La teneur en eau

Sujets connexes: Agriculture ; géologie et géophysique

Saviez-vous ...

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Composition du sol

La teneur en eau ou la teneur en humidité est la quantité d' eau contenue dans un matériau, comme le sol (appelé l'humidité du sol), le rock , céramique ou de bois sur une base volumétrique ou gravimétrique. La propriété est utilisé dans un large éventail de domaines scientifiques et techniques, et est exprimée comme un rapport, qui peut varier de 0 (complètement sec) à la valeur des matières » porosité à saturation.

Teneur en eau volumétrique, θ, est défini mathématiquement comme:

$\ Theta = \ frac {} {V_w V_T}$

où $V_w$ est le volume d'eau et $V_T = V_S + v_v = V_S + V_w + V_A$ est le volume total (ce est-volume de sol + Volume d'eau + espace vide). La teneur en eau peut également être basée sur sa masse ou le poids, donc la teneur en eau gravimétrique est défini comme suit:

$u = \ frac {} {m_w M_B}$

où $m_w$ est la masse d'eau et $M_B$ (Ou $mlle$ pour le sol) est la masse de matériau en vrac. Pour convertir la teneur en eau gravimétrique à l'eau volumétrique, multipliez la teneur en eau gravimétrique par le vrac poids spécifique du matériau.

Autres définitions

Degré de saturation

En mécanique des sols et l'ingénierie pétrolière, la saturation en eau à long terme ou le degré de saturation, $S_w$ est utilisé, définie comme

$S_w = \ frac {} {V_w v_v} = \ frac {} {V_w V_b \ phi} = \ frac {\ theta} {\ phi}$

où $\ Phi = v_v / V_T$ est le porosité et $V_v$ est le volume d'espace vide ou pores.

Les valeurs de S _w peuvent varier de 0 (sec) à 1 (saturés). En réalité, S _w ne atteint jamais 0 ou 1 - ce sont des idéalisations pour l'utilisation de l'ingénierie.

Teneur en eau volumétrique normalisé

La teneur en eau normalisée, $\ Theta$ , (Également appelé saturation efficace ou $S_e$ ) Est une valeur sans dimension définie par van Genuchten que:

$\ Theta = \ frac {\ theta - \ theta_r} {\ theta_s- \ theta_r}$

où $\ Theta$ est la teneur en eau volumétrique; $\ Theta_r$ est la teneur en eau résiduelle, défini comme la teneur en eau pour laquelle le gradient $d \ theta / dh$ devient égal à zéro; et, $\ theta_s$ est la teneur en eau saturée.

Mesures

Les méthodes directes

Teneur en eau volumique peut être mesurée directement en utilisant un volume connu de matériau, et un séchage four. Teneur en eau volumétrique, θ, est calculée en utilisant:

$\ Theta = \ frac {m _ {\ text {}} humide - m _ {\ text {sec}}} {\ rho_w \ cdot V_b}$

où

$m _ {\ text {}} humide$ et $m _ {\ text {sec}}$ sont les masses de l'échantillon avant et après séchage dans le four;

$\ Rho_w$ est la densité de l'eau; et

$V_b$ est le volume de l'échantillon avant le séchage de l'échantillon.

Pour les matériaux qui changent de volume avec la teneur en eau, tels que le charbon , la teneur en eau, u, est exprimée en fonction de la masse d'eau par unité de masse de l'échantillon humide:

$u = \ frac {m _ {\ text {}} humide - m _ {\ text {sec}}} {m _ {\ text {humide}}}$

Cependant, la géotechnique nécessite la teneur en humidité doit être exprimé en pourcentage du poids sec du contenu à-dire% d'humidité de l'échantillon = $u * 100$

Où

$u = \ frac {m _ {\ text {}} humide - m _ {\ text {sec}}} {m _ {\ text {sec}}}$

Pour le bois , la convention est de rapporter la teneur en humidité sur la base anhydre (c.-à-séchage généralement échantillon dans un four réglé à 105 degrés Celsius pendant 24 heures). En séchage du bois, ce est un concept important.

Les méthodes de laboratoire

D'autres méthodes qui déterminent la teneur en eau d'un échantillon comprennent les produits chimiques titrages (par exemple le Titrage Karl Fischer), la détermination de la perte de masse sur le chauffage (peut-être en présence d'un gaz inerte), ou après lyophilisation. Dans l'industrie alimentaire, la Procédé de Dean-Stark est aussi couramment utilisé.

De l'Annual Book of ASTM (American Society for Testing and Materials) Normes, la teneur en humidité se évaporer totale dans l'ensemble (C 566) peut être calculé avec la formule:

$p = \ frac {W-D} {D}$

où $p$ est la fraction de la teneur en eau évaporable total de l'échantillon, $W$ est la masse de l'échantillon initial, et $Ré$ est la masse de l'échantillon séché.

Les méthodes géophysiques

Il y a plusieurs méthodes géophysiques disponibles qui peuvent se rapprocher de la teneur en eau du sol in situ. Ces procédés comprennent: Réflectomètre (TDR), sonde à neutrons, Capteur de domaine fréquentiel, sonde capacitive, tomographie de résistivité électrique, et d'autres qui sont sensibles aux propriétés physiques de l'eau . Capteurs géophysiques sont souvent utilisés pour surveiller en permanence l'humidité dans les applications agricoles et scientifiques sol.

