¸nh thùc tÕ r»ng, t¹i nh÷ng sù hót cao ®Êt cã cÊu tróc mÞn cã nhiÒu lç chøa ®Çy níc h¬n vµ do ®ã, ®i qua nh÷ng diÖn tÝch tiÕt diÖn lín h¬n dßng ch¶y cã thÓ mang ®Æc ®iÓm ®Þa ph¬ng. §Êt th« h¬n ë nh÷ng n¬i chØ mét sù c©n xøng cña c¸c lç chøa níc t¹i n¬i cã sù hót cao. Trong khi ®Êt co l¹i, sù hót t¨ng lµm t¨ng thªm tr¹ng th¸i kh«, lµm gi¶m kÝch thíc cña c¸c lç vµ gi÷ ®Çy níc (phÇn 6.3.3), vµ ®iÒu nµy gióp lµm gi¶m ®é dÉn thuû lùc. Sù ®o ®¹c ®é dÉn thuû lùc vµ ®é khuÕch t¸n thuû lùc trong c¶ hai thÝ nghiÖm vµ c¸c ®iÒu kiÖn uèn cong cña ®êng thÕ n¨ng ®îc th¶o luËn trong nhiÒu tµi liÖu kh¸c nhau (vÝ dô Burke cïng céng sù, 1986; Klute, 1986a). Mét sè nghiªn cøu ®· thÓ hiÖn r»ng c¸c gi¸ trÞ thu ®îc tõ c¸c h¹t ®Êt nhá trong phßng thÝ nghiÖm cã thÓ vît qu¸, 192