La teneur en eau

Sujets connexes: Agriculture ; g??ologie et g??ophysique

Saviez-vous ...

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Composition du sol

La teneur en eau ou la teneur en humidit?? est la quantit?? d' eau contenue dans un mat??riau, comme le sol (appel?? l'humidit?? du sol), le rock , c??ramique ou de bois sur une base volum??trique ou gravim??trique. La propri??t?? est utilis?? dans un large ??ventail de domaines scientifiques et techniques, et est exprim??e comme un rapport, qui peut varier de 0 (compl??tement sec) ?? la valeur des mati??res ?? porosit?? ?? saturation.

Teneur en eau volum??trique, θ, est d??fini math??matiquement comme:

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

o?? $V_w$ 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 ??galement ??tre bas??e sur sa masse ou le poids, donc la teneur en eau gravim??trique est d??fini comme suit:

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

o?? $m_w$ est la masse d'eau et $M_B$ (Ou $mlle$ pour le sol) est la masse de mat??riau en vrac. Pour convertir la teneur en eau gravim??trique ?? l'eau volum??trique, multipliez la teneur en eau gravim??trique par le vrac poids sp??cifique du mat??riau.

Autres d??finitions

Degr?? de saturation

En m??canique des sols et l'ing??nierie p??troli??re, la saturation en eau ?? long terme ou le degr?? de saturation, $S_w$ est utilis??, d??finie comme

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

o?? $\ Phi = v_v / V_T$ est le porosit?? et $V_v$ est le volume d'espace vide ou pores.

Les valeurs de S _w peuvent varier de 0 (sec) ?? 1 (satur??s). En r??alit??, S _w ne atteint jamais 0 ou 1 - ce sont des id??alisations pour l'utilisation de l'ing??nierie.

Teneur en eau volum??trique normalis??

La teneur en eau normalis??e, $\ Theta$ , (??galement appel?? saturation efficace ou $S_e$ ) Est une valeur sans dimension d??finie par van Genuchten que:

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

o?? $\ Theta$ est la teneur en eau volum??trique; $\ Theta_r$ est la teneur en eau r??siduelle, d??fini comme la teneur en eau pour laquelle le gradient $d \ theta / dh$ devient ??gal ?? z??ro; et, $\ theta_s$ est la teneur en eau satur??e.

Mesures

Les m??thodes directes

Teneur en eau volumique peut ??tre mesur??e directement en utilisant un volume connu de mat??riau, et un s??chage four. Teneur en eau volum??trique, θ, est calcul??e en utilisant:

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

o??

$m _ {\ text {}} humide$ et $m _ {\ text {sec}}$ sont les masses de l'??chantillon avant et apr??s s??chage dans le four;

$\ Rho_w$ est la densit?? de l'eau; et

$V_b$ est le volume de l'??chantillon avant le s??chage de l'??chantillon.

Pour les mat??riaux qui changent de volume avec la teneur en eau, tels que le charbon , la teneur en eau, u, est exprim??e en fonction de la masse d'eau par unit?? de masse de l'??chantillon humide:

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

Cependant, la g??otechnique n??cessite la teneur en humidit?? doit ??tre exprim?? en pourcentage du poids sec du contenu ??-dire% d'humidit?? de l'??chantillon = $u * 100$

O??

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

Pour le bois , la convention est de rapporter la teneur en humidit?? sur la base anhydre (c.-??-s??chage g??n??ralement ??chantillon dans un four r??gl?? ?? 105 degr??s Celsius pendant 24 heures). En s??chage du bois, ce est un concept important.

Les m??thodes de laboratoire

D'autres m??thodes qui d??terminent la teneur en eau d'un ??chantillon comprennent les produits chimiques titrages (par exemple le Titrage Karl Fischer), la d??termination de la perte de masse sur le chauffage (peut-??tre en pr??sence d'un gaz inerte), ou apr??s lyophilisation. Dans l'industrie alimentaire, la Proc??d?? de Dean-Stark est aussi couramment utilis??.

De l'Annual Book of ASTM (American Society for Testing and Materials) Normes, la teneur en humidit?? se ??vaporer totale dans l'ensemble (C 566) peut ??tre calcul?? avec la formule:

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

o?? $p$ est la fraction de la teneur en eau ??vaporable total de l'??chantillon, $W$ est la masse de l'??chantillon initial, et $R??$ est la masse de l'??chantillon s??ch??.

Les m??thodes g??ophysiques

Il y a plusieurs m??thodes g??ophysiques disponibles qui peuvent se rapprocher de la teneur en eau du sol in situ. Ces proc??d??s comprennent: R??flectom??tre (TDR), sonde ?? neutrons, Capteur de domaine fr??quentiel, sonde capacitive, tomographie de r??sistivit?? ??lectrique, et d'autres qui sont sensibles aux propri??t??s physiques de l'eau . Capteurs g??ophysiques sont souvent utilis??s pour surveiller en permanence l'humidit?? dans les applications agricoles et scientifiques sol.

M??thode de t??l??d??tection par satellite

micro-ondes de t??l??d??tection par satellite est utilis?? pour estimer l'humidit?? du sol sur la base du grand contraste entre les propri??t??s di??lectriques du sol humide et sec. Les donn??es de t??l??d??tection par satellite micro-ondes tels que: WindSat, AMSR-E, RADARSAT, ERS-1-2 sont utilis??es pour estimer l'humidit?? du sol de surface .

