Xem mẫu
- 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 (BЪ 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 Hg
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
nguon tai.lieu . vn