Méthode de télédétection par satellite

micro-ondes de télédétection par satellite est utilisé pour estimer l'humidité du sol sur la base du grand contraste entre les propriétés diélectriques du sol humide et sec. Les données de télédétection par satellite micro-ondes tels que: WindSat, AMSR-E, RADARSAT, ERS-1-2 sont utilisées pour estimer l'humidité du sol de surface .

Classification et usages

L'humidité peut être présente sous forme d'humidité adsorbée sur les surfaces internes et que l'eau de condensation capillaire dans les petits pores. À des humidités relatives faibles, de l'humidité se compose principalement d'eau adsorbé. A des humidités relatives élevées, de l'eau liquide devient de plus en plus importante, en fonction de la taille des pores. Dans les matériaux à base de bois, cependant, presque toute l'eau est adsorbé à des humidités inférieures à 98% d'humidité relative.

Dans les applications biologiques, il peut aussi y avoir une distinction entre l'eau et de l'eau physisorbée «libre» - l'être de l'eau physisorbée que étroitement associé et relativement difficiles à enlever d'un matériau biologique. La méthode utilisée pour déterminer la teneur en eau peut affecter si l'eau présente dans ce formulaire est comptabilisée. Pour une meilleure indication de l'eau «libre» et «lié», le activité de l'eau d'un matériau doit être envisagée.

Les molécules d'eau peuvent également être présents dans les matériaux étroitement associés avec des molécules individuelles, comme "eau de cristallisation" ou en tant que molécules d'eau qui sont des composants statiques de la structure des protéines.

Terre et sciences agricoles

Dans la science du sol , l'hydrologie et sciences agricoles, la teneur en eau a un rôle important pour recharge des eaux souterraines, l'agriculture , et la chimie du sol. De nombreux efforts de recherche scientifique visant récentes ont prédictif vers une compréhension de la teneur en eau dans l'espace et le temps. Les observations ont révélé généralement que variance spatiale de la teneur en eau tend à augmenter augmentations de mouillure comme globales dans les régions semi-arides, à diminuer augmente à mesure que l'ensemble de mouillure dans les régions humides, et culminer dans des conditions d'humidité de intermédiaires dans les régions de température.

Il existe quatre teneurs en eau standard qui sont couramment mesurées et utilisées, qui sont décrits dans le tableau suivant:

Nom	Notation	La pression d'aspiration (J / kg ou kPa)	Teneur en eau typique (Vol / vol)	Description
Teneur en eau saturée	θ _s	0	0,2-0,5	L'eau, l'équivalent de effective complètement saturé porosité
Capacité au champ	θ _fc	-33	0,1 à 0,35	L'humidité du sol après 2-3 jours après une pluie ou d'irrigation
Point de flétrissement permanent	_pwp de θ ou θ _wp	-1500	0,01 à 0,25	L'humidité du sol minimale à laquelle une plante se étiole
Teneur en eau résiduelle	θ _r	-∞	0,001 à 0,1	Reste de l'eau à haute tension

Et enfin, le teneur en eau disponible, θ _a, ce qui est équivalent à:

θ _{un fc} θ ≡ - θ _pwp

qui peut varier entre 0,1 à gravier et 0,3 en la tourbe.

Agriculture

Quand un sol devient trop sec, plante transpiration diminue parce que l'eau est de plus en plus lié aux particules de sol par aspiration. En dessous de la usines de point de flétrissement ne sont plus en mesure d'extraire l'eau. À ce stade, ils flétrissent et cessent complètement transpirant. Conditions où le sol est trop sec pour maintenir la croissance de la plante fiable est appelé agricole sécheresse , et est une attention particulière de l'irrigation gestion. Ces conditions sont courantes dans aride et environnements semi-arides.

Certains professionnels de l'agriculture commencent à utiliser des mesures environnementales telles que l'humidité du sol pour planifier l'irrigation . Cette méthode est dénommée «Smart irrigation."

Les eaux souterraines

Dans saturé eaux souterraines aquifères, tous disponibles pores sont remplis d'eau (teneur en eau volumétrique = porosité). Dessus d'un frange capillaire, les pores ont l'air en eux aussi.

La plupart des sols ont une teneur en eau inférieure à la porosité, ce qui est la définition des conditions non saturés, et ils constituent le sujet de vadose hydrogéologie de la zone. Le frange capillaire de la table de l'eau est la ligne de démarcation entre conditions saturés et insaturés. La teneur en eau dans la frange capillaire diminue avec l'augmentation de la distance dessus de la surface phréatique.

L'une des principales complications qui se pose dans l'étude de la zone vadose, est le fait que la conductivité hydraulique insaturée est une fonction de la teneur en eau du matériau. En tant que matière sèche, les voies humides connecté via le support deviennent plus petits, la diminution de la conductivité hydraulique d'une teneur en eau plus faible d'une façon très non-linéaire.

Un courbe de rétention d'eau est la relation entre la teneur en eau volumique et de la potentiel de l'eau du milieu poreux. Il est caractéristique pour les différents types de milieu poreux. En raison de hystérésis, différentes courbes de mouillage et de séchage peut être distinguée.

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