Structar na h-ùire
Le structar na talmhainn thathar a’ ciallachadh rèiteachadh na h-ìre chruaidh anns a’ mhais ùir. Mar a tha fios, tha an ùir air a dèanamh suas de ghràinean cruaidh agus de phòran air an lìonadh le uisge, èadhar no smùid uisge, mar as trice ann am pàirt le èadhar agus ann am pàirt le uisge. A rèir rèiteachadh nan gràinean cruaidh san ùir tha an structar aice air a dhearbhadh. Tha structaran na talmhainn neo-cheangailte agus ceangailte gu tur eadar-dhealaichte bho chèile.
Structar ùir neo-cheangailte
Bidh structar na h-ùire neo-cheangailte a’ tighinn am bàrr fo bhuaidh na grabhataidh. Tha na mìrean cruaidh den ùir seo nas garbha agus a’ tuiteam sìos, a’ tuineachadh fo bhuaidh na grabhataidh, fhad ’s nach eil feachdan tarraing eadar-mholacileach eadar mìrean mar sin ann, no tha iad glè bheag agus air an sàr-choileanadh leis a’ ghrabhataidh. Air an adhbhar sin, ann an ùir neo-cheangailte bidh na mìrean cruaidh gan cur aon ri taobh an tè eile, a’ gabhail an àite shaor eadar na mìrean a tha air an rèiteachadh (sl. 1_a_). Ma tha mìrean na h-ùire neo-cheangailte timcheall air cruinn agus den aon mheud, mar a dh’ fhaodadh a bhith ann le gainmheach de dhèanamh aon-ghnèitheach, an uair sin faodaidh an structar a bhith as dùmhaile (sl. 1_b_) no as fhasgaiche (sl. 1_c_), a rèir mar a tha na mìrean cruaidh san ùir air an rèiteachadh. Tha an structar as dùmhaile a’ freagairt ris a’ chomas as motha air teannachadh na h-ùire neo-cheangailte agus is e a porasachd nmin=26%. Tha an structar as fhasgaiche a’ freagairt ris an teannachadh as lugha a tha comasach air an ùir neo-cheangailte agus is e a porasachd nmax=48%. Mar eisimpleir, tha n=47% aig gainmheach sgaoilte dhìonan.
Fig. 1 Structar talmhainn neo-cheangailte
Ma tha an talamh neo-cheangailte le diofar mheudan gràin, gus am bi na mìrean nas mìne a’ lìonadh nam beàrnan eadar na mìrean nas motha (fig. 2), tha porosity na talmhainn gu math nas lugha (n=20% no nas lugha).
Sl. 2. Structar ùir neo-cheangailte de dhiofar mheudan gràin
Structar na talmhainn cheangailte
Ann an ùir cheangailte tha an structar eadar-dhealaichte seach ann an ùir neo-cheangailte. Ann an ùir cheangailte nochdaidh feachdan co-leanailteachd, a tha nas làidire na feachd grabataidh nam mìrean beaga agus a bhios gan glaodhadh ri chèile aig na h-uachdaran-conaltraidh. Air an adhbhar sin chan eil na mìrean seo a’ tuiteam sìos ann an òrdugh, ach bidh iad a’ fuireach glaiste ri chèile agus ri taobh a chèile (fig. 3_a_), a’ cruthachadh structar slabhrach-lìonach mar sin (fig. 3_b_), structar coltach ri flùr-shneachda (fig. 3_c_) msaa., ris an canar structaran den ìre nas àirde. Tha porosity mòr aig structaran mar sin, a dh’ fhaodadh a dhol suas gu 60-80% den mhàs iomlan, rud nach urrainn a bhith ann an ùir neo-cheangailte.
Fig. 3. Structar na h-ùire cheangailte
Porosachd agus co-èifeachd porosachd
Tha porosity na h-ùire air a mhìneachadh mar an co-mheas eadar meud nan pores agus meud iomlan na h-ùire (fig. 4).
Fig. 4. Porosity agus co-èifeachd porosity na h-ùire
Ma chomharraicheas sinn le
- Vp = meud nam pòran san ùir
- Vm = tomhas-lìonaidh nan gràineanan cruaidh
- V = an tomhas-lìonaidh iomlan den ùir,
tha porosity na h-ùire n a rèir mìneachaidh
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
no ann an % de mheud iomlan na h-ùire
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
Tha co-èifeachd poròis na talmhainn air a mhìneachadh leis a’ cho-mheas eadar tomhas-lìonaidh nam pòran agus tomhas-lìonaidh nam mìrean cruaidh:
e = VP / Vm.
