水力傳導率：為什么需要它
土壤導水率，或土壤傳輸水的能力，幾乎影響所有土壤應用。 它對于了解完整的水平衡至關重要，也可用于估算通過包氣帶的地下水補給量。水文學家需要水力傳導率值進行建模，研究人員使用它來確定土壤健康或預測水將如何流經不同現場的土壤。農業決策基于確定灌溉率或預測侵蝕或養分浸出的水力傳導率。它用于確定垃圾填埋場覆蓋效果。巖土工程師需要它來設計蓄水池、路基、雨水花園或任何旨在收集徑流的系統。它也被用來理解在無土基質中種植可用水。基本上，如果您想預測水將如何在您的土壤系統中移動，您需要了解水力傳導率，因為它控制著水流。你如何衡量它？本文探討了如何測量水力傳導率、它是什么以及常用方法的優缺點。
 
什么是土壤導水率？
在科學術語中，水力傳導率被定義為多孔介質（例如土壤）在飽和或接近飽和條件下傳輸水的能力。公式 1 說明了這意味著什么。如果i表示水通量（每單位時間單位面積的水量），則等于K（水力傳導率）乘以水頭dh/dz 中的梯度。水頭梯度（或水勢梯度）是使水在土壤中移動的力。K是該驅動力與土壤中水通量之間的比例因子。 水頭（水勢）可以擴展成它的兩個主要組成部分。h m是基質水頭（基質勢），h g是重力水頭（重力勢）。換句話說，有使水穿過土壤的基質力和重力。 重力梯度dh g /dz等于 1。最初，當水被施加到土壤中時，基質力會迅速將水吸入土壤中。但是，如果滲透發生在土壤非常潮濕的地方，則該基質水頭將變為 0。因此，在延長的時間內，滲透率大致等于水力傳導率。這給人一種土壤水力傳導率意味著什么的感覺。如果長時間澆水，水滲入土壤的速度將大約等于水力傳導率。影響水力傳導率的因素,導水率取決于諸如土壤質地、粒度分布、粗糙度、曲折度、形狀和導水孔互連程度等因素。如果我們只考慮土壤質地，質地較粗的土壤通常比質地細的土壤具有更高的導水率。然而，土壤結構和孔隙結構會對土壤的透水能力產生重大影響。結構化土壤通常包含大孔隙，而無結構土壤具有較小的孔隙。說明了結構良好的黏土和結構差的黏土之間的區別，以及結構對導水率的重要性，尤其是在飽和或接近飽和時。如果生物孔、根系通道或動物洞穴含有水，它們會增加飽和導水率。如果它們因為沒有到達表面而沒有充滿水，它們會降低電導率。土壤的壓實或密度是另一個影響因素，以及土壤的含水量或水勢。
水力傳導率曲線：重要的預測工具
土壤要么是飽和的，要么是不飽和的，因此土壤導水率要么被指定為飽和導水率（K s /K fs）或不飽和導水率（K（Ψ））。研究人員使用實驗室儀器創建水力傳導率曲線，以繪制不同飽和度/不飽和度水平下特定土壤的電導率值。這些曲線預測了不同水勢下各種土壤類型的水流量。三種不同土壤的水力傳導率曲線。垂直軸右側的值表示飽和電導率值。左邊的值表示不飽和值。注意垂直軸是對數軸。因此，差異是數量級差異（10 倍，而不是 1 或 2 倍）。顯示了三種不同土壤的土壤水力傳導率曲線。縱軸位于 0 水頭（水勢）。右邊的值表示飽和電導率值。左邊的值表示不飽和值。結構不良的粘土（下線）的飽和電導率遠低于砂質土壤。這是因為粘土由小孔隙組成，流動路徑受到更多限制。但是，如果粘土（虛線）具有良好的結構（即它包含在這些聚集體之間具有大孔隙的聚集體，從而產生更好的流動路徑），那么其飽和水力傳導率可能高于沙子的傳導率。左側，水頭（水勢）為負，土壤開始去飽和，孔隙變空。隨著孔隙（尤其是大孔隙）變空，水力傳導率急劇下降。因此，不飽和電導率總是較小，并且在大多數情況下，比土壤飽和時小幾個數量級。請注意，結構不良的粘土和結構良好的粘土的非飽和導水率最終會相交。這是因為在某一點大孔停止對流動有貢獻，然后流動僅發生在土壤顆粒之間的中孔中。另請注意，無結構砂土的非飽和導水率曲線開始時高于粘土，但隨著土壤干燥，非飽和導水率變得低于粘土。
 
場飽和不是飽和
飽和水力傳導率 (K s ) 與田間飽和水力傳導率 (K fs ) 不同。這是因為在實驗室測量飽和導水率時，可以使土壤核心完全飽和。然而，在田間，很難使土壤完全飽和。為什么？通常，當從頂部滲透時，沒有空氣可以逸出的地方，因此土壤最終會夾帶空氣（。當土壤吸收水分時，它會形成一層水膜，附著在土壤顆粒上。還有充滿空氣的孔隙。在野外條件下，很難消除這些氣隙。這種空氣滯留是任何給定土壤類型的飽和百分比很少等于理論飽和最大值的原因。這導致不完全飽和的情況，因此稱為場飽和導水率（K fs）。由于滯留的空氣減緩了水的運動，K fs通常低于 K s。