Classification et usages

L'humidit?? peut ??tre pr??sente sous forme d'humidit?? adsorb??e sur les surfaces internes et que l'eau de condensation capillaire dans les petits pores. ?? des humidit??s relatives faibles, de l'humidit?? se compose principalement d'eau adsorb??. A des humidit??s relatives ??lev??es, de l'eau liquide devient de plus en plus importante, en fonction de la taille des pores. Dans les mat??riaux ?? base de bois, cependant, presque toute l'eau est adsorb?? ?? des humidit??s inf??rieures ?? 98% d'humidit?? relative.

Dans les applications biologiques, il peut aussi y avoir une distinction entre l'eau et de l'eau physisorb??e ??libre?? - l'??tre de l'eau physisorb??e que ??troitement associ?? et relativement difficiles ?? enlever d'un mat??riau biologique. La m??thode utilis??e pour d??terminer la teneur en eau peut affecter si l'eau pr??sente dans ce formulaire est comptabilis??e. Pour une meilleure indication de l'eau ??libre?? et ??li????, le activit?? de l'eau d'un mat??riau doit ??tre envisag??e.

Les mol??cules d'eau peuvent ??galement ??tre pr??sents dans les mat??riaux ??troitement associ??s avec des mol??cules individuelles, comme "eau de cristallisation" ou en tant que mol??cules d'eau qui sont des composants statiques de la structure des prot??ines.

Terre et sciences agricoles

Dans la science du sol , l'hydrologie et sciences agricoles, la teneur en eau a un r??le important pour recharge des eaux souterraines, l'agriculture , et la chimie du sol. De nombreux efforts de recherche scientifique visant r??centes ont pr??dictif vers une compr??hension de la teneur en eau dans l'espace et le temps. Les observations ont r??v??l?? g??n??ralement que variance spatiale de la teneur en eau tend ?? augmenter augmentations de mouillure comme globales dans les r??gions semi-arides, ?? diminuer augmente ?? mesure que l'ensemble de mouillure dans les r??gions humides, et culminer dans des conditions d'humidit?? de interm??diaires dans les r??gions de temp??rature.

Il existe quatre teneurs en eau standard qui sont couramment mesur??es et utilis??es, qui sont d??crits dans le tableau suivant:

Nom	Notation	La pression d'aspiration (J / kg ou kPa)	Teneur en eau typique (Vol / vol)	Description
Teneur en eau satur??e	θ _s	0	0,2-0,5	L'eau, l'??quivalent de effective compl??tement satur?? porosit??
Capacit?? au champ	θ _fc	-33	0,1 ?? 0,35	L'humidit?? du sol apr??s 2-3 jours apr??s une pluie ou d'irrigation
Point de fl??trissement permanent	_pwp de θ ou θ _wp	-1500	0,01 ?? 0,25	L'humidit?? du sol minimale ?? laquelle une plante se ??tiole
Teneur en eau r??siduelle	θ _r	-∞	0,001 ?? 0,1	Reste de l'eau ?? haute tension

Et enfin, le teneur en eau disponible, θ _a, ce qui est ??quivalent ??:

θ _{un fc} θ ≡ - θ _pwp

qui peut varier entre 0,1 ?? 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 li?? aux particules de sol par aspiration. En dessous de la usines de point de fl??trissement ne sont plus en mesure d'extraire l'eau. ?? ce stade, ils fl??trissent et cessent compl??tement transpirant. Conditions o?? le sol est trop sec pour maintenir la croissance de la plante fiable est appel?? agricole s??cheresse , et est une attention particuli??re de l'irrigation gestion. Ces conditions sont courantes dans aride et environnements semi-arides.

Certains professionnels de l'agriculture commencent ?? utiliser des mesures environnementales telles que l'humidit?? du sol pour planifier l'irrigation . Cette m??thode est d??nomm??e ??Smart irrigation."

Les eaux souterraines

Dans satur?? eaux souterraines aquif??res, tous disponibles pores sont remplis d'eau (teneur en eau volum??trique = porosit??). Dessus d'un frange capillaire, les pores ont l'air en eux aussi.

La plupart des sols ont une teneur en eau inf??rieure ?? la porosit??, ce qui est la d??finition des conditions non satur??s, et ils constituent le sujet de vadose hydrog??ologie de la zone. Le frange capillaire de la table de l'eau est la ligne de d??marcation entre conditions satur??s et insatur??s. La teneur en eau dans la frange capillaire diminue avec l'augmentation de la distance dessus de la surface phr??atique.

L'une des principales complications qui se pose dans l'??tude de la zone vadose, est le fait que la conductivit?? hydraulique insatur??e est une fonction de la teneur en eau du mat??riau. En tant que mati??re s??che, les voies humides connect?? via le support deviennent plus petits, la diminution de la conductivit?? hydraulique d'une teneur en eau plus faible d'une fa??on tr??s non-lin??aire.

Un courbe de r??tention d'eau est la relation entre la teneur en eau volumique et de la potentiel de l'eau du milieu poreux. Il est caract??ristique pour les diff??rents types de milieu poreux. En raison de hyst??r??sis, diff??rentes courbes de mouillage et de s??chage peut ??tre distingu??e.

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