Bhon fhoirmle airson porosity n tha againn:
nVP + nVm = VP, às am bheil Vm = VP(1-n) / n.
Le bhith a’ cur an luach seo an àite sa fhoirmle airson e, gheibh sinn
e = n / (1-n).
Bhon cho-aontar seo gheibh sinn
e - ne = n; n = e / (1 + e).
Tha an co-èifeachd porraidh a’ sealltainn dlùths na talmhainn. Mar as motha a bhios an co-èifeachd e, ’s ann as lugha a bhios dlùths na talmhainn, agus a chaochladh. Ma shuidheas ùir shocrach fo luchd, faodar meud an t-suidheachaidh Δ_h_ a dhearbhadh le cuideachadh a’ cho-èifeachd porraidh ro agus às dèidh an t-suidheachaidh.
Thoir sùil air sreath de dh’ùir teannaichte de thiughad h (fig. 5_a_). Ma luchdaicheas sinn an sreath seo, suidhichidh e sìos le àirde Δ_h_, agus mar sin lùghdaichidh a thiughad fo luchd gu h1. Mar sin
Δ_h_ = h – h1.
Leis gu bheil slegadh ùir teannachaidh a’ tachairt air sgàth nam pòran, oir tha na mìrean cruaidh gu practaigeach neo-theannachaidh, agus mar an ceudna an t-uisge, ma tha pòran na h-ùire air an lìonadh leis gu pàirteach no gu h-iomlan, faodar an slegadh seo a riochdachadh gu sgeamach ann am fig. 5_b_.
Fig. 5. Suidheachadh Δh de shreath teannaichte talmhainn de thiugh h fo luchd
Ma chomharraicheas sinn le h0 an àirde shamhlachail de shreath de ghràineanan cruaidhe gun phòran, ris an canar àirde lùghdaichte, faodaidh sinn an t-suidheachadh Δ_h_ a chur an cèill an coimeas ris an àirde lùghdaichte h0 leis an dàimh:
Ma bheachdaicheas sinn air sreath de thalamh le leud is fad co-ionnan ri aonad, an uair sin tha na h-àirdean h, h1 agus h0 a’ riochdachadh tomhasan-lìonaidh, agus mar sin tha
far a bheil e na cho-èifeachd porosity roimhe, e1 às dèidh an t-sìoblaidh. Bhon rud roimhe gheibhear an sìoblaidh
Δ_h_ = h0 (e-e1).
Faodar an tuiteam a chur an cèill a rèir àirde an t-sreatha h mus do thuit e ma chuireas sinn luach na h-àirde lùghdaichte h0 an àite:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
leis gu bheil n = VP / V = VP / h_,_ às an sin tha VP = nh.
Mar sin gheibhear
Tha na seòrsaichean talmhainn fa leth a’ sealltainn na luachan cuibheasach a leanas airson porasachd n agus co-èifeachd porasachd e:
Taiseachd na h-ùire
Seòrsaichean uisge san ùir
Tha an t-uisge san ùir a’ nochdadh ann an cruth uisge anns na pòran eadar na gràineanan cruaidh, an t-ainm ris an canar uisge pore, an uair sin mar uisge adsorbte air na gràineanan cruaidh agus mar uisge bun-reachdail.
Tha uisge nan pòraichean air a dhèanamh suas de uisge saor eadar na mìrean cruaidh, aig a bheil gluasad a’ tachairt a rèir lagh Darcy, an uairsin de uisge grabhataidh, a ghluaiseas fo bhuaidh grabhataidh bho shuas sìos anns a h-uile taobh, ach chan eil a ghluasad a’ tachairt a rèir lagh Darcy, de uisge capallaireach a ghluaiseas fo bhuaidh feachdan capallaireach agus de uisge teannachaidh uachdair, a chumas ris le teannachadh uachdair anns na h-oiseanan eadar mìrean cruaidh na h-ùire agus ris an canar cuideachd uisge pòraichean oiseanach. Faodar an t-uisge seo uile a thoirt air falbh gu tur le bhith a’ tiormachadh na h-ùire aig teòthachd 110oC.
Uisge adsorbte ’s e sin a bhios a’ còmhdach nan gràineanan cruaidh, ris a bheil e ceangailte le feachdan moileciuil. ’S e seo an t-ainm ris an canar film uisge, agus tha a thiughad eadar 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron). Tha buaidh an uisge adsorbte air gràineanan nas garbha gun mòran cudrom; ge-tà, mar as lugha na gràineanan, ’s ann as motha a bhios a bhuaidh, oir tha uachdar coitcheann nan gràineanan a’ dol am meud agus còmhla ris an sin an co-mheas eadar an t-uisge adsorbte agus na gràineanan cruaidh anns an aonad de mheud na h-ùire. Chan urrainnear an t-uisge seo a thoirt air falbh ach gu ìre le tiormachadh aig 110oC.
Uisge bun-reachdail tha e ceangailte gu ceimigeach ann an criostalan nam mèinnirean de ghràineanan cruaidh na h-ùire. Chan eil ach glè bheag dhen uisge seo ann agus chan urrainnear a thoirt air falbh le tiormachadh na h-ùire. Mar sin faodar an t-uisge seo a mheas mar phàirt dhen ghràin chruaidh fhèin.
Meud an uisge san ùir
A rèir na mìneachaidh, is e na tha de dh’uisge san ùir no taiseachd na h-ùire an co-mheas eadar cuideam an uisge a tha anns an ùir agus cuideam a co-phàirtean cruaidh. A rèir na tha de dh’uisge san ùir, tha trì cùisean ann: ùir làn-shàthaichte le uisge, ùir pàirt-shàthaichte le uisge agus ùir gu tur thioram.
Ùir làn shàthaichte le uisge
Ma chomharraicheas sinn le n porosachd na h-ùire, γs cuideam voluma nam mìrean uile, agus γw cuideam voluma an uisge, faodar taiseachd na h-ùire shàthaichte wZ a chur an cèill leis a’ cho-aontar a leanas
An ùir làn-shàthaichte le uisge gu ìre
Ma chomharraicheas sinn le Ww cuideam an uisge a tha san ùir, agus le Wd cuideam nan gràineanan cruaidh, is e sin cuideam tioram na h-ùire, an uair sin is e taiseachd na h-ùire w
w = Ww / Wd , no ann an ceudadan de chuideam tioram na h-ùire: w = 100 Ww / Wd.
Anns a’ chùis seo faodar taiseachd na h-ùire a chur an cèill leis an ìre taiseachd Sr a tha a’ riochdachadh co-mheas cuideam fìor an uisge san ùir ris a’ chuideam uisge anns an ùir cheudna a bhiodh ann nam biodh na pòraichean uile air an lìonadh le uisge, no an coimeas ri cuideam uisge na h-ùire shàthaichte:
airson γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
Is iad na crìochan airson an ìre taiseachd:
- airson ùir gu tur thioram w = 0; Sr = 0
- airson ùir làn-shàthaichte w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Fig. 6. Sampall ùire air a shàthadh gu pàirt le uisge
Tha an ìre shàthaidh (ris an canar uaireannan sàthaichte cuideachd no ìre taiseachd) air a chur an cèill cuideachd leis a’ cho-mheas eadar meud nam pòraichean a tha làn uisge agus meud iomlan nam pòraichean (fig. 6):
Sr = V2 / V1
far a bheil V2 meud nan pòran air an lìonadh le uisge, V1 meud iomlan nam pòran air an lìonadh le uisge, le èadhar agus le gasaichean. Ma tha w na taiseachd na h-ùire ann an % de chuideam tioram na h-ùire Wd, tha againn
V2 * γW = w Wd, às a bheil V2 = w Wd / γw.
Air an làimh eile, tha V1 = V – Vd, agus leis gu bheil Vd * γs = Wd, ’s e
Vd = Wd / γs agus V1 = V – Wd / γs.
Mar sin, bidh ìre shàthaidh na h-ùire Sr
no ann an ceudadan de chuideam tioram na h-ùire
An ùir gu tur tioram
Anns a’ chùis seo is e w = 0. Tha a h-uile uisge pòir air a thoirt air falbh, fhad ’s nach deach an t-uisge adsorbaichte a thoirt air falbh ach gu pàirteach, is e sin, tha am film uisge fhathast ann, ach tha an tighead aige air a lùghdachadh.